全 文 ：4 —t7{
广 西 植 物 Guihaia 13(2)：174—179．May 1993
光和暗条件下低温对黄瓜和水稻叶绿素
蛋白质复合体的影响
主 、／年晓萍 郭俊彦
(中国科学院华南植物研究所·广州 510650) S 3『1
摘要 本试验以黄瓜和水稻幼苗为材料．研究了光照和黑暗条件下低温对植物叶绿素蛋自质
复台体的影响。SDS-PAGE电泳结果表明： 5℃及12h 280 1 tool m—ss’1处理2d．Chl一蛋
白质复合体的降解明显大于5℃暗低温处理；低温与光照对 P70o—CPa1的影响大于LHCP。 叶
绿素荧光测定表明i 5℃及12h 2801xmol m-2S叫 的处理对PS I的影响亦大于暗低温处理． 由
此认为：低温与光对植物叶绿体的PS I和PS I都有明显的影响．其机理可能与常温下高光强引
起的光抑制相类似；不同的是低温下中等光强就能引起光抑制。因此．在光照低温下往往加剧植
物冷害的发生
关键词叶绿素蛋白质复合体：低温胁迫 瓠 燃
THE EFFECT OF CHILLING STRESS 0N CHL0R0PHYLL—
PR0TElN COMPLEXES OF RICE AND CUCUMBER
SEEDLINGS IN THE LIGHT AND DARK
Liu Kengxi~ ，W ang Yirou,Li Xiaop~ag and Guo Junyan
(South China Institute of Botany，Academia Sinica，Guangzhou 510650)
Abst ract In this work we used cucumber and rice seedlings as experimental
：materials to study the changes of chlorophyll-protein complexes in leaves after
chilling trea tm ent under dark and light． Result indicated that the chlorophyll—
protein ComahxeS were decreased in the seedlings exposed to 5℃ for 2 days． The
Ieayes treated with 5C and 280 mol m—gs。1 waa decreased more than that el the
leaves under dark at same te mperature．Effect of chilling and light interaction on
P700-CPal was great， While it was less on LHCP． PS I activity was menitored
by chlorophyll fluorescence emission． Tt declined rap|dly at 2Bo m01 m’gS PFD，
_五Ⅱt it decreased slowly at dark under Sam e temperature．
Therefore，we conclude that this：injury mechanism was similar to photoinhibi-
-tlon by strong light intensity． whlle photoinliibition ．mduced by chilling tempera一
~ture co uld ca rry out even in a moderate photon irradiance．The interaction of lOW
temperature and fight did，however，result an increase at chilling injury．
Kay words ChlorophyIi-protein camp1exes；chiling stress； light； cucumbe r and
rjce
·国家自然科学基金资动课题
维普资讯 http://www.cqvip.com
2卷 荆鸿先等：光和暗条件下低温对黄瓜和水稻口1_绿素蛋白质复台体的影响 175
植物低温伤害在光下比暗下更加严重，很明显这与叶绿体的低温敏感性 有 关，也 就 是
说在光反应运转时更易受损伤。我们对低温下植物光合作用 (何洁等1987)和膜脂过氧化作
用 (王以柔等1990)的研究亦证 明t低温期一定的光强有促进光合作用 的下降和加剧膜脂过
氧化作用。
叶绿体类囊体膜上0h1一蛋白质复合体的种类直接影响光能的吸收、传递、分配和转化。
()quist等 (1978)研究发现，杉树叶片的Old-蛋白质复合体在 自然条件下有季节性变化，当
秋冬季叶绿索发生破坏时P700一CPa-减少大于LIICP，而且这种破坏往往在光下太于阴处，
- 2℃人工低温下在空气中光漂白时LHCP／P700-CPa 的比率增加，在氮中变化少， 由此他
们认为低温下光漂白引起P700的破坏是在需氧下的光氧化作用引起的。至于冷敏感 植 物 在
发生冷害时，叶绿体中Ohl-蛋白质复合体的变化，以及低温期间光照对Chl一蛋白质复合体盼
作用报道尚少，为此，本试验着重研究低温对冷敏感植物叶绿体中 Chl一蛋 白质复合体各组
分的影响，并比较了光照和黑暗条件下产生伤害的差异。
材料和方法
材料 供试黄瓜品种为津研 4号，水稻品种为桂朝 2号，种子浸泡0．5d后，用湿纱布包
裹置恒温箱 (28℃±1℃)中催芽 1 d，萌发的种子播于装有蛭石的培养皿中，在25℃，氧天
10h 30 mol m一 8。光照的培养架上培养， 黄瓜幼苗生长至子叶全展开，水稻幼苗为 2
叶期时进行处理。
低温处理 黄瓜和水稻幼苗各分成三组，一组继续放在培养架上作为对照，一组置5℃，
每天12h 28O tool m S 光照 ，另一组为5℃无光照，各处理 2d，分别刈取叶片供测定用。
叶爆体类囊体膜的制备 主要用张志良和吴光耀(1986)方法，取叶片鲜重10g预冷后，
加2Oml介质 (0．4M山梨醇，0．1M Tri~in9 pH7．8缓冲液 )， 在高速分散器上匀浆，4居纱
布过滤，滤液200×g离心 5分钟，上请液1000 g离 5,10分钟，沉淀为叶绿体，加12ml无离
子水胀破，10000xg离心t0分钟，沉淀用5ml 50mM Tricine(pH8．O)缓冲液匀浆，10000
×g离心10分钟，沉淀用 1 ml 50mM Tricine缓冲液匀浆，置 冰箱备用。
叶爆素含量潮定 ~Arnon法。
样品增漕 上述制备的类囊体膜制剂加含有 10 甘油、 2％ SDS的 0．3M Tri ⅡGl
pH8．8溶液，SDS：Chl=10；1，增溶8分钟立即点样电泳。
电津 基本按李桐柱和匿廷云法(1988)，垂直平板，分离胶组成，11％丙烯酰胺Are t
Bis=30：0．8，0．43 M Tris-HCl pH9．18缓冲液，O．1％过硫酸铵，0．05 TEMED。浓
缩胶组成，4 丙烯酰铵，56mMTris-H 2SO．pⅡ6．14，0．1 过硫酸铵，0．05％TEMED。
上槽电极缓冲液为0．01％SDS，20ram Tris-硼酸pⅡ 8．64。下槽 电极 缓 冲 液1 0．043磕
Tris-0．065M甘氨酸pH 9．5。电泳在 4℃进行，每板保持电流30mA。电泳后，胶板在 O8_
910型日本岛津双波长薄层扫描仪上进行光密度扫描，波长为675nm和650rim。另 外 胶板上
各条色素带用刀片切下，分别提取后，在Beckman DU一7Ⅱ8型分光光度计上测定 $40~-740
m 波长的吸收光谱。
叶爆蠢荧光柱 用量子产量一荧光测定系统检测 (库姆斯，丁 -等主编1986)。 ．
‘
维普资讯 http://www.cqvip.com
广 西 植 物
黄瓜幼苗子叶和水稻幼苗叶片提取叶绿
体类囊体膜，经增溶后，立即进行不连续的
8D8一聚丙烯酰胺凝胶电泳分 离 Chl-蛋白
质复合体，在凝胶上可明显的分离出 5条谱
带 (图 1)，按照其 电泳迁移速率，从 匣到快
定为 1、 2、 8、4及 5带。为了鉴别 Chl
l丑与Chl b的吸收，分别用 675nm 和 650~：n
两种波长扫描，光密度扫描图也相应地显示
出五个吸收峰 (图 2、 3 )。其 中第一个峰
为迁移率最慢的谱带，在675nr~吸收峰明显
高于65Onto波长的吸收峰，表明其 0hl a的
相对含量较高，此带为P700叶绿素a蛋 白质
复合体，包含有PS I反应中心P70O。第 2、
3、 4条带在两种波长下扫描，其吸收峰差
异 较小，表明Chl a与Chl b含量大致相等，
为捕光叶绿素a／b蛋 白质复合体 LHCP， 迁
移 率最快的5带为游离色素带。为进一步检
验 各带性质，切下各带在 360-740nm波长
铡定吸收光谱 (图 5)。第一条 带 的 吸 收
蜂，蓝光区为4 34nm，红光区为671nm，为
j 3卷
T reatment
C1cambar Rice
图 1 黄瓜和水稻幼苗叶绿体类囊体膜叶绿素蛋白
质复合体SDS—PAGE
Fig．1 Chlorophyll-protein com plexes of
chloroplast thylakoid membrane of cucumber
and rice seedlings
Treatment：1．28℃ +12h 30 ~tool皿一 ‘
2．5℃ +
a．sO+izh ZSOPmoI血一0 r
明显的Chla的特异吸收峰。第 2、8、4带的吸收光谱图明显不同于第 1条带，在蓝光区有
两个峰，分别为437nm和47Onto，红光区为672nm和653nm两个蜂，从吸收光谱特征亦证明
是LHCP。在本实验条件下分离的Chl-蛋白质复合体，黄瓜幼苗子叶和水稻幼苗 叶片 的 叶
绿体是相同的。
从图 1、 2、 8及 4均可看出，低温明显地引起了冷敏感植物叶绿体中Chl-蛋白质复合
体受损，从各个组分看，~PT00-CPal的变化大于LⅡaP。本试验中亦证明t低温期间每天
给 予12h 280~moI m sI1的光照，无论是黄瓜幼苗还是水稻幼苗， 其6hl_蛋白质复合体
的减少大于暗低温处理，尤其是PT00-CPat蛋白质复合体更加显著， 这个现象与Oquist等
(1978)的研究结果相一致。他们在杉树的试验中，也观察到在自然低温或人工低温影响下
P700-CPal的变化大于LHCP，这种变化在阳光暴露的地方大于阴处，嫩叶的变 化 大 于 老
叶。本试验条件下， 电泳谱上未能分清楚PS I色素蛋白质复合体，为此，进行了叶 绿 素 荧
光的测定，从黄瓜叶圆片的室温荧光动力学曲线可看出 (圉 4)，低韫亦明显的引起荧光发
射蜂的下降，且低温期间供给12 h 280 pmol m 日 的光照，促进了荧光发射峰的下 降。
由此我们认为，在 5℃作用下，仅280 mo1 m B-1的光照就能促进PS I及 PS I的受损，
这是光照下的低温 I起植物冷害加剧的原因。
维普资讯 http://www.cqvip.com
2期 刘鸿先等：光和暗条件下低温对黄瓜和水稻叶绿素蛋白质复合体的影响 177
a瓣 d C+dI盘 5口c+l h
2∞ pmot -壹r
喜 1 ’
．
．
I Ij4
Migration distance(an)
图 2 黄瓜幼苗叶绿素蛋 白质复合体的 SDS～
PAGE凝肢的光密度扫描 (波长675nm
及65ohm )
F ． 2 Photodensitometer scan of SDS—
PAGE gel of chlorophyll—protein com—
plexes in CUCUUlher seedling at 675nm
． and 650 um ．
U t
℃ + dsrk
oh 6h l孙 30b 38h
Control C+触
．
j ^ S
．
图 3 水稻幼苗叶绿素蛋白质复合体的SDS—
PAGE~肢 的光密度扫描 (波长675nm
及 65ohm )
F ． 3 Photodensitom eter 8can of SDs-
PAGE gel of chlorophyll-protein corn-
plexes in rice se edling at 675 nm and
650 nm ．
5．c+ 12h 280 g=ol m·。s—l
h 6h i2h 30h 38b
·—● Tim
图4 低温与光对黄瓜幼苗子叶叶绿素荧光动力学曲线的髟响
F ．4 Effect of chilling and light on fluorescence induction curves of
detached cotyledon of cucumber seedlings．
目 0
0 0 《
0c onm-o rI一 |、一 付一-
维普资讯 http://www.cqvip.com
广 西 植 物 13卷
近年来，许多关于强光引起植物
光台作 用抑 制的报道 (Powles CB
1984)，一般认为在无氧条件下光抑
制部位在PSⅡ反应中心 (巫 继 拓 和
沈允纲1990，Oleland RE and Gri—
chley C I985， aleland RE， Melis
A and Neale PJ 1986)或 蛋 白 ，
且两者受损程度比较接近，而在有氧
条件下光抑制不仅引起 PSI活 性 降
低 (Powles CB 1984，Harvey GW
1978)，PSI反应中心及其 氧 化 侧
和还原侧以及类囊体膜透性 均发生不
同程度 的 破 坏 (巫 继 拓 和 沈 允纲
1990)，PS I的失活是由于它 的 反
应中心生色团的丢失或色素蛋白复合
体的分解，漂 白的结果 (Harvey GW
1978) 目前，在低温与光相 互作用
引起植物光抑制的现象 亦 有 研 究，
Greet(1988)研究了猕猴桃的完整叶
子，发现当生长在300 pmol In sI1
下的植物 转 入 1500 m0l m S 下
时，在5 35℃的温度范围内均发生了
光抑制现象 ，但是在低温下抑制最大，
光抑制的程度亦影响到恢复速率。实
验证明 (Greet 1986)，光抑制的恢
复在 15℃以下速率减慢， 80℃最 台
A
、
_ l l
⋯ 一
一 · -
‘
、 l_
B
_
‘。
D
Wave】 i协(nm)
图 5 黄瓜和 稻幼苗PTOO-CPaI和LHCp的吸收光谱
Fig． 5 Abso：。ption spectra of PTO0一CPa I and
LHCP of CICamber and rice 8eedlings．
A．PToo—CP·_ B．C and D LHCP
Treatment：1．Control‘一 ) 2．5℃ 4-如 ‘⋯ __)
8．5℃ +l2h 2eO ／zmolm一 $J (⋯ - )-
适，光是光抑制最大恢复所必须，但恢复过程的光饱和是在PFD 20 m01 m一。d一 ，恢复过
程包括了一个或较多的叶绿体编码的蛋白质的合成。Yaker等(1986)研究指出，光 抑制随光
强的增加和温度的降低而加强。最们在研究低温诱导植物叶片光氧化作用时亦发现有同样的
规律 (王以柔等1990)。本试验通过低温与光对植物Chl一蛋白质复合体组分影响韵研究，进
一 步证实了低温期间280~m01 m- 日 的光照强度就明显的促进 了Chl-蛋白质复合体的降解，
尤其是 P700一CPat的下降十分明显。从叶绿素荧光测定亦证明，P8 I活性的下降也是光服
下低温的影响大于暗低温处理，说明低温与光相互作用，无论是 PS I还 是 P8 I都 加 剧了
抑制作用，这种伤害机理与常温下高光强引起的光抑制相一致，而在低温下中等光强就能诱
导光抑制的产生，因此，在有光照的低温下植物发生冷害往往更为严重。
呲 ㈣㈣ Ⅲ 哪㈣ 帅㈣ 哪 呲㈣㈣
维普资讯 http://www.cqvip.com
2期 刘鸿先等：光和暗条件下低温对黄瓜和水稻叶绿素蛋白质复台体的影响 179·
参 考 文 献
t 1)何 洁，王以秉、刘鹌先、郭惶彦，1987：低温和光扁对水稻穰浆期叶片光台怍用的影响。植物生理学报，18
(4) l 371- 377。
(2)王以秉，曾韶西，李降萍，刘鸿先，1990~低温诱导水稻叶片的光过卓化怍用。植物生理学掇 ·16(2) l2一
l8。
(8)枣榍柱，匡廷云，1989-一种聚球藻匿蓝藻类囊体膜上的光系统 Ⅱ叶绿体蛋白复台体。海洋与糍沼，19(8)t
232- 237。
t 4 j巫继拓，沈允婀，1990。菝苹叶绿体的光抑翩部位。扭物生理学报，16(1’：3l一36。
-[5)张志良，昊光耀主犏．1986·植物生物化学技术和方法。农业出版社，P ale-22z。
9)库坶斯，丁 -善尔D0、朗SP、斯卡洛克 M0主编 ．1988~生物生产力和光台作用铡定技术。 科学出版社，P．
197- 198·
( 7 )Cleland。RE．．C．Cricl-ley．1995l Studies on the mechanism of photoiuhihitioa in Mgher plantsⅡ．
Inactivation by hi吐 light of photos}stem Ⅱ reaction center fuaction in isolated spinach thyiakoids
and Oi-evolving particles．Photobioch em photobioph}s ．10·83‘-。2a
( 8)Cleland．RE．．A．Melis．PJ．Neale．1986I Mechanism of photoL~thibition*Photochemical reaction center
inactlvatiolz in system Ⅱ of chloroplasts．Photosynth Res． 口 ·70—-8B。
( 0 )Gerber．DW ．． E．Burris．1981I Photoinhihition and P7o0 in the Narine Diatom Amphora SP．Plant
Ph}sio1．6B·699-702。
￡10)Cr~eer．DH．． A．Berry．0．B~orkman．19eBt Photninhlbltion of pholosFnlh~sls iatstt be n le~ves：
Role of light and temperature．and requirement for chloroplast‘protein synthesis during recovery·
Planta．188 t 253-860．
(11)Greer．DH．．1998l Effect of temperature on Photolnhibition and recovery in Actinidia dellciosa．Auct
J Plant Ph}slo1．， 15：195-205。
t12)Gtitchh．y，C．．)．988-The mo1ecalar mechanism 0f photo hlbition—facts and fiction． Aust J Plant
Ph}sioI．18 t 27-~1。
C l3)Harvey．GW ．．1978~Photolability of photosynthesis in two separate mutants of Scenedesmus obli’
quus．Prefe~ntial inactivation of otosystem I．Pblemt Ph}sio1．62 330-986。
(14)Powles．SB．．1984 l Photoinhlhitioo of photosynthesis induced by visible light．Anu Rev Plant Phy’
nio1．s5-l5—41．
(18)Oquist．G．、O．Macteasson．B．Martin．G．．~Malmberg．1978~Seasonal effects on ch lorophyll‘protein
complexes isolated from Pinl／I silvestris．Ph}s iol Plant． {‘：1B7一 l92。 ，
16)6qufat，G⋯B Martin．O．Mtenssot．L．Christerss6n．G．Malmberg．1978~Effect of Season emd 101
temperature on poly~ ides from thylakoids isolated from chloroplasts of Pinus silvestris． Ph}sio-
Plant，“ I 800-906。
(17)Yaker⋯D J．Rudich．BA．Bravdo．S．Ms[kln．1986．Prolonged chilling under m6derate light：effect∞
photosynthetic activity measuzed with the photoaco u~ic method．Plant II Environment 9 581—
588。
，
维普资讯 http://www.cqvip.com