Untitled - 中国植物生理与分子生物学学会

小 麦 幼 苗 对 连 续 强 光 的 响 应 研 究
李 宏 伟 , 李 滨 , 郑 琪 , 童 依 平 , 李 振 声
( 中 国 科 学 院 遗 传 与 发 育 生 物 学 研 究 所 / 植 物 细 胞 与 染 色 体 工 程 国 家 重 点 实 验 室 , 北 京 100101)
在 生 长 过 程 中 小 麦 经 常 面 临 强 光 胁 迫 , 特 别 是 在 小 麦 生 长 后 期 , 强 光 引 起 的 过 剩 光 能 常 常
导 致 “ 光 合 午 休 ” 现 象 的 发 生 。 如 果 伴 随 其 他 逆 境 如 干 旱 、 高 温 等 因 素 , 强 光 更 会 引 起 光 合 效 率
和 叶 绿 素 含 量 的 下 降 而 发 生 光 氧 化 , 进 而 引 起 叶 片 早 衰 而 使 产 量 降 低 。 为 了 便 于 研 究 小 麦 对
连 续 强 光 的 响 应 过 程 , 本 研 究 以 抗 光 氧 化 的 小 偃 54 幼 苗 为 试 材 , 检 测 了 连 续 强 光 处 理 0 h、1
h、3 h、8 h、24 h 和 48 h 时 的 光 合 速 率 、 叶 绿 素 含 量 、 最 大 光 化 学 效 率 、 抗 氧 化 酶 活 性 及 全
基 因 组 表 达 谱 变 化 。 结 果 表 明 , 当 小 麦 幼 苗 转 入 强 光 后 , 净 光 合 速 率 、 气 孔 导 度 、 蒸 腾 速 率
变 化 呈 单 峰 曲 线 , 均 在 强 光 8 h 时 达 到 最 大 值 , 而 在 强 光 处 理 48 h 时 下 降 至 强 光 处 理 前 的 水
平 ; 总 叶 绿 素 含 量 和 叶 绿 素 a 含 量 随 强 光 处 理 时 间 的 延 长 而 增 加 , 叶 绿 素 b 含 量 降 低 ;PSⅡ
最 大 光 化 学 效 率 (Fv/Fm) 不 断 降 低 , 强 光 处 理 48 h 时 比 处 理 前 下 降 了 约 6%; 抗 氧 化 酶 如 SOD、
CAT、APX 和 GR 活 力 逐 渐 诱 导 增 强 , 在 强 光 48 h 时 达 最 大 值 。 芯 片 分 析 结 果 表 明 , 有 1831
个 探 针 ( 占 总 探 针 数 的 3%) 在 强 光 处 理 之 后 表 达 变 化 在 4 倍 以 上 。 仅 在 强 光 1 h、3 h、8 h、24 h
和 48 h 差 异 表 达 的 探 针 分 别 有 53、46、185、104 和 425 个 。 与 生 理 测 定 结 果 相 似 , 强 光 48 h
时 小 麦 幼 苗 已 经 处 于 严 重 的 光 氧 化 胁 迫 之 下 , 更 多 的 基 因 差 异 表 达 , 其 中 上 调 表 达 209 个 ,
下 调 表 达 216 个 。 下 调 表 达 基 因 中 很 多 在 基 因 表 达 水 平 上 , 光 氧 化 使 得 与 光 合 作 用 有 关 基 因
表 达 受 到 抑 制 。 上 调 表 达 的 基 因 主 要 参 与 抗 生 物 胁 迫 和 非 生 物 胁 迫 过 程 。 如 与 抗 病 有 关 的 几
丁 质 酶 (chitinase)、 苯 丙 氨 酸 解 氨 酶 (PAL)、 超 敏 反 应 相 关 蛋 白 (HSR)、 抗 病 蛋 白 (disease resistance
protein)、β-1,3- 葡 聚 糖 酶 (beta-1,3-glucanase) 等 。 下 调 表 达 的 基 因 多 涉 及 光 合 作 用 过 程 , 如 与 光
合 电 子 传 递 有 关 的 硫 氧 还 蛋 白 、 细 胞 色 素 b559、 细 胞 色 素 b6/f 复 合 体 亚 基 ;PSⅡ 放 氧 复 合 体
23、33kDa 蛋 白 ; 叶 绿 素 a/b 结 合 蛋 白 如 CP29 等 ;PSⅠ 反 应 中 心 蛋 白 如 PSI-K、PSI-L 等 ;ATP
合 酶 CF1 亚 基 ; 叶 绿 素 合 成 有 关 的 酶 ; 参 与 卡 尔 文 循 环 的 磷 酸 核 酮 糖 激 酶 等 的 表 达 都 受 到 抑
制 。 显 然 , 小 麦 响 应 强 光 的 过 程 是 涉 及 基 因 表 达 、 生 理 生 化 等 复 杂 过 程 , 解 析 小 麦 响 应 强 光
的 分 子 机 制 仍 需 要 深 入 系 统 研 究 。
关 键 词 : 小 麦 ; 幼 苗 ; 连 续 强 光 ; 光 响 应
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