Rubisco活化酶与植物抗逆性

蒋德安，王盾，杨万军，金松恒，何漪，冯旭萍

(浙江大学生命科学学院 杭州余杭塘路388号 310058)

高光强、干旱和高温胁迫是植物生长，降低光合速率的主要逆境因子。Rubisco 活化酶(RCA)最先作为体内催化Rubisco活化而得名。然而，人们在逆境条件下发现RCA可能参与一些植物的抗逆性。本研究以反义RCA水稻为材料，研究了光强、干旱和高温胁迫对植物光合作用的影响。结果表明：

(1)当RCA含量降低到正常的1/3时，反义rca水稻的线性电子流(ETR)和最大光合电子传递速率(Jmax)大大低于野生型水稻，其ETR的光饱和点也大大低于野生型，PSII反应中心激发能捕获效率(Fv′/Fm′)和光化学猝灭(qP)明显下降。在ETR达到光饱和后，反义rca水稻的非光化学猝灭(NPQ)和高能态猝灭(qE)都还在随光强持续上升。在饱和光强下，反义rca水稻的NPQ和qE与野生型水稻相差不大，但在中等光强下，NPQ和qE则大大高于野生型。反义rca水稻的作用光关闭后荧光瞬时上升的幅度显著地提高，而且P700+在暗中还原速率也明显快于野生型水稻，这些都表明RCA含量减少促进了PSI的环式电子流，和类囊体腔的酸化和能量的耗散，以缓解碳同化下降导致激发能过剩。

(2)当RCA含量恢复到正常的2/3时，水分充足条件下，光合作用各参数恢复到正常水平，但反义rca水稻对干旱胁迫的反应比野生型敏感，主要表现为叶片易卷曲，光合迅速下降。当土壤含水量降到田间最大持水量的60%时，野生型的光合下降了11%，而反义水稻下降了40%。野生型的气孔导度降低了30%，而反义水稻下降了60%。此外，反义rca水稻的蒸腾速率，内部CO2浓度和Rubisco初始活力的降低也比野生型明显，但Rubisco大小亚基的含量变化很少。RCA含量表现出干旱上调趋势，尤其是RCAI(大亚基)含量。在上述条件下，干旱除降低PSII的线性电子流外，对其他叶绿素荧光参数，叶片叶绿素含量和含水量均无显著影响。

(3)40℃高温处理及其恢复研究表明，反义rca水稻光合作用对高温处理更敏感。无论是野生型还是rca反义转基因植株，净光合速率都在高温处理4h内显著下降30%~40%，随着高温的延续光合可恢复至接近对照水平，但反义转基因植株比野生型植株恢复得慢；RCA含量分析表明，高温处理4小时后，野生型植株RCA含量显著上调16.3%~37.6%，而反义转基因植株则无显著变化。说明正常植株RCA的表达受高温的调节，而转基因植株由于反义转基因的缘故掩盖了这种调节作用；Rubisco含量在高温处理4小时后略有下降，说明这两种蛋白的表达具有内在的联系；Rubisco羧化活力分析表明，与常温对照相比，在高温处理4小时后，野生型植株和反义转基因植株稻叶的Rubisco活化状态分别下降17.24%和50%，表明在反义植株中Rubisco活化状态对高温更加敏感。净光合速率在高温处理8h有一定恢复，与高温下Rubisco活化状态的恢复有关。野生型植株RCA含量在高温处理4h后的上调为高温处理后期Rubisco活化状态的恢复提供了可能。以上结果表明，RCA在植物抗高温过程中起到了调节作用，Rubisco活化状态的热适应迟于RA含量的上调，可能随着高温处理的延续，一些分子伴侣如热激蛋白可能参与RCA的相互作用，从而提高了处理后期高温下RCA的活性。因此，我们认为RCA和与RCA有相互作用的相关热激蛋白可能参与植物抗高温过程。

关键词：Rubisco活化酶；抗逆性

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