...氮對高溫與乾旱複合脅迫下小麥葉片Rca基因表達及Rubisco活性的...

2020-12-08 大河報網

　　《河南農業大學學報》2018年第52卷第6期刊載了河南農業大學杜興良，蘭盼龍，張皓帆，李華，汪月霞，趙會傑，以及中國農業科學院鄭州果樹研究所趙光偉的論文——「一氧化氮對高溫與乾旱複合脅迫下小麥葉片Rca基因表達及Rubisco活性的影響」。該研究由國家自然科學基金項目(30971725)資助。責任編輯常思敏。

　　光合作用是作物產量和品質形成的基礎，也是對環境脅迫較為敏感的生理過程，常常受到高溫、乾旱等逆境脅迫的影響。研究表明，乾旱脅迫會造成光合磷酸化抑制，RuBP羧化/加氧酶（Rubisco）活性降低和RuBP再生受阻，從而限制光合作用進行。高溫脅迫也會導致氣孔限制和Rubisco活性的降低，而且Rubisco活性受Rubsico活化酶（RCA）的調控，高溫下Rubisco活性下降是RCA調控的結果。

　　小麥屬於喜涼作物，但在生長季節內(尤其生育後期)經常受到高溫和乾旱複合脅迫，導致光合速率降低，產量下降。目前，關於高溫和乾旱複合脅迫下小麥光合作用的變化及其調控，迄今研究相對較少。本文研究了高溫乾旱複合脅迫下，小麥葉片的Rubsico活化酶基因（Rca）表達、RCA、Rubisco活化狀態（活化態Rubisco佔Rubisco總量的百分比）與Rubisco活性及光合作用的變化，並探討了外源信號物質一氧化氮（NO）的調節效應。旨在為進一步闡明高溫乾旱複合脅迫對光合作用的損傷機制,採取抗逆應變栽培措施提供依據。

　　以小麥（Triticum aestivum L.）品種豫麥49為材料，在幼苗第3片葉完全展開時，進行包括對照、高溫脅迫(H)、乾旱脅迫(D)、高溫乾旱複合脅迫(DH)、NO預處理後乾旱脅迫(D+NO)、NO預處理後高溫脅迫(H+NO)、NO預處理後高溫乾旱複合脅迫(DH+NO)。光合速率採用LCpro+光合測定儀測定。葉綠素相對含量採用葉綠素儀SPAD-502測定。RCA活性採用RCA測定試劑盒測定。Rubisco初始活性和總活性、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）活性等按照參考文獻方法測定。提取總RNA。Rca轉錄表達以小麥的β-actin作為內標基因計算相對表達量。

　　結果表明，乾旱和高溫乾旱複合脅迫導致小麥葉片的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）活性降低，而高溫脅迫下SOD和CAT活性升高。NO預處理能顯著增強幹旱及高溫乾旱複合脅迫下的抗氧化酶活性。編碼RCA不同亞基的基因（Rca a和Rca b）對不同逆境脅迫的響應存在差異，乾旱、高溫和高溫乾旱複合脅迫導致Rca a基因的表達水平分別降低97%、92.31%和84.93%， Rca b的轉錄水平則在高溫和高溫乾旱複合脅迫下分別比對照升高了26.14倍和28.02倍。NO預處理使乾旱脅迫下Rca a的表達增加了38.42倍，Rca b的表達增加了32.74倍，使高溫乾旱複合脅迫下Rca b的表達水平提高了30.39%。遭受乾旱、高溫及二者複合脅迫後，小麥葉片的RCA活性、Rubisco初始活性、總活性以及Rubisco活化狀態明顯下降，而採用NO預處理不同程度地提高了乾旱、高溫及高溫乾旱複合脅迫下小麥葉片的RCA活性及Rubisco酶的初始活、總活性與活化狀態，使其在逆境下保持較高的葉綠素含量（SPAD值）和光合速率（Pn）。

　　總之，NO能夠通過增強抗氧化酶活性和調節Rca基因表達，提高RCA和Rubisco活性，緩解高溫乾旱複合脅迫對小麥葉片的光合作用的損傷。

　　通信作者：

　　趙會傑，河南農業大學生命科學學院教授、博士、博士生導師，植物科學系副主任，主要從事植物生理學教學與研究工作。長期以來，始終堅持植物生理學為農業現代化服務的宗旨，以小麥、玉米和藥用植物為主要研究對象，開展作物優質、高產、高效、抗逆生理基礎研究。先後獲得省科技進步二等獎5項、三等獎4項；農業部豐收計劃一等獎1項、三等獎1項；省級教學成果獎2項；各種教學獎勵10餘項。在國內外重要期刊上發表論文100餘篇；出版著作14部（含教材）。主持國家自然科學基金2項，省科技攻關項目1項，參與國家糧豐工程子課題1項。

來源：河南農業大學 編輯：凡聞

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