学术时间丨一氧化氮对高温与干旱复合胁迫下小麦叶片Rca基因表达及Rubisco活性的影响

　　《河南农业大学学报》2018年第52卷第6期刊载了河南农业大学杜兴良，兰盼龙，张皓帆，李华，汪月霞，赵会杰，以及中国农业科学院郑州果树研究所赵光伟的论文——“一氧化氮对高温与干旱复合胁迫下小麦叶片Rca基因表达及Rubisco活性的影响”。该研究由国家自然科学基金项目(30971725)资助。责任编辑常思敏。

　　光合作用是作物产量和品质形成的基础，也是对环境胁迫较为敏感的生理过程，常常受到高温、干旱等逆境胁迫的影响。研究表明，干旱胁迫会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，从而限制光合作用进行。高温胁迫也会导致气孔限制和Rubisco活性的降低，而且Rubisco活性受Rubsico活化酶（RCA）的调控，高温下Rubisco活性下降是RCA调控的结果。

　　小麦属于喜凉作物，但在生长季节内(尤其生育后期)经常受到高温和干旱复合胁迫，导致光合速率降低，产量下降。目前，关于高温和干旱复合胁迫下小麦光合作用的变化及其调控，迄今研究相对较少。本文研究了高温干旱复合胁迫下，小麦叶片的Rubsico活化酶基因（Rca）表达、RCA、Rubisco活化状态（活化态Rubisco占Rubisco总量的百分比）与Rubisco活性及光合作用的变化，并探讨了外源信号物质一氧化氮（NO）的调节效应。旨在为进一步阐明高温干旱复合胁迫对光合作用的损伤机制,采取抗逆应变栽培措施提供依据。

　　以小麦（Triticum aestivum L.）品种豫麦49为材料，在幼苗第3片叶完全展开时，进行包括对照、高温胁迫(H)、干旱胁迫(D)、高温干旱复合胁迫(DH)、NO预处理后干旱胁迫(D+NO)、NO预处理后高温胁迫(H+NO)、NO预处理后高温干旱复合胁迫(DH+NO)。光合速率采用LCpro+光合测定仪测定。叶绿素相对含量采用叶绿素仪SPAD-502测定。RCA活性采用RCA测定试剂盒测定。Rubisco初始活性和总活性、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性等按照参考文献方法测定。提取总RNA。Rca转录表达以小麦的β-actin作为内标基因计算相对表达量。

　　结果表明，干旱和高温干旱复合胁迫导致小麦叶片的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性降低，而高温胁迫下SOD和CAT活性升高。NO预处理能显著增强干旱及高温干旱复合胁迫下的抗氧化酶活性。编码RCA不同亚基的基因（Rca a和Rca b）对不同逆境胁迫的响应存在差异，干旱、高温和高温干旱复合胁迫导致Rca a基因的表达水平分别降低97%、92.31%和84.93%， Rca b的转录水平则在高温和高温干旱复合胁迫下分别比对照升高了26.14倍和28.02倍。NO预处理使干旱胁迫下Rca a的表达增加了38.42倍，Rca b的表达增加了32.74倍，使高温干旱复合胁迫下Rca b的表达水平提高了30.39%。遭受干旱、高温及二者复合胁迫后，小麦叶片的RCA活性、Rubisco初始活性、总活性以及Rubisco活化状态明显下降，而采用NO预处理不同程度地提高了干旱、高温及高温干旱复合胁迫下小麦叶片的RCA活性及Rubisco酶的初始活、总活性与活化状态，使其在逆境下保持较高的叶绿素含量（SPAD值）和光合速率（Pn）。

　　总之，NO能够通过增强抗氧化酶活性和调节Rca基因表达，提高RCA和Rubisco活性，缓解高温干旱复合胁迫对小麦叶片的光合作用的损伤。

　　通信作者：

　　赵会杰，河南农业大学生命科学学院教授、博士、博士生导师，植物科学系副主任，主要从事植物生理学教学与研究工作。长期以来，始终坚持植物生理学为农业现代化服务的宗旨，以小麦、玉米和药用植物为主要研究对象，开展作物优质、高产、高效、抗逆生理基础研究。先后获得省科技进步二等奖5项、三等奖4项；农业部丰收计划一等奖1项、三等奖1项；省级教学成果奖2项；各种教学奖励10余项。在国内外重要期刊上发表论文100余篇；出版著作14部（含教材）。主持国家自然科学基金2项，省科技攻关项目1项，参与国家粮丰工程子课题1项。

来源：河南农业大学 编辑：凡闻