光照强度对山药光合特性的影响和Rubisco羧化酶基因的克隆及表达分析

作者：陈妍; 张艳芳; 赵令敏; 葛明然; 邢丽南; 霍秀文^*

来源：植物生理学报, 2023, 59(06): 1169-1183.

DOI：10.13592/j.cnki.ppj.100512

• 山药
• 光照强度
• 光合特性
• Rubisco羧化酶
• 基因克隆
• 表达分析

核糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是光合作用中参与CO2同化的关键酶, Rubisco酶的活化取决于Rubisco活化酶(rubisco activase, RCA)的活性。为探讨不同光照强度下山药形态结构变化和生理响应特征,本试验以‘大和长芋’山药为材料,研究在全光照及2种不同透光率T1 (60%～75%FL)、T2 (30%～45%FL)下山药叶片形态结构、光合特性及块茎淀粉积累相关指标,采用RT-PCR技术克隆山药Rubisco羧化酶基因,并分析其表达模式。结果表明:山药在遮光下,叶面积分别增大17.2%和33.43%;对气孔开度的变化显著,叶片厚度显著降低且上表皮厚度也明显减少,栅栏组织细胞彼此融合而变粗,海绵组织细胞排列较稀疏。净光合速率、蒸腾速率和气孔导度随光照强度的降低而减小,胞间CO2浓度没有明显变化;叶绿素含量显著上升以及Rubisco、RCA酶活力下降。遮光影响块茎的膨大,淀粉、蔗糖含量及相关酶活性呈不同程度的降低。山药Rubisco羧化酶基因(DoRbcL)的ORF长度为1 752 bp,编码583个氨基酸,与几内亚薯蓣的氨基酸序列相似度较高。DoRbcL基因呈组织特异性表达,在叶中表达量最高且遮光后基因表达量显著降低,且与遮光程度呈正相关。这为解析山药对光照变化的适应性和响应机制提供了理论依据。

• 单位
  园艺与植物保护学院; 内蒙古农业大学