两优培九系江苏省农业科学院利用两系法培育的亚种间杂交稻,该品种根系发达,茎秆粗壮,具有高产、优质、多抗等优点。近来有研究发现单子叶C3植物水稻维管束周围的光合细胞中存在部分类C4植物维管束鞘的光合特性。本研究以高产杂交水稻两优培九为试验材料,探讨其在成熟过程和衰老过程中围绕叶片中脉周围光合细胞的叶绿体光能吸收、转化和能量传递的动态变化以及蛋白质水平差异分析,为进一步研究水稻两优培九(LYP9)中脉维管束周围的光合细胞与叶薄片之间的发育及衰老是否存在异步性,为筛选高光品系水稻提供更好的实践和理论依据。本研究结果表明:(1)通过光合仪和叶绿素荧光仪测定叶薄片与叶脉成熟期与衰老期的光合效率和光能转化率。结果显示:成熟期中脉与叶薄片相比,其净光合速率、蒸腾速率等各主要光合参数的变化趋势均相同,但是变化的程度不同。叶薄片的净光合速率在水稻成熟后期出现略微下降,而中脉中此时的净光合速率仍缓慢上升,表明中脉也可能存在部分光合特性,并且中脉与叶薄片的光合作用组织发育可能存在差异。另外,随着衰老的进程,与叶薄片相比,中脉中的净光合速率、蒸腾速率及气孔导度下降速率均较缓,降低幅度较小,表明衰老过程中叶薄片的光合系统受损程度较高,光合能力下降较快,而中脉的光合细胞仍在发挥一定的有效作用。另外,细胞间隙CO2浓度、水分利用率和水蒸汽压亏缺的变化也证实了中脉的光合系统受损程度较低。从光能转化效率看,衰老进程后期,中脉中PS Ⅱ和PS Ⅰ系统吸收和转移电子所需的能量均降低,而且大量的能量以荧光和热能的形式耗散(DI0/ABS、DI0/CS0、DI0/RC)等大幅升高。在衰老时期,叶薄片中的PIabs和PI total大幅降低,进一步说明衰老后期叶脉中的光合性能仍较强。(2)通过液相色谱对成熟期和衰老期叶薄片与中脉的叶黄素循环组分分析发现,成熟期中脉与叶薄片中的总叶绿素与总类胡萝卜素均呈缓慢下降趋势,而Car/Chl的值在中脉中持续增加,且均高于叶薄片中的值,这可能暗示着中脉中具有与叶薄片不同的光合作用组织。同时发现该阶段中脉中的叶黄素循环库始终小于叶薄片,且增长幅度也小于叶薄片,DEPS值同样逐渐下降。表明了成熟期叶薄片的光合器官较活跃,处于主导地位,光合能力较强。但进入衰老期后,中脉中总类胡萝卜素含量(Car)和叶黄素循环组分(VAZ)总含量都随着衰老进程的推进而降低,而这两者的比值(VAZ/Car)和DEPS值在后期均超过了叶薄片中的含量,说明衰老后期中脉光合系统产生的过多能量通过叶黄素循环进行有效的耗散,从而减少自身损伤,这也是对自身的一种保护策略(3)通过2-DE双向电泳及MALDI-TOF/TOF质谱分析方法对成熟期和衰老期叶薄片与中脉中的差异蛋白进行分析,分别成功鉴定了 24个和32个点,并大致归于7类:它们分为代谢、能量、蛋白质合成与贮藏、细胞结构、应激防御、信号转导和未知功能。成熟期,中脉光反应与暗反应相关蛋白呈现出相反的表达水平,暗示了中脉与叶薄片中在光合途径中承担着不同角色。随着衰老进程,中脉与叶薄片都受到不同程度的损伤,RuBisCO活化酶、苹果酸脱氢酶(MDH)、二氢硫辛酸脱氢酶1在中脉中的表达量较高,表示衰老后期中脉受衰老伤害程度较低,因此光合能力更强。此外,亚细胞定位表明,这些蛋白分别位于叶绿体、线粒体、细胞核和细胞质。表明中脉维管束周围的细胞具有相对完整的光合系统,在叶片衰老后期供给植物生命所需,延缓衰老。综述所述,水稻两优培九叶片中脉与叶薄片发育和衰老存在异步性。中脉中特殊的光合能力为提高水稻光合作用,延缓衰老,改善水稻产量提供了一种新的途径和理论支撑。