吳敏怡 李 霞 何亞飛 張 琛 嚴 婷

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，江蘇省優(yōu)質(zhì)水稻工程技術(shù)研究中心,南京 210014； 2.南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,江蘇省微生物與功能基因組學(xué)重點實驗室,江蘇省微生物資源產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)研究中心,南京 210023； 3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，南京 210095； 4.南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，南京 210037)

脫落酸和己糖激酶抑制劑對高表達C4-PEPC轉(zhuǎn)基因稻苗耐旱性的影響

吳敏怡1,2李 霞1*何亞飛1,4張 琛1,3嚴 婷1,3

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，江蘇省優(yōu)質(zhì)水稻工程技術(shù)研究中心,南京 210014；2.南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,江蘇省微生物與功能基因組學(xué)重點實驗室,江蘇省微生物資源產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)研究中心,南京 210023；3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，南京 210095；4.南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，南京 210037)

為了研究高表達轉(zhuǎn)玉米C4-磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)基因水稻(PC)的耐旱性機制，本研究以PC和未轉(zhuǎn)基因野生型原種kitaake為材料，分別在光照和黑暗預(yù)處理24 h,其中光照處理中光強為600 μmol·m-2·s-1，預(yù)處理后稻苗再在15%聚乙二醇-6000模擬干旱脅迫下，同時使用藥理學(xué)的方法，通過加入脫落酸和己糖激酶的專一性抑制劑100 μmol·L-1去甲二氫愈創(chuàng)木酸和10 mmol·L-1葡萄糖胺，觀察兩種水稻4～5葉期稻苗耐旱表現(xiàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與WT水稻相比，在PEG-6000處理后,經(jīng)過光預(yù)處理的PC水稻葉片相對含水量下降較少，始終比WT的高，而且丙二醛含量則較少，脯氨酸誘導(dǎo)增加，表現(xiàn)耐旱；而經(jīng)過暗預(yù)處理后PC植株顯著降低這個優(yōu)勢，表明光預(yù)處理有利于PC耐旱性的表現(xiàn)；黑暗預(yù)處理均顯著下調(diào)了2供試材料植株葉片中可溶性糖的含量，而對可溶性蛋白的含量影響不顯著；而光預(yù)處理后PC水稻葉片內(nèi)可溶性糖含量比WT增加，而在黑暗預(yù)處理則PC的顯著低于WT的，其中葡萄糖胺對光預(yù)處理下PC的可溶性糖含量的下調(diào)作用最顯著；暗預(yù)處理逆轉(zhuǎn)或消除了NO,H2O2和鈣離子含量變化趨勢，這些變化與暗預(yù)處理減少了兩材料葉片蔗糖和葡萄糖含量變化同步；光暗預(yù)處理對兩材料的PEPC酶活性的差異影響不大，表明外源玉米C4-PEPC在水稻中是組成型表達?？梢奝C葉片可部分通過糖組分，參與內(nèi)源糖介導(dǎo)ABA和HXK信號途徑,緩解干旱處理對葉片的傷害，穩(wěn)定光合能力。

水稻；磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶；干旱；糖；脫落酸；己糖激酶

水稻是世界上超過一半人口的主食，是最重要的糧食作物之一，而干旱制約著作物，尤其是水稻的生長和發(fā)育，降低其產(chǎn)量[1]。近年來全球干旱呈加重趨勢，因此，從多角度解析水稻的耐旱機理成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物學(xué)研究的熱點之一。而C4植物如玉米在干旱等逆境條件下表現(xiàn)較高的光合效率和水分利用率，進而表現(xiàn)一定的抗逆性，維持作物產(chǎn)量[2]。因此，科學(xué)家們一直希望將C4植物中的關(guān)鍵基因轉(zhuǎn)入C3植物水稻中，增強水稻光合效率和耐逆性，提高產(chǎn)量，保證世界糧食安全[3]。玉米磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC，EC.1.1.31)是C4植物光合途徑的關(guān)鍵酶。PEPC不僅在提高C4光合效率中起到關(guān)鍵作用，并且在耐旱性方面也扮演著重要的角色[4]。現(xiàn)已通過基因工程技術(shù)獲得高表達轉(zhuǎn)玉米C4-PEPC基因(基因登陸號：Zm09g542372)水稻(PC)[5～6]。不少研究表明高表達轉(zhuǎn)玉米C4-PEPC基因植株不僅表現(xiàn)出較強的光合能力和較高產(chǎn)量[7～10]，而且表現(xiàn)耐旱和耐低氮的特性[11～14]。

當植物遇到干旱脅迫時,利用自身細胞合成可溶性糖,降低細胞的滲透勢,增加細胞吸水，使得細胞保持一定的膨壓,從而維持植物體原來的生理生化活動[15]。相同干旱程度,相同的生長時期，同一物種中可溶性糖的增加量愈顯著，其滲透調(diào)節(jié)能力愈強，植物的抗旱性與滲透調(diào)節(jié)能力呈正相關(guān)[16]。植物中的糖也可以直接作為抗氧化劑淬滅氧化物質(zhì)[17]，調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育，并應(yīng)對不良環(huán)境[18]。近年來，糖信號作為植物科學(xué)研究的前沿問題之一，吸引了大量的科學(xué)家的興趣[19]。之前的研究工作已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在正常條件下，高表達的轉(zhuǎn)C4-pepc基因水稻(PC)在生育后期不同組織(包括葉片，莖稈和籽粒)中碳氮代謝酶活性顯著高于未轉(zhuǎn)基因的野生型原種(WT)，且可溶性糖含量也顯著高于WT[20～21]，而且表現(xiàn)耐旱的優(yōu)勢[22]，那么在干旱條件下，高表達轉(zhuǎn)PEPC基因水稻體內(nèi)的糖是否作為信號分子參與干旱的響應(yīng)，是一個值得深入研究的問題。

脫落酸(abscisic acid,ABA)是調(diào)控植物發(fā)育及其對外界環(huán)境適應(yīng)的重要信號分子[23]。而己糖激酶(Hexokinase，HXK)是一種多功能蛋白，既能催化糖酵解的第一步，又參與植物糖感知和轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，在糖信號的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用[24]。HXK能磷酸化的底物有葡萄糖、果糖、甘露糖和半乳糖等，它還是聯(lián)系植物糖和植物激素的關(guān)鍵元件[25]。通過分析擬南芥糖信號轉(zhuǎn)導(dǎo)突變體與激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)突變體在表型、遺傳、生理和分子生物學(xué)等中關(guān)系的研究證實，糖與ABA、乙烯(Ethylene)、吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid，IAA)、細胞分裂素(cytokinin，CTK)以及赤霉素(game archives，GA)等主要激素之間均有聯(lián)系[26]，并提出植物可能通過調(diào)節(jié)葡萄糖水平，參與ABA介導(dǎo)并依賴己糖激酶的糖途徑，實現(xiàn)從響應(yīng)逆境到抵御逆境的跨越[27]，但相關(guān)的實驗證據(jù)尚不多見。本研究選取干旱耐性和糖含量差異的高表達轉(zhuǎn)玉米C4-磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)基因水稻(PC)和未轉(zhuǎn)基因的野生型原種(WT)為研究材料，在供試材料的4～5葉期，通過設(shè)置光、暗兩種預(yù)處理處理，然后再采用15%聚乙二醇6000(polyethylene glycol-6000，PEG-6000)處理稻苗進行模擬干旱處理，并設(shè)置100 μmol·L-1ABA抑制劑去甲二氫愈創(chuàng)木酸(nordihydroguaiaretic acid，NDGA)和10 mmol/L的HXK抑制劑葡萄糖胺(glucosamine,Gluc)根吸入實驗，分析供試水稻糖水平與兩個重要信號途徑在植株干旱響應(yīng)中的表現(xiàn)，期望了解內(nèi)源可溶性糖在PC水稻緩解干旱脅迫的生理功能，為“C4稻”在干旱中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 供試材料的培養(yǎng)

本研究使用的材料為高表達轉(zhuǎn)玉米轉(zhuǎn)C4-pepc基因(基因登陸號：Zm09g542372)水稻(PC)和原種(WT)[28]。水稻種子首先使用50%次氯酸鈉溶液浸種消毒15 min，然后用75%的乙醇洗滌浸泡5 min，隨后使用蒸餾水反復(fù)沖洗數(shù)次直至無乙醇殘留。將消毒后的種子放在培養(yǎng)皿中，使用純凈水浸沒，置于30℃黑暗條件2 d浸種，然后催芽2 d，待長出均一的芽之后，隨后轉(zhuǎn)到培養(yǎng)板上，使用改良后的國際水稻培養(yǎng)液進行培養(yǎng)[29]。置于30℃/25℃(晝/夜)、14 h/10 h(光/暗)光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。待水稻材料長到4～5葉期時，取長勢相一致稻苗進行相關(guān)處理，測定相同葉位的葉片(第二片完全展開的葉)的各項生理指標。

1.1.2 干旱處理以及抑制劑引入方法

采用15%(w/v)PEG-6000對水稻植株進行模擬干旱處理,將4～5葉期水稻分別在光照和黑暗條件預(yù)處理24 h。然后再分別加入營養(yǎng)液、100 μmol·L-1ABA抑制劑去甲二氫愈創(chuàng)木酸(nordihydroguaiaretic acid，NDGA)+營養(yǎng)液、10 mmol·L-1的HXK抑制劑葡萄糖胺(glucosamine,Gluc)+營養(yǎng)液、100 μmol·L-1NDGA+10 mmol·L-1Gluc+營養(yǎng)液，使植株根吸入上述試劑，在暗中處理60 min，然后再加入15% PEG-6000處理4 h，每個處理20株，處理完畢的材料迅速用液氮冷凍，然后置于-80℃儲存，處理完畢后統(tǒng)一測定各項生理指標[30]。

1.2 實驗方法

1.2.1凈光合速率(Netphotosyntheticrate,Pn)、氣孔導(dǎo)度(Stomatalconductance,Gs)和蒸騰速率(transpirationrate,Tr)的測定

采用Li等[31]方法，LI-6400便攜式光合測定儀(LI-COR，美國)，使用紅藍光源開放式系統(tǒng)測定，設(shè)定PPED為1 000 μmol·m-2·s-1，流速為500 μmol·s-1。選取4～5葉期稻苗的倒二葉進行，測定供試材料的Pn、Gs和Tr。每個處理測定3～5個重復(fù)。

1.2.2葉片相對含水量(relativewatercontent,RWC)的測定

剪取材料倒二葉的中間部位葉片，稱鮮重(Fresh weight,Fw)。將葉片懸浮于放有蒸餾水的三角瓶中黑暗處理24 h，之后稱其飽和鮮重(Turgid fresh weight,Tw)。最后將葉片105℃殺青20 min，然后置于75℃下烘至衡重，使用千分之一的天平稱其干重(Dry weight,Dw)。RWC按照如下公式計算：

RWC%=(Fw-Dw)/(Tw-Dw)×100%[32]

(1)

1.2.3丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量的測定

丙二醛含量的測定使用硫代巴比妥酸法。稱取植物葉片0.2 g，剪碎后加入10%三氯乙酸(Trichloroacetic acid，TCA)2 mL和少量石英砂，研磨至勻漿再加入4 mL TCA進一步研磨(即體積為6 mL)，將勻漿液4 000 g離心10 min，隨后吸取上清液2 mL(對照為2 mL蒸餾水)，加入2 mL 0.6%硫代巴比妥酸溶液，混勻后于沸水浴中反應(yīng)15 min，迅速冷卻再離心，取上清測定在532、600和450 nm波長下的吸光度[33]。

1.2.4 脯氨酸(proline，pro)含量的測定方法

準確稱取0.3 g樣品,用磺基水楊酸溶液研磨提取,磺基水楊酸的最終體積為10 mL。勻漿液轉(zhuǎn)入玻璃離心管中,在沸水浴浸提10 min。冷卻后,以5 000 g離心10 min，取上清液待測。吸取上清液2 mL于具塞試管中(對照加入2 mL水)、2 mL冰醋酸和3 mL酸性茚三酮試劑，搖勻后沸水浴中加熱顯色40 min，冷卻至室溫加人10 mL甲苯萃取紅色產(chǎn)物，完全分層后，取甲苯層用紫外分光光度計(UV-1200型，上海美譜達儀器有限公司，上海，中國)在波長520 nm下比色。同樣以相同條件制定標準曲線。脯氨酸含量計算公式:

脯氨酸含量(pg/g)=[XxV1/V2]/樣重(g)

(2)

式中：X為測定液中脯氨酸含量；Vl為提取液體積(mL)；V2為反應(yīng)液體積(mL)[34]。

1.2.5 可溶性蛋白含量的測定

稱取0.5葉片加3 mL預(yù)冷的丙酮研磨，將勻漿液轉(zhuǎn)移至離心管中4℃ 10 000 g離心10 min，吸取上清液，即為粗蛋白提取液。在3 mL考馬斯亮蘭G-250蛋白試劑(100 mg考馬斯亮藍G-250溶于50 mL 95%乙醇中，加入100 mL 85%的正磷酸，用蒸餾水定溶到1 L，攪拌下放置過夜，過濾后貯于棕色瓶中備用)中加入粗蛋白提取液50 μL，使用UV-1200紫外分光光度計(UV-1200型，上海美譜達儀器有限公司，上海，中國)，在595 nm下測定OD值。以標準牛血清蛋白濃度作標準曲線，計算粗提液的可溶性蛋白含量[35]。

1.2.6 一氧化氮(Nitric oxide,NO)含量的測定

稱取0.1 g樣品，加入1 mL磷酸緩沖液提取(pH7.4)研磨，將勻漿液轉(zhuǎn)移至離心管中4℃ 10 000 g離心10 min，收集上清液。取50 μL上清液，用100 units的超氧化物歧化酶和100 units的過氧化氫酶反應(yīng)5 min后，以去除內(nèi)源性活性氧(reactive oxygen species，ROS)，然后向其中加入5 mL氧合血紅蛋白(5 mmol·L-1)，并孵育2 min，在NO被氧合血紅蛋白轉(zhuǎn)化為高鐵血紅蛋白的基礎(chǔ)上，使用UV-1200紫外分光光度計(UV-1200型，上海美譜達儀器有限公司，上海，中國)。在550 nm處測定吸光值，最后計算一氧化氮含量[36]。

1.2.7過氧化氫(hydrogenperoxide,H2O2)和鈣離子(Calcium,Ca2+)含量測定

根據(jù)Patterson[37]的方法測定H2O2含量。稱取0.3 g葉片加3 mL預(yù)冷的丙酮研磨，將勻漿液轉(zhuǎn)移至離心管中4℃ 10 000 g離心10 min，吸取上清液并加入0.2 mL濃氨水和0.1 mL 20%的四氯化鈦鹽酸溶液，25℃條件下反應(yīng)10 min，再將反應(yīng)混合物4℃下8 000 g離心10 min，離心后用冷丙酮洗滌兩次，并加入3 mL的1 mol·L-1H2SO4。使用UV-1200紫外分光光度計(UV-1200型，上海美譜達儀器有限公司，上海，中國)，在410 nm處測定吸收值，使用已知濃度的H2O2作標準曲線，最后根據(jù)標準曲線計算H2O2含量。

根據(jù)楊彩琴等[38]方法測定Ca2+含量。稱取0.1 g樣品，加入1 mL磷酸緩沖液提取(pH7.4)研磨，將勻漿液轉(zhuǎn)移至離心管中4℃ 10 000 g離心10 min，收集上清液。取50 μL上清液，加入1 mL甲基麝香草酚蘭(Methyl thymol blue complexon，MTB)試劑，0.6%聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone，PVP)，0.25 mol·L-1MTB，0.1 mol·L-1HCl)，2 mL堿性溶液(0.1%甘氨酸，0.2 mol·L-1Na2SO3，0.23 mol·L-1NaOH)，以2.5 mmol·L-1鈣代替試液做標準液，以去雙蒸水做空白對照，靜止5 min后，使用紫外分光光度計(UV-1200型，上海美譜達儀器有限公司，上海，中國)，在610 nm測定吸光值，最后計算Ca2+含量。

1.2.8 可溶性糖含量的測定

采用蒽酮比色法進行，糖在濃硫酸作用下，可經(jīng)脫水反應(yīng)生成糖糠或羥甲基糠醛可與蒽酮反應(yīng)生成有色物質(zhì)，用紫外分光光度計(UV-1200型，上海美譜達儀器有限公司，上海，中國)，在630 nm處測定吸光值[39]。

1.2.9 蔗糖(Sucrose,Suc)含量的測定

蔗糖在水解液中經(jīng)過沸水浴，用紫外分光光度計(UV-1200型，上海美譜達儀器有限公司，上海，中國)，產(chǎn)物在290 nm處有最大吸收峰，測定其OD值，計算出蔗糖含量。方法根據(jù)南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的試劑盒(貨號：F006)說明書進行。

1.2.10 葡萄糖(Glucose,Glu)含量的測定

葡萄糖經(jīng)過葡萄糖氧化酶作用生成葡萄糖酸和過氧化氫，后者在過氧化物酶的作用下，將還原性4-氨基安替比林與酚偶聯(lián)縮合成可被分光光度計測定的醌類化合物。用紫外分光光度計(UV-1200型，上海美譜達儀器有限公司，上海，中國)，在290 nm處測定吸光值，其過程參照南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的試劑盒(貨號：F006)說明書進行。

1.2.11 果糖(Fructose,Fru)含量的測定

果糖與基質(zhì)液作用，其產(chǎn)物用用紫外分光光度計(UV-1200型，上海美譜達儀器有限公司，上海，中國)，產(chǎn)物在285 nm處有最大吸收峰，可通過紫外分光光度比色測定其含量，具體步驟根據(jù)南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的試劑盒(貨號：F006)說明書進行。

1.2.12磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvatecarboxylase,PEPC)活性的測定

參照Giglioli-Guivarc’h等[40]的方法,將0.15 g葉片置于研缽中冰浴研磨,加入1.5 mL粗酶提取緩沖液(50 mmol·L-1Tris-HCI(三(羥甲基)氨基甲烷)(pH7.8),5 mmol·L-1二硫蘇糖醇(dithiothreitol,DTT),1 mmol·L-1氯化鎂,2% PVP),在4℃下13 000 g離心10 min,收集上清液,即為粗酶液。酶活性測定反應(yīng)體系(1 mL)：50 mmol·L-14-羥乙基哌嗪乙磺酸(4-2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid，Hepes)-KOH(pH8.0)，10 mmol·L-1碳酸氫鈉，5 mmol·L-1氯化鎂，0.2 mmol·L-1還原型輔酶I二鈉，1.5 U蘋果酸脫氫酶，50 μL粗酶液，用蒸餾水定容至1 mL,混勻后加入5 mmol·L-1磷酸烯醇式丙酮酸，用紫外分光光度計(UV-1200型，上海美譜達儀器有限公司，上海，中國)，記錄90 s內(nèi)340 nm下光密度的下降值(每15 s記錄一次)，計算酶活性。

2 結(jié)果與分析

2.1PEG-6000處理對PC和WT葉片相對含水量(RWC)、丙二醛和脯氨酸含量的影響

由圖1可知，與暗預(yù)處理后的植株相比，光預(yù)處理PC植株在PEG處理后其體內(nèi)的RWC始終高于WT(圖1:A,B)，而暗預(yù)處理的WT與PC植株在干旱處理下體內(nèi)的RWC含量沒有顯著性差異(圖1:B)，說明光促進PC水稻維持更強的保水能力。此外，在光處理下，單獨加入ABA抑制劑NDGA和HXK抑制劑葡萄糖胺，光預(yù)處理后兩材料在PEG處理下體內(nèi)RWC含量進一步顯著降低(圖1:A)，而聯(lián)合加入NDGA和葡萄糖胺時，兩材料體內(nèi)RWC含量下降最大，提示ABA和己糖激酶途徑參與對干旱的響應(yīng)。丙二醛含量是植株膜質(zhì)過氧化程度的指標，由圖1C,D可知，與暗預(yù)處理后的植株相比，光預(yù)處理PC植株體內(nèi)的MDA顯著低于WT(圖1:C),暗預(yù)處理PC體內(nèi)的MDA含量則顯著高于WT的(圖1:D),說明在光預(yù)處理產(chǎn)物的積累有利于PC水稻膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物的清除。而單獨或者聯(lián)合加入NDGA和葡萄糖胺則對兩材料的MDA含量沒有影響，表明MDA的產(chǎn)生與兩信號途徑關(guān)系不大。由圖1E,F可知，與暗預(yù)處理的植株相比，光預(yù)處理的脯氨酸含量顯著小于暗的，而且對WT植株而言，經(jīng)過暗處理的植株對ABA和HXK的響應(yīng)更強烈，可通過依賴2途徑加強氮代謝，表明暗預(yù)處理加強了通過ABA或者HXK途徑負調(diào)節(jié)氨基酸的代謝以補償光合產(chǎn)物可溶性糖的不足。在植株形態(tài)上，與光預(yù)處理植株相比，單獨加入NDGA后植株再PEG6000處理后表現(xiàn)出一定的葉片卷曲，葉尖發(fā)黃，部分葉片萎蔫死亡的現(xiàn)象，而單獨加葡萄糖胺后植株葉片發(fā)黃不太明顯，而聯(lián)合加入2種抑制劑則植株萎蔫最嚴重。而暗預(yù)處理，單獨或者聯(lián)合加入抑制劑對植株形態(tài)沒有明顯影響，其中PC的萎蔫程度低于同樣處理WT的，表現(xiàn)出耐旱的特征。

2.2PEG-6000處理對PC和WT葉片可溶性蛋白和可溶性糖的含量的影響

由圖2(A,B)可知，光暗預(yù)處理植株后，經(jīng)PEG6000處理兩植株葉片可溶性蛋白含量均誘導(dǎo)增加，除光預(yù)處理后PC的可溶性蛋白含量在單獨PEG處理顯著高于同樣處理的WT的，其他處理兩材料變化不大，ABA和HXK抑制劑對其的作用也不大，提示氮代謝在參與干旱響應(yīng)的作用有限。而經(jīng)黑暗預(yù)處理，則顯著地降低了兩材料可溶性糖的含量，而且PC糖的降低顯著大于WT的，兩材料原來在光預(yù)處理下含量的差異明顯的縮小，顯然ABA和HXK途徑參與這個糖代謝的過程(圖2D)。其中經(jīng)光預(yù)處理的植株,PEG6000處理則進一步顯著提高PC體內(nèi)可溶性糖含量(圖2C)，但單獨加入NDGA和葡萄糖胺均抑制這種增加趨勢，且葡萄糖胺的抑制作用更明顯，此時PC的可溶性糖含量反而顯著低于WT的，而NDGA和葡萄糖胺共處理，則可顯著增加兩材料葉片可溶性糖含量，而且PC此處理的含量顯著高于WT的。由此可以見，在干旱條件下，光預(yù)處理有利于光合產(chǎn)物可溶性糖的積累，它的調(diào)控與ABA和HXK途徑正調(diào)節(jié)均有關(guān)，其中PC的可溶性糖的調(diào)節(jié)更依賴于HXK途徑。

2.3PEG-6000處理對PC和WT葉片NO、H2O2和Ca2+含量的影響

第二信使分子如NO,H2O2以及鈣離子均是植物耐性反應(yīng)中重要的信號分子[41]。有研究表明：干旱脅迫顯著提高NO含量，其增加能夠提高耐旱性[42]。由圖3可知，PEG6000處理顯著誘導(dǎo)兩材料葉片內(nèi)NO含量的增加(圖3:A～B)，其中光暗預(yù)處理下對2植株葉片內(nèi)NO含量的影響則不同，光預(yù)處理的PC植株在PEG6000處理后其含量顯著高于WT的，而暗預(yù)處理則相反。ABA和HXK正調(diào)節(jié)光預(yù)處理PC的NO的含量，而WT則只有HXK的抑制劑顯著降低其含量。暗預(yù)處理的PC體內(nèi)NO在不同抑制劑單獨處理和聯(lián)合處理的變化趨勢均與單獨PEG6000處理的無明顯變化(圖3:A～B)。而ABA抑制劑處理則顯著誘導(dǎo)增加了暗處理WT葉內(nèi)NO的含量，表明在黑暗下，ABA負調(diào)節(jié)WT的NO含量。干旱脅迫能提高

圖1 高表達轉(zhuǎn)玉米C4-pepc基因水稻(PC)和未轉(zhuǎn)基因供體(WT)在光(600 μmol·m-2·s-1)暗預(yù)處理后不同抑制劑和15% PEG處理4 h后葉片RWC的變化 MDA和脯氨酸含量的變化(A,C,E.光預(yù)處理；B,D,F.暗預(yù)處理) ABA專一性的抑制劑：100 μmol·L-1去甲二氫愈創(chuàng)木酸(nordihydroguaiaretic acid，NDGA)；HXK專一性的抑制劑：10 mmol·L-1葡萄糖胺(glucosamine, Gluc) 不同字母表示數(shù)據(jù)間的差異顯著(P<0.05)，下同。Fig.1 RWC,MDA and pro contents of leaves in PC and WT lines pretreated by light (600 μmol·m-2·s-1) or dark for 24 h under 15% PEG treatment with different inhibitors for 4 h A,C,E. Pre-light treatment; B,D,F. Pre-dark treatment NDGA(nordihydroguaiaretic acid):a specific inhibitor of Abscisic acid,100 μmol·L-1; Gluc(glucosamine):a specific inhibitor of hexokinase(HXK),10 mmol·L-1 Different letters mean different significant of data(P<0.05),the same as below.

圖2 高表達轉(zhuǎn)玉米C4-pepc基因水稻和未轉(zhuǎn)基因供體(WT)在光(600 μmol·m-2·s-1) 暗預(yù)處理后不同抑制劑和15% PEG處理4 h后葉片可溶性蛋白的變化和可溶性糖的含量的變化 A,C.光預(yù)處理；B,D.暗預(yù)處理 ABA專一性的抑制劑：100 μmol·L-1去甲二氫愈創(chuàng)木酸(nordihydroguaiaretic acid，NDGA)；HXK專一性的抑制劑：10 mmol·L-1葡萄糖胺(glucosamine,Gluc)Fig.2 Contents of soluble protein and soluble sugar of WT and PC lines pretreated by light(600 μmol·m-2·s-1) or dark for 24 h under 15% PEG treatment with different inhibitors for 4 h A,C.Pre-light treatment; B,D.Pre-dark treatment NDGA(nordihydroguaiaretic acid):a specific inhibitor of Abscisic acid,100 μmol·L-1; Gluc(glucosamine):a specific inhibitor of hexokinase(HXK),10 mmol·L-1

圖3 高表達轉(zhuǎn)玉米C4-pepc基因水稻和未轉(zhuǎn)基因供體(WT)在光暗預(yù)處理24 h后植株在不同抑制劑和15% PEG處理下葉片NO、H2O2和Ca2+含量的變化 A,C,E.光預(yù)處理；B,D,F.暗預(yù)處理 ABA專一性的抑制劑：100 μmol·L-1去甲二氫愈創(chuàng)木酸(nordihydroguaiaretic acid，NDGA)；HXK專一性的抑制劑：10 mmol·L-1葡萄糖胺(glucosamine,Gluc)Fig.3 Contents of NO,H2O2 and Ca2+ of WT and PC lines pretreated by light or dark for 24 h under 15% PEG treatment with different inhibitors for 4 h A,C,E. Pre-light treatment；B,D,F. Pre-dark treatment NDGA(nordihydroguaiaretic acid):a specific inhibitor of Abscisic acid,100 μmol·L-1; Gluc(glucosamine):a specific inhibitor of hexokinase(HXK),10 mmol·L-1

圖4 高表達轉(zhuǎn)玉米C4-pepc基因水稻和未轉(zhuǎn)基因供體(WT)在光暗預(yù)處理24 h后植株在不同抑制劑和15% PEG處理4 h后葉片蔗糖、葡萄糖和果糖的含量的變化 A,C,E.光；B,D,F.暗 ABA專一性的抑制劑：100 μmol·L-1去甲二氫愈創(chuàng)木酸(nordihydroguaiaretic acid，NDGA)；HXK專一性的抑制劑：10 mmol·L-1葡萄糖胺(glucosamine,Gluc)Fig.4 Contents of sucrose,glucose and fructose of WT and PC lines pretreated by light or dark for 24 h under 15% PEG treatment with different inhibitors for 4 h A,C,E. Pre-light treatment；B,D,F. Pre-dark treatment NDGA(nordihydroguaiaretic acid):a specific inhibitor of Abscisic acid,100 μmol·L-1; Gluc(glucosamine):a specific inhibitor of hexokinase(HXK),10 mmol·L-1

植株葉片H2O2含量[43]，適量增加H2O2有利于提高PC水稻光合作用[10],從而增強耐旱性。由圖3(C～D)可知，PEG處理同樣誘導(dǎo)了光暗預(yù)處理后兩材料植株的H2O2含量，其中，光預(yù)處理的PC在PEG6000單獨處理下的H2O2含量顯著地低于同處理的WT的(圖3C);而經(jīng)暗預(yù)處理兩材料的H2O2含量均被ABA和HXK正調(diào)節(jié)，其中PC的更依賴HXK，而WT則依賴ABA途徑(圖3D)。Ca2+參與干旱信號ABA的傳遞，誘導(dǎo)脅迫相關(guān)基因的表達，調(diào)節(jié)氣孔的開閉程度，從而增強植物對干旱的耐受能力[44]。由圖3E可知，與處理前相比，在光下PEG6000處理顯著誘導(dǎo)了WT葉片中鈣離子含量的增加，而PC則在同樣條件下沒有顯著變化。單獨或者聯(lián)合加入ABA和HXK的抑制劑則進一步誘導(dǎo)了葉片鈣離子含量的增加，表明體內(nèi)鈣離子合成有不依賴ABA和HXK的途徑。而暗預(yù)處理后(圖3F)，WT和PC植株葉片體內(nèi)的Ca2+含量變化無差異，且總含量顯著低于經(jīng)過光預(yù)處理的植株的，表明光是正調(diào)節(jié)植株體內(nèi)鈣離子的合成。值得關(guān)注的是，當聯(lián)合加入ABA和HXK的抑制劑時，植株體內(nèi)的鈣離子則顯著增加，不僅高于單獨抑制劑處理水平，而且高于單獨PEG6000處理水平。結(jié)合圖2C～D中相同處理可溶性糖的變化，可以看出信號分子在兩個抑制劑聯(lián)合處理的顯著誘導(dǎo)增加與該處理下可溶性糖含量的增加是同步，暗示糖在參與水稻植株對干旱的響應(yīng)中發(fā)揮了重要的作用。

2.4PEG-6000處理對PC和WT葉片糖組分(蔗糖、葡萄糖和果糖)含量的影響

可溶性糖是植物在脅迫環(huán)境中所誘導(dǎo)產(chǎn)生的小分子溶質(zhì)之一，主要包括葡萄糖、果糖和蔗糖等，它是植物中最重要的能源物質(zhì)。在植物中，蔗糖不僅是光合作用同化產(chǎn)物以及體內(nèi)能量運輸和貯藏形式，也可以在環(huán)境脅迫中，通過玻璃化葉綠體周圍的細胞液，從而降低細胞水勢，增加細胞抗性[45]。其中葡萄糖是HXK的底物，磷酸化為6-磷酸葡萄糖(Glucose-6-phosphate(G-6-P)參與糖信號的調(diào)節(jié)，參與逆境響應(yīng)基因和蛋白響應(yīng)[17]。由圖4A可知，經(jīng)光預(yù)處理均顯著增加了兩材料葉片內(nèi)蔗糖含量，而且PC體內(nèi)的水平始終顯著高于WT的水平。但是單獨加入ABA抑制劑以及聯(lián)合加入ABA和HXK抑制劑，則消除了PC和WT體內(nèi)含量的差異，表明，PC體內(nèi)糖的降解與ABA和HXK途徑關(guān)系不大，而WT可以通過ABA途徑進一步降低蔗糖的含量；顯然，暗預(yù)處理后顯著降低了兩材料體內(nèi)蔗糖的含量(圖4B)，其中在單獨PEG6000處理以及PEG6000H和ABA抑制劑聯(lián)合處理后，PC的仍顯著高于WT的，而加入HXK抑制劑則相反，提示己糖激酶途徑參與低水平蔗糖的調(diào)節(jié)。葡糖糖和果糖作為蔗糖分解的單糖產(chǎn)物，可以作為小分子溶質(zhì)調(diào)節(jié)植物面對環(huán)境脅迫中的滲透壓力或者轉(zhuǎn)化為葡萄糖-6-磷酸(G-6-P)作為信號傳導(dǎo)分子發(fā)揮作用[46]。從圖4E可知，與沒有PEG6000處理的對照相比，光預(yù)處理的2植株在單獨PEG6000處理后均顯著提高了其體內(nèi)葡萄糖含量，其中PC的增加水平顯著高于WT的。而單獨或者聯(lián)合加入ABA和HXK抑制劑，則消除了PC體內(nèi)葡萄糖的增量，表明兩材料對ABA和HXK途徑敏感性差異是其葡萄糖含量差異的重要原因。其中對WT而言，單獨加入HXK抑制劑則進一步誘導(dǎo)了其體內(nèi)葡萄糖含量的增加，而聯(lián)合加入ABA和HXK抑制劑則顯著降低了其葡萄糖含量，可見，WT體內(nèi)葡萄糖含量的調(diào)節(jié)是更依賴與ABA途徑。經(jīng)暗預(yù)處理后(圖4D),兩材料各處理的葡萄糖水平也顯著降低，顯著低于光預(yù)處理的植株的，其中單獨PEG6000處理下，PC體內(nèi)的水平始終顯著高于WT的，而單獨或聯(lián)合加入2種抑制劑均進一步顯著降低PC體內(nèi)葡萄糖的含量，表明：PC內(nèi)源糖含量是需要ABA和HXK途徑正調(diào)節(jié)，而對于WT,經(jīng)暗處理的植株只有單獨或者聯(lián)合加入HXK的抑制才顯著降低其活性，而單獨加入ABA的抑制劑，則顯著誘導(dǎo)增加其含量，提示，ABA負調(diào)節(jié)而HXK以正調(diào)節(jié)參與低水平葡萄糖含量的代謝。從圖4E進一步看出，兩材料體內(nèi)果糖含量的變化與葡萄糖的類似。

2.5光暗預(yù)處理對PEG-6000處理WT和PC水稻體內(nèi)PEPC酶活性以及光合參數(shù)的影響

從圖5可以看出，無論是光還是暗預(yù)處理后，PC的PEPC酶活性都是始終高于WT的，PC是組成型表達模式。在本研究的不同處理條件下，ABA和HXK均負調(diào)節(jié)PEPC酶活性。而且在兩途徑抑制之后，無論是光還是暗預(yù)處理，PC的PEPC酶活性仍顯著高于單獨PEG6000處理的水平，提示PC還存在不依賴于ABA和己糖激酶途徑的補償途徑，上調(diào)PEPC酶活性；而WT植株的PEPC酶活性很低，且變化不明顯。圖6植株干旱處理前后光合參數(shù)的表現(xiàn)，也顯示了PC在正常和干旱條件具有的較高的光合能力，也是其抵御干旱逆境的重要生理基礎(chǔ)。

圖6 15% PEG6000處理4 h前后，2水稻材料4葉期功能葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和羧化效率的變化A.凈光合速率；B.氣孔導(dǎo)度；C.蒸騰速率；D.羧化效率 不同字母表示0.05水平上的差異顯著。Fig.6 Net photosynthetic rate,stomatal conductance,transpiration rate and carboxylation efficiency in two rice lines before and after 15% PEG 6000 treatment for 4 h A.Net photosynthetic rate;B.Stomatal conductance;C.Transpiration rate;D.Caeboxylation efficiency The different letters are significant different at 0.05 level.

3 討論

C4植物擁有一個“CO2”濃縮機制，通過固定環(huán)境中較低濃度的CO2，提高Rubisco羧化效率，抑制其加氧活性，從而提高植物的光合效率。PEPC是C4光合途徑的關(guān)鍵酶之一，此酶基因已在很多C4植物如玉米[47]、高粱[48]等被克隆，并在部分C3植物中實現(xiàn)了高表達，包括煙草[49]，小麥[50]以及擬南芥[51]等。Ku等首先將包含啟動子、終止子以及全部外顯子和內(nèi)含子的完整玉米C4-PEPC，采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)方法轉(zhuǎn)入粳稻品種Kitaake中，且成功地獲得了高水平表達的轉(zhuǎn)基因水稻植株，其中部分轉(zhuǎn)基因株系的PEPC酶活性比未轉(zhuǎn)基因植株增加高達110倍，且植株中的PEPC蛋白表達量也顯著增加，約占總可溶性蛋白的12%，這些高表達的轉(zhuǎn)基因植株不僅表現(xiàn)光合能力增強，且氧抑光合作用下降[4]，從此激發(fā)了科學(xué)家通過基因工程改良水稻C4光合特性的研究熱潮。之后玉米C4-PEPC全序列基因也成功轉(zhuǎn)入秈稻中，使轉(zhuǎn)基因植株耐高溫[8]。轉(zhuǎn)基因植株也報道耐高光強逆境，這與其維持穩(wěn)定的光合機構(gòu)密切相關(guān)[20]；轉(zhuǎn)Zmppc基因水稻在干旱脅迫下還可通過提高玉米黃質(zhì)含量，進而提高對過剩光能耗散能力，同時增強了葉片超氧化物岐化酶(Superoxide Dismutase，EC1.15.1.1,SOD)、過氧化物酶(Peroxidase，EC1.11.1.7,POD)和過氧化氫酶(Catalase，EC1.11.1.6,CAT)活性，提高了氧化防護能力[11]，表現(xiàn)耐旱和籽粒產(chǎn)量的增加[9,22,52～53]。在干旱脅迫條件下，玉米C4-PEPC在水稻中的高表達能夠使水稻植株維持較高的ATP含量[13]、穩(wěn)定的鈣離子濃度[32]以及與ABA、NO等之間的相互作用來響應(yīng)干旱，維持較高的PSⅡ光化學(xué)效率[22]。前期已通過同位素14C觀察到，轉(zhuǎn)基因水稻植株增加的碳可合成C4酸-草酰乙酸和天冬氨酸[7]，并且觀察到轉(zhuǎn)基因植株的碳氮代謝酶活性誘導(dǎo)增加和光合產(chǎn)物可溶性糖的大量積累[21]。最近的研究表明：糖是植物生長發(fā)育和基因表達的重要調(diào)節(jié)因子，它不僅是能量來源和結(jié)構(gòu)來源，而且在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中具有類似激素的初級信使作用[16]。本研究通過設(shè)置2個與干旱響應(yīng)相關(guān)信號途徑的抑制劑引入，觀察具有內(nèi)源糖含量和耐旱表現(xiàn)差異植株的生理表現(xiàn)，有利于找到糖與干旱響應(yīng)之間的有機聯(lián)系。

相對含水量(RWC)是描述植物保水能力的重要指標之一，干旱脅迫可以降低植株葉片的RWC[54]。本研究觀察到，通過光和暗不同預(yù)處理，均造成了兩材料植株體內(nèi)可溶性糖含量顯著降低，但是PC體內(nèi)的始終高于WT的，而且PC對干旱逆境較強的保水能力，無論是光還是暗預(yù)處理均具有優(yōu)勢，其中ABA和HXK途徑均參與了這個干旱響應(yīng)過程。但是在暗預(yù)處理之后則顯著縮小了兩材料的差距，相對含水量則不再表現(xiàn)顯著差異，提示了內(nèi)源糖含量水平與植株保水能力的關(guān)聯(lián)，而且光參與了PC的ABA和HXK途徑對干旱的響應(yīng)。丙二醛(MDA)是植物細胞膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物之一，其含量可作為參考植物細胞遭受逆境傷害程度的依據(jù)。本研究中，光照預(yù)處理的PC水稻MDA含量明顯低于WT，而在黑暗預(yù)處理PC體內(nèi)MDA含量則高于WT的，表明PC在干旱條件對MDA的清除是需要光的參與的。植物體內(nèi)可溶性糖對ROS有雙重作用，即同時作為促進氧化的分子和抗氧化劑，它們既可以參與ROS的產(chǎn)生途徑，也可以參與NADPH的產(chǎn)生途徑如氧化戊糖磷酸途徑，從而促進ROS的清除[55～56]。結(jié)合本研究中黑暗預(yù)處理后PC體內(nèi)可溶性糖的含量和MDA含量的相反變化趨勢，進一步反證了內(nèi)源可溶性糖通過增強ROS的清除能力而參與干旱的耐性。值得關(guān)注的是，黑暗預(yù)處理則顯著增強了兩材料脯氨酸的含量，而且無論是光還是暗預(yù)處理，WT中脯氨酸含量始終高于PC的，但是脯氨酸的表現(xiàn)并沒有逆轉(zhuǎn)兩材料對干旱逆境的表現(xiàn)，表明內(nèi)源糖對植株的干旱耐性更重要，推測暗預(yù)處理表現(xiàn)的植株脯氨酸的積累可能與蛋白質(zhì)的分解有關(guān)，而對PC耐旱的響應(yīng)機制關(guān)系不大。

植物可溶性糖也可參與滲透調(diào)節(jié)并在維持植物中蛋白穩(wěn)定方面其重要作用[15]。已有實驗證明在干旱和鹽等環(huán)境脅迫下，可溶性糖參與植物中滲透調(diào)節(jié)以及復(fù)水后植物體內(nèi)的生理和生化恢復(fù)和修復(fù)過程[57～58]。本研究觀察到PC在單獨PEG6000處理下，其葉內(nèi)可溶性糖含量則顯著低于WT的。值得關(guān)注的是，PC中蔗糖、葡萄糖和果糖等其他糖組分，無論是光還是暗預(yù)處理仍高于WT的，表明PC體內(nèi)糖動員能力始終高于WT的，提示PC中可溶性糖除了用于糖的分解代謝，還可能以低濃度參與信號傳導(dǎo)途徑。

第二信使分子均可快速響應(yīng)干旱逆境信號，如NO，H2O2和鈣離子。本研究表明：NO在ABA和己糖激酶信號途徑下游參與干旱響應(yīng)。而H2O2則誘導(dǎo)增加在ABA和己糖激酶信號上游發(fā)揮作用。H2O2作為ROS和信號分子的雙重身份，其含量水平對于其作用的發(fā)揮去向至關(guān)重要。適當濃度的外源H2O2可促進PC光合能力的發(fā)揮[59]。本研究的結(jié)果也觀察到雖然兩材料在PEG6000單獨處理后均誘導(dǎo)了其體內(nèi)H2O2含量的增加，但是PC的H2O2含量始終維持在顯著低于WT的水平。與此同時，在作為生物膜的穩(wěn)定劑,Ca2+在維護植物細胞膜的穩(wěn)定性方面具有重要作用，細胞內(nèi)含有一定量的Ca2+有利于提高植物抗旱能力[58]。在這篇研究中，也觀察到PC在單獨PEG6000處理下，其葉內(nèi)鈣離子含量保持穩(wěn)定。看來，PC首先利用現(xiàn)有內(nèi)源的糖轉(zhuǎn)化，調(diào)節(jié)糖的水平，然后通過ABA或己糖激酶信號途徑來感受干旱逆境，之后再通過如上這些第二信使分子參與下游靶基因的響應(yīng)或適應(yīng)機制。

先前有研究表明干旱、鹽和冷害等逆境可以誘導(dǎo)植物PEPC活性的增強[22,60]，并且C4酸的激活對于植物的糖代謝是至關(guān)重要的[61]。PC的早期研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)玉米C4-PEPC基因在水稻的高表達觀察到轉(zhuǎn)基因植株內(nèi)C4酸積累的增加[7]，因此，外源C4-PEPC是導(dǎo)致水稻光合產(chǎn)物如碳水化合物(可溶性糖)含量增加的重要分子基礎(chǔ)。在本研究的結(jié)果也證實在干旱條件下，ABA途徑和HXK途徑均可負調(diào)節(jié)PEPC酶活性，有利于糖的分解和動員，促進其以低水平作為信號分子參與干旱響應(yīng)，并且這個誘導(dǎo)過程分別在光和暗預(yù)處理后仍然顯現(xiàn)。值得注意的是，在兩途徑同時抑制的條件下，仍然可以誘導(dǎo)PEPC酶活性的增加，顯示，PEPC酶活性存在多條激活機制，如已報道的磷脂酸途徑或細胞外ATP等[62～64]。PC的多條適應(yīng)機制有助于其靈活地響應(yīng)干旱逆境。

4 結(jié)論

PC水稻的內(nèi)源糖參與其對干旱的響應(yīng)，其中包括ABA途徑和HXK信號途徑，但更依賴于HXK途徑，這些調(diào)節(jié)過程是依賴于光的介導(dǎo)。本研究提示了HXK在PC植株中整合干旱脅迫和代謝信號中具有重要功能，今后以HXK途徑為中心，研究PC體內(nèi)與信號傳導(dǎo)相關(guān)的激酶級聯(lián)放大途徑，將加深植物對干旱脅迫耐性機理的認識。

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National Natural Science Foundation of China(31571585,31371554);The Agricultural Science and Technology Innovation Fund of Jiangsu in China[CX(14)5004];The Basic Scientific Support Project of Jiangsu Academy of Agricultural Sciences(ZX[16]2002)

introduction：WU Min-Yi(1994—),female,undergraduate,mainly engaged in photosynthetic physiology of rice.

date:2016-12-28

DroughtResponseinOverexpressionofMaizePhosphoenolpyruvateCarboxylaseRiceSeedlingsTreatedbyInhibitorsofABAandHXKPathway

WU Min-Yi1,2LI Xia1*HE Ya-Fei1,4ZHANG Chen1,3YAN Ting1,3

(1.Institute of Food Crops,Jiangsu High Quality Rice Research and Development Center,Nanjing Branch of China National Center Rice Improvement,Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Nanjing 210014；2.Jiangsu Key Laboratory for Microbes and Functional Genomics,Jiangsu Engineering and Technology Research Center for Industrialization of Microbial Resources,College of Life Sciences,Nanjing Normal University,Nanjing 210023；3.College of Life Science,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095；4.College of Biology and Environment,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037)

The experiment was conducted to study the mechanism of drought tolerance inC4- phosphoenolpyruvate carboxylase(PEPC) gene(C4-PEPC) transgenic rice(PC), PC and its untransformed wild-type rice lines, Kitaake(WT) as materials. Pretreated by light(light intensity: 600 μmol·m-2·s-1) and dark on two rice lines with 4 leaves for 24 h, the pretreated rice lines were then conducted by 15% polyethylene glycol-6000(PEG-6000) simulated drought stress conditions for 4 h. Two inhibitors(one for Abscisic acid: 100 μmol·L-1nordihydroguaiaretic acid(NDGA) and the other for hexokinase(HXK): 10 mmol·L-1glucosamine(Gluc) were also added by root during the PEG-6000 treatment. Compared with WT rice lines, there were higher relative water content, lower malondialdehyde content and pro content in PC rice lines after drought treatment for 4 h involved in ABA and HXK pathways, conferring drought tolerance. But pre-dark treatment reduced the advantage of PC for drought tolerance. Soluble sugar content in two rice lines were increased in pre-light treatment and decreased in pre-dark treatment, which were regulated by ABA and HXK pathway. Among them, the Gluc inhibition of soluble sugar content in PC pre-light treated was the largest after the PEG treatment. There was no difference in soluble protein content of two rice lines either pretreated by light and dark during the PEG treatment. Similarly, pre-dark treatment reversed or eliminated the changes in two rice lines, which trends changed synchronously as those of sucrose, glucose and fructose contents. PEPC activities in PC lines did not change by pre-light or pre-dark treatments, showed PC belongs to constitutive expression. ABA and HXK pathways regulated negatively PEPC activity, which was synchronous with its low level of glucose in PC lines. Therefore, PC rice lines alleviated the damages of drought stress by sugar involved in ABA and HXK pathways, exhibiting stable photosynthetic ability and drought tolerance.

Oryza.sativaL.；phosphoenolpyruvate carboxylase；drought；sugar；abscisic acid；hexokinase

國家自然科學(xué)基金(31571585;31371554)；江蘇省自主創(chuàng)新基金(CX[(14)5004])；江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)專項項目(ZX(16)2002)

吳敏怡(1994—)，女，本科，主要從事水稻光合生理方面的研究。

* 通信作者：E-mail:jspplx@jaas.ac.cn

2016-12-28

* Corresponding author：E-mail:jspplx@jaas.ac.cn

S511.01

A

10.7525/j.issn.1673-5102.2017.03.011