摘要： 【目的】闡明熱脅迫下玉米葉綠素代謝的調(diào)控機制，為玉米耐熱研究提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā恳阅蜔嵊衩鬃越幌礖Z4 和熱敏感自交系L9K 為材料，于喇叭口至開花期進行熱脅迫處理，每隔5 d 取樣1 次，共取樣6 次，測定葉綠素及其前體物質(zhì)的含量，采用RT-qPCR 測定相關(guān)基因的相對表達量。【結(jié)果】熱脅迫導(dǎo)致HZ4 和L9K 葉片中葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素及其合成前體物質(zhì)原卟啉Ⅸ （protoporphyrin Ⅸ，Proto Ⅸ）、鎂原卟啉Ⅸ （Mg-protoporphyrin Ⅸ，MgP Ⅸ） 和原葉綠素酸酯（protochlorophyllide，Pchlide） 的含量顯著下降，δ-氨基乙酰丙酸（δ-aminolevulinic acid，ALA） 和單卟啉膽色素原（porphobilinogen，PBG） 的含量顯著升高，且HZ4 的變化幅度小于L9K。6 個葉綠素合成相關(guān)基因（PBGD、UROD、MgPMT、POR、CHLG、CAO） 的表達量顯著下調(diào)，且在HZ4 中的表達量顯著高于在L9K 中的表達量；4 個葉綠素降解相關(guān)基因（CBR、CLH、PPH、PAO） 的表達量顯著上調(diào)，且在HZ4 中的表達量顯著低于在L9K 中的表達量。【結(jié)論】熱脅迫通過下調(diào)葉綠素合成基因和上調(diào)葉綠素降解基因的表達，導(dǎo)致葉綠素含量下降。阻礙位點在PBG 向Proto Ⅸ轉(zhuǎn)化階段，其主要原因是PBGD 和UROD 基因下調(diào)表達。基因差異表達是耐熱型和熱敏感型玉米葉綠素含量存在差異的分子機制。

關(guān)鍵詞： 玉米自交系；熱脅迫；葉綠素代謝；基因

中圖分類號： S513.01 文獻標志碼： A 文章編號： 1004–390X （2024） 05?0001?09

玉米是中國重要的糧飼兼用作物，其產(chǎn)量占全年糧食總產(chǎn)量的40%。近幾十年來，全球氣候變暖加速[1]，中國6—8 月的極端高溫天氣頻發(fā)，導(dǎo)致夏玉米因高溫而嚴重減產(chǎn)[2]。高溫熱害已成為限制夏玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要非生物脅迫因子。葉綠素是植物光合作用的主要色素，其含量與光合作用正相關(guān)[3]。熱脅迫導(dǎo)致玉米葉片葉綠素含量下降[4]，葉綠素合成減緩、降解加速，進而影響玉米生長發(fā)育[5]。葉綠素的生物合成是一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)過程，從谷氨酸（glutamic acid，Glu） 到葉綠素a 和葉綠素b 的生成需經(jīng)過15 個酶催化反應(yīng)步驟[6]。葉綠素合成相關(guān)酶基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控對葉綠素的生物合成至關(guān)重要[7]。葉綠素分解代謝是綠色植物的重要生理活動，包括葉綠素b 轉(zhuǎn)變?yōu)槿~綠素a、脫鎂反應(yīng)、脫植醇基反應(yīng)和卟啉開環(huán)反應(yīng)，涉及多種酶的參與[8]。熱脅迫通過誘導(dǎo)葉綠素分解基因CLH 和PAO 的上調(diào)表達，加速葉綠素降解[9]。近年來，玉米熱脅迫研究多集中于熱脅迫對玉米的農(nóng)藝性狀、生理生化、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響等方面，對葉綠素代謝分子機制的研究相對較少。WU 等[10]研究表明：葉綠素代謝相關(guān)基因參與了玉米對熱脅迫的應(yīng)急反應(yīng)，且玉米自交系HZ4 的耐熱性優(yōu)于L9K。本研究以玉米耐熱自交系HZ4 和熱敏感自交系L9K 為試驗材料，通過人工熱脅迫試驗，測定熱脅迫下HZ4 和L9K 中葉綠素及其前體物質(zhì)的含量變化，分析葉綠素代謝相關(guān)基因的表達特征，闡明熱脅迫下玉米葉綠素代謝的分子機制，為玉米耐熱機理的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2022 年5—7 月在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)萃園（31°52′28″N，117°15′27″E） 進行。試驗地土壤為黃棕壤，有機質(zhì)含量19.37 g/kg，全氮含量1.23 g/kg，速效磷含量11.44 g/kg，速效鉀含量182.54 mg/kg。試驗地點屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年均氣溫15.7 ℃，年均降水量1 000 mm，年日照時間約2 000 h。

1.2 試驗材料

供試材料為玉米自交系HZ4 和L9K，由安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米抗逆育種與栽培實驗室提供。HZ4 是由唐山四平頭農(nóng)家種選育出的耐熱型玉米自交系，L9K 是由旅大紅骨子農(nóng)家種選育出的熱敏感型自交系[10]。這些自交系在玉米育種和抗逆性研究中具有重要的應(yīng)用價值。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置自然溫度處理組（對照組，CK） 和熱脅迫處理組（heat stress，HS），即：2 個玉米自交系的對照組和熱脅迫組分別編號為HZ4 （CK） 和HZ4 （HS）、L9K （CK） 和L9K （HS）。各組分別種植在2 個獨立的智能溫室內(nèi)，采用相同的田間管理模式。播種行距為0.50 m，株距為0.25 m，底肥施用氮磷鉀復(fù)合肥（mN∶mP2O5∶mK2O=10∶5∶1） 600 kg/hm2， 于5葉期追肥施用尿素300 kg/hm2。試驗于2022 年5 月11 日播種，6 月22 日喇叭口期開始進行熱脅迫。CK 組溫室通風(fēng)窗始終開啟，保持室內(nèi)外氣溫一致。HS 組每日 9：0 0—16：0 0 關(guān)閉溫室通風(fēng)窗，進行熱脅迫處理；16：0 0—次日 9：0 0 則開啟通風(fēng)窗， 保持室內(nèi)外氣溫一致。試驗期間每天 12：0 0 和 18：0 0 測定智能溫室內(nèi)的溫度（圖1）。在熱脅迫處理的第0、5、10、15、20 和25 天 12：0 0 取樣，剪下心葉以下第 2 片完全展開的葉片。樣品分為2 個部分，一部分立即放入裝有冰袋的保溫箱中，用于測定葉綠素及其前體物質(zhì)的含量；另一部分立即放入液氮速凍，帶回實驗室后放入?80 ℃ 冰箱保存，用于基因表達量的測定。

1.4 葉綠素及其前體物質(zhì)含量的測定

（1） 葉綠素含量采用分光光度法測定[11]。稱取鮮葉0.1 g，剪碎后置于25 mL 容量瓶中，用80%丙酮溶液定容，避光密封浸泡48 h，每12 h 搖勻1 次；待葉片完全褪綠后，使用紫外分光光度計測定。

（2） δ-氨基乙酰丙酸（δ-aminolevulinic acid，ALA）含量采用DEI[12]的方法測定。稱取鮮葉0.3 g，用液氮研磨后加入4% 三氯乙酸提取液10.00 mL，10 000 r/min 離心10 min；取上清液5.00 mL，加入乙酰丙酮0.15 mL 和 1 mol/L 醋酸鈉溶液2.35 mL，在沸水中加熱10 min；冷卻至室溫后，取溶液1.00 mL 與 Ehrlich-Hg 顯色劑1.00 mL 混合，避光放置15 min 后，使用紫外分光光度計測定。

（3） 單卟啉膽色素原（porphobilinogen，PBG）含量采用PENG 等[13]的方法測定。稱取鮮葉0.5 g，液氮研磨后加入 0.6 mol/L Tris-HCl （pH 8.0） 5.00 mL和 0.1 mol/L EDTA 溶液5.00 mL，10 000 r/min 離心10 min；取上清液1.00 mL，加入 Ehrlich-Hg 顯色劑1.00 mL，避光放置15 min 后，使用紫外分光光度計測定。

（4） 原卟啉Ⅸ （protoporphyrin Ⅸ，Proto Ⅸ）、鎂原卟啉Ⅸ（Mg-protoporphyrin Ⅸ，MgP Ⅸ） 和原葉綠素酸酯（protochlorophyllide，Pchlide） 含量采用HODGINS 等[14]的方法測定。稱取鮮葉0.5 g，液氮研磨后加入 80% 丙酮—氨水混合液5.00 mL，10 000 r/min 離心15 min，使用紫外分光光度計測定。

1.5 基因引物設(shè)計和相對表達量的RT-qPCR 測定

根據(jù)課題組前期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)[10]以及本研究的葉綠素及其前體物質(zhì)測定結(jié)果，選擇10 個與葉綠素代謝相關(guān)的基因進行RT-qPCR 表達量的測定?；蛐蛄袕腘CBI 基因庫（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/） 下載，并使用Oligo 7 軟件設(shè)計引物（表1）。將樣品從?80 ℃ 冰箱中取出，剪取鮮葉100 mg，使用Trizol 法提取玉米葉片總RNA，提取總量約50 μL。RNA 質(zhì)檢合格后，采用反轉(zhuǎn)錄試劑盒（Novoprotein） 將提取的玉米葉片總RNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA。使用實時熒光定量PCR 儀（BioradCFX96，美國） 進行RT-qPCR。反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物作為模板，使用實時熒光定量PCR 試劑盒（Novoprotein）進行擴增。反應(yīng)體系總體積為20.0 μL，包括2×SYBR qPCR Mix 10.0 μL，上、下游引物各0.8 μL，cDNA 模板0.5 μL 和Rnase-free H2O7.9 μL。 反應(yīng)程序為： 94 ℃ 2 min， 94 ℃ 15 s， 60 ℃15 s 和72 ℃ 20 s，循環(huán)40 次。設(shè)置溶解曲線評估引物特異性，每個樣本重復(fù)檢測3 次，以玉米肌動蛋白基因（Actin） 為內(nèi)參基因，CK 組作為對照?；蛳鄬Ρ磉_量通過2?ΔΔCt 法計算，即ΔCt =Ct （目標基因）?Ct （內(nèi)參基因），ΔΔCt = ΔCt （HS）?ΔCt （CK），基因相對表達量=2?ΔΔCt。

1.6 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用SPSS 23.0 進行方差分析和多重比較，顯著性水平設(shè)定為Plt;0.05；使用Excel 2019 制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉綠素及其合成前體物的含量

2.1.1 葉綠素

由圖2 可知：HZ4 （CK） 和L9K （CK） 的葉綠素a、葉綠素b 和總?cè)~綠素的含量在試驗期間均呈近似拋物線的變化趨勢，即先緩慢上升后又緩慢下降，且HZ4 （CK） 始終高于L9K （CK）。HZ4（HS） 的葉綠素a、葉綠素b 和總?cè)~綠素的含量在熱脅迫期間總體呈緩慢下降的趨勢；葉綠素a 和總?cè)~綠素的含量在熱脅迫20 d 時達到最低值，之后略有回升；熱脅迫25 d 時，葉綠素a、葉綠素b 和總?cè)~綠素的含量分別較其CK 處理下降了15.84%、 22.58% 和17.42%。 L9K （HS） 的葉綠素a、葉綠素b 和總?cè)~綠素的含量在熱脅迫期間呈先小幅上升后持續(xù)下降的趨勢，熱脅迫25 d 時分別較其CK 處理下降了44%、53.85% 和46.53%。雖然HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的葉綠素含量在熱脅迫期間的變化趨勢相似，但L9K （HS） 的葉綠素下降幅度顯著大于HZ4 （HS）。

2.1.2 葉綠素合成前體物

由圖3 可知：HZ4 （CK） 和L9K （CK） 的ALA含量在試驗期間總體呈緩慢上升趨勢，且HZ4（CK） 始終高于L9K （CK）。HZ4 （HS） 和L9K （HS）的ALA 含量在熱脅迫期間均呈上升趨勢；HZ4（HS） 的ALA 含量在熱脅迫10 d 時達到最高值，之后保持在較高水平波動，熱脅迫25 d 時較其CK 處理上升了18.26%；L9K （HS） 的ALA 含量在熱脅迫15 d 時超過HZ4 （HS），熱脅迫25 d 時較L9K （CK） 上升了59.15%。

HZ4 （CK） 和L9K （CK） 的PBG 含量在熱脅迫期間變幅較小，HZ4 （CK） 的PBG 含量略高于L9K （CK）。HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的PBG 含量在熱脅迫期間均呈緩慢上升趨勢，且HZ4 （HS） 的PBG 含量始終高于L9K （HS）。熱脅迫25 d 時，HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的PBG 含量分別較各自CK處理增加了15.73% 和17.64% （圖3）。

由圖3 還可知：HZ4 （CK） 和L9K （CK） 的ProtoⅨ含量在試驗期間呈緩慢下降的趨勢，且HZ4（CK） 的含量始終略高于L9K （CK）。HZ4 （HS） 的Proto Ⅸ含量在熱脅迫期間呈先小幅上升后緩慢下降的趨勢；而L9K （HS） 的Proto Ⅸ含量則表現(xiàn)出“慢—快—慢”的下降趨勢，即在0～5 d 期間緩慢下降，5～10 d 期間快速下降，10～25 d 期間再次緩慢下降。熱脅迫25 d 時，HZ4 （HS） 和L9K（HS） 的Proto Ⅸ含量分別較各自的CK 處理下降了13.64% 和33.58%。

HZ4 （CK） 和L9K （CK） 的MgP Ⅸ含量在試驗期間總體呈下降趨勢，HZ4 （CK） 的MgP Ⅸ含量僅在熱脅迫10 d 時略有上升，且始終略高于L9K （CK）。HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的Proto Ⅸ含量在熱脅迫期間均持續(xù)下降，且L9K （HS） 的降幅大于HZ4 （HS）。熱脅迫25 d 時，HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的MgP Ⅸ含量分別較各自的CK 處理下降了14.20% 和39.07% （圖3）。

圖3 顯示：HZ4 （CK） 的Pchlide 含量在試驗期間先小幅上升后持續(xù)下降；而L9K （CK） 的Pchlide 含量總體呈持續(xù)下降趨勢，且HZ4 （CK）的含量始終略高于L9K （CK）。HZ4 （HS） 和L9K（HS） 的Pchlide 含量在熱脅迫期間持續(xù)快速下降，且HZ4 （HS） 的含量始終高于L9K （HS）。熱脅迫25 d 時，HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的Pchlide 含量分別較各自的CK 處理下降了16.77% 和19.69%。

2.2 玉米葉綠素代謝相關(guān)基因的表達量

2.2.1 葉綠素合成相關(guān)基因

由圖4 可知：在熱脅迫期間，HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的PBGD 基因相對表達量均顯著下調(diào)，且在熱脅迫5～25 d 期間，L9K （HS） 的表達量始終低于HZ4 （HS）。熱脅迫25 d 時，HZ4 （HS） 和L9K（HS） 的PBGD 基因相對表達量分別較各自的CK處理下調(diào)了44.55% 和66.34%，其中L9K （HS） 的下調(diào)幅度顯著高于HZ4 （HS）。

在熱脅迫期間， HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的UROD 基因相對表達量均顯著下調(diào)，且L9K （HS）的表達量始終低于HZ4 （HS）（圖4）。熱脅迫25 d時，HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的UROD 基因相對表達量分別較各自的CK 處理下調(diào)了25.74% 和56.44%，且L9K （HS） 顯著低于HZ4 （HS）。

由圖4 還可知：在熱脅迫期間，HZ4 （HS）和L9K （HS） 的MgPMT 基因相對表達量均顯著持續(xù)下調(diào)，且L9K （HS） 的表達量始終顯著低于HZ4（HS）。熱脅迫25 d 時，HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的MgPMT 基因相對表達量分別較各自的CK 處理下調(diào)了39.25% 和67.96%。

由圖4 可知：在熱脅迫期間，HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的POR 基因相對表達量均顯著持續(xù)下調(diào)，且在熱脅迫10～25 d 期間，L9K （HS） 的表達量顯著低于HZ4 （HS）。熱脅迫25 d 時，HZ4 （HS）和L9K （HS） 的POR 基因相對表達量分別較各自的CK 處理下調(diào)了45.63% 和69.00%。

在熱脅迫期間， HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的CAO 基因相對表達量均顯著持續(xù)下調(diào)，且L9K（HS） 的表達量始終低于HZ4 （HS）（圖4）。熱脅迫25 d 時，HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的CAO 基因相對表達量分別較各自的CK 處理下調(diào)了25.74% 和51.00%。

由圖4 還可知：在熱脅迫期間，HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的CHLG 基因相對表達量均持續(xù)下調(diào)，且L9K （HS） 的表達量始終顯著低于HZ4 （HS）。熱脅迫25 d 時，HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的CHLG基因表達量分別較各自的CK 處理下調(diào)了24.75%和49.00%。

2.2.2 葉綠素降解相關(guān)基因

由圖5 可知：在熱脅迫期間，HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的CBR 基因相對表達量均呈先上調(diào)后下調(diào)的拋物線形，但二者又有所不同。HZ4 （HS）的CBR 基因相對表達量在熱脅迫15 d 時達到最高值，為HZ4 （CK） 的2.11 倍，之后緩慢下調(diào)；而L9K （HS） 的CBR 基因相對表達量在熱脅迫15 d時迅速上調(diào)，為L9K （CK） 的6.37 倍，之后緩慢下調(diào)。在熱脅迫10～25 d 期間，L9K （HS） 的CBR基因相對表達量始終顯著高于HZ4 （HS）。

由圖5 還可知：在熱脅迫期間，HZ4 （HS） 的CLH 基因相對表達量呈波動式上調(diào)；而L9K （HS）的CLH 基因相對表達量在熱脅迫0～10 d 緩慢上調(diào)，熱脅迫15 d 時迅速上調(diào)至CK 處理的4.73倍，之后在較高水平波動表達。在熱脅迫10～25 d期間，L9K （HS） 的CLH 基因相對表達量始終顯著高于HZ4 （HS）。

在熱脅迫期間， HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的PPH 基因相對表達量均呈近似拋物線形，即先上調(diào)后下調(diào)（圖5）。在熱脅迫15 d 時，HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的PPH 基因相對表達量均達到最高值，分別為各自CK 處理的3.13 倍和6.37 倍，隨后均下調(diào)表達；在熱脅迫10～25 d 期間，L9K （HS） 的PPH 基因相對表達量始終顯著高于HZ4 （HS）。

由圖5 可知：在熱脅迫期間，HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的PAO 基因相對表達量均呈波動式上調(diào)，即先上調(diào)后下調(diào)再上調(diào)。在熱脅迫的5～25 d期間，L9K （HS） 的PAO 基因相對表達量顯著高于HZ4 （HS）。在熱脅迫25 d 時，HZ4 （HS） 和L9K（HS） 的PAO 基因相對表達量分別為各自CK 處理的4.87 倍和5.87 倍。

3 討論

3.1 熱脅迫對玉米葉綠素合成通路的影響

在熱脅迫下，耐熱型玉米比熱敏感型玉米具有較高的葉綠素含量[15]。本研究中，熱脅迫導(dǎo)致HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的葉綠素a、葉綠素b 及總?cè)~綠素含量均較對照組顯著下降，且在熱脅迫后期，L9K （HS） 的葉綠素含量顯著低于HZ4 （HS），表明高溫對L9K 葉綠素合成的影響更為嚴重，進一步證明HZ4 對高溫具有更強的耐受性，而L9K對高溫則較為敏感。葉綠素的生物合成需通過Glu→ALA→PBG→Proto Ⅸ→MgP Ⅸ→Pchlide→葉綠素a→葉綠素b 的途徑，其中任一反應(yīng)位點受阻，都會影響葉綠素的生物合成[16]。ALA 是葉綠素形成的關(guān)鍵前體物，其合成是葉綠素合成通路中的限速步驟[17-18]。PBG 合成速率受限于ALA的合成速率，MgP Ⅸ是四吡咯生物合成的關(guān)鍵節(jié)點[19]。本研究發(fā)現(xiàn)：在熱脅迫過程中，HZ4 和L9K 中葉綠素合成前體物ALA 和PBG 的含量顯著高于對照組，而Proto Ⅸ、MgP Ⅸ和Pchlide 的含量則低于或顯著低于對照組，表明熱脅迫影響了PBG 向Proto Ⅸ的轉(zhuǎn)化，這與向麗霞等[20]的研究結(jié)果一致。然而，目前對于逆境脅迫下植物葉綠素合成受阻位點的認識仍存在分歧。SANTOS[21]認為：在鹽脅迫下，向日葵的葉綠素含量下降是由于葉綠體基質(zhì)中Glu 向ALA 轉(zhuǎn)化受阻。彭倩等[22]研究表明：在UV-B 輻射脅迫下，大豆幼苗的葉綠素生物合成在ALA 向PBG 轉(zhuǎn)化階段受阻。造成這些差異的原因可能是由于逆境條件和試驗作物的不同[21]。本研究表明：在熱脅迫期間，HZ4 （HS） 的葉綠素含量始終高于L9K （HS），且HZ4 （HS） 的ALA 升幅小于L9K （HS），而ProtoⅨ、MgP Ⅸ和Pchlide 的降幅也小于L9K （HS），這表明HZ4 的葉綠素合成受阻程度小于L9K。

3.2 熱脅迫對玉米葉綠素合成相關(guān)基因表達的影響

葉綠素合成過程中，膽色素原脫氨酶（propigmentdeaminase，PBGD） 和尿卟啉原Ⅲ脫羧酶（uroporphyrinogen decarboxylase，UROD） 共同參與PBG 向Proto Ⅸ的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，對卟啉類化合物的合成至關(guān)重要[5-6]。本研究發(fā)現(xiàn)：HZ4 （HS） 和L9K （HS） 的PBGD 和UROD 基因相對表達量在熱脅迫下顯著下調(diào)，且HZ4 （HS） 中的基因相對表達量高于L9K （HS）。這表明熱脅迫通過抑制PBGD 和UROD 基因表達，阻礙了PBG 向ProtoⅨ轉(zhuǎn)化，從而影響葉綠素的合成。然而，在熱脅迫過程中，HZ4 中PBGD 和UROD 基因較高的相對表達量幫助緩解了高溫對葉綠素生物合成的負面影響。已有研究表明：熱脅迫可以通過破壞類囊體膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致類囊體膜蛋白復(fù)合物解體，進而抑制葉綠素的生物合成[23-24]。本研究發(fā)現(xiàn)：在熱脅迫下，HZ4 （HS） 和L9K （HS） 中的MgPMT、POR、CAO 和CHLG 基因相對表達量下調(diào)，這與JAHAN 等[25]的研究結(jié)果一致。盡管如此，在熱脅迫后期，HZ4 的上述基因仍維持了較高的表達水平，從而表現(xiàn)為比L9K 更耐熱。

3.3 熱脅迫對玉米葉綠素分解相關(guān)基因表達的影響

葉綠素降解的起始點為葉綠素a，葉綠素b必須還原成葉綠素a 才能進一步降解，葉綠素b還原酶（chlorophyll b reductase，CBR） 催化這一還原過程；葉綠素酶（chlorophyllase，CLH） 催化葉綠素a 形成脫植基葉綠素a （Chlide a），是葉綠素分解代謝中的限速步驟；脫鎂葉綠素水解酶（pheophytin hydrolase，PPH） 催化脫鎂葉綠素a 形成脫鎂葉綠酸a；脫鎂葉綠酸a 氧化酶（pheophorbidea oxidase，PAO） 催化脫鎂葉綠酸a 形成紅色葉綠素降解物，這是葉綠素降解的關(guān)鍵步驟[26]。葉綠素含量是葉綠素生物合成與降解達到動態(tài)平衡的結(jié)果[27]。本研究表明：在熱脅迫過程中，HZ4（HS） 和L9K （HS） 的葉綠素降解相關(guān)基因CBR、CLH、PPH 和PAO 都上調(diào)表達，且HZ4 （HS） 的4 個基因相對表達量均顯著低于L9K （HS），表明熱脅迫誘導(dǎo)葉綠素降解相關(guān)基因上調(diào)表達，加速葉綠素的降解代謝；同時也表明：在熱脅迫過程中，耐熱型自交系HZ4 通過維持較低的葉綠素降解相關(guān)基因表達水平，減少了葉綠素的非正常降解，這與ZHOU 等[28]的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

熱脅迫導(dǎo)致玉米葉綠素含量下降的原因包括：葉綠素合成相關(guān)基因下調(diào)表達及葉綠素降解相關(guān)基因上調(diào)表達。熱脅迫影響了PBG 向ProtoⅨ轉(zhuǎn)化階段的葉綠素生物合成，主要是由于PBGD 和UROD 基因的下調(diào)表達。此外，耐熱型和熱敏感型玉米之間的葉綠素含量差異，源于其葉綠素代謝相關(guān)基因的差異性表達，這是其耐熱性差異化的分子機制。

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[28]責任編輯：何承剛

基金項目：安徽省教育廳自然基金項目（KJ2020A0119）。