蔗糖磷酸合成酶（SPS）调控低温下甜瓜光合作用的机理研究

Sucrose phosphate synthase is a key enzyme for sucrose synthesis , and is a limiting factor to photosynthesis. Increasing SPS activity in plants is accompanied by the improvement of the net photosynthetic rate, and there is a significant correlation between of them. The applicant's previous work has shown that using antisense technology to reduce SPS activity in melon leaves, the chloroplast structure was destroyed under high light and high temperature stress, resulting in the net photosynthetic rate dropped significantly. While the SPS activity and net photosynthetic rate were higher in control leaves , and the shape of the chloroplasts were normal. In this study, we will be committed to regulating the SPS activity in the melon to alleviate the harm under low temperature stress . Melon was thermophilic, so in the fall and winter seasons, the melon yield and quality was declined sharply. The melon "Wantianyihao" was used as the material in this study. This study is about to explore the relationship between SPS activity and photosynthesis under low temperature in melon, and the relationship between SPS activity and plant resistance.

蔗糖磷酸合成酶（SPS）是蔗糖合成的关键酶，也是光合作用的限制因子。提高植物中的SPS活性会伴随着净光合速率的提高，具有显著相关性。申请者的前期工作表明，采用反义技术降低甜瓜叶片中的SPS活性，在高温强光胁迫下会破坏叶绿体结构，从而净光合速率大幅下降，而对照叶片中SPS活性、净光合速率均较高，且具有规则的叶绿体结构，因此本研究将致力于调节甜瓜中的SPS活性来缓解低温胁迫对甜瓜的伤害。甜瓜属喜温作物，因此在秋冬季节由于长期的低温使得甜瓜的产量及品质均下降，大大降低了其经济效益。本课题将以薄皮甜瓜"皖甜一号"为研究对象，研究低温胁迫下SPS活性与光合作用的关系，然后进一步探讨SPS活性与植物抗逆性关系。

甜瓜属喜温喜光植物，但冬季日光温室甜瓜生产中普遍的问题是长期的低温弱光，净光合速率较低，影响了甜瓜的生长发育，进而影响甜瓜果实的品质，大大降低了甜瓜的经济效益。研究表明蔗糖磷酸合成酶 (Sucrose Phosphate Synthase, SPS) 活性与净光合速率之间具有显著的相关性，SPS活性越高，净光合速率就越高 ，SPS活性是影响植物光合作用的重要因素。.本项目拟研究低温逆境下叶片中SPS 参与调控光合作用的生理机制，低温下叶片SPS 的动力学属性变化，低温下不同光周期调控SPS 活性缓解低温胁迫的机理，为缓解甜瓜低温胁迫提供理论和技术调控基础。.研究结果表明，在低温胁迫下，甜瓜叶片净光合速率显著降低；在正常生长条件下的叶绿体形状较为规则，为纺锤形，基粒片层数较多，片层与片层之间的间隙较为清晰；而低温胁迫下叶片叶绿体结构纵径减小，横径变大，基粒片层较模糊，造成基粒片层数无法统计，且淀粉粒数量远远大于正常生长条件的叶片叶绿体中的淀粉粒；低温胁迫7天后叶片表皮细胞结构较为紊乱，气孔结构发生变化，在黑暗条件下大部分气孔无法闭合或闭合不严，造成气孔导度下降因此影响了光合作用的进行。叶片中的蔗糖、果糖、葡萄糖含量增加，SPS活性呈下降趋势，而SPS基因表达了呈先降低后升高的趋势。动力学属性方面，在一定浓度范围内，SPS活性随着底物浓度的升高而升高（果糖-6-磷酸和UDPG），然后再下降，呈单峰趋势；利用双倒数法得到SPS的Km值，结果表明其Km值在低温胁迫后会增加，说明低温降低了酶与底物的亲和力。适当延长光照时间后，叶片中SPS活性升高，从而可促进光合作用的进行，蔗糖合成速率与净光合速率相平衡，由于光合作用时间也相应延长，因此大量的光合产物运向库细胞，从而可促进植株的生长发育。.提高低温弱光下甜瓜的光合能力是解决甜瓜秋冬季节产量品质下降问题的关键。以上研究探讨了低温胁迫对甜瓜光合系统的影响及对SPS动力学属性进行了相关研究，SPS活性在低温胁迫下降低，而SPS Km值升高，降低了SPS与底物的亲和力，因此蔗糖合成速率会降低，但过多的蔗糖没有及时运输到库细胞，适当延长光周期可促进蔗糖合成速率与净光合速率相平衡，因而在生产上秋冬季节可适当光照时间，促进光合作用的有序进行，对解决产量和品质具有重要作用。