高温胁迫是影响植物生长发育的主要非生物(环境)胁迫因子之一,是植物产量和生产效率的重要限制性因子(Boyer,1982b)。黄瓜(Cucumis sativus L.)是一种世界性的重要蔬菜作物,也是我国设施栽培面积较大、效益较高的蔬菜作物之一,其喜温怕热,适宜同化温度为25～30℃,超过38℃会导致热伤害,而遇到50℃左右高温时,短时间内茎叶出现坏死(Oda,1993;Talanova.V.V et al.,2006)。高温胁迫严重影响黄瓜的生长发育和光合作用,而作为植物光合作用光能捕获与传递的主要色素分子,植物叶绿素含量与光合作用具有正相关关系。高温胁迫下黄瓜叶片叶绿素含量明显降低,而外源Spd可显著提高黄瓜叶绿素含量,但其作用机制并不清楚。本研究以高温敏感的黄瓜品种’津春2号’为材料,采用基质栽培方式,利用人工气候箱内培育黄瓜幼苗,研究了叶面喷施1.0 mmol·L-1外源亚精胺(Spd)对高温胁迫下(42℃/32℃)黄瓜幼苗叶片Ch1合成和降解的影响,从叶绿体超微结构、Ch1合成前体物质、LHCPⅡ-Ch1复合体蛋白、类囊体膜蛋白及其应答基因等方面,探讨外源Spd缓解高温胁迫下黄瓜幼苗叶绿素代谢的作用机制,为外源多胺提高黄瓜植株耐热性的实践提供理论依据。主要研究结果如下:1.高温胁迫显著降低黄瓜幼苗叶片叶绿素含量,植株生长明显被抑制,并且叶绿体超微结构发生明显的变化,基粒类囊体片层受到挤压,叶绿体严重变形,甚至出现了质壁分离的现象;而外源Spd可缓解高温胁迫对黄瓜幼苗的危害,稳定叶绿体结构,致使叶绿素含量升高,生长被促进。2.利用蓝绿温和肢凝胶电泳(BN-PAGE)和SDS-尿素-PAGE电泳技术对类囊体膜蛋白复合体亚基进行分离,总共有40多个膜蛋白点通过肉眼可见,通过质谱分析成功鉴定22个差异蛋白点。结果表明,高温导致幼苗类囊体膜上的ATPaseCF1、CP47、D1、D2等膜蛋白表达急剧下降;检测膜蛋白的应答基因发现,外源Spd上调了Lhcb2、Lhcb4、Lhcb5、Lhcb6、PsbA、PsbD、Lhcp、atpA 基因的表达。表明 Spd 从蛋白合成和转录水平上,不同程度地调节了高温胁迫下光合蛋白以及类囊体膜蛋白的适应性变化,促进类囊体蛋白合成,缓解LHCⅡ-Ch1复合体以及类囊体复合蛋白解离,减缓高温对黄瓜幼苗的伤害。表明外源Spd在高温胁迫下直接进入完整叶绿体中,稳定类囊体结构,提高类囊体蛋白应答基因的表达,促进类囊体蛋白合成,缓解LHCⅡ-Ch1复合体以及类囊体复合蛋白解离,保护了黄瓜幼苗光合器官结构的稳定性,和功能上的完整性,进而提高黄瓜幼苗在高温下的胁迫抗性。3.高温胁迫下,叶绿素合成前体胆色素原(PBG)含量降低,而尿卟啉原(UroⅢ)、原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)和镁原卟啉Ⅸ(Mg-ProtoⅨ)含量显著升高,并且PBG向UROⅢ转化的关键酶胆色素原脱氨酶(PBGD)和尿卟啉原合酶(UROS)活性及其编码基因HMBS和MBS和表达水平显著提高,积累大量高能态的叶绿素合成中间产物,增加了叶绿素氧化漂白的风险;外源Spd通过减缓叶绿素生物合成的PBG到UROⅢ的转化,有效避免叶绿素氧化漂白降解,从而减缓高温对黄瓜幼苗带来的伤害。4.高温胁迫下,叶绿素降解代谢分析表明,高温提高了叶绿素降解“脱镁叶绿酸加氧酶(PaO)”途径的关键酶叶绿素酶(Chlase)和脱镁螯合酶(MDCase)活性及其应答基因CLH的转录水平,叶绿素降解相关酶基因PAO、RCCR、CBR和叶绿素降解调控因子SGR1基因表达水平也显著被促进;同时,外源Spd降低了 Chlase和MDCase活性及其基因转录水平,并且使PaO、红叶绿素代谢还原酶(RCCR)、叶绿素b还原酶(CBR)和叶绿素降解调控因子SGR1基因表达水平显著降低。表明外源Spd减缓了叶绿素降解进程,最终提高了叶绿素含量。此外,Spd提高高温胁迫下叶绿素含量,可能还与叶绿素降解调控因子SGR1有关。综上所述,高温胁迫使叶绿体结构破坏,加速黄瓜叶片叶绿素生物合成的PBG到UROⅢ转化进程的同时,也使降解进程加快。外源Spd明显减缓了 PBG到UROⅢ的转化,有利于降低一些具有潜在氧化作用的前体形成高能态氧化物质的风险,避免对叶绿素造成氧化损伤,同时,Spd缓解LHCⅡ-Ch1复合体以及类囊体复合蛋白解离,明显降低叶绿素PaO降解途径相关酶活性及其基因表达水平,减缓了叶绿素降解,提高了叶绿素含量。此外,Spd提高高温胁迫下叶绿素含量,可能还与叶绿素降解调控因子SGR1有关。