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摘要高光强为植物非生物胁迫因子之一，会影响植株的光合作用，导致植物体内大量活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的产生和累积，不利于植物的生长。光呼吸循环与光合作用密不可分，光呼吸过程在维持氧化还原反应的动态平衡、防止光抑制等方面发挥着重要作用。拟南芥羟基丙酮酸还原酶1(Hydroxypyruvate reductase,HPR1)是光呼吸循环中的一种主要代谢酶，HPR1蛋白缺失突变体响应高光强胁迫的机制还未被报道过。<br>　　本研究利用拟南芥HPR1基因T-DNA插入敲除突变体hpr1，通过反向遗传学和分子生物学等多种方法，得到的具体研究结果如下：<br>　　1.高光强环境下HPRs表达量增加。HPR1及其两个同功酶HPR2和HPR3均在叶片和生殖器官中表达量较高，三个基因的启动子上游片段中均分布了大量光响应元件，将拟南芥野生型移入350μmol·m-2·s-1光强的生长箱中（22℃，光周期：16小时光照/8小时黑暗）持续处理48小时，HPR1、HPR2和HPR3的表达量逐渐升高。通过激光扫描共聚焦显微镜观察到HPR1定位于过氧化物酶体，HPR2和HPR3定位于细胞质中。<br>　　2.HPR1蛋白缺失突变体响应高光强胁迫。经鉴定得到了HPR1敲除突变体hpr1，将正常条件培养长大的hpr1突变体移入350μmol·m-2·s-1光强下处理一周，与野生型相比，hpr1突变体矮小黄化，并且鲜重、叶绿素含量、光合效率等生理指标也极显著低于野生型。构建得到了两个HPR1表达量不同的互补株系，经高光强处理后，互补株系的表型以及生理指标都能得到部分回补，并且回补程度与互补系中HPR1的表达量是一致的。<br>　　3.高光下HPR1的缺失降低了光合效率。经350μmol·m-2·s-1光强处理后，hpr1突变体的光合参数Y(II)和ETR均极显著低于野生型。蓝色温和凝胶和蛋白免疫印迹结果表明，无论是在正常光强下还是高光强下，hpr1突变体的叶绿体组装和光系统蛋白均与野生型没有差异。<br>　　4.HPR1通过减慢光修复来加速光抑制。将野生型和突变体的离体叶片用1000μmol·m-2·s-1光强损伤6小时，发现HPR1与光损伤无关。将野生型和突变体的离体叶片用1000μmol m-2s-1光强损伤直到光合效率降至起始的60%后，移至60μmol·m-2·s-1光强下进行修复，发现hpr1突变体的修复速率显著低于野生型。<br>　　5.高光下HPR1缺失导致大量ROS产生。用DCF探针处理拟南芥野生型和突变体原生质体，在1000μmol·m-2·s-1光强下照射30分钟，激光扫描共聚焦显微镜发现hpr1突变体中有大面积绿色荧光，说明突变体产生了大量ROS。除了ROS的产生之外，还在突变体内检测到抗氧化酶CAT和SOD的活性较高。<br>　　6.高光下HPR1缺失导致光呼吸中间代谢体累积。通过荧光定量PCR和GC-MS检测了光呼吸通路基因的相对表达量和中间代谢体的相对含量，结果表明经高光强处理后，hpr1突变体中的一些光呼吸通路基因表达量显著高于野生型，并且积累了大量有毒害的光呼吸中间代谢体，光呼吸速率加剧。<br>　　研究结果表明HPR1蛋白缺失突变体响应高光强环境，在高光胁迫的条件下，HPR1缺失会导致植物光合效率降低、光呼吸速率加快，植物体内产生大量ROS，并且HPR1与光抑制过程密切相关，有利于植物应对极端环境。