近年来,玉米-大豆带状复合种植得到了大力发展,已成为振兴我国大豆产业的有效途径。但在南方玉米-大豆带状套作模式中,高位作物玉米对低位作物大豆的遮荫及玉米收获后光照的明显增强影响了大豆的光合能力,是限制产量的重要因素。因此,深入了解大豆在不同光强下的光合特性,稳定并提高大豆在复合种植模式中的光合能力,对于进一步发展玉米-大豆带状复合种植具有重要意义。本研究选择南豆12和南032-4两个产量与耐荫性均不相同的大豆品种为试验材料,在人工气候室内的低光强、中等光强及高光强三种不同的光强条件下和田间玉米-大豆套作、大豆单作两种种植模式下,分别检测了光照强度对大豆叶绿体呼吸末端氧化酶(RTOX)及其功能相关基因(PGR5、NDH-H、PDS、ZDS、RbcS、AOX1、AOX2a、AOX2b)表达水平变化的影响。质子梯度调节蛋白(PGR5)和NAD(P)H脱氢酶(NDH)复合体分别介导了环式电子传递的两条途径,八氢番茄红素去饱和酶(PDS)和ζ-胡萝卜素去饱和酶(ZDS)是类胡萝卜素合成的两个重要酶,RbcS是光合碳同化中1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)由核基因编码的小亚基,AOX1、AOX2a和AOX2b则是与PTOX高度同源的交替末端氧化酶(AOX)在大豆中的三种类型。同时,分别测定了两个品种的大豆在不同光强下的光合指标、荧光参数、光合色素水平以及超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸酶(APX)和苹果酸脱氢酶(NAD-MDH和NADP-MDH)的酶活。主要研究结果如下：1.在室内不同光照强度条件下,两大豆品种中PTOX、PGR5、PDS、ZDS、AOX1和AOX2a的基因表达水平均受到光照的诱导,并随着光照强度的增加而升高,其中PTOX、PGR5、PDS和ZDS在南豆12中的表达上调水平均不同程度高于南032-4中,而AOX1和AOX2a在南豆12中的表达上调水平均不同程度低于南032-4；但是,两大豆品种中NDH-H、RbcS和AOX2b基因的表达水平在不同光照强度下并未发生明显的改变。2.在田间条件下,玉米收获前,两大豆品种中PTOX和PGR5基因在单作下的表达水平均高于套作,且在上部叶片中的表达水平高于下部叶片；南豆12中AOX1和AOX2a单作下的表达水平低于套作,而在南032-4中则与之相反,且两品种中AOX1和AOX2a在上部叶片中的表达水平均高于下部叶片；两品种中PDS和ZDS基因则是在套作下的表达水平高于单作,上部叶片中的表达水平高于下部叶片。玉米收获后,两品种中PTOX、PGR5、AOXl和AOX2a在单作下的表达水平均高于套作,且在上部叶片中的表达水平高于下部叶片。此外,品种间比较发现,玉米收获前,同一种植模式及同一叶位中,PTOX、PGR5和PDS在南豆12中的表达水平高于南032-4,AOX1、AOX2a和ZDS刚好与之相反。玉米收获后,同一种植模式及同一叶位中,PTOX和ZDS在品种间比较均无明显差异。两大豆品种中NDH-H、RbcS和AOX2b基因的转录表达水平在各种条件下均未发生显著的改变。3.不同光照强度下,南豆12的净光合速率(PN)均高于南032-4,其胞间二氧化碳浓度(Ci)则低于南032-4,而气孔导度(Gs)在品种间则不存在显著差异。这表明,造成品种间净光合速率的差异是由非气孔因素所造成。两大豆品种的叶绿素含量和类胡萝卜素含量均随着光照强度的增加而降低,且在低、中光强及两种大田栽培条件下,两种色素在南豆12中的含量均高于南032-4,但高光强下,这种差异并不明显。这表明,两品种光合能力不同与捕光能力的差异有密切关系,但在高光强下的不同还另有原因。进一步研究发现,两品种大豆的PSⅡ的最大量子产量(Fv/Fm)、光化学淬灭效率(qP)、PS I实际电子传递的量子效率(ΦPSI)均随着光照强度增加而降低,电子传递速率(ETR)均是先增加后降低,而非光化学淬灭效率(NPQ)在高光强下均提升到较高的水平,且南豆12极显著高于南032-4。这说明,过多光能导致两种大豆均发生了光抑制,而高光强下,南豆12耗散过剩光能的能力比南032-4更强。此外,超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化氢酶(APX)以及两种苹果酸脱氢酶(NAD-MDH和NADP-MDH)在两种大豆中的活性均随着光照强度的增加而升高,其中SOD和APX在南豆12中的酶活性均高于南032-4,而两种苹果酸脱氢酶的酶活性刚好与之相反。这表明南豆12可能具有活性更高的抗氧化酶系,而南032-4输出叶绿体还原性物质的能力要强于南豆12。综上所述,光照强度的增加明显引起了末端氧化酶PTOX和AOX基因的表达上调,同时,其功能相关基因PGR5、PDS和ZDS的表达水平也相应提高。这表明叶绿体呼吸、交替呼吸以及环式电子传递的过程在大豆光保护机制中可能发挥了一定的作用。高光强下,南豆12比南032-4具有更高的抗氧化酶酶活,以及较高的净光合速率和非光化学淬灭效率。而室内或田间环境下,PTOX及相关功能基因(PGR5、PDS、ZDS)在南豆12中均比在南032-4中具有更高的表达水平。可以推测,具有较强叶绿体呼吸及环式光合电子传递能力的南豆12相比具有较强线粒体交替呼吸能力的南032-4,能够更好地调节光能分配。这也是两品种光合能力不同的原因。