利用Dual-PAM-100和GFS-3000同步測量低溫下水稻NDH介導的CEF對光合與生長的影響

時間：2011-8-31閱讀：2013

一般認為，在植物葉綠體類囊體膜上存在四大光合膜蛋白復合體，即光系統II、光系統I、細胞色素b6/f和ATP合酶。近期（1991年）人們發現了第五大復合體，它能夠接受來自NAD（P）H的電子，因此稱之為NAD（P）H脫氫酶復合體（NDH）。通過研究發現，在高等植物中，NDH介導了圍繞光系統I的循環電子傳遞（CEF）和葉綠體呼吸。在脅迫條件下，NDH介導的CEF產生的ATP對于植物的生長至關重要。在4°C低溫條件下，研究表明NDH介導的CEF對于植物的光合作用并未起到很大的作用，然而，在低于生長溫度的條件下（20°C），NDH介導的循環是否對植物的生長起作用還并不清楚。

zui近，日本東北大學Yamori等利用Dual-PAM-100和GFS-3000系統對水稻的熒光和光合進行同步測量，主要探討了野生型水稻（Oryza sativa）及其突變體CRR6（crr6: chlororespiratory reduction）中NDH介導的CEF在不同溫度下調節光合作用以及植物生長中的作用。這是上*篇同步測量氣體交換-P700-葉綠素熒光的文章，發布在的期刊《The Plant Journal》（IF = 6.9）上。。（Yamori W, Sakata N, Suzuki Y, Shikanai T, Makino A: Cyclic electron flow around photosystem I via chloroplast NAD（P）H dehydrogenase （NDH） complex performs a significant physiological role during photosynthesis and plant growth at low temperature in rice. The Plant Journal, 2011: in press.）

CRR6是其葉綠體呼吸突變體，其突變基因crr6對于葉綠體NDH復合體的亞復合體A的積累非常重要。在crr6突變體中，通過western-blot不能檢測到NdhK的存在，因此在此突變體中也檢測不到光化光關閉后的熒光瞬時上升現象，這說明在此突變體中圍繞光系統I的循環電子傳遞受損，也就是說crr6突變體中缺失NDH活性。當植物在28°C或者35°C生長時，野生型和突變體所有光合參數包括CO₂同化速率、線性電子傳遞和循環電子傳遞在各自培養溫度和高光條件下（例如800 μmol photons m^-2 s^-1）都比較類似。但是，當植物在20°C下生長時，crr6突變體的光合參數明顯低于野生型，因此突變體的生物量明顯下降。在20°C時，短時強光處理后crr6突變體的Fv/Fm比野生型略微下調；但是，在低溫條件下長時間誘導后，crr6突變體中CEF的抑制導致非光化學淬滅的下調（low NPQ），并且促進PQ庫的還原（high 1-qL）。總而言之，Yamori等的研究表明NDH介導的循環電子傳遞在低溫條件下（20°C）對于水稻的光合及生長起著重要的作用

圖1 利用葉綠素熒光檢測NDH活性。圖中曲線為野生型水稻葉片典型的葉綠素熒光曲線，光化光強度為200 μmol photons m^-2 s^-1，測量前葉片在相應溫度下暗適應至少10分鐘。

圖2 NDH介導的CEF對于電子傳遞活性和CO₂同化的影響。葉綠素熒光、P700氧化還原狀態和氣體交換實行同步測量。光系統I的電子傳遞速率（ETR I）、光系統II電子傳遞速率（ETR II）、非光化學淬滅（NPQ）、光系統II的開放狀態（氧化態Q_A；qL）、CO₂同化速率（A₃₉₀）、氣孔導度（g_s）和體內CO₂濃度（Ci）等參數實現同步測量。

圖3 NDH介導的CEF對800 μmol photons m^-2 s^-1培養條件下水稻暗呼吸速率（Rd）和CO₂同化速率（A₃₉₀）。

圖4 NDH介導的CEF對緩解光抑制的作用。

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