水水循環在光合作用中很重要也很複雜—新聞—科學網

2020-12-27 科學網

 

光合作用對植物實現自然界的能量轉換、維持大氣碳氧平衡具有重要意義。記者20日從中國科學院昆明植物研究所了解到，該所研究團隊對被子植物適應不同光照強度的調控機制進行深入研究時，有了新的重要發現。

昆明植物研究所黃偉副研究員介紹，自然條件下，植物葉片接受到的光照強度隨時在波動，時而光照不足，時而光能過剩。當光強突然增加時，植物葉片吸收的過剩光能容易造成光系統活性損傷並影響植物生長。根據光合作用理論模型，環式電子傳遞和水水循環這兩種替代電子傳遞途徑，都可保護被子植物免受強光波動的損傷。一直以來人們認為，環式電子傳遞介導的跨類囊體膜質子梯度的形成，是被子植物適應適應波動光強的主要調控機制，但對水水循環的調控作用卻鮮有研究。 

不久前，該所張石寶研究團隊在對被子植物適應波動光強的光合調控策略的研究中發現，在光強突然增加的前20秒內，模式植物擬南芥葉綠體並不能建立充分的跨類囊體膜質子梯度，進而導致過剩的電子從光系統II傳遞到光系統I，造成光系統I的過度還原，引發活性氧自由基的產生並造成光系統I損傷。雖然光系統I反應中心的過度還原會激發環式電子傳遞，但這仍然無法避免擬南芥光系統I發生損傷。由於擬南芥的水水循環活性很低，這一結果仍然不能排除水水循環在波動光強中的調控作用。 

基於前期研究團隊在華東山茶中發現的水水循環適應強光脅迫的重要策略，研究人員對華東山茶作了進一步研究，他們發現水水循環能夠快速將光系統I處過剩的電子傳遞給氧氣以解除光系統I的過度還原態，進而保護光系統I活性免受波動光強的損傷。

進一步研究發現，在波動光強中，水水循環是一種比環式電子傳遞更為高效的光保護策略。這在國際上首次揭示水水循環在波動光強下的重要調控作用，但在不同物種間，水水循環護策略也存在多樣性與複雜性。相關的五項研究結果分別發表在《環境與實驗植物學》《植物科學》和《生物能量學》等國際期刊上。

 

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