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昆明植物所在光合作用調控機制研究中取得系列進展

文章來源:中國科學院網站    時間:2019-10-11


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I活性損傷并影響植物生長。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以保護被子植物的光系統I活性免受波動光強的損傷。然而一直以來,環式電子傳遞介導的跨類囊體膜質子梯度的形成被認為是被子植物適應波動光強的主要調控機制。關于水水循環在被子植物適應波動光強中的調控作用鮮有報道。

近期,中國科學院昆明植物研究所張石寶團隊對被子植物適應波動光強的光合調控策略開展了深入的研究。在對模式植物擬南芥的研究中發現,在光強突然增加的前20秒內,葉綠體并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并造成光系統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。由于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。

基于研究團隊前期在華東山茶(Camellia japonica)中發現水水循環是其適應強光脅迫的重要策略,研究人員對華東山茶開展了進一步研究,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。進一步的研究發現,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。這是國際上首次揭示水水循環在波動光強下的重要調控作用,這一新機制隨后又在景天酸科植物落地生根(Bryophyllum pinnatum)中被證實。然而,水水循環這一保護策略存在種間差異。例如,在對野生高盆櫻桃(Cerasus cerasoides)的研究中發現,水水循環的作用并不明顯。這些研究結果表明,被子植物適應波動光強的光合調控策略存在多樣性與復雜性。

以上相關研究結果分別發表于Environmental and Experimental Botany(1篇)、Plant Science(1篇)和BBA-Bioenergetics(3篇)。上述研究工作得到國家自然科學基金項目(No.2016347)中科院青年促進會(31670343)的支持。


 
 
 
 

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