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利用Dual-PAM-100和GFS-3000同步测量低温下水稻NDH介导的CEF对光合与生长的影响

更新日期：2011-08-31   |  点击率：1814
一般认为，在植物叶绿体类囊体膜上存在四大光合膜蛋白复合体，即光系统II、光系统I、细胞色素b6/f和ATP合酶。近期（1991年）人们发现了第五大复合体，它能够接受来自NAD（P）H的电子，因此称之为NAD（P）H脱氢酶复合体（NDH）。通过研究发现，在高等植物中，NDH介导了围绕光系统I的循环电子传递（CEF）和叶绿体呼吸。在胁迫条件下，NDH介导的CEF产生的ATP对于植物的生长至关重要。在4°C低温条件下，研究表明NDH介导的CEF对于植物的光合作用并未起到很大的作用，然而，在低于生长温度的条件下（20°C），NDH介导的循环是否对植物的生长起作用还并不清楚。
 
zui近，日本东北大学Yamori等利用Dual-PAM-100和GFS-3000系统对水稻的荧光和光合进行同步测量，主要探讨了野生型水稻（Oryza sativa）及其突变体CRR6（crr6: chlororespiratory reduction）中NDH介导的CEF在不同温度下调节光合作用以及植物生长中的作用。这是上*篇同步测量气体交换-P700-叶绿素荧光的文章，发布在的期刊《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是其叶绿体呼吸突变体，其突变基因crr6对于叶绿体NDH复合体的亚复合体A的积累非常重要。在crr6突变体中，通过western-blot不能检测到NdhK的存在，因此在此突变体中也检测不到光化光关闭后的荧光瞬时上升现象，这说明在此突变体中围绕光系统I的循环电子传递受损，也就是说crr6突变体中缺失NDH活性。当植物在28°C或者35°C生长时，野生型和突变体所有光合参数包括CO2同化速率、线性电子传递和循环电子传递在各自培养温度和高光条件下（例如800 μmol photons m-2 s-1）都比较类似。但是，当植物在20°C下生长时，crr6突变体的光合参数明显低于野生型，因此突变体的生物量明显下降。在20°C时，短时强光处理后crr6突变体的Fv/Fm比野生型略微下调；但是，在低温条件下长时间诱导后，crr6突变体中CEF的抑制导致非光化学淬灭的下调（low NPQ），并且促进PQ库的还原（high 1-qL）。总而言之，Yamori等的研究表明NDH介导的循环电子传递在低温条件下（20°C）对于水稻的光合及生长起着重要的作用
图1 利用叶绿素荧光检测NDH活性。图中曲线为野生型水稻叶片典型的叶绿素荧光曲线，光化光强度为200 μmol photons m-2 s-1，测量前叶片在相应温度下暗适应至少10分钟。

 

图2  NDH介导的CEF对于电子传递活性和CO2同化的影响。叶绿素荧光、P700氧化还原状态和气体交换实行同步测量。光系统I的电子传递速率（ETR I）、光系统II电子传递速率（ETR II）、非光化学淬灭（NPQ）、光系统II的开放状态（氧化态QA；qL）、CO2同化速率（A390）、气孔导度（gs）和体内CO2浓度（Ci）等参数实现同步测量。

 

图3  NDH介导的CEF对800 μmol photons m-2 s-1培养条件下水稻暗呼吸速率（Rd）和CO2同化速率（A390）。

图4  NDH介导的CEF对缓解光抑制的作用。