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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:1753
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/fATP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-100GFS-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CRR6crr6: 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

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。

 

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QAqL)、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。

 

3  NDH介导的CEF800 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)。

4  NDH介导的CEF对缓解光抑制的作用。