2019年10月16日,Plant and CellPhysiology雜(za)志在線發(fa)表日本東京大學(xue)理學(xue)院生物(wu)科學(xue)系Masaru Kono的最新研(yan)究成(cheng)果(guo)文章:遠紅光(guang)在波動光(guang)的弱光(guang)階(jie)段加速(su)光(guang)合作用(Far-Red Light Accelerates Photosynthesis in the Low-LightPhases of Fluctuating Light)。
之前(qian)大量研(yan)(yan)究(jiu)表明(ming),遠(yuan)紅光(guang)(guang)(guang)(guang)(FR;>700 nm)可以(yi)驅(qu)動光(guang)(guang)(guang)(guang)系(xi)統I(PSI)光(guang)(guang)(guang)(guang)化(hua)學(xue)反應,但是關于遠(yuan)紅光(guang)(guang)(guang)(guang)對(dui)光(guang)(guang)(guang)(guang)合(he)作(zuo)用(yong)(yong)性能的(de)(de)(de)影響卻很(hen)少關注。在(zai)(zai)上述研(yan)(yan)究(jiu)中(zhong)(zhong),研(yan)(yan)究(jiu)人員向擬(ni)南芥(jie)葉(xie)片照(zhao)射的(de)(de)(de)波(bo)(bo)動紅光(guang)(guang)(guang)(guang)(FL)中(zhong)(zhong)添加(jia)遠(yuan)紅光(guang)(guang)(guang)(guang)FR,研(yan)(yan)究(jiu)擬(ni)南芥(jie)葉(xie)片在(zai)(zai)上述光(guang)(guang)(guang)(guang)質組(zu)合(he)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)合(he)作(zuo)用(yong)(yong)。具體操作(zuo)為,在(zai)(zai)適(shi)當強度(du)(du)的(de)(de)(de)遠(yuan)紅光(guang)(guang)(guang)(guang)存(cun)在(zai)(zai)的(de)(de)(de)背景(jing)下(xia)(xia),用(yong)(yong)800/30μmolm-2s-1高(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)/低光(guang)(guang)(guang)(guang)(HL / LL)的(de)(de)(de)波(bo)(bo)動光(guang)(guang)(guang)(guang)FL交替照(zhao)射光(guang)(guang)(guang)(guang)活化(hua)的(de)(de)(de)擬(ni)南芥(jie)葉(xie)片10-15分(fen)鐘。從(cong)高(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)向低光(guang)(guang)(guang)(guang)過(guo)度(du)(du)時,有遠(yuan)紅光(guang)(guang)(guang)(guang)作(zuo)為背景(jing)的(de)(de)(de)擬(ni)南芥(jie)葉(xie)片CO2同化(hua)速(su)率明(ming)顯高(gao)于沒有遠(yuan)紅光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)。在(zai)(zai)穩(wen)態條(tiao)件下(xia)(xia)和(he)波(bo)(bo)動光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)高(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)期(qi),FR對(dui)光(guang)(guang)(guang)(guang)合(he)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)促(cu)進(jin)作(zuo)用(yong)(yong)很(hen)小(xiao)。從(cong)電致變(bian)色(ECS)吸收位移的(de)(de)(de)暗弛豫動力學(xue)(DIRK)估計,在(zai)(zai)波(bo)(bo)動光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)低光(guang)(guang)(guang)(guang)期(qi)中(zhong)(zhong)穿過(guo)類囊體膜的(de)(de)(de)質子導度(du)(du)(gH+)比無(wu)FR大。在(zai)(zai)遠(yuan)紅光(guang)(guang)(guang)(guang)存(cun)在(zai)(zai)的(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)下(xia)(xia),PSII天線系(xi)統中(zhong)(zhong)非光(guang)(guang)(guang)(guang)化(hua)學(xue)猝滅(NPQ)的(de)(de)(de)弛豫和(he)波(bo)(bo)動光(guang)(guang)(guang)(guang)低光(guang)(guang)(guang)(guang)期(qi)PSII光(guang)(guang)(guang)(guang)化(hua)學(xue)產率的(de)(de)(de)上升加(jia)快。在(zai)(zai)典型的(de)(de)(de)陽(yang)生(sheng)和(he)陰生(sheng)植物(wu)中(zhong)(zhong)也(ye)證實了其中(zhong)(zhong)存(cun)在(zai)(zai)類似的(de)(de)(de)FR效應。根據以(yi)上結果(guo),科研(yan)(yan)人員得出結論,FR通過(guo)激(ji)發PSI并加(jia)速NPQ弛豫和PSII產(chan)量增(zeng)加(jia),對波(bo)動光下的(de)(de)光合(he)作用產(chan)生了(le)有益的(de)(de)影響(xiang)。這可能是由于增(zeng)加(jia)了(le)質子導度gH+,這也(ye)可以反(fan)映出波(bo)動光下遠紅光的(de)(de)存在使得擬南芥葉片具有更(geng)快的(de)(de)ΔpH耗散和ATP合(he)成(cheng)。
暗處理和預(yu)照光(guang)的(de)(de)擬南(nan)芥葉(xie)片在(zai)遠(yuan)紅光(guang),遠(yuan)紅光(guang)光(guang)+低光(guang),低光(guang)下測量的(de)(de)熒(ying)光(guang)(橘黃色)和P700(黑(hei)色)變化
擬南芥葉片在有無遠紅光背景(jing)的波動光下(xia)CO2同化(hua)速(su)率,PSII參(can)數,PSI參(can)數的變化(hua)
遠紅光(guang)對(dui)波動光(guang)的低(di)光(guang)期NPQ快速(su)和(he)緩慢(man)弛豫和(he)Y(II)的增加的影響。
擬南芥葉片電致變色(ECS)吸收位移的暗弛(chi)豫動力學(DIRK)結果(guo)
本研(yan)究的實驗材料主要為擬(ni)南(nan)芥(jie),培養(yang)溫度23℃,相(xiang)對濕度60%,8小時光周(zhou)期,光強135μmolm-2s-1,選擇7-10周(zhou)齡植(zhi)株的成熟蓮(lian)座(zuo)葉用(yong)(yong)于光合作用(yong)(yong)測量。本(ben)研究(jiu)采用(yong)的光(guang)合測量(liang)設備為德國WALZ的便攜式光(guang)合熒(ying)光(guang)測量(liang)系(xi)統GFS-3000,聯用(yong)葉室3010-Dual以及(ji)雙通道葉綠素(su)熒(ying)光(guang)儀(yi)DUAL-PAM-100標準模塊(kuai)和P515/535模塊(kuai)。
便攜式光合熒光測量系統GFS-3000
雙通道葉(xie)綠素熒光儀DUAL-PAM-100
GFS-3000與(yu)DUAL-PAM-100聯用(yong)
Kono M, Kawaguchi H, Mizusawa N, et al. . Plant and Cell Physiology, 2019.