放(fang)氧光(guang)(guang)合生物通過氧化(hua)(hua)(hua)(hua)光(guang)(guang)系統I（PSI）反應中(zhong)心葉綠素P700可(ke)以抑制活性(xing)氧的(de)(de)(de)產(chan)生。 P700的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)伴隨著PSI中(zhong)的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)流支路(lu)（AEF-1）的(de)(de)(de)出現(xian)，AEF-1對于光(guang)(guang)合線(xian)(xian)性(xing)電(dian)子(zi)流（LEF）是無效的(de)(de)(de)。為(wei)了表征AEF-1，我們(men)通過測量暗(an)區間(jian)(jian)弛豫動力學分(fen)析比較了小麥葉片二氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳（CO2）同化(hua)(hua)(hua)(hua)誘導期間(jian)(jian)P700和(he)鐵氧還(huan)蛋白（Fd）的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)還(huan)原反應。在(zai)40 Pa的(de)(de)(de)環境(jing)CO 2分(fen)壓(ya)和(he)21kPa的(de)(de)(de)環境(jing)O 2分(fen)壓(ya)下，開啟(qi)1000μmolm-2 s-1光(guang)(guang)化(hua)(hua)(hua)(hua)光(guang)(guang)，逐漸氧化(hua)(hua)(hua)(hua)P700（P700 +）并(bing)提高(gao)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)態P700 +（vP700）的(de)(de)(de)還(huan)原率(lv)和(he)還(huan)原態Fd（vFd）的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)率(lv)。 vFd與起始點的(de)(de)(de)PSII表觀(guan)光(guang)(guang)合量子(zi)產(chan)率(lv)Y(II)呈(cheng)正(zheng)相關(guan); 通過CO2同化(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)光(guang)(guang)呼(hu)吸，線(xian)(xian)性(xing)電(dian)子(zi)傳(chuan)遞(di)(di)LEF調節Fd的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)還(huan)原轉換。vP700也表現(xian)出與Y（II）呈(cheng)相關(guan)，但(dan)截距為(wei)正(zheng)，而(er)非(fei)零(ling)。也就(jiu)是說，除了線(xian)(xian)性(xing)電(dian)子(zi)傳(chuan)遞(di)(di)LEF外，PSI中(zhong)的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)傳(chuan)遞(di)(di)還(huan)包括(kuo)電(dian)子(zi)流支路(lu)AEF-1中(zhong)的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)流。這(zhe)表明P700的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)誘導電(dian)子(zi)流支路(lu)AEF-1。我們(men)提出了潛(qian)在(zai)AEF-I的(de)(de)(de)可(ke)能機制及其在(zai)減輕氧化(hua)(hua)(hua)(hua)損傷中(zhong)的(de)(de)(de)生理作用(yong)。
在高光(guang)，低溫/高溫(wen)或干(gan)旱(han)條件下光合作用(yong)二氧化碳（CO2）同化效率(lv)的抑制會降(jiang)低PSI中電子(zi)受體（NADP+）的再生效率，并增加類(lei)囊體膜PSI中的(de)積累電子(zi)的(de)風險。反(fan)應(ying)中心葉綠素P700是PSI中的電子(zi)源(yuan)，驅動電子(zi)從質體(ti)藍素（PC）到鐵氧還蛋白（Fd），最(zui)后傳給最(zui)終電子受體NADP +的電子傳遞反應。完整向日(ri)葵（Helianthus annuus）葉片置(zhi)于(yu)黑暗中，反復(fu)照射高(gao)強度(du)短(duan)脈沖閃光使PSI電(dian)子傳遞(di)反應(ying)失(shi)活。短(duan)脈沖照射導致PSI受(shou)體(ti)側電子積(ji)累(lei)，刺激活性氧（ROS）的產生，如超(chao)氧自由基和單線(xian)態氧。相比之下，在穩態光化(hua)光（AL）下(xia)的短脈(mo)沖照射處理事先啟動(dong)P700氧化，就不(bu)會導致電(dian)子的積(ji)累或PSI的失活。這些數據表明電子在(zai)PSI受(shou)體側(ce)的積累(lei)增加了 ROS產生的風險，使PSI和(he)CO2同化失活。
光合生物(wu)利用不(bu)同的分子(zi)機制來氧化PSI中的P700。在P700得失電子轉換期間(jian)，光(guang)激發P700（P700 *）氧(yang)化和/或抑制氧化態P700（P700+）還原都會(hui)加速(su)了P700氧化。此外，黃酮（FLV）依賴的(de)電子流和光呼吸促進P700 *氧化，以維持P700處于氧(yang)化狀態(tai)。另外(wai)還有，CO2同化(hua)和光(guang)呼(hu)吸過(guo)程中的(de)光(guang)合線性電(dian)子流(liu)（LEF）誘(you)導類囊體膜腔(qiang)內質子（H +）的積累。腔側的酸(suan)化抑制(zhi)了細胞色素b6 / f-復合物催化的質體(ti)醌(kun)氧化，這也有助(zhu)于P700的維(wei)持氧化(hua)態。在CO2同(tong)化和光(guang)呼(hu)吸過程中，ATP合成酶(mei)介導的(de)類囊體膜上ADP和(he)Pi的利用控(kong)制了H+的積累。這些導致P700氧化的分子機制統稱為P700氧化系統。
如上(shang)所(suo)述，黃酮FLV依賴性(xing)電(dian)子流(liu)和(he)光呼(hu)吸中增強的(de)電(dian)子通量有助于(yu)PSI中P700的(de)氧(yang)化。另一方面，我(wo)們觀察到P700氧(yang)化伴隨著PSI中的(de)過量電(dian)子流(liu)，這不完全是由LEF驅動的(de)；這種過量的(de)電(dian)子流(liu)被稱為(wei)PSI中的(de)替代(dai)電(dian)子流(liu)（AEF-1）。在這(zhe)項研究中(zhong)，我們使用DUAL /KLAS-NIR分(fen)光光度(du)計(ji)（Walz，德國）對小麥（Triticum aestivum）葉子(zi)中(zhong)的AEF-I進行了分(fen)子(zi)表征，這(zhe)是(shi)一(yi)種新型分(fen)光光度(du)計(ji)，專門檢測(ce)P700+，氧化態PC（PC+）及還原態Fd（Fd-）。在誘(you)導AEF-1期間(jian)，我(wo)們評(ping)估了(le)(le)P700，PC和(he)Fd的(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)還原狀態之間(jian)的(de)(de)關系。此(ci)(ci)外，我(wo)們使(shi)用(yong)暗區間(jian)弛(chi)豫動力學（DIRK）分(fen)析研(yan)究了(le)(le)P700+和(he)PC+的(de)(de)還原速(su)率(lv)與Fd-的(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)速(su)率(lv)之間(jian)的(de)(de)關系。這些分(fen)析幫(bang)助我(wo)們了(le)(le)解調節AEF-1活化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)機(ji)制以及P700氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)與AEF-1活性之間(jian)的(de)(de)關系。此(ci)(ci)外，我(wo)們研(yan)究了(le)(le)光合生(sheng)物(wu)中(zhong)P700氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)生(sheng)理功(gong)(gong)能(neng)。 P700的(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)還原周(zhou)轉率(lv)遠高于Fd，并且(qie)顯示出(chu)對(dui)(dui)小麥葉(xie)片中(zhong)LEF的(de)(de)電(dian)子(zi)通量的(de)(de)絕對(dui)(dui)依賴性。換句話說，AEF-1中(zhong)的(de)(de)電(dian)子(zi)通量由P700氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)誘(you)導并在PSI內起作用(yong)。另一(yi)方面，P700氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)有(you)助于Fd-的(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)，從(cong)而揭示了(le)(le)P700氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)新功(gong)(gong)能(neng)。我(wo)們通過(guo)抑制PSI中(zhong)ROS的(de)(de)產生(sheng)，提出(chu)了(le)(le)AEF-1的(de)(de)分(fen)子(zi)機(ji)制及其在減輕氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)應激中(zhong)的(de)(de)生(sheng)理功(gong)(gong)能(neng)。
DIRK分析關閉(bi)光化光（AL）后(hou)小麥葉(xie)片中氧化態P700（P700 +），PC（PC+）和還原態(tai)Fd（Fd-）的衰減。使用(yong)Dual / KLAS-NIR分(fen)光(guang)光(guang)度計實時監測P700，PC和Fd的氧化還原狀態(tai)的變化。為了確定在光化光條件(jian)下小麥葉(xie)片中P700+和PC+的還原速率和Fd-的氧化速(su)率(lv)，在坐標時間0點瞬時關閉AL并延(yan)續測量400ms。在坐標(biao)時間0時(shi)刻P700+，PC +和Fd-的下降(jiang)的初始(shi)斜率表明(ming)P700+和(he)PC+的還原速率和Fd-的氧化(hua)速率。P700+，PC+和Fd-的初始斜(xie)率變化的特征是在葉溫25°C，O2分壓(ya)21 kPa 和光強1000μmolm-2s-1下測(ce)量70組平均(jun)得到的，A ：CO2分壓(ya)40 Pa，B：CO2分壓5Pa ，AL關(guan)閉(bi)后持續110 ms。這些數(shu)據是在穩定狀態下獲得的，通過穩定Y（II）的(de)測量(liang)得到證實(shi)。
小麥葉片P700 +，PC +和Fd-與(yu)表觀Y（II）的關系。 P700 +，PC +和Fd-及表觀Y（II）均在(zai)葉溫25°C，O2分壓21kPa 和光強1000μmolm-2 s-1下測量。CO2分壓從40Pa到20Pa再到5 Pa逐步降低。 P700 +，PC +和Fd-的數(shu)據來自5個(ge)平行植株。 CO2分壓的下降使得Y（II）下降(jiang)。通(tong)過獲得(de)穩定(ding)的(de)Y（II）證實了在(zai)幾個CO2分壓下測量(liang)時達到穩態的。空心圓，PC+;實心圓(yuan)，P700+，倒三角形，Fd-。
小(xiao)麥(mai)葉片中vPC，vP700和vFd與表觀Y（II）的關系(xi)。數據點表(biao)示為(wei)光(guang)化光(guang)關閉(bi)后5ms的相對變化(hua)（％），vPC，vP700和vFd與表觀Y（II）的數據(ju)來自5個平行(xing)植株光化光關閉后的初(chu)始變化，CO2分壓(ya)的下降使(shi)得Y（II）下降(jiang)。空心圓，vPC;實心圓，vP700; 倒(dao)三角形，vFd。
小麥葉片光(guang)合誘導(dao)的P700+、PC+和Fd-的(de)響應。在0 s處，打開(kai)光(guang)化光(guang)AL照射小麥葉(xie)片。在(zai)葉溫(wen)25°C，O2分壓21kPa ，CO2分壓40Pa和(he)光強1000μmolm-2 s-1下測量(liang)P700+（A）、PC+（B）和Fd-（C）。P700+、PC+和Fd-的響(xiang)應數據來自(zi)5個平行植(zhi)株。I、時期(qi)I；II、時期(qi)II；III、時期III。
小(xiao)麥葉片(pian)光合誘導的vP700、vPC和(he)vFd的響應。在0 s處，打開光(guang)(guang)化(hua)光(guang)(guang)AL照射小麥(mai)葉片。在葉溫25°C，O2分壓21kPa ，CO2分壓(ya)40Pa和光強1000μmolm-2 s-1下測(ce)量(liang)vP700（A）、vPC（B）和vFd（C）。vP700、vPC和vFd的(de)響應(ying)數據來自5個(ge)平行(xing)植株(zhu)。在(zai)指(zhi)定的時間點引入DIRK分析的(de)瞬態（400ms）黑暗(an)（關光(guang)化光(guang)）。數據為mean±SD（SD;n=5）。I、時(shi)期I；II、時期(qi)II；III、時(shi)期III。
AEF-1的(de)假設途(tu)徑。光激發P700（P700 *）向(xiang)第(di)(di)一個電(dian)(dian)子(zi)載體(ti)A0提供(gong)電(dian)(dian)子(zi)，產生P700 +。隨后(hou)，P700+接受由PC傳遞的(de)來自PSII的(de)電(dian)(dian)子(zi)以完成P700再生。A0將電(dian)(dian)子(zi)提供(gong)給第(di)(di)二電(dian)(dian)子(zi)載體(ti)A1。此后(hou)，電(dian)(dian)子(zi)分別通過(guo)第(di)(di)三和第(di)(di)四電(dian)(dian)子(zi)載體(ti)Fx和FA / FB流(liu)(liu)向(xiang)鐵氧(yang)還蛋白(bai)（Fd）。空心箭(jian)頭表示(shi)光下氧(yang)化還原(yuan)循環(huan)中的(de)P700周轉。實線(xian)箭(jian)頭表示(shi)電(dian)(dian)子(zi)流(liu)(liu)動(dong)。虛線(xian)箭(jian)頭表示(shi)電(dian)(dian)荷(he)重組過(guo)程(cheng)中的(de)電(dian)(dian)子(zi)流(liu)(liu)動(dong)。電(dian)(dian)荷(he)復合是附加電(dian)(dian)子(zi)流(liu)(liu)動(dong)的(de)機制(zhi)之一。
Kadota K, Furutani R, Makino A, et al. . Plants, 2019, 8(6): 152.