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远红光在波动光的弱光阶段加速光合作用
日期:2019-10-24 15:04:00

2019年10月16日,Plant and CellPhysiology杂志在线发表日本东京大学理学院生物科学系Masaru Kono的最新研究成果文章:远红光在波动光的弱光阶段加速光合作用(Far-Red Light Accelerates Photosynthesis in the Low-LightPhases of Fluctuating Light)。

图1191025.jpg

之前大量研究表明,远红光(FR;>700 nm)可以驱动光系统I(PSI)光化学反应,但是关于远红光对光合作用性能的影响却很少关注。在上述研究中,研究人员向拟南芥叶片照射的波动红光(FL)中添加远红光FR,研究拟南芥叶片在上述光质组合下的光合作用。具体操作为,在适当强度的远红光存在的背景下,用800/30μmolm-2s-1高光/低光(HL / LL)的波动光FL交替照射光活化的拟南芥叶片10-15分钟。从高光向低光过度时,有远红光作为背景的拟南芥叶片CO2同化速率明显高于没有远红光的。在稳态条件下和波动光的高光期,FR对光合作用的促进作用很小。从电致变色(ECS)吸收位移的暗弛豫动力学(DIRK)估计,在波动光的低光期中穿过类囊体膜的质子导度(gH+)比无FR大。在远红光存在的情况下,PSII天线系统中非光化学猝灭(NPQ)的弛豫和波动光低光期PSII光化学产率的上升加快。在典型的阳生和阴生植物中也证实了其中存在类似的FR效应。根据以上结果,科研人员得出结论,FR通过激发PSI并加速NPQ弛豫和PSII产量增加,对波动光下的光合作用产生了有益的影响。这可能是由于增加了质子导度gH+,这也可以反映出波动光下远红光的存在使得拟南芥叶片具有更快的ΔpH耗散和ATP合成


图1191024.jpg

暗处理和预照光的拟南芥叶片在远红光,远红光光+低光,低光下测量的荧光(橘黄色)和P700(黑色)变化

图2191024.jpg

拟南芥叶片在有无远红光背景的波动光下CO2同化速率,PSII参数,PSI参数的变化

图3191024.jpg

远红光对波动光的低光期NPQ快速和缓慢弛豫和Y(II)的增加的影响。

图4191024.jpg

拟南芥叶片电致变色(ECS)吸收位移的暗弛豫动力学(DIRK)结果


本研究的实验材料主要为拟南芥,培养温度23℃,相对湿度60%,8小时光周期,光强135μmolm-2s-1,选择7-10周龄植株的成熟莲座叶用于光合作用测量。本研究采用的光合测量设备为德国WALZ的便携式光合荧光测量系统GFS-3000,联用叶室3010-Dual以及双通道叶绿素荧光仪DUAL-PAM-100标准模块和P515/535模块


GFS-3000191024.jpg

便携式光合荧光测量系统GFS-3000

dual-pam-100191024.jpg

双通道叶绿素荧光仪DUAL-PAM-100

联用191024.jpg

GFS-3000与DUAL-PAM-100联用


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Kono M, Kawaguchi H, Mizusawa N, et al. Far-Red Light Accelerates Photosynthesis in the Low-Light Phases of Fluctuating Light. Plant and Cell Physiology, 2019.