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科研進展

昆明植物所在光合作用調(diào)控機制中取得系列研究進展

文章來源:資源植物與生物技術(shù)重點實驗室  |  發(fā)布時間:2019-10-10  |  作者:黃偉  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

  自然條件下,植物葉片接受到的光照強度隨時在波動,時而光照不足,時而光能過剩。當(dāng)光強突然增加時,植物葉片吸收的過剩光能容易造成光系統(tǒng)I活性損傷并影響植物生長。根據(jù)光合作用理論模型,環(huán)式電子傳遞和水水循環(huán)這兩種替代電子傳遞途徑都可以保護被子植物的光系統(tǒng)I活性免受波動光強的損傷。然而一直以來,環(huán)式電子傳遞介導(dǎo)的跨類囊體膜質(zhì)子梯度的形成被認(rèn)為是被子植物適應(yīng)波動光強的主要調(diào)控機制。關(guān)于水水循環(huán)在被子植物適應(yīng)波動光強中的調(diào)控作用鮮有報道。 

  近期,中國科學(xué)院昆明植物研究所張石寶研究團隊對被子植物適應(yīng)波動光強的光合調(diào)控策略開展了深入的研究。在對模式植物擬南芥的研究中發(fā)現(xiàn),在光強突然增加的前20秒內(nèi),葉綠體并不能建立充分的跨類囊體膜質(zhì)子梯度,進而導(dǎo)致過剩的電子從光系統(tǒng)II傳遞到光系統(tǒng)I,造成光系統(tǒng)I的過度還原,引發(fā)活性氧自由基的產(chǎn)生并造成光系統(tǒng)I損傷。雖然光系統(tǒng)I反應(yīng)中心的過度還原會激發(fā)環(huán)式電子傳遞,但這仍然無法避免擬南芥光系統(tǒng)I發(fā)生損傷。由于擬南芥的水水循環(huán)活性很低,這一結(jié)果仍然不能排除水水循環(huán)在波動光強中的調(diào)控作用。 

  基于研究團隊前期在華東山茶(Camellia japonica)中發(fā)現(xiàn)水水循環(huán)是其適應(yīng)強光脅迫的重要策略。研究人員對華東山茶開展了進一步研究,發(fā)現(xiàn)水水循環(huán)能夠快速將光系統(tǒng)I處過剩的電子傳遞給氧氣以解除光系統(tǒng)I的過度還原態(tài),進而保護光系統(tǒng)I活性免受波動光強的損傷。進一步的研究發(fā)現(xiàn),在波動光強中,水水循環(huán)是一種比環(huán)式電子傳遞更為高效的光保護策略。這是國際上首次揭示水水循環(huán)在波動光強下的重要調(diào)控作用,這一新機制隨后又在景天酸科植物落地生根(Bryophyllum pinnatum)中被證實。然而,水水循環(huán)這一保護策略存在種間差異。例如,在對野生高盆櫻桃(Cerasus cerasoides)的研究中發(fā)現(xiàn),水水循環(huán)的作用并不明顯。這些研究結(jié)果表明,被子植物適應(yīng)波動光強的光合調(diào)控策略存在多樣性與復(fù)雜性。 

  以上相關(guān)研究結(jié)果分別發(fā)表于Environmental and Experimental Botany 1篇)、Plant Science1篇)和BBA-Bioenergetics3篇)。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金項目(No.2016347)中國科學(xué)院青年促進會(31670343)的支持。 

  論文1鏈接 

  論文2鏈接 

  論文3鏈接 

  論文4鏈接 

  論文5鏈接 

(責(zé)任編輯:李雪)

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