遠紅光在波動光的弱光階段加速光合作用

2019年10月16日，Plant and CellPhysiology雜志在線發(fā)表日本東京大學(xué)理學(xué)院生物科學(xué)系Masaru Kono的最新研究成果文章：遠紅光在波動光的弱光階段加速光合作用(Far-Red Light Accelerates Photosynthesis in the Low-LightPhases of Fluctuating Light)。

之前大量研究表明，遠紅光（FR；>700 nm）可以驅(qū)動光系統(tǒng)I（PSI）光化學(xué)反應(yīng)，但是關(guān)于遠紅光對光合作用性能的影響卻很少關(guān)注。在上述研究中，研究人員向擬南芥葉片照射的波動紅光（FL）中添加遠紅光FR，研究擬南芥葉片在上述光質(zhì)組合下的光合作用。具體操作為，在適當(dāng)強度的遠紅光存在的背景下，用800/30μmolm-2s-1高光/低光（HL / LL）的波動光FL交替照射光活化的擬南芥葉片10-15分鐘。從高光向低光過度時，有遠紅光作為背景的擬南芥葉片CO2同化速率明顯高于沒有遠紅光的。在穩(wěn)態(tài)條件下和波動光的高光期，F(xiàn)R對光合作用的促進作用很小。從電致變色（ECS）吸收位移的暗弛豫動力學(xué)（DIRK）估計，在波動光的低光期中穿過類囊體膜的質(zhì)子導(dǎo)度（gH+）比無FR大。在遠紅光存在的情況下，PSII天線系統(tǒng)中非光化學(xué)猝滅（NPQ）的弛豫和波動光低光期PSII光化學(xué)產(chǎn)率的上升加快。在典型的陽生和陰生植物中也證實了其中存在類似的FR效應(yīng)。根據(jù)以上結(jié)果，科研人員得出結(jié)論，FR通過激發(fā)PSI并加速NPQ弛豫和PSII產(chǎn)量增加，對波動光下的光合作用產(chǎn)生了有益的影響。這可能是由于增加了質(zhì)子導(dǎo)度gH+，這也可以反映出波動光下遠紅光的存在使得擬南芥葉片具有更快的ΔpH耗散和ATP合成。

暗處理和預(yù)照光的擬南芥葉片在遠紅光，遠紅光光+低光，低光下測量的熒光（橘黃色）和P700（黑色）變化

擬南芥葉片在有無遠紅光背景的波動光下CO2同化速率，PSII參數(shù)，PSI參數(shù)的變化

遠紅光對波動光的低光期NPQ快速和緩慢弛豫和Y（II）的增加的影響。

擬南芥葉片電致變色（ECS）吸收位移的暗弛豫動力學(xué)（DIRK）結(jié)果

本研究的實驗材料主要為擬南芥，培養(yǎng)溫度23℃，相對濕度60%，8小時光周期，光強135μmolm-2s-1，選擇7-10周齡植株的成熟蓮座葉用于光合作用測量。本研究采用的光合測量設(shè)備為德國WALZ的便攜式光合熒光測量系統(tǒng)GFS-3000，聯(lián)用葉室3010-Dual以及雙通道葉綠素?zé)晒鈨xDUAL-PAM-100標(biāo)準(zhǔn)模塊和P515/535模塊。

便攜式光合熒光測量系統(tǒng)GFS-3000

雙通道葉綠素?zé)晒鈨xDUAL-PAM-100

GFS-3000與DUAL-PAM-100聯(lián)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.