水循環(huán)在被子植物適應(yīng)波動光強(qiáng)中的調(diào)控作用

       自然條件下，植物葉片接受到的光照強(qiáng)度隨時在波動，時而光照不足，時而光能過剩。當(dāng)光強(qiáng)突然增加時，植物葉片吸收的過剩光能容易造成光系統(tǒng)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(hù)被子植物的光系統(tǒng)活性免受波動光強(qiáng)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(qiáng)的主要調(diào)控機(jī)制。關(guān)于水循環(huán)在被子植物適應(yīng)波動光強(qiáng)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團(tuán)隊對被子植物適應(yīng)波動光強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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(qiáng)中的調(diào)控作用。
 
      基于研究團(tuán)隊前期在華東山茶（ Camellia japonica ）中發(fā)現(xiàn)水循環(huán)是其適應(yīng)強(qiáng)光脅迫的重要策略，研究人員對華東山茶開展了進(jìn)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(jìn)而保護(hù)光系統(tǒng) I 活性免受波動光強(qiáng)的損傷。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，在波動光強(qiáng)中，水循環(huán)是一種比環(huán)式電子傳遞更為高效的光保護(hù)策略。
 
        這是國際上首次揭示水水循環(huán)在波動光強(qiáng)下的重要調(diào)控作用，這一新機(jī)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(hù)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(qiáng)的光合調(diào)控策略存在多樣性與復(fù)雜性。
 
 
來源：昆明植物研究所