利用Handy PEA和氧電極闡明干燥發(fā)菜補水后光合活性恢復的機理

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       發(fā)菜（拉丁學名：Nostoc flagelliformeBorn. et Flah.），中文學名：發(fā)狀念珠藻，是藍藻門念珠藻目的一種藻類，廣泛分布于世界各地（如中國、俄羅斯、索馬里、美國等）的沙漠和貧瘠土壤中，因其色黑而細長，如人的頭發(fā)而得名，可以食用。

    發(fā)菜是一種能固氮的光合原核生物。它的絲狀體中主要有兩種細胞：一種是營養(yǎng)細胞，呈綠色，進行光合作用——吸收、釋放、合成有機物質(zhì)；另一種是異形細胞，體積較大，細胞壁較厚，顏色較淡，主要進行固氮作用——把空氣中的氮氣還原成氨，合成氨基酸。

   由于發(fā)菜能用無機碳和無機氮合成有機碳和有機氮，對改良荒漠土壤，繁衍其他生物有重要意義。發(fā)菜被譽為“開發(fā)荒漠的先鋒”。

     發(fā)菜能在干燥狀態(tài)下存活好幾年，而且補水照光后其光合活性即可恢復。然而光質(zhì)對恢復其光合活性的影響及潛在機制仍未解決。

     近期華中師范大學邱寶勝課題組利用英國Hansatech公司制造的Handy PEA植物效率分析儀和Chlorolab-2氧電極測定了不同光質(zhì)和光強對發(fā)菜補水后光合活性恢復過程中OJIP曲線、光合放氧速率和電子傳遞活性的變化，并結合膜分離和免疫印跡分析等技術深入探討了不同光質(zhì)和光強對發(fā)菜補水后光合活性恢復的影響機理。

圖1 發(fā)菜補水過程中不同光質(zhì)和光強對Fv / Fm的影響

    該研究發(fā)現(xiàn)將野外收集的發(fā)菜暴露于≥2的不同光質(zhì)的光強下，PSⅡ的恢復速度如下：紅＞綠＞藍≈紫。進一步降低光強，發(fā)現(xiàn)弱紅光在發(fā)菜再水化的過程中促進PSⅡ的恢復。

     OJIP曲線和放氧速率表明放氧復合體是弱紅光促進PSⅡ恢復的關鍵位點。受損的D1蛋白在脫水過程中存儲在類囊體膜上，再水化過程中其降解并重新合成。弱紅光誘導PsbO與類囊體膜相互作用。

圖2 發(fā)菜補水過程中紅光和藍光對電子傳遞活性的影響

    因此，弱紅光在發(fā)菜再水化過程放氧復合體的激活和PSⅡ的功能恢復中起著重要的作用。在發(fā)菜的干旱棲息地，微弱的紅光可以刺激休眠的發(fā)菜在吸收露珠或雨水后蘇醒，使其在旱季的清晨最大化地生長。