監(jiān)測C3植物中圍繞PSI的環(huán)式電子傳遞的應(yīng)用

德國WALZ公司首席科學(xué)家，PAM熒光測量技術(shù)發(fā)明人，烏茲堡大學(xué)教授Ulrich Schreiber，在多種實驗條件下監(jiān)測鐵氧還蛋白比吸收率變化，研究證實利用DUAL-KLAS-NIR可在C3植物中監(jiān)測到圍繞PSI的環(huán)式電子傳遞。



四通道動態(tài)LED陣列近紅外光譜儀DUAL-KLAS-NIR，是德國WALZ公司于2016年推出的一款光合作用研究設(shè)備，可同步監(jiān)測光合生物的PSI活性（P700）、PSII活性（葉綠素?zé)晒?/em>）、PC（質(zhì)體藍素）與Fd（鐵氧還蛋白）的氧化還原過程，同時可監(jiān)測全葉綠素a熒光（wholeleaf Chl a fluorescence, 波長>760, 540nm激發(fā)）。

本研究在活體Fd，P700和PC在近紅外區(qū)域（NIR，780-1000nm）測量的基礎(chǔ)上，提出了新的測量方法。該方法將測量集中在暗-光，光-暗轉(zhuǎn)換過程中，此時Fd表現(xiàn)出最大的氧化還原狀態(tài)變化。暗適應(yīng)后，中度光強誘導(dǎo)的Fd信號變化過程與葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)的Kautsky效應(yīng)相平行，且兩種信號都會受到O2去除的影響，表現(xiàn)出類似的效應(yīng)。

在光激活線性電子傳遞（LET）前，短光脈沖誘導(dǎo)的一種快速類型的Fd再氧化現(xiàn)象，可反映PSI環(huán)式電子傳遞（CET）。與C3植物相比，這一現(xiàn)象在C4植物中表現(xiàn)得更為明顯。短光脈沖之后Fd再氧化的速率可反映光激活的線性電子傳遞，其在很低的光強下即出現(xiàn)，并緩慢逆轉(zhuǎn)（半衰期約20 min）。

照射強遠紅光（FR，740 nm）會展現(xiàn)PSI的兩個部分，PSI（線性電子傳遞）和PSI（環(huán)式電子傳遞），其與Fd在關(guān)閉遠紅光后的再氧化及P700和PC間的表觀平衡常數(shù)存在差異。Fd氧化和P700與PC還原的平衡信息為識別環(huán)式電子傳遞提供了關(guān)鍵信息。

對C4植物玉米與C3植物向日葵和長春藤的比較研究，得出結(jié)論：兩種類型的PSI不僅存在于C4植物（葉肉細胞和維管束鞘細胞）中，也同樣存在于C3植物（基粒末端膜和基質(zhì)片層）中。

DUAL-KLAS-NIR為光合作用開辟了一個全新的研究領(lǐng)域，實時顯示P700，PC和Fd在活體材料中的氧化還原狀態(tài)，在線解卷積氧化還原信號。首次實現(xiàn)PS I及其供體側(cè)和受體側(cè)氧化還原動力學(xué)的同步測量，解構(gòu)它們與光系統(tǒng)I的復(fù)雜相互作用，深入探究圍繞PS I的環(huán)式電子傳遞。該設(shè)備的推出為活體條件下研究PSI開啟了新紀元。