远红光在波动光的弱光阶段加速光合作用

2020.2.05

王辉

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2019年10月16日，Plant and CellPhysiology杂志在线发表日本东京大学理学院生物科学系Masaru Kono的最新研究成果文章：远红光在波动光的弱光阶段加速光合作用(Far-Red Light Accelerates Photosynthesis in the Low-LightPhases of Fluctuating Light)。

之前大量研究表明，远红光（FR；>700 nm）可以驱动光系统I（PSI）光化学反应，但是关于远红光对光合作用性能的影响却很少关注。在上述研究中，研究人员向拟南芥叶片照射的波动红光（FL）中添加远红光FR，研究拟南芥叶片在上述光质组合下的光合作用。具体操作为，在适当强度的远红光存在的背景下，用800/30μmolm-2s-1高光/低光（HL / LL）的波动光FL交替照射光活化的拟南芥叶片10-15分钟。从高光向低光过度时，有远红光作为背景的拟南芥叶片CO2同化速率明显高于没有远红光的。在稳态条件下和波动光的高光期，FR对光合作用的促进作用很小。从电致变色（ECS）吸收位移的暗弛豫动力学（DIRK）估计，在波动光的低光期中穿过类囊体膜的质子导度（gH+）比无FR大。在远红光存在的情况下，PSII天线系统中非光化学猝灭（NPQ）的弛豫和波动光低光期PSII光化学产率的上升加快。在典型的阳生和阴生植物中也证实了其中存在类似的FR效应。根据以上结果，科研人员得出结论，FR通过激发PSI并加速NPQ弛豫和PSII产量增加，对波动光下的光合作用产生了有益的影响。这可能是由于增加了质子导度gH+，这也可以反映出波动光下远红光的存在使得拟南芥叶片具有更快的ΔpH耗散和ATP合成。

暗处理和预照光的拟南芥叶片在远红光，远红光光+低光，低光下测量的荧光（橘黄色）和P700（黑色）变化

拟南芥叶片在有无远红光背景的波动光下CO2同化速率，PSII参数，PSI参数的变化

远红光对波动光的低光期NPQ快速和缓慢弛豫和Y（II）的增加的影响。

拟南芥叶片电致变色（ECS）吸收位移的暗弛豫动力学（DIRK）结果
本研究的实验材料主要为拟南芥，培养温度23℃，相对湿度60%，8小时光周期，光强135μmolm-2s-1，选择7-10周龄植株的成熟莲座叶用于光合作用测量。本研究采用的光合测量设备为德国WALZ的便携式光合荧光测量系统GFS-3000，联用叶室3010-Dual以及双通道叶绿素荧光仪DUAL-PAM-100标准模块和P515/535模块。