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利用Handy PEA和氧电极阐明干燥发菜补水后光合活性恢复的机理

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发菜(拉丁学名:Nostoc flagelliformeBorn. et Flah.),中文学名:发状念珠藻,是蓝藻门念珠藻目的一种藻类,广泛分布于世界各地(如中国、俄罗斯、索马里、美国等)的沙漠和贫瘠土壤中,因其色黑而细长,如人的头发而得名,可以食用。

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发菜是一种能固氮的光合原核生物。它的丝状体中主要有两种细胞:一种是营养细胞,呈绿色,进行光合作用——吸收、释放、合成有机物质;另一种是异形细胞,体积较大,细胞壁较厚,颜色较淡,主要进行固氮作用——把空气中的氮气还原成氨,合成氨基酸。

由于发菜能用无机碳和无机氮合成有机碳和有机氮,对改良荒漠土壤,繁衍其他生物有重要意义。发菜被誉为“开发荒漠的先锋”。

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发菜能在干燥状态下存活好几年,而且补水照光后其光合活性即可恢复。然而光质对恢复其光合活性的影响及潜在机制仍未解决。

近期华中师范大学邱宝胜课题组利用英国Hansatech公司制造的Handy PEA植物效率分析仪和Chlorolab-2氧电极测定了不同光质和光强对发菜补水后光合活性恢复过程中OJIP曲线光合放氧速率电子传递活性的变化,并结合膜分离和免疫印迹分析等技术深入探讨了不同光质和光强对发菜补水后光合活性恢复的影响机理。

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图1 发菜补水过程中不同光质和光强对Fv / Fm的影响

该研究发现将野外收集的发菜暴露于≥2的不同光质的光强下,PSⅡ的恢复速度如下:红>绿>蓝≈紫。进一步降低光强,发现弱红光在发菜再水化的过程中促进PSⅡ的恢复。

OJIP曲线和放氧速率表明放氧复合体是弱红光促进PSⅡ恢复的关键位点。受损的D1蛋白在脱水过程中存储在类囊体膜上,再水化过程中其降解并重新合成。弱红光诱导PsbO与类囊体膜相互作用。

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图2 发菜补水过程中红光和蓝光对电子传递活性的影响

因此,弱红光在发菜再水化过程放氧复合体的激活和PSⅡ的功能恢复中起着重要的作用。在发菜的干旱栖息地,微弱的红光可以刺激休眠的发菜在吸收露珠或雨水后苏醒,使其在旱季的清晨最大化地生长。


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