近日，德美科學家運用差示吸收、葉綠素熒光和氣體交換測量技術在*刊物《Plant Cell》上在線發(fā)表了研究成果。該研究通過分子生物學技術構建突變體，然后結合氣體交換測量系統(tǒng)GFS-3000、雙通道PAM-100測量系統(tǒng)Dual-PAM-100、以及動態(tài)LED陣列差示吸收光譜儀KLAS-100等光合生理研究設備，對突變體光合作用的光反應、暗反應、電子傳遞、跨膜質子動力勢，電子傳遞體的活性等進行了直接全面的測定和分析。為研究結果提供了可靠的直接證據支持，并在*刊物《Plant Cell》發(fā)表。這項研究代表了光合生理研究動向，具有很好的借鑒和啟發(fā)意義。
研究摘要：煙草能夠根據合成
ATP和NADPH的需要嚴格控制ATP酶和細胞色素b6f復合體的量。雖然細胞色素b6f復合體能夠通過催化光合電子傳遞的限速步驟調控光合同化過程，但同樣重要的ATP酶在光合調控過程中的意義和作用尚不明確。該研究分別通過反義轉基因技術抑制細胞核編碼的γ亞基（
AtpC）的合成，同時通過葉綠體轉基因技術對葉綠體中atpB基因（編碼β亞基）的起始密碼子進行點突變來抑制
ATP酶的合成。兩種策略所得轉基因植株中ATP酶的含量可降至野生型的100到<10%。結果表明，雖然電子傳遞鏈的組分并未發(fā)生太大的改變，但由于質體醌在細胞色素b6f復合體處的再氧化速率下降（光合調控）使得線性電子傳遞被嚴重抑制。另外，非光化學淬滅在很低的光強下即被激發(fā)，這大大降低了CO2同化的量子效率。研究發(fā)現其原因是穩(wěn)態(tài)下跨膜質子動力勢升高，導致類囊體腔過度酸化，從而誘導了光合調控及位于天線的激發(fā)能耗散，zui終導致了光合的下降。
研究中用到的主要儀器（點擊鏈接可查看詳細信息）：
光合氣體交換及葉綠素熒光同步測定：GFS-3000 +3055FL熒光附件
質子動力勢pmf測定：KLAS-100
葉綠素熒光、PSI差示吸收和PC的測定：標準版Dual-PAM-100和特殊版DUAL-PAM（PC和P700同步測量）
參考文獻：http://www.plantcell.org/cgi/doi/10.1105/tpc.110.079111
圖1. AtpC反義植株ATP酶含量下降發(fā)育遲緩。
（A） 野生型（WT）、弱（atpC2）和強（atpC1）反義株系
（B） RNA凝膠條帶，可見植株表型與AtpC mRNA受抑制程度相關。
（C） AtpC反義植株蛋白質凝膠條帶。為便于相對比較，依次為野生型25和50%稀釋樣品，野生型樣品，弱和強反義植株樣品。PSII核心亞基（PsbD），cyt-bf（PetA），PSI（PsaA）及ATP酶（AtpA）。
（D） 77K葉綠素a熒光發(fā)射光譜，表明轉基因植株天線結構未發(fā)生改變。
圖4. 同化能力及線性電子傳遞受到ATP酶活性的限制
（A） ATP酶活性（gH+）與ATP酶含量的關系
（B） 同化速率（基于單位葉面積）與ATP酶活性（gH+）的關系
（C） 線性電子傳遞（基于單位葉面積。通過葉綠素a熒光分析得到，并經葉片吸光系數修正。）與ATP酶活性（gH+）的關系
圖5. ATP酶含量下降導致穩(wěn)態(tài)類囊體跨膜PMF升高
（A） 類囊體跨膜總pmf對不同光強的響應，由ECS信號在光暗轉換時的zui大振幅（ECST）得到。
（B） Pmf的組分ΔpH和ΔΨ對不同光強的響應。根據慢馳預動力學中由相反離子通過類囊體膜的ECS的比例求得（ECSinv），與ECST有關。在GTG-atpB及反義株系中，總pmf大幅增加，特別是在低光強下。pmf的ΔpH組分略有下降。
圖6. 線性電子傳遞速率下降，PSII受體側過度還原，以及ATP酶減少加速誘導了qN的升高。
（A） 線性電子傳遞的光飽和曲線，通過PSII yield測定并經過葉片吸光系數修正。ATP酶含量下降嚴重抑制了線性電子傳遞。
（B） PSII受體側的氧化還原狀態(tài)（qL）. 隨著光強升高，PSII受體側逐漸下降。需注意強反義株系和GTG-atpB在低光強下即表現這種效應。
（C） 非光化學淬滅（qN）. 反義株系和GTG-atpB在較低光強下qN即開始升高，這導致了激發(fā)能的熱耗散增加，光合量子效率下降，因此光能利用率較低。
圖7. ATP酶突變體中流經cyt-bf的線性電子傳遞受抑制
（A） PSI和高能鏈依賴光強的供體側氧化態(tài)隨光強的變化
Cyt-f（B）和P700（C）的還原速率減緩，表明光合調控導致線性電子傳遞受到抑制
