自然條件下，植物葉片接受到的光照強度隨時在波動，時而光照不足，時而光能過剩。當光強突然增加時，植物葉片吸收的過剩光能容易造成光系統(tǒng)活性損傷并影響植物生長。根據光合作用理論模型，環(huán)式電子傳遞和水水循環(huán)這兩種替代電子傳遞途徑都可以保護被子植物的光系統(tǒng)活性免受波動光強的損傷。然而一直以來，環(huán)式電子傳遞介導的跨類囊體膜質子梯度的形成被認為是被子植物適應波動光強的主要調控機制。關于水循環(huán)在被子植物適應波動光強中的調控作用鮮有報道。
 
       近期，中國科學院昆明植物研究所張石寶團隊對被子植物適應波動光強的光合調控策略開展了深入的研究。在對模式植物擬南芥的研究中發(fā)現(xiàn)，在光強突然增加的前 20 秒內，葉綠體并不能建立充分的跨類囊體膜質子梯度，進而導致過剩的電子從光系統(tǒng) II 傳遞到光系統(tǒng) I，造成光系統(tǒng) I 的過度還原，引發(fā)活性氧自由基的產生并造成光系統(tǒng) I 損傷。雖然光系統(tǒng) I 反應中心的過度還原會激發(fā)環(huán)式電子傳遞，但這仍然無法避免擬南芥光系統(tǒng) I 發(fā)生損傷。由于擬南芥的水水循環(huán)活性很低，這一結果仍然不能排除水水循環(huán)在波動光強中的調控作用。
 
      基于研究團隊前期在華東山茶（ Camellia japonica ）中發(fā)現(xiàn)水循環(huán)是其適應強光脅迫的重要策略，研究人員對華東山茶開展了進一步研究，發(fā)現(xiàn)水水循環(huán)能夠快速將光系統(tǒng) I 處過剩的電子傳遞給氧氣以解除光系統(tǒng) I 的過度還原態(tài)，進而保護光系統(tǒng) I 活性免受波動光強的損傷。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，在波動光強中，水循環(huán)是一種比環(huán)式電子傳遞更為高效的光保護策略。
 
        這是國際上首次揭示水水循環(huán)在波動光強下的重要調控作用，這一新機制隨后又在景天酸科植物落地生根（ Bryophyllum pinnatum ）中被證實 。然 而，水水循環(huán)這一保護策略存在種間差異 。例如，在對野生高盆櫻桃（ Cerasus cerasoides ）的研究中發(fā)現(xiàn)，水水循環(huán)的作用并不明顯 。
 
         這些研究結果表明，被子植物適應波動光強的光合調控策略存在多樣性與復雜性。
 
 
來源：昆明植物研究所