中科院南海所黄小平:NMT发现空气暴露减少了海草质子吸收致无机碳利用降低

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[成果与文献分享]

中科院南海所黄小平:NMT发现空气暴露减少了海草质子吸收致无机碳利用降低

 楼主| xuyue_2017 发表于 2021-1-13 17:10  
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本帖最后由 xuyue_2017 于 2021-1-13 17:12 编辑

NMT作为生命科学底层核心技术,是建立活体创新科研平台的必备技术。2005年~2020年,NMT已扎根中国15年。2020年,中国NMT销往瑞士苏黎世大学,正式打开欧洲市场。
感谢中科院南海所黄小平研究员团队供稿


基本信息
主题:NMT发现空气暴露减少了海草质子吸收致无机碳利用降低
期刊:Frontiers in Plant Science
影响因子:4.402
研究使用平台:NMT光合研究创新平台
标题:Efficient Heat Dissipation and Cyclic Electron Flow Confer Daily Air Exposure Tolerance in the Intertidal Seagrass Halophila beccarii Asch
作者:中国科学院南海海洋研究所黄小平研究员团队

检测离子/分子指标
H+

检测样品
贝克喜盐草叶肉细胞


中文摘要

由于潮汐的影响,潮间带海草经历周期性空气暴露及复水过程,但目前关于海草光系统(PS)II和PSI中的光保护机制以及暴露于空气后碳利用方式的变化知之甚少。本研究使用双通道叶绿素荧光测量系统和非损伤微测技术(NMT),探讨了华南海域海草优势种贝克喜盐草(Halophila beccarii)暴露于空气中的光保护机制。结果表明,空气暴露增强了PSII和PSI中的非光化学猝灭(NPQ),其中NPQ和Y(ND)(代表在给定状态下被氧化的整个P700的比例)的最大上调分别为23%和57%,从而耗散过剩光能。此外,由PSI驱动的环式电子流上调,CEF和PSI中的最大电子传递速率分别增加50%和22%,以补偿受阻的线性电子传递,而pmfLEF(质子动力势)显著下降。同时,随着暴露时间的增长,叶肉细胞中的H+内流速度稳步下降,最大降低了6倍,这表明海草暴露在空气中通过减少质子泵和HCO3-的协同途径改变了碳利用方式。这些发现表明有效的热能耗散和上调的环式电子流使得潮间带贝克喜盐草能够耐受周期性空气暴露,该结果为潮间带海草的光保护机制提供了新的认识。此外,本研究还有助于解释潮间带贝克喜盐草的广泛分布特征。



离子/分子流实验处理方法

贝克喜盐草每日分别在空气下暴露1 h(ST)、2 h(MT)、4 h(LT),无空气暴露为对照(CT)。


离子/分子流实验结果

不同空气暴露处理下贝克喜盐草叶肉细胞的净H+流速变化如图1所示。CT、ST、MT和LT下的H+流速分别为31.00±1.24、25.40±0.70、21.19±0.85和5.18±1.56 pmol cm-2s-1。空气暴露显著降低了H+流速。


图1.不同空气暴露处理下贝克喜盐草叶肉细胞的净H+流速


其他实验结果

  • 空气暴露增强了PSII和PSI的非光化学猝灭(NPQ)。
  • PSI(CEF)驱动的循环电子传递效率增加。
  • 因为线性电子流引起的质子易位,导致质子动力显著降低。



本研究结果表明,潮间带海草贝克喜盐草的两个主要光保护机制需要长期适应每日的空气暴露。PSII和PSI中有效的NPQ导致空气暴露时过剩光能发生强烈的热耗散。由PSI驱动的CEF(cyclic electron flow)通过上调来补偿被抑制的线性电子传递,尽管水-水循环在日常空气暴露中的耐受作用值得进一步研究。对玉米黄质和紫黄质进行更细致的定量可以进一步确定光合色素在光保护过程中的作用。此外,叶肉细胞的H+流速降低,导致无机碳吸收降低。在今后的研究中,基于转录组学、蛋白质组学和代谢组学的现代方法将有望对潮间带海草干燥耐受的分子机制进行进一步的探究。


测试液

100 mM NaCl, pH 6.0

关键词:空气暴露;潮间带海草;光保护机制;非光化学猝灭;循环电子流
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