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磷饥饿下硅藻光系统II光化学反应及其对高光强的响应
植物生态学报
2023, 47 (12):
1718-1727.
DOI: 10.17521/cjpe.2022.0448
海洋暖化导致海水上部混合层变浅, 使营养盐限制情况加剧, 也导致硅藻接收到的阳光辐射量增加。高光及营养盐限制的双重胁迫会影响硅藻的光合产量。该研究主要探索硅藻应对磷饥饿及高光胁迫的光合生理调控, 以进一步了解海洋环境变化对硅藻光合作用的影响。将体积不同的假微型海链藻(Thalassiosira pseudonana)和威氏海链藻(T. weissflogii)在磷饥饿条件下培养, 监测其光系统II (PSII)功能变化, 并将其置于高光强下, 研究其光合生理响应。结果表明: 磷饥饿条件下, 体积较小的假微型海链藻PSII活性逐渐下降, 从与D2蛋白结合的质体醌QA-到与D1蛋白结合的质体醌QB的电子传递效率降低, 单位反应中心捕获的用于电子传递的能量下降, 并诱导产生非光化学淬灭, 而体积较大的威氏海链藻则能够维持较长时间的PSII活性; 假微型海链藻在磷充足条件下相比威氏海链藻具有较高的PSII光失活功能截面(σi)值, 易发生光抑制, 但同时也具有高的PSII修复速率, 磷饥饿对其光抑制敏感度无显著影响, 而威氏海链藻在磷饥饿条件下的σi显著升高, 其对高光强的耐受能力显著降低。在营养盐限制及辐射水平增强情况下, 体积较大的威氏海链藻可能倾向于分布在真光层的下部海域。该研究表明海洋环境变化可能会改变不同粒径硅藻的生态位, 并影响其初级生产力。 ![]() View image in article
图3
磷充足和磷饥饿条件下威氏海链藻和假微型海链藻的J点的相对可变荧光(VJ)、瞬时荧光开始时的初始斜率(Mo)和QA-到QB的电子传递效率(Ψ0) (平均值±标准差)。不同小写字母表示不同物种、处理之间的差异显著(p < 0.05)。
正文中引用本图/表的段落
磷充足和磷饥饿条件下两种硅藻细胞的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(OJIP曲线)如图2所示。在磷充足的条件下, 两种硅藻细胞的OJIP曲线均具有明显的O、J、I和P相。O-J-I-P荧光的瞬时增加是PSII电子受体池的持续还原和PSII反应中心的逐渐关闭过程。缺磷条件下, 假微型海链藻细胞的荧光值从O点到J点快速上升, 导致其VJ均高于磷充足条件(图3)。VJ的增加表明PSII反应中心电子从QA-到QB的传递被阻碍, 导致Q A-和QB的积累。磷饥饿条件下, 假微型海链藻PSII反应中心关闭率Mo上升了103%, QA-向QB的电子的传递效率(Ψ0)显著下降了91%。而威氏海链藻在磷充足和饥饿条件下其VJ、Mo和Ψ0并未表现出显著差异。
本文的其它图/表
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