利用Handy PEA和氧電極闡明干燥發菜補水后光合活性恢復的機理

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發菜（拉丁學名：Nostoc flagelliformeBorn. et Flah.），中文學名：發狀念珠藻，是藍藻門念珠藻目的一種藻類，廣泛分布于世界各地（如中國、俄羅斯、索馬里、美國等）的沙漠和貧瘠土壤中，因其色黑而細長，如人的頭發而得名，可以食用。

發菜是一種能固氮的光合原核生物。它的絲狀體中主要有兩種細胞：一種是營養細胞，呈綠色，進行光合作用——吸收、釋放、合成有機物質；另一種是異形細胞，體積較大，細胞壁較厚，顏色較淡，主要進行固氮作用——把空氣中的氮氣還原成氨，合成氨基酸。

由于發菜能用無機碳和無機氮合成有機碳和有機氮，對改良荒漠土壤，繁衍其他生物有重要意義。發菜被譽為“開發荒漠的先鋒”。

發菜能在干燥狀態下存活好幾年，而且補水照光后其光合活性即可恢復。然而光質對恢復其光合活性的影響及潛在機制仍未解決。

近期華中師范大學邱寶勝課題組利用英國Hansatech公司制造的Handy PEA植物效率分析儀和Chlorolab-2氧電極測定了不同光質和光強對發菜補水后光合活性恢復過程中OJIP曲線、光合放氧速率和電子傳遞活性的變化，并結合膜分離和免疫印跡分析等技術深入探討了不同光質和光強對發菜補水后光合活性恢復的影響機理。

圖1 發菜補水過程中不同光質和光強對Fv / Fm的影響

該研究發現將野外收集的發菜暴露于≥2的不同光質的光強下，PSⅡ的恢復速度如下：紅＞綠＞藍≈紫。進一步降低光強，發現弱紅光在發菜再水化的過程中促進PSⅡ的恢復。

OJIP曲線和放氧速率表明放氧復合體是弱紅光促進PSⅡ恢復的關鍵位點。受損的D1蛋白在脫水過程中存儲在類囊體膜上，再水化過程中其降解并重新合成。弱紅光誘導PsbO與類囊體膜相互作用。

圖2 發菜補水過程中紅光和藍光對電子傳遞活性的影響

因此，弱紅光在發菜再水化過程放氧復合體的激活和PSⅡ的功能恢復中起著重要的作用。在發菜的干旱棲息地，微弱的紅光可以刺激休眠的發菜在吸收露珠或雨水后蘇醒，使其在旱季的清晨最大化地生長。