植物體內(nèi)“電信號”的產(chǎn)生，一直被認(rèn)為是一種植物對外界環(huán)境脅迫的響應(yīng)機制，與大量的植物生理生化反應(yīng)有著十分密切的關(guān)系，比如含羞草葉片運動、pin2基因表達(dá)、總蛋白合成抑制、乙烯合成、脫落酸和茉莉酮酸合成、根系磷酸鹽同化變化、韌皮部運輸能力下降、篩管分子卸載、植物非特異抗性增加等等。近年來，研究植物“電信號”與光合作用的關(guān)系逐漸成為關(guān)注的焦點，其中以AP(動作電位)和VP(電位變化)研究的最多，但多數(shù)情況下都是各執(zhí)一詞沒有定論。

　　日前，俄羅斯科學(xué)家采用德國WALZ公司研發(fā)的便攜式光合-熒光測量系統(tǒng)GFS-3000和雙通道PAM-100測量系統(tǒng)Dual-PAM-100，利用“氣體交換-P700-葉綠素?zé)晒馔綔y量技術(shù)”，利用經(jīng)典的“灼燒葉片法”刺激植物產(chǎn)生“電信號”，再輔以低CO2濃度和低光照等處理條件，同步測量天竺葵氣體交換、葉綠素?zé)晒?PSII)和P700(PSI)相關(guān)參數(shù)，全面分析了天竺葵光合作用對VP的響應(yīng)。(Sukhov V et al., Analysis of the photosynthetic response induced by variation potential in geranium. Planta, 2011, in press)

　　結(jié)果發(fā)現(xiàn)，正常條件下VP引起天竺葵光合作用降低，主要表現(xiàn)為PSI和PSII實際量子產(chǎn)量(φPSI、φPSII)、CO2同化速率(A)、氣孔導(dǎo)度(GH2O)均顯著下降，并且光反應(yīng)階段的大量參數(shù)(φPSI、φPSII、qP、qN、Y(ND))變化與暗反應(yīng)CO2同化速率(A)密切相關(guān)，這與低濃度CO2以及無光照條件下相似，表明開爾文循環(huán)鈍化對于植物“電信號”誘導(dǎo)的光合響應(yīng)具有重要作用。然而，由于VP引起的PSI受體側(cè)電子傳遞的降低與暗反應(yīng)CO2同化速率(A)無明顯相關(guān)性，且不依賴于外界CO2濃度和光強的影響。因此，推測天竺葵中VP引起的光反應(yīng)鈍化存在兩條不同的途徑，即強烈依賴于暗反應(yīng)鈍化和不依賴于暗反應(yīng)鈍化途徑。

　　該文是繼日本學(xué)者發(fā)表了全球第一篇同步測量氣體交換-P700-葉綠素?zé)晒獾奈恼?Yamori W, Sakata N, Suzuki Y, Shikanai T, Makino A: Cyclic electron flow around photosystem I via chloroplast NAD(P)H dehydrogenase (NDH) complex performs a significant physiological role during photosynthesis and plant growth at low temperature in rice. The Plant Journal, 2011: in press.)之后，國際科研界發(fā)表的全球第二篇同步測量氣體交換-P700-葉綠素?zé)晒獾奈恼隆?/p>

圖1 天竺葵受刺激部位、電勢測定部位和熒光參數(shù)測定部位。
E1和E2分別為第一與第二電極，ER為參比電極，E1和E2之間的距離大約為8cm，通過灼燒葉片尖部(3cm2面積，3-4s)刺激植物。

圖2 電勢、CO2同化速率(A)、氣孔導(dǎo)度(GH2O)、PSI和PSII的量子產(chǎn)量(φPSI、φPSII)變化。
a電信號傳播至葉片(n=8);b電信號沒有傳播至葉片(n=2)。

圖3 不同條件下，VP誘導(dǎo)的CO2同化速率(A)、氣孔導(dǎo)度(GH2O)以及光反應(yīng)階段參數(shù)(φPSI、φND、φNA、φPSII、qN、qP)變化。
a對照條件下(光照強度100μmol m-2s-1，外界CO2濃度360μl l-1);b無光照條件下;c低CO2濃度(15μl l-1)，Ci為胞間CO2濃度。

圖4 CO2同化速率(A)變化。
a氣孔導(dǎo)度;b光反應(yīng)參數(shù);cVP與低濃度CO2誘導(dǎo)。

圖5 VC條件下，CO2同化速率(A)與光反應(yīng)階段參數(shù)的相互關(guān)系。