冬小麥旗葉的延遲衰老與光合作用持續(xù)時間及籽粒產量密切相關。在衰老過程中，光合機構各組分的損傷模式因品種而異，但此前研究因樣本量有限，難以揭示不同品種間電子傳遞損傷的規(guī)律及成因。

　　近期，河南省農業(yè)科學院小麥研究所李向東團隊在學術期刊BMC Plant Biology發(fā)表了題為“Differential Sensitivity of Photosynthetic Electron Transport to Dark-Induced Senescence in Wheat Flag Leaves”的研究論文。文章通過對32個冬小麥品種的旗葉進行黑暗誘導衰老實驗，揭示了光合電子傳遞鏈不同組分對衰老的響應機制。

　　文章中使用英國Hansatech公司生產的多功能植物效率分析儀M-PEA測定了32個小麥品種（表1）的快速葉綠素a熒光（PF）、延遲葉綠素a熒光（DF）和調制820 nm光反射（MR），分析了光合電子傳遞鏈各部分在黑暗誘導衰老過程中的變化。

　　表1 本研究中使用的小麥品種

　　表2 快速葉綠素熒光誘導動力學曲線的參數(shù)及公式

　　作者首先測定了黑暗處理2天和4天后32個小麥品種旗葉的SPAD值。所有品種的SPAD值隨黑暗處理時間延長而下降。根據SPAD值下降速率，采用K-means聚類法將32個品種分為3組（表3）。其中，G3組葉綠素降解最快（4天內SPAD下降約68%），G1組最慢（下降約35%）（表3，圖1A）。

　　表3 不同處理時間下小麥品種的SPAD值

　　圖1 不同黑暗處理時間下小麥品種旗葉的平均SPAD值

　　作者對三組小麥的PF曲線進行平均后發(fā)現(xiàn)，在黑暗處理下，三組小麥的O點（初始熒光）隨衰老而升高，且G3組O點增幅最大（圖2A,C,E）。標準化處理后，J點和I點在G2、G3組顯著升高，且隨處理時間延長差異增大，表明受體側電子傳遞受到抑制，尤其是快衰品種（圖2B,D,F）。對熒光數(shù)據進一步歸一化處理后，發(fā)現(xiàn)L點和K點均隨黑暗處理時間的延長而增大，且在衰老較快的小麥品系中上升幅度更為明顯（圖3），說明PSII供體側的穩(wěn)定性和PSII反應中心的能量偶聯(lián)與小麥品種的衰老速率密切相關。

　　圖2 三個小麥品種組旗葉的葉綠素a快速熒光（PF）瞬變

　　圖3 黑暗處理期間三組小麥旗葉的O-K帶和O-J帶

　　為了定量分析不同衰老速率的小麥品種在黑暗處理期間光合傳遞鏈的不同響應，作者進行了JIP test（表2）。其中，φDo和Mo隨黑暗處理時間延長逐漸升高；φPo、φEo、φRo、PI total、RC/CSm等隨黑暗處理時間延長顯著降低，反映PSⅡ光化學效率、電子傳遞能力及PSI受體側活性均隨衰老進程而下降。其中，G3組參數(shù)變化幅度最大（圖4）。

　　圖4 黑暗處理不同持續(xù)時間下三組小麥品種旗葉的葉綠素OJIP曲線衍生參數(shù)

　　作者進一步測量了不同小麥組的820nm光反射（MR）誘導曲線，并計算了相關參數(shù)VOX，VRED和?MR/MR0。隨黑暗處理時間延長（D0→D2→D4），MR參數(shù)VOX（PSI氧化速率）和VRED（PSI還原速率）均顯著下降，G3組尤為明顯，表明PSI的氧化-還原循環(huán)效率降低，電子傳遞鏈功能受損（圖5）。

　　圖5 不同小麥組（G1、G2和G3）在不同黑暗處理時間下的820 nm調制反射動力學（MR）（A、B、C）及相關參數(shù)（D、E、F）

　　延遲熒光（DF）可以作為PF和MR的有效補充，進一步明確光合電子傳遞不同階段的活性變化。DF誘導曲線從初始最小值（D0）增加到最大值（I1），然后下降到第二個最大值（I2），最后達到平穩(wěn)狀態(tài)（D2）（圖6A-C）。其中I1和I2隨黑暗處理時間的延長而降低，黑暗處理4天后I2/I1比值升高，表明PSII供體側電子傳遞限制加?。▓D6D-F）。

　　圖6 三組小麥品種在不同黑暗處理時間下的葉綠素a延遲熒光（DF）

　　為研究葉綠素降解速率對黑暗處理下光合電子傳遞鏈不同階段衰老敏感性的影響，作者分析了G1、G2和G3小麥群體的葉綠素熒光參數(shù)。結果表明，在G1中，能量吸收和傳遞參數(shù)（φPo、ψEo、δRo）的敏感性依次增加，而在G2和G3中，φPo和ψEo的下降速度比δRo快，且在G3中ψEo比δRo更敏感。延遲熒光（DF）參數(shù)I1和I2顯示，在G2和G3中，尤其是G3，黑暗誘導的I1變化比I2更明顯。將參數(shù)標準化至G1后發(fā)現(xiàn)，與PSII相關的參數(shù)組間差異大于與PSI相關的參數(shù)，這表明PSII對黑暗誘導的衰老比PSI更敏感，且敏感性與葉綠素降解速率密切相關（圖7）。

　　圖7 不同品種組的不同參數(shù)對黑暗誘導衰老的敏感性

　　綜上所述，作者將32個冬小麥品種按葉綠素降解速率分為三組，通過同步測量PF、DF和MR，發(fā)現(xiàn)黑暗誘導衰老會損傷PSII供體側、反應中心、受體側及PSI，且電子傳遞敏感性從PSII受體側上游至下游遞增，其損傷程度與葉綠素降解速率一致。其中PSII相關參數(shù)對衰老的敏感性高于PSI，三種信號結果相互印證，推測電子傳遞過程對葉綠素降解速率的差異響應是影響小麥光抑制差異的重要因素。為未來培育抗衰老小麥品種提供了理論基礎，對保障小麥產量穩(wěn)定、提高糧食安全具有重要意義。