植物生理学:研究揭示了植物光合作用适应的新机制

它是光合作用的重要环境因素。在自然界中，植物接受的光照强度是时刻变化的，过低或过高的光照强度都会影响植物的光合效率。因此，植物形成了独特的适应外界光强动态变化的生理机制，从而最大程度地维持高效的光合作用。光适应机制的研究对提高大田作物的光合效率尤为重要，但其分子机制尚未揭示。

中国科学院植物研究所迟伟研究组综合应用遗传学、生物化学和植物生理学，揭示植物光适应新机制。以叶绿素荧光参数为指标，研究人员筛选出一种对强光敏感的拟南芥突变体nadk2。遗传分析表明，该基因编码位于叶绿体中的NAD磷酸激酶，负责催化NAD产生NADP。当突变体由正常光强变为高光强时，光系统II(PSII)的最大光化学效率和光合电子转移速率会明显下降，表现出典型的光抑制现象。进一步的光谱研究表明，该突变体的光抑制是由光系统I(PSI)功能受损引起的，PSI复合体的两个亚基psaA和psaB的合成效率显著降低。光合作用中电子传递的最终产物是NADPH，用于碳同化过程。NADK2可以影响PSI电子受体侧NADP库的大小，从而间接影响植物PSI复合物的产生。因此，本研究在光适应、减少NADPH和PSI合成之间建立了新的相关机制。当植物生长环境的光强发生变化时，叶绿体NADP库的大小会随着光强的变化而变化。叶绿体会根据NADP文库的大小，利用特殊的反馈机制自动调节psaA和psaB蛋白的合成速率，从而快速调节PSI的含量和活性，避免PSI的光抑制。该研究为深入理解植物光合作用的光保护机制和光响应与碳同化的协同机制提供了新的线索，为作物光适应性的遗传转化提供了一定的理论依据。

相关研究成果在线发表在《植物生理学》上。这项研究由中国科学院、科技部和国务院资助。

植物依赖NADK的光合作用的光强适应新机制示意图