干旱是限制全球作物生產(chǎn)的最嚴(yán)重的非生物脅迫之一，使作物平均產(chǎn)量降低> 50%。干旱對植物的影響是復(fù)雜的，包括有機(jī)體和細(xì)胞水平的形態(tài)、生理和生化反應(yīng)。例如，葉片可能會因過度失水而枯萎、卷曲和變黃；干旱會導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，減少了CO2流入，從而限制了光合作用產(chǎn)量；由于酶活性受損和能量供應(yīng)不足，細(xì)胞分裂和擴(kuò)張速度降低，植物生長減慢。干旱還會影響植物發(fā)育，加速從營養(yǎng)階段到生殖階段的轉(zhuǎn)變，以試圖完成生命周期。干旱還會影響光合關(guān)鍵酶的活性，例如 Rubisco，導(dǎo)致光合作用速率降低。干旱脅迫下，光呼吸速率急劇增加，導(dǎo)致產(chǎn)生活性氧，它會損害葉綠素、蛋白質(zhì)、DNA、脂質(zhì)和其他必需大分子，最終影響植物代謝并限制生長。
先前的研究表明，干旱會誘導(dǎo)類囊體膜的重組，特別是影響基粒的堆積，表現(xiàn)出基粒數(shù)量和層數(shù)的減少。葉綠素?zé)晒鉁y量是一種非侵入性快速方法，廣泛用于評估干旱脅迫對光系統(tǒng) II (PSII) 的影響。Fv/Fm是一個(gè)代表 PSII 功能的參數(shù)，在干旱脅迫下會下降，表明 PSII 功能受損。由于放氧復(fù)合物在干旱條件下被破壞，水的氧化能力受到嚴(yán)重影響。另一方面，也有研究還表明，主要的 PSII 天線，即光捕獲復(fù)合體 II (LHCII)，在短期干旱脅迫下會從PSII 超級復(fù)合體分離，而 PSII核心則不受影響，僅在長期干旱脅迫下才會降解。此外，PSII核心蛋白（例如D1，由PsbA編碼）和PSII主要天線蛋白（即LHCB1和LHCB2）的轉(zhuǎn)錄水平也在干旱脅迫時(shí)下調(diào)。
迄今為止，大多數(shù)干旱脅迫研究都集中在PSII及其天線上，而對完整光合機(jī)構(gòu)特別是光系統(tǒng)I（PSI）的干旱響應(yīng)關(guān)注較少。近期，發(fā)表在New Phytologist上的最新成果“Drought affects both photosystems in Arabidopsis thaliana”為植物相應(yīng)干旱脅迫提供了新的見解。在本研究中，Chen Hu等人跟蹤了擬南芥在14天干旱處理期間光合機(jī)構(gòu)的變化，結(jié)合生化和功能測量，進(jìn)一步的拓展了人們對干旱影響光合膜的認(rèn)知。
干旱導(dǎo)致PSII超級復(fù)合物的分解和PSII核心的降解。相反，光捕獲復(fù)合物（LHCII）保留在膜中，但不能充當(dāng)活性PSII的天線，因此代表了光損傷的潛在來源。在非光化學(xué)淬滅（NPQ）誘導(dǎo)期間也可以觀察到這種效應(yīng)，即使是短脈沖的飽和光也會導(dǎo)致光抑制。在后期，在嚴(yán)重的干旱脅迫下，PSI天線尺寸也減小，PSI-LHCI超復(fù)合物被降解。令人驚訝的是，雖然沒有觀察到PSI核心蛋白含量的變化，但PSI的功能受到嚴(yán)重影響，表明非功能性PSI復(fù)合物在干旱脅迫時(shí)大量積累。由此得出結(jié)論，干旱影響兩個(gè)光系統(tǒng)，盡管處于不同的階段，并且PSII（ΦPSII）對干旱非常敏感，因此可以作為早期發(fā)現(xiàn)干旱脅迫的參數(shù)。
本研究光系統(tǒng)I和光系統(tǒng)II的功能性參數(shù)使用DUAL-PAM-100雙通道葉綠素?zé)晒鈨x完成測量。
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