速生集胞藻6803光合放氧速率、生長(zhǎng)曲線及基因組分析（二）
2.2高光6803的光合放氧速率分析
高等植物與藍(lán)藻的光合放氧過(guò)程都是在PSII的放氧復(fù)合體處進(jìn)行的，即利用吸收的光能將水光解，釋放出質(zhì)子、電子及氧氣。光合放氧速率可以指示PSII的光化學(xué)活性，即光合放氧速率越高，PSII光化學(xué)活性也越高。因此，我們測(cè)定了2株集胞藻6803在不同光強(qiáng)下的光合放氧速率，以探究高光6803與野生型6803的PSII光化學(xué)活性差異。因2株集胞藻6803的葉綠素a含量不同本研究測(cè)得高光6803的葉綠素a含量為(5.66±0.09)μg/OD730，而野生型6803的葉綠素a含量為(4.04±0.17)μg/OD730]，所以我們計(jì)算了每μg葉綠素a對(duì)應(yīng)的光合放氧速率，以保證2株集胞藻6803的光合放氧速率具有可比性。
如圖2A所示，在光強(qiáng)為900μmol/(m2·s)時(shí)，野生型6803的光合放氧速率約是高光6803的1/3，說(shuō)明在該光強(qiáng)下野生型6803的PSII光化學(xué)活性明顯低于高光6803。如圖2B所示，在0–100μmol/(m2·s)低光強(qiáng)區(qū)間內(nèi)，野生型6803與高光6803的光合放氧速率均隨著光強(qiáng)升高而增大；并且2株集胞藻在100μmol/(m2·s)時(shí)光合放氧速率相近。相較于野生型6803，高光6803的光合放氧速率在100–500μmol/(m2·s)光強(qiáng)區(qū)間迅速增長(zhǎng)，提升了4.7倍，而野生型6803的提升幅度僅為67.1%；在光強(qiáng)500μmol/(m2·s)時(shí)，高光6803的光合放氧速率為(8.45±0.78)μmol/(h·μg)，約為野生型6803的光合放氧速率(2.38±0.14)μmol/(h·μg)的3.6倍；在500–1 700μmol/(m2·s)光強(qiáng)區(qū)間，高光6803的光合放氧曲線仍持續(xù)上升，并在1 700μmol/(m2·s)光強(qiáng)處測(cè)得最大值(12.3±1.26)μmol/(h·μg)，較野生型6803高3.7倍。綜上所述，在低光強(qiáng)區(qū)間0–100μmol/(m2·s)，高光6803和野生型6803的光合放氧速率差異不明顯；在中等光強(qiáng)區(qū)間100–500μmol/(m2·s)，野生型6803的光合放氧速率約是高光6803的1/3；而在高光強(qiáng)區(qū)間500–1 700μmol/(m2·s)，野生型6803測(cè)得的光合放氧速率僅為高光6803的1/5–1/4。
已知光合生物的最適光強(qiáng)近似其半飽和光強(qiáng)，在此處可測(cè)得最大光合速率；確認(rèn)半飽和光強(qiáng)數(shù)值，有助于探究光合生物對(duì)高光的耐受性。如圖2B所示，野生型6803的光飽和點(diǎn)約在光強(qiáng)300μmol/(m2·s)附近；當(dāng)光強(qiáng)區(qū)間位于500μmol/(m2·s)右側(cè)時(shí)，其光合放氧速率已觀察不到明顯增加。在高光強(qiáng)1 700μmol/(m2·s)附近，高光6803的光合放氧速率曲線仍表現(xiàn)出隨光強(qiáng)增大而升高的趨勢(shì)，這說(shuō)明其光飽和點(diǎn)要超過(guò)1 700μmol/(m2·s)。綜上所述，高光6803的半飽和光強(qiáng)高于850μmol/(m2·s)，遠(yuǎn)高于野生型6803的半飽和光強(qiáng)，這解釋了在900μmol/(m2·s)高光條件下，高光6803仍能快速生長(zhǎng)，而野生型6803的生長(zhǎng)明顯受限的原因。結(jié)合2株集胞藻6803的光合放氧速率與生長(zhǎng)數(shù)據(jù)可知，在一定范圍的高光強(qiáng)區(qū)間內(nèi)，高光6803不僅能夠快速生長(zhǎng)，其PSII的光化學(xué)活性也表現(xiàn)出隨著光強(qiáng)的增大而升高的趨勢(shì)。
圖2高光6803與野生型6803的光合放氧速率比較A：在900μmol/(m2·s)光強(qiáng)下的光合放氧速率；B：光合放氧速率曲線。HL6803：高光6803；WT6803：野生型6803。
2.3高光6803的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)與P700分析
除光合放氧速率外，葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)與P700分析也是反映光合效率高低的重要參數(shù)。我們利用葉綠素?zé)晒鈨x的雙通道模式，比較分析了野生型6803與高光6803在PSII與PSI處的光化學(xué)活性差異。
在黑暗條件下，PSII與PSI中的捕光色素能級(jí)處于較低的基態(tài)，當(dāng)從高能光子處獲得能量后，色素能級(jí)將從低但穩(wěn)定的基態(tài)躍遷至高但不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)；當(dāng)色素能級(jí)躍遷至較低能級(jí)狀態(tài)時(shí)，攜帶的能量將被釋放，主要有3個(gè)去向：釋放為熒光、參與光化學(xué)反應(yīng)、釋放為熱量。
因此，研究藍(lán)藻光合作用過(guò)程中葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)的變化，有助于理解原初反應(yīng)中光能吸收、傳遞、耗散及分配等過(guò)程的光電能量轉(zhuǎn)換。
最大光化學(xué)轉(zhuǎn)換效率(maximum photochemical conversion efficiency,Fv/Fm)是藍(lán)藻等光合生物的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)測(cè)定過(guò)程中的重要參數(shù)，反映藍(lán)藻PSII光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的最大轉(zhuǎn)化效率，可用于評(píng)估光合能力高低。
如圖3所示，根據(jù)葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)測(cè)定結(jié)果計(jì)算，高光6803的Fv/Fm為0.48±0.01，比野生型6803(0.39±0.02)高23.1%。這說(shuō)明野生型6803的PSII最大光化學(xué)效率和光合能力均明顯弱于高光6803。
圖3高光6803與野生型6803的Fv/Fm比較Fv/Fm：最大光化學(xué)轉(zhuǎn)化效率；HL6803：高光6803；WT6803：野生型6803。
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