C3植物是最重要的光合生物之一,在光照條件下,其類囊體膜上光驅(qū)的電子流與基質(zhì)內(nèi)質(zhì)子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)相耦合。質(zhì)子在囊腔內(nèi)的積累產(chǎn)生了跨膜質(zhì)子動勢(pmf),其驅(qū)動ATP合成酶的構(gòu)象發(fā)生轉(zhuǎn)變并合成ATP分子。質(zhì)子動勢的一個重要組分,即跨膜電勢差(ΔΨ),是反映原初光合能量轉(zhuǎn)化的一個重要指標(biāo)量,它會使色素分子(包括葉綠素分子以及胡蘿卜素分子等)對光能的最大吸收峰遷至515 nm處。515 nm最大吸收峰的形成除了有ΔΨ的貢獻(xiàn),也有來自“光散射”效應(yīng)的疊加。因此,對于ΔΨ的實(shí)驗(yàn)測量一直是一個難題,并且在國內(nèi),關(guān)于ΔΨ的實(shí)驗(yàn)測量鮮見報(bào)道。以煙草葉作為樣品,使用雙通道可變振幅式葉綠素?zé)晒鈨x,并搭配最新設(shè)計(jì)的P515/535模塊,測量樣本在單周轉(zhuǎn)飽和光(ST)、1 s可見光、60 s可見光的P515光譜信號變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可為研究C 3作物高光效品種選育提供技術(shù)支持。

光合作用是地球生物圈最重要的生化反應(yīng)過程之一。它能夠固定大氣中的CO2生成有機(jī)物，為人類的生存提供物質(zhì)基礎(chǔ)。C3植物是最為重要的放氧型光合生物之一，其光合作用的原初階段發(fā)生在光系統(tǒng)反應(yīng)中心，集光復(fù)合體吸收太陽光能，通過激子傳遞機(jī)制，直至被光反應(yīng)中心色素分子捕獲，用來催化光反應(yīng)中心的電荷分離。除了用于光合作用外，光能也能以葉綠素?zé)晒廨椛涞男问蕉鴵p失。隨后，水分子在光放氧復(fù)合體中裂解，釋放出氧氣、質(zhì)子和電子。釋放的電子經(jīng)線性電子傳遞鏈傳遞至鐵氧還蛋白-NADP+-氧化還原酶(FNR)，還原NADP+并合成NADPH。同時，光合反應(yīng)的電子傳遞過程和質(zhì)子跨類囊體膜的轉(zhuǎn)運(yùn)相偶聯(lián)，形成跨膜的質(zhì)子梯度。根據(jù)Mitchell的化學(xué)滲透偶聯(lián)假說，質(zhì)子梯度和跨膜電勢差在能量上是等價的，并且共同作用形成了質(zhì)子動勢(pmf)。

其中i和o代表類囊體內(nèi)腔和外周基質(zhì)，ΔΨ和ΔpH為電勢差和pH值差，R、T和F有其通常的物理意義。

質(zhì)子動勢為ATP合成提供能量來源，最終，合成的ATP和NADPH被用于Calvin-Benson循環(huán)來固定CO2合成有機(jī)物。

跨膜電勢在光合能量轉(zhuǎn)化中扮演相當(dāng)重要的角色。它不僅是光合能量傳導(dǎo)的一個重要指針，同時，研究電勢信號曲線的衰退可以得到關(guān)于類囊體膜的滲透性及其跨膜離子流強(qiáng)度的信。更為重要的是，跨膜電勢差對電子傳遞鏈中電荷分離的穩(wěn)定性以及調(diào)控電荷復(fù)合具有重要作用?？缒る妱莶畹臏y量可以使用微電極直接刺入葉綠體類囊體中，或者用膜片鉗夾住葉綠體再用微電極刺入類囊體測量跨膜電壓或者電流。但是上述這兩種方法都會對樣本產(chǎn)生刺入性損傷，造成電勢無法預(yù)估的損失。除了微電極刺入，跨膜電勢差還有一種快速、靈敏以及無損樣本的探測方式，即測量P515信號。P515信號的產(chǎn)生是因?yàn)榭缒る妱莶钇仁谷~綠素分子，主要是胡蘿卜素以及葉綠素b對入射光的最大吸收峰遷移至515 nm。本研究以煙草葉片(Nicotianatabacum)作為待測樣品，使用Dual-PAM-100葉綠素?zé)晒鈨x的P515/535雙組件模塊，測量煙草葉片在不同光信號條件下的P515信號變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可為研究C3作物高光效品種選育提供技術(shù)支持。

1材料與方法

研究在珍珠巖基質(zhì)中種植煙草苗(Nicotianatabacum)，并施以Knop營養(yǎng)液，放置在Sanyo植物生長箱中培養(yǎng)2周，培養(yǎng)箱中模擬白晝黑夜時間設(shè)置為8 h/16 h，白晝時光強(qiáng)度為90μmol/m2·s。白晝黑夜溫度分別設(shè)置為22℃/15℃。使用Dual-PAM-100葉綠素?zé)晒鈨x的P515/535模塊來測量P515信號。P515/535模塊包含發(fā)射單元DUAL-EP515和探測單元DUAL-DP515。DUAL-EP515可以由一個支撐臂和DUAL-DP515串聯(lián)連接起來。P515信號是測量葉片透過光的550 nm和515 nm的差值，即ΔA550-515 nm。選擇550 nm是為了能消除“光散射”效應(yīng)所產(chǎn)生的光吸收峰的疊加，因?yàn)?35 nm反映了“光散射”效應(yīng)所產(chǎn)生的光吸收峰遷移，535 nm的Gauss吸收峰在515 nm和550 nm所在的部分均勻一致，所以計(jì)算葉片透過光的550 nm和515 nm的差值，在理論上可以消除“光散射”效應(yīng)所產(chǎn)生的在515 nm吸收峰的疊加。