光合作用中O?產(chǎn)生和異戊二烯排放及其影響因素

傳統(tǒng)的光合作用研究主要關(guān)注凈二氧化碳交換（A_net）。本研究通過同步測量凈氧氣產(chǎn)生（NOP）、異戊二烯排放以及O?中的δ1?O值，結(jié)合傳統(tǒng)的CO?/H?O氣體交換和葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)，全面分析了光合作用的氧化還原預(yù)算。研究發(fā)現(xiàn)，A_net和NOP在光照和CO?濃度變化下呈線性相關(guān)，平均同化商（AQ = A_net/NOP）接近1.0。然而，隨著葉片溫度升高，AQ值下降至0.87±0.28，表明光合作用產(chǎn)生的ATP和NADPH更多地被分配到光呼吸和脂質(zhì)合成等代謝途徑，而非CO?同化。研究還發(fā)現(xiàn)，O?和異戊二烯排放的最佳溫度分別為35℃和39℃，支持了光依賴性脂質(zhì)合成主要由Calvin-Benson循環(huán)未消耗的ATP/NADPH驅(qū)動的觀點。

本研究旨在通過同步測量NOP、異戊二烯排放和O?中的δ1?O值，結(jié)合傳統(tǒng)的氣體交換和葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)，全面理解光合作用的氧化還原預(yù)算。研究特別關(guān)注光照、CO?濃度和溫度對光合作用的影響，揭示水的氧化與電子傳遞速率（ETR）之間的緊密聯(lián)系，并探討光依賴性脂質(zhì)合成在高溫下的作用。

研究使用加州楊樹（Populus trichocarpa）作為模型樹種，結(jié)合高精度O?光譜儀（CRDS）、質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜儀（PTR-MS）和商用葉片氣體交換系統(tǒng)，構(gòu)建了一個全環(huán)境控制的實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r測量ETR、A_net、NOP、氣孔導(dǎo)度（g_s）和異戊二烯排放。此外，研究還使用1?O標(biāo)記的水來測量光合作用總產(chǎn)氧（GOP）的最佳溫度。

實驗系統(tǒng)包括小葉室（6 cm2）和大葉室（36 cm2），分別用于測量光、CO?和溫度響應(yīng)曲線。小葉室集成了葉綠素?zé)晒鉁y定功能，而大葉室則用于控制葉溫和光合有效輻射（PAR）光譜。氣體分析儀器包括Picarro CRDS和PTR-MS，分別用于測量O?濃度、δ1?O值和異戊二烯排放。通過測量葉片室內(nèi)外的O?濃度變化（ΔO?），研究者能夠?qū)崟r計算葉片的NOP通量。

本研究通過同步測量O?產(chǎn)生和異戊二烯排放，揭示了光合作用在不同環(huán)境條件下的氧化還原預(yù)算變化。研究結(jié)果表明，隨著溫度升高，光合作用產(chǎn)生的ATP和NADPH更多地被分配到光呼吸和脂質(zhì)合成中，而非CO?同化。這一發(fā)現(xiàn)支持了光依賴性脂質(zhì)合成主要由Calvin-Benson循環(huán)未消耗的ATP/NADPH驅(qū)動的觀點，并為理解植物在高溫環(huán)境下的代謝適應(yīng)機制提供了新的見解。