速生集胞藻6803光合放氧速率、生长曲线及基因组分析（二）
2.2高光6803的光合放氧速率分析
高等植物与蓝藻的光合放氧过程都是在PSII的放氧复合体处进行的，即利用吸收的光能将水光解，释放出质子、电子及氧气。光合放氧速率可以指示PSII的光化学活性，即光合放氧速率越高，PSII光化学活性也越高。因此，我们测定了2株集胞藻6803在不同光强下的光合放氧速率，以探究高光6803与野生型6803的PSII光化学活性差异。因2株集胞藻6803的叶绿素a含量不同本研究测得高光6803的叶绿素a含量为(5.66±0.09)µg/OD730，而野生型6803的叶绿素a含量为(4.04±0.17)μg/OD730]，所以我们计算了每μg叶绿素a对应的光合放氧速率，以保证2株集胞藻6803的光合放氧速率具有可比性。
如图2A所示，在光强为900μmol/(m2·s)时，野生型6803的光合放氧速率约是高光6803的1/3，说明在该光强下野生型6803的PSII光化学活性明显低于高光6803。如图2B所示，在0–100μmol/(m2·s)低光强区间内，野生型6803与高光6803的光合放氧速率均随着光强升高而增大；并且2株集胞藻在100μmol/(m2·s)时光合放氧速率相近。相较于野生型6803，高光6803的光合放氧速率在100–500μmol/(m2·s)光强区间迅速增长，提升了4.7倍，而野生型6803的提升幅度仅为67.1%；在光强500μmol/(m2·s)时，高光6803的光合放氧速率为(8.45±0.78)μmol/(h·μg)，约为野生型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)光强区间，高光6803的光合放氧曲线仍持续上升，并在1 700μmol/(m2·s)光强处测得最大值(12.3±1.26)μmol/(h·μg)，较野生型6803高3.7倍。综上所述，在低光强区间0–100μmol/(m2·s)，高光6803和野生型6803的光合放氧速率差异不明显；在中等光强区间100–500μmol/(m2·s)，野生型6803的光合放氧速率约是高光6803的1/3；而在高光强区间500–1 700μmol/(m2·s)，野生型6803测得的光合放氧速率仅为高光6803的1/5–1/4。
已知光合生物的最适光强近似其半饱和光强，在此处可测得最大光合速率；确认半饱和光强数值，有助于探究光合生物对高光的耐受性。如图2B所示，野生型6803的光饱和点约在光强300μmol/(m2·s)附近；当光强区间位于500μmol/(m2·s)右侧时，其光合放氧速率已观察不到明显增加。在高光强1 700μmol/(m2·s)附近，高光6803的光合放氧速率曲线仍表现出随光强增大而升高的趋势，这说明其光饱和点要超过1 700μmol/(m2·s)。综上所述，高光6803的半饱和光强高于850μmol/(m2·s)，远高于野生型6803的半饱和光强，这解释了在900μmol/(m2·s)高光条件下，高光6803仍能快速生长，而野生型6803的生长明显受限的原因。结合2株集胞藻6803的光合放氧速率与生长数据可知，在一定范围的高光强区间内，高光6803不仅能够快速生长，其PSII的光化学活性也表现出随着光强的增大而升高的趋势。
图2高光6803与野生型6803的光合放氧速率比较A：在900μmol/(m2·s)光强下的光合放氧速率；B：光合放氧速率曲线。HL6803：高光6803；WT6803：野生型6803。
2.3高光6803的叶绿素荧光动力学与P700分析
除光合放氧速率外，叶绿素荧光动力学与P700分析也是反映光合效率高低的重要参数。我们利用叶绿素荧光仪的双通道模式，比较分析了野生型6803与高光6803在PSII与PSI处的光化学活性差异。
在黑暗条件下，PSII与PSI中的捕光色素能级处于较低的基态，当从高能光子处获得能量后，色素能级将从低但稳定的基态跃迁至高但不稳定的激发态；当色素能级跃迁至较低能级状态时，携带的能量将被释放，主要有3个去向：释放为荧光、参与光化学反应、释放为热量。
因此，研究蓝藻光合作用过程中叶绿素荧光动力学的变化，有助于理解原初反应中光能吸收、传递、耗散及分配等过程的光电能量转换。
最大光化学转换效率(maximum photochemical conversion efficiency,Fv/Fm)是蓝藻等光合生物的叶绿素荧光动力学测定过程中的重要参数，反映蓝藻PSII光能转化为化学能的最大转化效率，可用于评估光合能力高低。
如图3所示，根据叶绿素荧光动力学测定结果计算，高光6803的Fv/Fm为0.48±0.01，比野生型6803(0.39±0.02)高23.1%。这说明野生型6803的PSII最大光化学效率和光合能力均明显弱于高光6803。
图3高光6803与野生型6803的Fv/Fm比较Fv/Fm：最大光化学转化效率；HL6803：高光6803；WT6803：野生型6803。
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