叶绿素荧光仪和光合仪高分应用文章集锦(2024年9月)

2024年9月6日，Plant Physiology在线发表爱丁堡大学、约克大学等机构研究人员联合署名，题为Bestrophin-like protein 4 is involved in photosynthetic acclimation to light fluctuations in Chlamydomonas的研究论文。文章旨在阐明BST4(Bestrophin-like protein 4)在莱茵衣藻蛋白核中的作用，并测试其作为类囊体-Rubisco连接蛋白的功能。

BST4是一种有别于BST1-3的bestrophin 蛋白。BST4是一种跨膜蛋白，被认为是连接Rubisco基质和蛋白核管道的纽带。研究人员使用莱茵衣藻bst4突变体和拟南芥异源表达系统来研究BST4的功能。通过免疫印迹、共聚焦显微镜、电镜、酵母双杂交、Förster共振能量转移、Slimfield显微镜分子追踪等技术来分析BST4的定位、组装和功能。通过生长测定、光合作用测量和非光化学淬灭(NPQ)分析来评估突变体和转基因株系的生理反应。研究发现，BST4在莱茵衣藻中形成五聚体复合物并定位于蛋白核管道。bst4突变体在连续光照下生长正常，但在光照波动下生长受损。BST4在拟南芥中定位于类囊体膜，但不足以将类囊体整合到Rubisco凝集体(原蛋白核)中。bst4突变体在暗到光转换期间显示出较低的类囊体腔pH，这与NPQ的瞬时增加有关。

主要结论，BST4不是连接蛋白，而是一个可能涉及离子稳态的蛋白核管状离子通道，尤其在光照波动时具有重要作用。BST4对于莱茵衣藻在快速光照波动下的光合作用适应至关重要。

上述研究提供了BST4在光合作用适应性中作用的新见解，并为未来通过工程手段提高作物光合作用效率提供了潜在的靶点。本研究中，莱茵衣藻和拟南芥的叶绿素荧光慢速动力学曲线(Slow Kinetics)，非光化学淬灭(NPQ)以及跨类囊体膜质子梯度(ΔpH)，跨膜电位(ΔΨ)，质子导度(gH+)相关的参数均通过双通道叶绿素荧光仪DUAL-PAM-100和P515/535模块完成。

2024年9月12日，Journal of Hazardous Materials杂志在线发表浙江大学农业与生物技术学院农学系为第一署名单位，张国平研究团队标题为“Manganese enhances cadmium tolerance in barley through mediating chloroplast integrity, antioxidant system, and HvNRAMP expression”的研究论文。文章探究了锰通过介导叶绿体完整性、抗氧化系统和 HvNRAMP 表达来增强大麦中镉的耐受性。

2024年9与13日，Nature Plants(IF=15.8)在线发表了芬兰图尔库大学Eva-Mari Aro团队题为Differential FeS cluster photodamage plays a critical role in regulating excess electron flow through photosystem I的研究论文。

2024年9月21日，Journal of Hazardous Materials杂志在线发表海南热带海洋学院刘敏实验室标题为Microplastic pollution in tropical coral reef ecosystems from the coastal South China Sea and their impacts on corals in situ的研究论文。文章探究了微塑料污染对南海沿海热带珊瑚礁生态系统中原位生长珊瑚的影响。

2024年9月19日，Cell Reports杂志在线发表沈阳农业大学现代设施园艺工程技术中心李天来院士&刘玉凤教授团队标题为Ubiquitin-mediated degradation of SlPsbS regulates low night temperature tolerance in tomatoes的研究论文。文章揭示了叶绿体囊泡化(CV)蛋白和COP9信号体亚基5A(CSN5A)共介导的叶绿体蛋白泛素依赖性降解途径，从而为胁迫条件下番茄叶绿体蛋白稳定性的调控提供基础参考。

番茄(Solanum lycopersicum L.)作为一种园艺作物在全球广泛种植，在华北冬季和春季的蔬菜大棚栽培中极易受到夜间低温(LNT)胁迫的影响，导致番茄产量和质量严重下降。在本研究中，鹿嘉智博士等人发现LNT胁迫抑制了NPQ的增加，并导致番茄叶片中SlPsbS的降解。SlCSN5A直接在细胞质中与SlPsbS相互作用，并介导了SlPsbS的泛素化和降解。SlCV参与了SlPsbS从叶绿体的转运，促进了SlCSN5A与底物(SlPsbS)之间的接触。有趣的是，SlCV也被发现与SlCSN5A物理相互作用并被泛素化和降解。此外，SlCSN5-RNA干扰(RNAi)和Slcv突变体植物表现出更高的LNT耐受性，而SlCV过表达(OE)促进了番茄叶片中SlPsbS蛋白的降解。总体而言，相关的研究表明SlCSN5A和SlCV在调节逆境下叶绿体蛋白稳定性中发挥了关键作用，从而揭示了提高植物耐寒性的潜在新途径。本研究中，夜间低温胁迫下番茄光合作用相关的叶绿素荧光参数通过便携式光合仪GFS-3000与双通道叶绿素荧光仪DUAL-PAM-100联用系统以及叶绿素荧光成像系统IMAGING-PAM完成。

2024年9月21日，Chemical Engineering Journal在线发表浙江省农科院任海英研究员实验室题为Early diagnosis, monitoring, profiling, and management of bayberry twig blight disease by nitrogen metabolism的研究论文。文章研究结果证实了通过氮代谢对杨梅枝枯病进行早期诊断、监测、分析和管理的可行性方案。

2024年9月23日，Chemical Engineering Journal在线发表浙江海洋大学石油化工与环境学院高峰老师实验室题为Bioconversion of C1 and C2 artificial photosynthesis products into high-value bioproducts by mixotrophic microalgae Chlorella pyrenoidosa的研究论文。文章探究了混合营养微藻-小球藻将C1和C2人工光合作用产物生物转化为高价值生物制品的技术路线，为人工光合作用与微藻培养相结合以生产高价值的生物制品提供有价值的见解。

本研究探讨了利用人工光合作用合成的C1和C2产物来促进小球藻的生长和色素、淀粉和脂质的合成。与对照组相比，醋酸钾和乙醇能明显促进微藻的生长，而甲醇和甲酸钾对微藻的生长有一定的抑制作用，说明C2产物更有利于微藻的生长。值得注意的是，微藻驯化后利用甲酸钾的能力明显增强，说明微藻驯化处理是提高C1产品利用率的有效手段。C1和 C2产物都能显著促进微藻细胞中脂质和淀粉的积累，C2产物能显著提高微藻的脂质和淀粉产量，其中以醋酸钾的效果最好。在5克/升醋酸钾的处理下，C. pyrenoidosa的生物量生产率达到0.28克/升/天，淀粉和脂质产量分别达到17.2毫克/升/天和25.2毫克/升/天。转录组分析表明，在不同有机物的影响下，参与光合作用、能量代谢和其他相关途径的基因明显上调。此外，醋酸钾和甲酸钾的添加降低了微藻对光合作用的依赖，而乙醇和醋酸钾则明显加快了微藻的能量代谢，为微藻的生长和生物量的产生奠定了基础。总之，研究发现醋酸钾是一种比较适用于提高混养微藻生产高价值生物产品的人工光合作用产物，当C1产物用于微藻培养时，微藻驯化等预处理尤为重要。本研究中，微藻光合作用活性相关的叶绿素荧光参数测量通过MAXI-IMAGING-PAM叶绿素荧光成像系统完成。

2024年 9月23日，Communications Earth & Environment杂志在线发表澳大利亚南十字星大学Melissa S. Naugle等人题为Heat tolerance varies considerably within a reef-building coral species on the Great Barrier Reef的研究论文，文章评估了大堡礁上造礁珊瑚物种的耐热性差异。

造礁珊瑚种群面临着气候变暖带来的前所未有的威胁。耐热性的持续变化对珊瑚持续生存所需的进化过程至关重要。然而，从个体到生态系统尺度，人们对耐热珊瑚的空间分布以及决定耐热性的基本因素知之甚少。在本文中，研究人员展示了大堡礁上一个基础珊瑚物种群耐热性的广泛差异。569个个体的耐热阈值在从数米到大于1250千米的范围内相差高达 7.3℃。不同珊瑚礁之间热阈值的差异与当地对历史和近期热经历的适应和驯化是一致的。然而，珊瑚礁内部的差异有时比珊瑚礁之间的差异更大，而且在很大程度上无法用环境预测因子、假定宿主物种或共生生物群落来解释。这表明，礁内耐热性差异可能主要是由其他因素造成的，如适应性基因组变异。我们预计我们的发现将为保护和恢复行动提供信息，包括针对耐热性增强的个体进行选择性繁殖。本研究中，珊瑚光合作用活性相关的叶绿素荧光参数测量通过MAXI-IMAGING-PAM叶绿素荧光成像系统完成。

2024年9月23日，New Phytologist杂志在线发表日本国立基础生物学研究所Jun Minagawa实验室题为The blue–green light-dependent state transition in the marine phytoplankton Ostreococcus tauri的研究论文，文章探究了海洋浮游植物Ostreococcus tauri的蓝绿光依赖性状态转换。

在本研究中，科研人员探索了海洋超微浮游动物Ostreococcus tauri的适应机制。目的是了解其光合作用适应性，这在其光合系统 I(PSI)超级复合物的低温电子显微镜结构中有所体现。该结构揭示了一个独特的组成，其中包括与PSI核心结合的磷酸化Lhcp三聚体以及另外两个Lhcp三聚体，这表明光适应的潜在状态转换。为了研究这一假设，研究人员进行了一系列生化和生理实验，分析了吸收光谱，以区分PSI和PSII，尤其关注蓝绿波长，并研究了绿光特定激发Lhcp的效果，包括其磷酸化和 PSI-LHCI-Lhcp 超级复合物的形成。相关的研究结果阐明了与Lhcp相关的色素吸收所产生的独特效应。用绿光激发Lhcp可诱导其磷酸化，从而形成PSI-LHCI-Lhcp超级复合物。值得注意的是，PSI的功能天线尺寸可在绿光下可逆地扩大，这证明了它的状态转换能力。这些发现不仅突显了适应海洋环境的独特光合作用适应性，而且鉴于原生植物门的系统发育地位，还表明了状态转换在绿色植物中可能扮演的祖先角色。本研究中，样品暗适应以后的最大荧光产率测量通过MONITORING-PAM完成。

2024年9月25日，The Plant Journal杂志在线发表凯泽斯劳滕大学Torsten Möhlmann实验室标题为Uracil phosphoribosyltransferase is required to establish a functional cytochrome b₆f complex的研究论文，文章研究证明了尿嘧啶磷酸核糖转移酶是建立功能性细胞色素b₆f复合物的必要条件。

拟南芥尿嘧啶磷酸核糖转移酶(UPP)是一种重要的酶，缺乏这种酶的植物叶绿体功能严重受损。研究人员对UPP amiRNA 突变体的分析证实，由于RIESKE铁硫蛋白(PetC)几乎缺失，导致光合电子传递受阻，因此这一重要功能对于建立功能完备的光合作用至关重要。有趣的是，这一功能似乎与核苷酸平衡无关，因为在所研究的突变体中，核苷酸水平没有发生变化。转录组学和蛋白质组学分析表明，蛋白质平衡而非基因表达很可能是导致这一观察结果的原因，强光引起了蛋白酶水平的上调，包括UPP amiRNA株系中的叶绿体丝状温敏1、5(FtsH)、酪蛋白溶解蛋白酶蛋白水解亚基1(ClpP1)、加工肽酶以及叶绿体蛋白质导入机制的组分。不仅从成熟植株的免疫印迹中检测到 PetC 的数量大幅减少，而且在幼苗的去叶绿素实验中也检测到 PetC 的数量大幅减少，这导致强光诱导的非光化学淬灭Φ(NPQ)减少，但非调节性能量耗散Φ(NO)增加。光合作用受损导致无法诱导类黄酮的生物合成。此外，还发现渗透保护剂棉子糖、脯氨酸和富马酸盐的水平降低。总之，相关的研究表明，UPP在 PetC的导入、加工或定向到类木质膜的过程中起到了稳定PetC的作用，或保护其免受蛋白酶降解。本研究中，拟南芥野生型光合作用相关的叶绿素荧光参数测量通过叶绿素荧光成像系统MINI-IMAGING-PAM完成。

研究结果发现， RppA能够直接结合到chlG的启动子上，并且对chlG基因的表达起到抑制作用。rppA基因敲除突变株在暗-光转换条件下生长缓慢，并出现严重的氧化损伤。在暗光转换过程中，rppA敲除突变株中叶绿素及其前体物的积累显著增加，而叶绿素合成相关基因(chlG)的转录表达显著上调。RppA能够同步促进类胡萝卜素生物合成相关基因的转录，增强类胡萝卜素的合成。这些结果揭示了蓝藻在频繁的暗-光转换条件下，通过减缓叶绿素的生物合成和促进类胡萝卜素的生物合成来避免氧化损伤。