JIP-Test检测丛枝菌根菌调节玉米PSII异质性免受高温胁迫...
JIP-Test检测丛枝菌根菌调节玉米PSII异质性免受高温胁迫的研究
基于生物膜中能量流动理论的快速叶绿素a荧光动力学OJIP曲线和JIP-test分析，具有无损、精确、快速的特点，如今已经广泛应用于植物逆境生理的研究。
OJIP曲线对各种环境的改变非常敏感，如光胁迫、化学物质、高温、寒冷、干旱、重金属或盐胁迫、营养不良、大气CO2或臭氧增加和病害等生长环境变化。
植物在遭受不同的逆境胁迫后，其OJIP曲线呈现不同的变化，而JIP-test分析则对OJIP曲线的变化提供定量分析。因此，OJIP曲线和JIP-test分析可以用于分析环境变化对植物光合生理过程的影响并用于筛选抗逆品种。
2020年1月，Industrial Crops & Products刊出了印度印多尔市德维阿希利亚大学生命科学学院Sonal Mathur教授与生物技术学院 Anjana Jajoo教授合作完成的题为Arbuscular mycorrhizal fungi protects maize plants from high temperature stress by regulating photosystem II heterogeneity的研究论文，报道了该合作团队在丛枝菌根真菌（AMF）调节光系统II异质性保护玉米免受高温胁迫的最新研究。
不断变化的全球环境导致作物受高温胁迫现象增加。高温胁迫会导致植物生长减缓及生物量下降。作物光合作用是受高温胁迫影响最敏感的过程之一，会改变光系统II（PSII）氧化还原特性。
玉米是世界上种植最广泛的谷物之一，其产量和生产率会根据环境条件不断变化。温度过高可能影响玉米植株的生长发育。丛枝菌根真菌（AMF）在非生物胁迫条件下的保护作用广为人知，但其作用机理尚不清楚。
为了阐明AMF在调节光系统II异质性中的作用，此研究对高温胁迫下富含AMF的玉米植株进行了研究。利用叶绿素a荧光诱导动力学研究了玉米对照、AMF、AMF+HT和HT的PSII异质性。
玉米植株在不同处理下的表现
本研究提出了一个新的假说，即PSII异质性在AMF诱导的高温应激保护中的作用。此研究是有史以来第一个分析了在AMF和高温应力背景下PSII异质性变化的研究。
本试验设计如下：
对照=玉米植株生长在正常土壤中，植株不受高温影响。
AMF=玉米植株生长在富含AMF的土壤中，植株不受高温影响。
HT=在正常土壤中生长并经历较高温度（夏季自然温度43°C）的玉米植株。
AMF+HT=玉米植株生长在富含AMF的土壤中，经历高温胁迫。
与对照植物以及AMF+HT和HT玉米植株相比，AMF植株的形态差异非常明显。与对照植物相比，富含AMF的植物表现出更好的株高和叶宽（数据未显示）。AMF+HT植株也表现出比仅HT植株更好的生长，表明AMF可以保护植株免受温度诱导的伤害。
不同处理的荧光强度曲线
叶绿素荧光分析是研究各种非生物胁迫的广泛应用技术之一。上图表明，高温胁迫影响叶绿素诱导动力学（O-J-I-P）的形状。O点至J点荧光升高的原因与一些PSII反应中心因QA-减少而关闭有关。
在这项研究中，在经历高温胁迫的植物中，O点至J点荧光减少，这表明PSII反应中心（RC）需要更多的时间来闭合，其次是次级电子的俘获和缓慢还原。在经历高温的玉米植株中获得了额外的K点，而在经历类似条件的AMF+HT玉米植株中则没有K点出现。K点的出现归因于从OEC到RC的电子流有限。
不同处理间荧光参数显著性分析
HT处理的Fv/Fm值降低，而在经历类似条件的AMF+HT处理中有显著恢复。与对照相比，高温胁迫（HT）处理PI降低89%，在AMF+HT处理中PI降低27%。推测AMF定殖可能导致土壤性状的改变，从而提高了植物的光合效率，保护了植物免受胁迫。
不同处理相对可变荧光的比较
文章最后，作者作出如下总结：AMF对高温胁迫下PSII非均质性有明显的促进作用，在高温胁迫下PSII异质性会发生变化。
AMF+HT植株高温吸水根系发达，保证高光合能力，防止光合机构受损。AMF植物表现出最大的PSII连接性，而高温处理表现最少。AMF+HT显示非QB还原中心数量恢复。
在天线异质性中，AMF富集植物中存在最大α中心，从而增强初级光化学效率，增加活性中心数量、电子传输容量、PSII的量子产率。PSII异质性可以作为了解植物胁迫水平的生物学指标。
PSII异质性的变化可能是AMF的一系列效应，例如蒸发速率、水分吸收、净光合作用和气孔导度。
AMF通过调节PSII异质性发挥其有益作用。AMF的存在为非活性β和γ中心向活性α中心的转化和非QB还原中心向还原中心的转化提供了有利条件。这种涉及PS-II异质性的AMF作用的可能性在早期没有报道。
本文来源：
Mathur S, Jajoo A. Arbuscular mycorrhizal fungi protects maize plants from high temperature stress by regulating photosystem II heterogeneity[J]. Industrial Crops and Products, 2020, 143: 111934.
