P700的氧化诱导小麦叶片围绕PSI的电子传递支路

放氧光合生物通过氧化光系统I（PSI）反应中心叶绿素P700可以抑制活性氧的产生。 P700的氧化伴随着PSI中的电子流支路（AEF-1）的出现，AEF-1对于光合线性电子流（LEF）是无效的。为了表征AEF-1，我们通过测量暗区间弛豫动力学分析比较了小麦叶片二氧化碳（CO2）同化诱导期间P700和铁氧还蛋白（Fd）的氧化还原反应。在40 Pa的环境CO 2分压和21kPa的环境O 2分压下，开启1000μmolm-2 s-1光化光，逐渐氧化P700（P700 +）并提高氧化态P700 +（vP700）的还原率和还原态Fd（vFd）的氧化率。 vFd与起始点的PSII表观光合量子产率Y(II)呈正相关; 通过CO2同化和光呼吸，线性电子传递LEF调节Fd的氧化还原转换。vP700也表现出与Y（II）呈相关，但截距为正，而非零。也就是说，除了线性电子传递LEF外，PSI中的电子传递还包括电子流支路AEF-1中的电子流。这表明P700的氧化诱导电子流支路AEF-1。我们提出了潜在AEF-I的可能机制及其在减轻氧化损伤中的生理作用。

在高光，低温/高温或干旱条件下光合作用二氧化碳（CO2）同化效率的抑制会降低PSI中电子受体（NADP+）的再生效率，并增加类囊体膜PSI中的积累电子的风险。反应中心叶绿素P700是PSI中的电子源，驱动电子从质体蓝素（PC）到铁氧还蛋白（Fd），最后传给最终电子受体NADP +的电子传递反应。完整向日葵（Helianthus annuus）叶片置于黑暗中，反复照射高强度短脉冲闪光使PSI电子传递反应失活。短脉冲照射导致PSI受体侧电子积累，刺激活性氧（ROS）的产生，如超氧自由基和单线态氧。相比之下，在稳态光化光（AL）下的短脉冲照射处理事先启动P700氧化，就不会导致电子的积累或PSI的失活。这些数据表明电子在PSI受体侧的积累增加了 ROS产生的风险，使PSI和CO2同化失活。

光合生物利用不同的分子机制来氧化PSI中的P700。在P700得失电子转换期间，光激发P700（P700 *）氧化和/或抑制氧化态P700（P700+）还原都会加速了P700氧化。此外，黄酮（FLV）依赖的电子流和光呼吸促进P700 *氧化，以维持P700处于氧化状态。另外还有，CO2同化和光呼吸过程中的光合线性电子流（LEF）诱导类囊体膜腔内质子（H +）的积累。腔侧的酸化抑制了细胞色素b6 / f-复合物催化的质体醌氧化，这也有助于P700的维持氧化态。在CO2同化和光呼吸过程中，ATP合成酶介导的类囊体膜上ADP和Pi的利用控制了H+的积累。这些导致P700氧化的分子机制统称为P700氧化系统。

如上所述，黄酮FLV依赖性电子流和光呼吸中增强的电子通量有助于PSI中P700的氧化。另一方面，我们观察到P700氧化伴随着PSI中的过量电子流，这不完全是由LEF驱动的；这种过量的电子流被称为PSI中的替代电子流（AEF-1）。在这项研究中，我们使用DUAL /KLAS-NIR分光光度计（Walz，德国）对小麦（Triticum aestivum）叶子中的AEF-I进行了分子表征，这是一种新型分光光度计，专门检测P700+，氧化态PC（PC+）及还原态Fd（Fd-）。在诱导AEF-1期间，我们评估了P700，PC和Fd的氧化还原状态之间的关系。此外，我们使用暗区间弛豫动力学（DIRK）分析研究了P700+和PC+的还原速率与Fd-的氧化速率之间的关系。这些分析帮助我们了解调节AEF-1活化的机制以及P700氧化与AEF-1活性之间的关系。此外，我们研究了光合生物中P700氧化的生理功能。 P700的氧化还原周转率远高于Fd，并且显示出对小麦叶片中LEF的电子通量的绝对依赖性。换句话说，AEF-1中的电子通量由P700氧化诱导并在PSI内起作用。另一方面，P700氧化有助于Fd-的氧化，从而揭示了P700氧化的新功能。我们通过抑制PSI中ROS的产生，提出了AEF-1的分子机制及其在减轻氧化应激中的生理功能。

DIRK分析关闭光化光（AL）后小麦叶片中氧化态P700（P700 +），PC（PC+）和还原态Fd（Fd-）的衰减。使用Dual / KLAS-NIR分光光度计实时监测P700，PC和Fd的氧化还原状态的变化。为了确定在光化光条件下小麦叶片中P700+和PC+的还原速率和Fd-的氧化速率，在坐标时间0点瞬时关闭AL并延续测量400ms。在坐标时间0时刻P700+，PC +和Fd-的下降的初始斜率表明P700+和PC+的还原速率和Fd-的氧化速率。P700+，PC+和Fd-的初始斜率变化的特征是在叶温25°C，O2分压21 kPa 和光强1000μmolm-2s-1下测量70组平均得到的，A ：CO2分压40 Pa，B：CO2分压5Pa ，AL关闭后持续110 ms。这些数据是在稳定状态下获得的，通过稳定Y（II）的测量得到证实。

小麦叶片P700 +，PC +和Fd-与表观Y（II）的关系。 P700 +，PC +和Fd-及表观Y（II）均在叶温25°C，O2分压21kPa 和光强1000μmolm-2 s-1下测量。CO2分压从40Pa到20Pa再到5 Pa逐步降低。 P700 +，PC +和Fd-的数据来自5个平行植株。 CO2分压的下降使得Y（II）下降。通过获得稳定的Y（II）证实了在几个CO2分压下测量时达到稳态的。空心圆，PC+;实心圆，P700+，倒三角形，Fd-。

小麦叶片中vPC，vP700和vFd与表观Y（II）的关系。数据点表示为光化光关闭后5ms的相对变化（％），vPC，vP700和vFd与表观Y（II）的数据来自5个平行植株光化光关闭后的初始变化，CO2分压的下降使得Y（II）下降。空心圆，vPC;实心圆，vP700; 倒三角形，vFd。

小麦叶片光合诱导的P700+、PC+和Fd-的响应。在0 s处，打开光化光AL照射小麦叶片。在叶温25°C，O2分压21kPa ，CO2分压40Pa和光强1000μmolm-2 s-1下测量P700+（A）、PC+（B）和Fd-（C）。P700+、PC+和Fd-的响应数据来自5个平行植株。I、时期I；II、时期II；III、时期III。

小麦叶片光合诱导的vP700、vPC和vFd的响应。在0 s处，打开光化光AL照射小麦叶片。在叶温25°C，O2分压21kPa ，CO2分压40Pa和光强1000μmolm-2 s-1下测量vP700（A）、vPC（B）和vFd（C）。vP700、vPC和vFd的响应数据来自5个平行植株。在指定的时间点引入DIRK分析的瞬态（400ms）黑暗（关光化光）。数据为mean±SD（SD;n=5）。I、时期I；II、时期II；III、时期III。

AEF-1的假设途径。光激发P700（P700 *）向第一个电子载体A0提供电子，产生P700 +。随后，P700+接受由PC传递的来自PSII的电子以完成P700再生。A0将电子提供给第二电子载体A1。此后，电子分别通过第三和第四电子载体Fx和FA / FB流向铁氧还蛋白（Fd）。空心箭头表示光下氧化还原循环中的P700周转。实线箭头表示电子流动。虚线箭头表示电荷重组过程中的电子流动。电荷复合是附加电子流动的机制之一。