速生集胞藻6803光合放氧速率、生長曲線及基因組分析（二）
2.2高光6803的光合放氧速率分析
高等植物與藍藻的光合放氧過程都是在PSII的放氧復合體處進行的，即利用吸收的光能將水光解，釋放出質子、電子及氧氣。光合放氧速率可以指示PSII的光化學活性，即光合放氧速率越高，PSII光化學活性也越高。因此，我們測定了2株集胞藻6803在不同光強下的光合放氧速率，以探究高光6803與野生型6803的PSII光化學活性差異。因2株集胞藻6803的葉綠素a含量不同本研究測得高光6803的葉綠素a含量為(5.66±0.09)μg/OD730，而野生型6803的葉綠素a含量為(4.04±0.17)μg/OD730]，所以我們計算了每μg葉綠素a對應的光合放氧速率，以保證2株集胞藻6803的光合放氧速率具有可比性。
如圖2A所示，在光強為900μmol/(m2·s)時，野生型6803的光合放氧速率約是高光6803的1/3，說明在該光強下野生型6803的PSII光化學活性明顯低于高光6803。如圖2B所示，在0–100μmol/(m2·s)低光強區間內，野生型6803與高光6803的光合放氧速率均隨著光強升高而增大；并且2株集胞藻在100μmol/(m2·s)時光合放氧速率相近。相較于野生型6803，高光6803的光合放氧速率在100–500μmol/(m2·s)光強區間迅速增長，提升了4.7倍，而野生型6803的提升幅度僅為67.1%；在光強500μmol/(m2·s)時，高光6803的光合放氧速率為(8.45±0.78)μmol/(h·μg)，約為野生型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)光強區間，高光6803的光合放氧曲線仍持續上升，并在1 700μmol/(m2·s)光強處測得最大值(12.3±1.26)μmol/(h·μg)，較野生型6803高3.7倍。綜上所述，在低光強區間0–100μmol/(m2·s)，高光6803和野生型6803的光合放氧速率差異不明顯；在中等光強區間100–500μmol/(m2·s)，野生型6803的光合放氧速率約是高光6803的1/3；而在高光強區間500–1 700μmol/(m2·s)，野生型6803測得的光合放氧速率僅為高光6803的1/5–1/4。
已知光合生物的最適光強近似其半飽和光強，在此處可測得最大光合速率；確認半飽和光強數值，有助于探究光合生物對高光的耐受性。如圖2B所示，野生型6803的光飽和點約在光強300μmol/(m2·s)附近；當光強區間位于500μmol/(m2·s)右側時，其光合放氧速率已觀察不到明顯增加。在高光強1 700μmol/(m2·s)附近，高光6803的光合放氧速率曲線仍表現出隨光強增大而升高的趨勢，這說明其光飽和點要超過1 700μmol/(m2·s)。綜上所述，高光6803的半飽和光強高于850μmol/(m2·s)，遠高于野生型6803的半飽和光強，這解釋了在900μmol/(m2·s)高光條件下，高光6803仍能快速生長，而野生型6803的生長明顯受限的原因。結合2株集胞藻6803的光合放氧速率與生長數據可知，在一定范圍的高光強區間內，高光6803不僅能夠快速生長，其PSII的光化學活性也表現出隨著光強的增大而升高的趨勢。
圖2高光6803與野生型6803的光合放氧速率比較A：在900μmol/(m2·s)光強下的光合放氧速率；B：光合放氧速率曲線。HL6803：高光6803；WT6803：野生型6803。
2.3高光6803的葉綠素熒光動力學與P700分析
除光合放氧速率外，葉綠素熒光動力學與P700分析也是反映光合效率高低的重要參數。我們利用葉綠素熒光儀的雙通道模式，比較分析了野生型6803與高光6803在PSII與PSI處的光化學活性差異。
在黑暗條件下，PSII與PSI中的捕光色素能級處于較低的基態，當從高能光子處獲得能量后，色素能級將從低但穩定的基態躍遷至高但不穩定的激發態；當色素能級躍遷至較低能級狀態時，攜帶的能量將被釋放，主要有3個去向：釋放為熒光、參與光化學反應、釋放為熱量。
因此，研究藍藻光合作用過程中葉綠素熒光動力學的變化，有助于理解原初反應中光能吸收、傳遞、耗散及分配等過程的光電能量轉換。
最大光化學轉換效率(maximum photochemical conversion efficiency,Fv/Fm)是藍藻等光合生物的葉綠素熒光動力學測定過程中的重要參數，反映藍藻PSII光能轉化為化學能的最大轉化效率，可用于評估光合能力高低。
如圖3所示，根據葉綠素熒光動力學測定結果計算，高光6803的Fv/Fm為0.48±0.01，比野生型6803(0.39±0.02)高23.1%。這說明野生型6803的PSII最大光化學效率和光合能力均明顯弱于高光6803。
圖3高光6803與野生型6803的Fv/Fm比較Fv/Fm：最大光化學轉化效率；HL6803：高光6803；WT6803：野生型6803。