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港大揭保衛細胞植物助接收糖儲存澱粉 協調吸收二氧化碳

港大研究揭開保衛細胞葉綠體如何獲得能量之謎。資料圖片

有關在植物保衛細胞(GCs)和保衛細胞葉綠體(GCCs)裏進行的光合作用是否在氣孔運動中發揮直接作用這一點,直到最近仍然存在爭議。香港大學生物科學學院副教授林文量與蘇黎世聯邦理工學院的 Diana SANTELIA 博士合作,發現保衛細胞真正能量的來源。研究結果剛於著名學術期刊《自然通訊》中發表。

港大團隊於過往的研究,曾通過將植物熒光蛋白傳感器導入模式植物擬南芥,實時觀察擬南芥葉肉細胞葉綠體(MCCs)中的三磷酸腺苷(ATP)和NADPH(煙酰胺-腺嘌呤二核苷酸磷酸鹽)的產生。林文量指,在光照期間,無法在GCCs中檢測到任何ATP或NADPH的產生,因此聯繫保衛細胞代謝方面的專家 Diana Santelia進行合作。在雙方的共同努力下,團隊發現保衛細胞光合作用的活性很低,與葉肉細胞(MCs)中的大相徑庭。葉肉細胞合成的糖被運輸進入保衛細胞,隨後被保衛細胞線粒體消耗以產生ATP,從而為氣孔開放提供能量。

與葉肉細胞葉綠體不同,保衛細胞葉綠體通過葉綠體膜上的核苷酸運輸器(NTTs)吸收細胞質ATP,在白天為澱粉合成提供能量。在黎明時分,當葉肉細胞開始合成澱粉並輸出蔗糖時,保衛細胞將澱粉降解為糖,以提供能量並增加滲透壓來促進氣孔開放。因此,保衛細胞葉綠體的澱粉存儲功能對氣孔開放十分重要。儘管葉肉細胞通過卡爾文-本森-巴沙姆(CBB)循環在葉綠體中固定二氧化碳,但細胞質中二氧化碳固定是保衛細胞中二氧化碳同化的主要途徑,其下游產生的蘋果酸也是增加氣孔開放所需的滲透壓的重要溶質。保衛細胞的功能更像是接收糖和儲存澱粉的「倉庫」,而非進行光合作用以提供糖的「工廠」(如葉肉細胞)。此外,保衛細胞的功能與葉肉細胞的功能密切相關,能有效地協調通過氣孔的二氧化碳的吸收和葉肉細胞中二氧化碳的固定。

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