科學家發現植物細胞內與氧氣的拉鋸戰

該研究由維克校區樹木生物學卓越中心的 Alexey Shapigozov 博士（博士、講師）領導。結果發表在期刊上 植物生理學。

氧氣在植物生命中起著至關重要的作用

氧氣對於植物的許多過程至關重要，包括新陳代謝、生長、免疫反應和適應壓力的能力。赫爾辛基大學先前的研究也表明，氧氣在刺激植物傷口癒合方面發揮著重要作用。儘管它很重要，但科學家們仍然不完全了解植物如何調節其組織內的氧氣水平。

在植物細胞內，氧氣主要受到兩種稱為細胞器的結構的影響。粒線體在細胞呼​​吸過程中會利用氧氣來產生能量。相反，葉綠體釋放氧氣作為光合作用的副產品。

儘管呼吸和光合作用已被廣泛研究，但科學家對氧氣如何在粒線體和葉綠體之間運輸知之甚少。

擬南芥粒線體活性研究

為了研究這個問題，研究人員研究了植物擬南芥的轉基因版本。這些植物的粒線體有缺陷，可以活化替代呼吸酶。結果，粒線體消耗氧氣的速度更高。

改良植物表現出兩個顯著特徵：

• 粒線體呼吸速率的增加導致植物組織內的氧含量降低。
• 葉綠體對甲基小提琴產生抗性，甲基小提琴是將電子從光系統 I 轉移到氧氣並產生活性氧的化學物質。

當研究人員將植物暴露在氮氣中以創造低氧條件時，電子向氧氣的轉移急劇減少。這一結果表明，甲基紫精不再具有足夠的其發揮作用所需的物質：氧氣。

粒線體可以從葉綠體吸收氧氣

實驗揭示了植物細胞內以前未知的反應。當粒線體在壓力下增加氧氣消耗時，它們會減少葉綠體內可用的氧氣量。

這個過程有效地產生了內部氧氣消耗，從而改變了光合作用和活性氧的代謝。這些變化可能有助於植物適應不斷變化的環境條件。

Shapigozov 博士表示：「據我們所知，這是粒線體透過細胞內氧交換影響葉綠體的第一個證據。」這項發現為植物如何協調能量生產和對壓力的反應提供了新的見解。

關於植物壓力和恢復力的新證據

了解呼吸和光合作用如何透過氧氣交換相互作用，可以更清晰地了解植物能量代謝。它還可以幫助科學家更好地預測植物如何應對晝夜循環或洪水等環境變化。

新發現的相互作用也可能導致植物生理學測量和成像方法的改進。這些工具可能有助於植物育種和早期檢測作物的壓力。