干旱是限制全球作物生產(chǎn)的最嚴重的非生物脅迫之一，使作物平均產(chǎn)量降低> 50%。干旱對植物的影響是復雜的，包括有機體和細胞水平的形態(tài)、生理和生化反應。例如，葉片可能會(huì )因過(guò)度失水而枯萎、卷曲和變黃；干旱會(huì )導致氣孔關(guān)閉，減少了CO2流入，從而限制了光合作用產(chǎn)量；由于酶活性受損和能量供應不足，細胞分裂和擴張速度降低，植物生長(cháng)減慢。干旱還會(huì )影響植物發(fā)育，加速從營(yíng)養階段到生殖階段的轉變，以試圖完成生命周期。干旱還會(huì )影響光合關(guān)鍵酶的活性，例如 Rubisco，導致光合作用速率降低。干旱脅迫下，光呼吸速率急劇增加，導致產(chǎn)生活性氧，它會(huì )損害葉綠素、蛋白質(zhì)、DNA、脂質(zhì)和其他必需大分子，最終影響植物代謝并限制生長(cháng)。
先前的研究表明，干旱會(huì )誘導類(lèi)囊體膜的重組，特別是影響基粒的堆積，表現出基粒數量和層數的減少。葉綠素熒光測量是一種非侵入性快速方法，廣泛用于評估干旱脅迫對光系統 II (PSII) 的影響。Fv/Fm是一個(gè)代表 PSII 功能的參數，在干旱脅迫下會(huì )下降，表明 PSII 功能受損。由于放氧復合物在干旱條件下被破壞，水的氧化能力受到嚴重影響。另一方面，也有研究還表明，主要的 PSII 天線(xiàn)，即光捕獲復合體 II (LHCII)，在短期干旱脅迫下會(huì )從PSII 超級復合體分離，而 PSII核心則不受影響，僅在長(cháng)期干旱脅迫下才會(huì )降解。此外，PSII核心蛋白（例如D1，由PsbA編碼）和PSII主要天線(xiàn)蛋白（即LHCB1和LHCB2）的轉錄水平也在干旱脅迫時(shí)下調。
迄今為止，大多數干旱脅迫研究都集中在PSII及其天線(xiàn)上，而對完整光合機構特別是光系統I（PSI）的干旱響應關(guān)注較少。近期，發(fā)表在New Phytologist上的最新成果“Drought affects both photosystems in Arabidopsis thaliana”為植物相應干旱脅迫提供了新的見(jiàn)解。在本研究中，Chen Hu等人跟蹤了擬南芥在14天干旱處理期間光合機構的變化，結合生化和功能測量，進(jìn)一步的拓展了人們對干旱影響光合膜的認知。
干旱導致PSII超級復合物的分解和PSII核心的降解。相反，光捕獲復合物（LHCII）保留在膜中，但不能充當活性PSII的天線(xiàn)，因此代表了光損傷的潛在來(lái)源。在非光化學(xué)淬滅（NPQ）誘導期間也可以觀(guān)察到這種效應，即使是短脈沖的飽和光也會(huì )導致光抑制。在后期，在嚴重的干旱脅迫下，PSI天線(xiàn)尺寸也減小，PSI-LHCI超復合物被降解。令人驚訝的是，雖然沒(méi)有觀(guān)察到PSI核心蛋白含量的變化，但PSI的功能受到嚴重影響，表明非功能性PSI復合物在干旱脅迫時(shí)大量積累。由此得出結論，干旱影響兩個(gè)光系統，盡管處于不同的階段，并且PSII（ΦPSII）對干旱非常敏感，因此可以作為早期發(fā)現干旱脅迫的參數。
本研究光系統I和光系統II的功能性參數使用DUAL-PAM-100雙通道葉綠素熒光儀完成測量。
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