Photosynthetische Eigenschaften und Verbesserungspotenziale der Photosynthese in blassgrünem Blattreis unter hohen Lichtbedingungen

Licht ist die treibende Kraft des Pflanzenwachstums und liefert die Energie, die für die Photosynthese erforderlich ist. Allerdings ist die Photosynthese auch anfällig für lichtinduzierte Schäden, die durch die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) im PSII-Reaktionszentrum verursacht werden. Pflanzen haben daher verschiedene Schutzmechanismen wie die nicht-photochemische Quenching (NPQ) entwickelt, um übermäßig absorbierte Sonnenenergie als Wärme abzuleiten; jedoch stellen Photoinhibition und NPQ einen signifikanten Verlust an Sonnenenergie und photosynthetischer Effizienz dar, was das Ertragspotenzial in Nutzpflanzen verringert. Um die Lichtaufnahme und die Lichtenergieumwandlung in Reis zu optimieren, wurden ein Genotyp mit blassgrünen Blättern (pgl) und eine normal gefärbte Kontrolle (Z802) hohen (HL) und niedrigen Licht (LL) Bedingungen ausgesetzt. Der Chlorophyllgehalt, die Lichtabsorption, Mikrofotographien von Chloroplasten, die Häufigkeit von Lichtsammlungs-Komplex (LHC) bindenden Proteinen, Elektronentransportraten (ETR), photochemische und nicht-photochemische Quenching sowie die Erzeugung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) wurden anschließend untersucht. Pgl hatte eine kleinere Größe des lichtabsorbierenden Chlorophyllantennensystems und absorbierte weniger Photonen als Z802. NPQ und die Erzeugung von ROS waren ebenfalls niedrig, während die Effizienz des Photosystems II und ETR hoch waren, was zu einer verbesserten Photosynthese und weniger Photoinhibition in pgl im Vergleich zu Z802 führte. Die Chlorophyllsynthese und die Effizienz der solarer Umwandlung waren unter HL in pgl höher als unter LL-Behandlung, während Z802 aufgrund des hohen Photoinhibitionsniveaus unter HL einen entgegengesetzten Trend zeigte. Bei Z802 führte die übermäßige Absorption von Sonnenenergie nicht nur zur Erhöhung der ROS- und NPQ-Erzeugung, sondern verschärfte auch die Auswirkungen steigender Temperaturen, was zur Mittagsdepression der Photosynthese führte. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Photosynthese und das Ertragspotenzial in Reis durch verkürzte Größen des lichtsammlenden Chlorophyllantennensystems verbessert werden könnten.