本文以海洋高等植物大叶藻为研究对象,采用叶绿素荧光技术、免疫印迹蛋白技术以及转录组分析技术,验证了“放氧复合体(OEC)易光损伤背景下,叶绿体NDH复合体介导的环式电子传递及叶绿体呼吸显著激发,以维持跨类囊体质子梯度、ATP和还原力平衡,应对电子不足和修复OEC的双重需要”的假设,阐明了大叶藻NDH复合体光调节的功能和机制。主要结果如下:1、大叶藻中高效的NDH依赖的PSI环式电子传递大叶藻是稀有的海洋被子植物,在单子叶植物进化早期由陆地返回海洋,演化中发生许多基因缺失和扩增现象,导致其放氧复合体(OEC)在可见光下易损伤,因此呈现独特的光化学特性。通过系统发育分析发现,大叶藻与其他海洋植物不同,其叶绿体NAD(P)H脱氢酶(NDH)复合体结构完整。完整叶绿体NDH复合体的存在的意义是本研究关注的关键科学问题。本实验采用多重叶绿素荧光技术和免疫印迹蛋白分析技术,研究了大叶藻PSI环式电子传递对高光辐照的响应。此外,采用抑制剂考察了两个环式电子传递途径对跨类囊体质子梯度(?pH)生成的各自贡献。结果发现两环式电子传递途径对?pH的贡献相似;在高光照射下,两种途径之间交替运行:PGR5/PGRL1依赖的途径在光照初期激活随后活性逐渐降低,而NDH依赖的途径则随着照射时间的延长而逐渐激活。大叶藻OEC在高光照射下持续失活,与NDH活性呈显著的线性正相关。因此,我们认为PGR5/PGRL1依赖的环式电子传递在光照初期优先被激活来缓解过量光引起的冗余电子。随着光处理时间的延长,OEC受损,导致水光解受阻,电子不足。来自PSI的有限电子可能优先用于合成NAD(P)H,支持NDH依赖的环式电子传递的运行,以构建?pH以及生成ATP,从而维持OEC的稳定性。2、大叶藻叶绿体呼吸的光保护作用研究大叶藻的光损伤主要发生在放氧复合体(OEC)上,光失活的OEC的完全恢复在黑暗中完成。转录组数据显示OEC在黑暗中明显恢复,并且基因互作分析发现在黑暗恢复过程中大叶藻OEC外周蛋白PsbO和PsbP与叶绿体呼吸相关蛋白呈现高度的连通性,说明叶绿体呼吸可能在OEC的恢复中扮演重要的角色。而OEC稳定需要跨类囊体质子梯度(?pH)维持在较高水平。因此,我们假设大叶藻中完整叶绿体NAD(P)H脱氢酶(NDH)复合体可以在黑暗中介导叶绿体呼吸,构建?pH以及生成ATP,加速光损伤的OEC在黑暗中的恢复。经叶绿素荧光、蛋白表达及转录组三个层面的证据证实,大叶藻叶绿体呼吸仅仅在高光照射后的黑暗时期激发,并在此过程中构建?pH。此外酶活和转录组数据表明,戊糖磷酸途径的活性在黑暗中进一步增强,以合成NAD(P)H来支持叶绿体呼吸的运行。这暗示了大叶藻的叶绿体呼吸与通常高等植物不同。在黑暗条件下,叶绿体呼吸的激活倾向于主动性,而不是在光暗过渡阶段对剩余电子的惯性消耗。综上,本文采用转录组学结合叶绿素荧光生理表型,验证了叶绿体呼吸新的生理作用,即在黑暗中参与光损伤OEC的恢复。