港大揭保卫细胞植物助接收糖储存淀粉 协调吸收二氧化碳

有关在植物保卫细胞（GCs）和保卫细胞叶绿体（GCCs）里进行的光合作用是否在气孔运动中发挥直接作用这一点，直到最近仍然存在争议。香港大学生物科学学院副教授林文量与苏黎世联邦理工学院的 Diana SANTELIA 博士合作，发现保卫细胞真正能量的来源。研究结果刚于著名学术期刊《自然通讯》中发表。

港大团队于过往的研究，曾通过将植物荧光蛋白传感器导入模式植物拟南芥，实时观察拟南芥叶肉细胞叶绿体（MCCs）中的三磷酸腺苷（ATP）和NADPH（烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸磷酸盐）的产生。林文量指，在光照期间，无法在GCCs中检测到任何ATP或NADPH的产生，因此联系保卫细胞代谢方面的专家 Diana Santelia进行合作。在双方的共同努力下，团队发现保卫细胞光合作用的活性很低，与叶肉细胞（MCs）中的大相径庭。叶肉细胞合成的糖被运输进入保卫细胞，随后被保卫细胞线粒体消耗以产生ATP，从而为气孔开放提供能量。

与叶肉细胞叶绿体不同，保卫细胞叶绿体通过叶绿体膜上的核苷酸运输器（NTTs）吸收细胞质ATP，在白天为淀粉合成提供能量。在黎明时分，当叶肉细胞开始合成淀粉并输出蔗糖时，保卫细胞将淀粉降解为糖，以提供能量并增加渗透压来促进气孔开放。因此，保卫细胞叶绿体的淀粉存储功能对气孔开放十分重要。尽管叶肉细胞通过卡尔文-本森-巴沙姆（CBB）循环在叶绿体中固定二氧化碳，但细胞质中二氧化碳固定是保卫细胞中二氧化碳同化的主要途径，其下游产生的苹果酸也是增加气孔开放所需的渗透压的重要溶质。保卫细胞的功能更像是接收糖和储存淀粉的「仓库」，而非进行光合作用以提供糖的「工厂」（如叶肉细胞）。此外，保卫细胞的功能与叶肉细胞的功能密切相关，能有效地协调通过气孔的二氧化碳的吸收和叶肉细胞中二氧化碳的固定。

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