赫尔辛基大学研究人员报告称，植物细胞内线粒体能够通过增强耗氧“抽取”叶绿体中的分子氧，从而降低叶绿体内的氧气水平。这一细胞器间相互作用此前未有记录。相关研究由赫尔辛基大学Viikki校区树木生物学卓越中心的Alexey Shapiguzov博士（副教授）牵头，已发表于《植物生理学》。

氧气在植物代谢与应激中的作用

研究团队指出，氧气在植物代谢、生长、应激适应与免疫等过程中具有关键作用。尽管氧气的重要性已被广泛认识，但植物组织内部氧气水平如何被精细调控，仍未被完全阐明。

在植物细胞中，氧气动态主要由两类细胞器驱动：线粒体在呼吸过程中消耗氧气；叶绿体在光合作用中产生氧气作为副产物。研究人员表示，呼吸与光合作用机制已被深入研究，但线粒体与叶绿体之间围绕氧气的交换关系，长期以来讨论相对有限。

转基因拟南芥显示组织氧水平变化

为检验细胞器间氧气关系，研究团队选用携带线粒体缺陷的模式植物拟南芥转基因株系进行观察。研究称，这些缺陷会激活替代呼吸酶，从而增强线粒体对氧气的消耗。

研究人员总结该转基因株系呈现两项关键特征：其一，线粒体呼吸增强与组织内氧气水平降低相关；其二，这些植物的叶绿体对甲基蓝草酮表现出抗性。甲基蓝草酮是一种可将电子从光系统I转移至氧气并产生活性氧的化学物质。

研究还提到，在通过氮气处理形成的低氧条件下，电子向氧气的转移显著下降，显示甲基蓝草酮反应所需的底物氧气出现耗尽。

线粒体增强耗氧可降低叶绿体内氧水平

基于上述结果，研究团队提出一种此前未记录的细胞器相互作用：在植物受到应激时，线粒体通过提高氧气消耗，降低叶绿体内的氧气水平。研究人员认为，这种“氧气抽取”会影响光合作用过程及活性氧代谢，从而与植物对环境变化的适应相关。

Shapiguzov表示，据其所知，这是首次提供线粒体可通过细胞内氧气交换影响叶绿体的证据，为理解植物如何调控能量代谢并应对压力提供了新的观察角度。

对植物生理研究与应用的启示

研究团队认为，厘清呼吸作用与光合作用之间通过氧气交换形成的联系，有助于进一步理解植物能量代谢，以及其对昼夜变化或洪涝等环境变化的响应。研究还称，这一发现可能为植物生理测量与成像提供新的思路，用于育种与早期应激检测等方向。