Enhanced photosynthetic efficiency by nitrogen-doped carbon dots via plastoquinone-involved electron transfer in apple

塑料醌 光合作用 光系统II 光系统I 光合效率 叶绿素荧光 生物 生物物理学 电子转移 光化学 植物 叶绿体 化学 类囊体 生物化学 基因
作者
Xiuli Jing,Yankai Liu,Xuzhe Liu,Yi Zhang,Guanzhu Wang,Fei Yang,Yani Zhang,Dayong Chang,Zhenlu Zhang,Chun‐Xiang You,Shuai Zhang,Xiao‐Fei Wang
出处
期刊:Horticulture research [Springer Nature]
卷期号:11 (3): uhae016-uhae016 被引量:20
标识
DOI:10.1093/hr/uhae016
摘要

Abstract Artificially enhancing photosynthesis is critical for improving crop yields and fruit qualities. Nanomaterials have demonstrated great potential to enhance photosynthetic efficiency; however, the mechanisms underlying their effects are poorly understood. This study revealed that the electron transfer pathway participated in nitrogen-doped carbon dots (N-CDs)-induced photosynthetic efficiency enhancement (24.29%), resulting in the improvements of apple fruit qualities (soluble sugar content: 11.43%) in the orchard. We also found that N-CDs alleviated mterf5 mutant-modulated photosystem II (PSII) defects, but not psa3 mutant-modulated photosystem I (PSI) defects, suggesting that the N-CDs-targeting sites were located between PSII and PSI. Measurements of chlorophyll fluorescence parameters suggested that plastoquinone (PQ), the mobile electron carrier in the photosynthesis electron transfer chain (PETC), was the photosynthesis component that N-CDs targeted. In vitro experiments demonstrated that plastoquinone-9 (PQ-9) could accept electrons from light-excited N-CDs to produce the reduced plastoquinone 9 (PQH2-9). These findings suggested that N-CDs, as electron donors, offer a PQ-9-involved complement of PETC to improve photosynthesis and thereby fruit quality. Our study uncovered a mechanism by which nanomaterials enhanced plant photosynthesis and provided some insights that will be useful in the design of efficient nanomaterials for agricultural/horticultural applications.
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