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最近的研究表明，除了经过光系统II和光系统I的线性电子传递以外，围绕光系统Ⅰ(PSI)的循环电子传递对光合作用的高效运转也是不可缺少的，其中叶绿体NAD(P)H脱氢酶复合体(NDH)介导的循环电子传递受到更多关注。本研究利用烟草NDH缺失突变体首次直接证明了叶绿体NDH复合体介导的PSI循环电子传递有助于跨类囊体膜质子动力势(△pH)的形成，并耦联光合磷酸化驱动ATP的合成。在此基础上，对NDH途径在植物处于日常光照条件波动、温度胁迫，和叶绿体发育过程中光合CO2同化受到限制的情况下的作用进行了较系统的研究。主要研究内容及结果如下：
⑴当长时间暗适应的烟草(Nicotiana tabacum)叶片转移到光下后，与野生型相比，ndhC-ndhK-ndhJ基因缺失突变体(△ndhCKJ)光合放氧的诱导期增长，非光化学叶绿素荧光猝灭(qN)诱导曲线的上升阶段减慢。进一步分析表明突变体中跨类囊体膜质子梯度(△pn)的建立和光诱导的ATP合成能力明显弱于野生型。同时，光诱导过程中△ndhCKJ叶绿体中H2O2的产生较多。与此一致，NADPH荧光动力学分析表明在由暗到光的转换过程中△ndhCKJ中NADP+的光还原趋势较弱而活性氧(ROS)对NADPH的氧化较野生型中显著。此外，尽管Rubisco活化酶的转录水平在野生型和△ndhCKJ之间没有差别，但野生型叶绿体间质中可溶性的Rubisco活化酶含量及其ATP水解酶活性在经过光诱导后均比△ndhCKJ中呈更显著的增加趋势；而与类囊体膜结合的非活性形式的Rubisco活化酶水平则在△ndhCKJ中更高些。体外实验显示，ATP有助于Rubisco活化酶的稳定而H2O2则加速其降解。上述结果表明，叶绿体NAD(P)H脱氢酶(NDH)介导的PSI循环电子传递在光合作用的光诱导过程中起作用，特别是其提供的ATP有助于Rubiseo活化酶的稳定并促进其活性的发挥。
⑵对NDH途径在温度胁迫下减少叶绿体中ROS产生的作用进行了研究。经42℃高温处理48 h以上，烟草(Nicotiana tabacum)ndhC-ndhK-ndhJ基因缺失突变体(AndhCKJ)植株较其野生型先出现茎部褐变、叶片萎蔫等氧化伤害症状，而在4℃下两者叶片均迅速萎蔫。DAB(3，3-diaminobenzidine)染色显示，在42℃或4℃下，△ndhCKJ叶片中积累了大量H2O2，野生型叶片在4℃下也发生H2O2积累。42℃下野生型和△ndhCKJ中PSII的最大光化学效率(Fv/Fm)下降到相似的水平，而4℃下其在突变体中下降更显著。42℃下PSII的实际光化学效率(φPSII)、qN诱导曲线的下降阶段，以及光合放氧等与CO2同化有关的参数在△ndhCKJ中受到比野生型中更显著的抑制，而4℃下CO2同化在野生型和突变体中均受到严重抑制。在42℃下，NDH介导的PSI循环电子传递被显著促进，而在4℃下被抑制。野生型中△pH以及光诱导的ATP合成无论在25℃还是42℃下均高于△ndhCKJ，而在4℃下受到抑制。另一方面，作用光关闭后的叶绿素荧光动力学表明，野生型叶片中NDH参与的叶绿体呼吸作用也在高温胁迫时被促进了。用甲基紫精(MV)处理叶圆片的结果显示，△ndhCKJ光合机构更易受到光氧化伤害，甚至首先发生叶绿素漂白。P700氧化还原分析表明，NDH介导的循环电子传递和叶绿体呼吸途径可能通过与MV竞争电子而减少ROS的积累。高温胁迫条件下，△ndhCKJ叶片中Rubisco活化酶含量显著低于野生型叶片，很可能是不同的ATP和ROS水平共同影响的结果。
⑶南瓜黄化子叶由暗中向光下转移时，较大量荧光随原叶绿素酸酯(Pchlide)的转化而发射出来。在随后的光照过程中，Pchlide的积累速度在1 h内快速下降，而在照光2 h后又恢复到一个较高的水平，随后缓慢下降。反映NDH介导的循环电子传递的作用光关闭后荧光上升也在照光2 h后呈现最高水平，然后逐渐减弱。同样在照光2 h后，叶绿素开始显著积累，P700氧化所反映的PSI活性开始出现，且晶格状的原片层体开始延伸并向光合片层结构转化，而免疫胶体金颗粒标记显示NDH复合体特异地位于这些形成中的光合片层上。在照光1～2 h时，子叶中的ATP含量下降到最低水平，可能正是由于光合机构建成起始阶段消耗大量ATP的结果，而NDH介导的循环电子传递在这一阶段可能起到补充所需能量的作用。另外，NDH和PTOX(plastid terminal oxidase)含量在子叶转绿过程中逐渐下降，特别是照光8 h后，同时子叶中H2O2含量也逐渐减少。根据这些结果，我们推测Pchlide光下转化的过程与NDH介导的循环电子传递可能共同在光合机构发育早期起到过剩光能耗散和进行能量转化的作用。