光合成電子伝達過程では、酸素発生複合体によって水が分解され、葉緑体電子鎖にプロトンと電子が供給され、植物の代謝のエネルギー源と還元力であるATPとNADPHが生成され、酸素（O2）が発生する。 この化学エネルギーの大部分は、リブロース1,5-ビスリン酸のカルボキシル化（光合成炭素還元サイクル）と酸素化（光合成炭素酸化サイクル）からなる光合成炭素代謝に使われ、その電子要求量は合計でJA(Japan)である。 酸素が1個発生するごとに4個の電子が必要なので、総酸素生産量（GOP）と線状電子輸送量（J）はJ/4で表される。 線形電子輸送がCO2固定を駆動するためにのみ使用される場合、光合成炭素酸化およびミトコンドリア呼吸によるO2の消費およびCO2の放出は、純O2生産（NOP）が純CO2同化（Anet；呼吸商が1であれば、ただしTcherkez et al, 2017）。
さらに、電子は代替非環状電子輸送（ANCET）に使用され、例えば、活性酸素種を形成するO2自体の光還元（Mehler-peroxidase反応または「水-水サイクル」；Asada、1999）、葉緑体の同化（例えば、脂質；Stumpf et al, 1963）、オキサロ酢酸のリンゴ酸への還元（ミトコンドリアへ輸送される；Scheibe, 2004）、窒素同化（Bloom et al.） ANCETは、細胞代謝のエネルギー需要の変化に合わせてATP/NADPH比を調節する方法として、また、光束密度がCO2固定に必要なエネルギー量を超えたとき（例えば、高照度、低温、水ストレス閉鎖気孔下；例えば、Badger, 1985; Ort and Baker, 2002; Robinson, 1988）過剰な還元剤を利用して光障害を防ぐ機構として仮定されてきた。 重要なのは、特に変動する光条件下で、電子流がどのように相互作用するかについての正式な証拠はない（Morales et al., 2018）。
ANCETは、より大きな率の線形電子輸送を維持することができるので、全電子輸送（Jt）はJAより大きくなる。 逆に、O2取り込みへの影響は、関与する代謝経路に依存することになります。 例えば、メーラーペルオキシダーゼ反応では、O2の純変化はないので、NOPはAnetと等しいままである。 しかし、硝酸塩の還元では、N-結合型O2生成とO2消費の比率は、合成されるアミノ酸に大きく依存する（Noctor and Foyer, 1998）。 この場合、代謝においてO2とCO2がバランスしない可能性があるため、NOPは必ずしもAnetに等しくならない（Skillman, 2008）。 その結果、CO2とO2フラックスの同時測定は、植物が光エネルギーの使用をどのように調節しているかを理解する上で重要であり、異なる運命は非常に異なる代謝結果をもたらす。
O2進化の初期の測定は、GOPとO2の取り込みを区別することができなかった（Hill, 1937）。 MehlerとBrown（1952）によって確立された質量分析法は、16O2と18O2のフラックスを独立して監視するためにO2同位体トレーサーを採用することによって、この問題を解決した。 この方法では、密閉されたチャンバーのガスヘッドスペースに純粋な18O2を供給し、18O2の減少をO2の取り込みに帰着させることができた。 進化したO2は、生成した水と同じ同位体組成を持ち、この場合、水中の支配的な同位体は16Oであった（図1）。 18O標識法はさらに、葉の円盤（Tourneux and Peltier, 1995など）、摘出葉全体（Volk and Jackson, 1972など）、植物全体（Gerbaud and André, 1980）にも適用されて、生体内のO2の運命が明らかにされました。
光合成細胞の総O2生成および取り込みに関与し得る反応の単純な表現で、Gauthierら（2018）が開発したアプローチで標識された18O水が18O2の生成にどのようにつながるかを示しています。 ペルオキシソームとミトコンドリア内の反応の場合、これは正味のO2消費のみを表し、すなわち、取り込みと放出の両方が起こっていることを示している。 PSII、光化学系II；PSI、光化学系I；Fd、フェレドキシン；M、メーラー反応；PCR；光合成炭素還元；PCO、光合成炭素酸化；PGA、3-リン酸；P-グリク、リン酸；Glyox、グリオキシル酸；OAA、オキサロ酢酸；Mal、リンゴ酸。
閉鎖系ガス交換システムの限界は、CO2濃度が枯渇するまでの短時間（数秒から数分）しか測定ができないことである。 その結果、CO2：O2は一定ではなく、カルボキシル化と酸素化の相対速度が変化するため、GOPとO2取り込みの推定値が不正確になる。 この限界は、質量分析法では、チャンバーへの周期的なCO2流入によって消費されるCO2を置き換えることで克服され、定常状態の定量が可能になり、さまざまな条件と生理的状態下でO2フラックスを測定する能力が拡張された（Canvinら、1980年）。 同時に、PSII量子収量に関する情報を提供するクロロフィル蛍光の利用も進んでいた（Baker, 2008）。 Gentyら(1989)は、蛍光と電子輸送速度の間の経験的なつながりを提供し、O2発生を直接測定する必要性に取って代わった。 クロロフィル蛍光は、その使いやすさと比較的安価なことから、現在では植物生理学において最も一般的な手法の一つとなっています。 また、市販の携帯型装置で蛍光測定とH2OやCO2ガス交換を同時に行えるようになり、実験室以外でも植物機能を測定できるようになったことも、この手法に拍車をかけている。 その結果、O2フラックスのin vivo測定は、過去20年間で大幅に減少しました。
Plant Physiologyの本号で、Gauthierら（2018）は、O2への注意を戻すことがなぜ重要であるかを思い出させ、O2フラックスを測定する新しい、優雅なオープンパスシステムを提供する。 彼らの方法は「逆」同位体法であり、空気ではなく葉水の18Oラベル化を伴うため、水分解の間に進化したO2の同位体組成は周囲のO2とは全く異なるシグネチャーを持つ（図1）。 21%O2のバックグラウンドにおけるNOPの寄与は0.05%のオーダーであると考えられ（例えば100μmol mol-1 NOP/210,000 μmol mol-1 ambient O2）、通常、葉の周囲の空気中のNOPに関連するO2のδ18Oの変化を正確に検出することは困難なので、かなりの18O濃縮を用いることが必須である。 CO2とH2O蒸気の同位体組成と濃度はレーザー分光法で、δ18O2とδO2/N2（O2濃度推定用）は質量分析法で測定されます。 また、摘出した葉と18O標識水源を収容するために特注のチャンバーが必要であり、葉柄の周囲からガスケットを越えて漏出するのを防ぐのに役立つ。 重要なのは、開放型ガス交換システムによって定常状態の測定が可能になること、そして純粋な18O2ガスの使用に対して水をラベルすることで、開放型システムの採用を大きく制限していた価格面の問題を解決できることである
クロロフィル蛍光は電子輸送速度測定によく用いられるようになっているが、前提条件がないわけではない。 例えば、葉は入射光子の84%を吸収し、これらの光子の50%がPSIIによって吸収されるとよく仮定されるが、これは必ずしもそうではない場合がある（Baker, 2008）。 このため、蛍光から計算した場合、GOPの測定値と比較して、電子輸送速度が過大評価される可能性がある。 さらに、JAの正確な決定は、Gauthierら（2018）によって強調された1つのアプリケーションであるメソフィルコンダクタンスの推定に特に関連しています。 0％から30％の範囲であることが示されているメーラーペルオキシダーゼ反応（Driever and Baker, 2011）は、両方の方法において光合成炭素還元/酸素化サイクルに関連する電子フラックスの過大評価につながるだろう。 しかし、同位体標識法の利点は、GOPとNOPの測定を組み合わせることで、総O2生成量に対するメーラー反応の寄与を定量化できることである（例えば、Furbank et al.、1982；図1参照）。
農業生産向上のための効率と光防御のトレードオフの理解（Murchie and Niyogi, 2011）に加え、異なる電子運命は地球規模のO2フラックスを理解する上で重要な意味をもっている。 特に、光呼吸、ミトコンドリア呼吸、メーラーペルオキシダーゼ反応に伴うO2取り込みは同位体分別係数が異なるため（Guy et al., 1993）、δ18O情報から地球規模の基礎生産量を推定するには、個々の経路フラックスの定量化が必要となる（Welp et al, 2011）。
我々がO2フラックスの測定を再検討する時が来ており、Gauthierら（2018）が開発した新しい方法は、そのために必要な能力を我々に提供する。