甘蓝(Brassica oleracea L. var. capitata L.)富集铊的环境地球化学研究

通过对甘蓝进行品种差异、亚细胞分析、根际分泌物提取污染土壤中的铊、营养元素添加以及野外甘蓝样品采集分析，结合地球化学理论。分析了甘蓝对铊吸收富集的机理，并得出以下几点结论： (1) 甘蓝叶、根及茎对铊的吸收存在着明显差异，表明在面临土壤铊胁迫时，叶是铊的主要储存部位，而根和茎主要起到了转运作用。甘蓝中铊含量的升高导致了对钙和镁吸收能力的提高。不同品种甘蓝之间的吸收能力差别不大，通过选择种植对铊吸收能力小的甘蓝来控制铊的食物链危害是不可行的。此外，还应该避免在高铊土壤地区种植甘蓝。 (2) 高达92%的铊存在于甘蓝叶细胞液组分中，表明细胞液组分是铊在甘蓝叶细胞中的一个重要储存部位。但是在不同品种甘蓝叶中，铊的亚细胞分布形态没有显著差异，在甘蓝面对铊胁迫时，其叶细胞器组分中铊含量始终维持很低的含量。甘蓝对铊的解毒机制很可能就是通过在细胞内的区隔化作用(compartmentalization)，把进入体内的铊结合到细胞液组分以及细胞壁上，从而减少了铊对重要细胞器官的损伤。铊在甘蓝叶各亚细胞组分中的分配与常量元素存在一定的关系。在甘蓝叶细胞内，Tl+往细胞液组分中的传输很有可能是通过Na+/K+/2Cl–联合传输机制、Ca2+活化的钾离子通道以及一些需Mg2+或Mn2+的K+活化酶完成的。需要Mn2+参与的K+活化酶可能对于铊往细胞器中的转移起到了主导作用。在细胞壁中，很可能Ca2+活化的K+通道或者是某些特定的需要Mn2+的K+活化酶对铊的迁移或固定起了影响作用。 (3) 随着氮、磷、钾营养元素的加入，甘蓝地上部的生物量有一定程度的上升。影响主次因素依次均为氮>磷>钾。随着氮、磷、钾营养元素的加入，甘蓝地上部和地下部的铊含量并没有上升，而是有一定程度的下降。甘蓝地上部中铊含量的影响主次因素依次为磷>氮>钾，甘蓝地下部中铊含量的影响主次因素依次为氮>磷>钾。氮、磷、钾营养元素的加入都提高了甘蓝对铊的吸收量。甘蓝对铊吸收量的影响主次因素依次均为氮>磷>钾。因此我们认为，氮，磷，钾的加入显著提高了甘蓝生物量和铊的吸收量，但是随之而来的生物稀释效应，导致了甘蓝地上部和地下部含量的降低。运用铊累积量来判断营养元素对甘蓝吸收铊的影响更为客观和可靠。 (4) 通过对比蒸馏水和根际分泌物提取液对污染土壤中铊的提取能力，发现甘蓝根际分泌物提取液(root exudates)对污染土壤中的铊具有明显的活化作用。提取液的pH和土壤铊的提取率存在一定的正相关(R2=0.1659)，也就是说提取液的pH与其对污染土壤中铊的提取能力成正比。但是甘蓝体内各部分铊含量与其根际分泌物提取液对土壤铊的提取率没有任何关系，表明大量的植物非必需元素铊进入甘蓝后，并没有对其根际分泌物的产生任何影响。土壤pH越高，生长的甘蓝的根际分泌物提取液对土壤提取率就越高，甘蓝分泌物提取液对铊的提取率升高可以补偿由于土壤pH升高而造成的水溶态存在的铊减少。 (5) 铊在甘蓝叶片和叶柄中的分布状况为老叶叶片>新叶叶片>老叶叶柄>新叶叶柄，表明叶柄也是运输铊的一个重要器官。但是叶柄对铊的转运能力并没有茎那么强烈，而叶片才是甘蓝中最主要的铊储存部位。铊在根、茎、老叶和新叶中亚细胞的分布均为细胞液>>细胞壁>细胞器，这和前期室内温室培养甘蓝叶片中的分布结果是一致的。根据植物采矿经济理论的计算结果，很显然甘蓝可以成为土壤铊污染的植物修复和采矿的备选对象。

青花菜原生质体培养和根癌农杆菌介导的遗传转化

从4-5天龄青花菜(Brassica oleracea var．italica)下胚轴游离原生质体，经纯化后培养在简化的KMsP培养基上，原生质体分裂形成了细胞团;同时，对影响外源DNA导入子叶和下胚轴原生质体后瞬间表达强度的若干因素作了较详细的研究，这些因素包括转化介质中二价阳离子的种类和浓度、PEG溶液的浓度以及PEG溶液的pH值， 为进一步进行原生质体水平上的细胞遗传转化创造了条件。 以青花菜(Brassica oleracea var．italica)子叶和下胚轴为外植体材料，进行了根癌农杆菌介导的遗传转化研究。在建立了子叶和下胚轴外植体组织培养的高频率植株再生系统的基础上，用携带有双元载体质粒的根癌农杆菌(Asrobacterium,tumefaciens)A208sE感染青花菜子叶和下胚轴，对根癌农杆菌的感染过程以及影响抗性芽分化频率的诸多因素作了详细研究，再生了具有卡那霉素抗性的完整转化植株。Dot Blot分析表明NPTⅡ酶活性的存在;以pROA93经EcoRI /HindⅢ酶切产生的gus基因片段(约2.6Kb)为探针进行Southern Blot分子杂交，结果表明gus基因已整合到植物细胞基因组中，并且得到了表达。

抗盐、耐海水蔬菜的生物技术培育与海水无土栽培应用

本研究是以植物起源于海洋的系统进化理论和植物细胞的全能性理论为依据的。 对芹菜(Apium graveolensL．)、油菜(B. rapa, chinese group)、叶用甜菜(Beta vulgaris(L.)Koch, Cicla group)、甘蓝(B. oleraceae, acephala group)、豆瓣菜(A'asturtiumofficinale R．Br*.）、番杏（Tetragonla expansa Ait.)、菠菜(Spinacia oleracea　L．)等蔬菜种类进行大规模种质资源筛选和鉴定， 从芹菜、油菜、叶用甜菜等植物中筛选出20多种能够耐受l%NaCI或1/3海水盐度的蔬菜品系。在耐盐蔬菜品种资源筛选的基础上，为了证明用生物技术提高盐敏感蔬菜耐盐性的可行性，本研究以植物体外培养细胞体系为操作平台，对盐敏感的蔬菜一一豆瓣菜进行了生物技术改造。一方面，筛选豆瓣菜的耐盐细胞变异体并使得耐盐细胞再生植株，获得了耐1/3海水的豆瓣菜变异体;另一方面，通过将盐生植物山菠菜(Atriplex hortensisL)的耐盐相关基因，甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因转入豆瓣菜，使得BADH基因在豆瓣菜中过量表达和积累甜菜碱，提高了豆瓣菜的渗透调节能力，从而提高了豆瓣菜的耐盐性。同时，本研究还将所获得的多种抗盐、耐海水蔬菜材料以海水无土栽培的方式进行生产和应用， 取得了很好的效果。 本文的结果证明了在陆地淡水栽培的蔬菜和野生蔬菜资源中，存在着部分耐盐性较强的蔬菜种质;通过生物技术改造能够提高盐敏感蔬菜的耐盐性，并获得抗盐、耐海水的蔬菜新品系。对这些抗盐、耐海水蔬菜材料进行1/3海水无土栽培应用的成功结果表明，某些陆地蔬菜具有重新适应海洋生境的潜能。

光系统Ⅱ核心天线复合物CP43和CP47的分离纯化及其光谱学特性的研究

应用改进DEAE-Toyopearl 650S阴离子交换柱层析从高等植物菠菜(Spinacia oleracea)中分离纯化了核心天线复合物CP43和CP47。并对它们的纯度和完整性色素种类和含量，以及色素分子的结合状态进行了研究并对色素分子间的能量传递机制进行了讨论。结果如下： 1、HPLC检测结果表明：纯化的CP43和CP47均只含Chla和β-Car两种色素分子，并且，平均每分子CP43多肽含19-20分子Chla和4-5分子β-Car;而平均每分CP47则含20-21分子Chla和3-4分子β-Car。 2、以436nm和480nm激发光激发样品得到的CP43和CP47的低温荧光发射光谱的最大荧光发射峰分别位于683nm和693nm。进一步发现，CP43和CP47，在相同条件下分别以436nm和480nm激发光激发样品得到的低温荧光发射光谱经归一化后几乎完全重叠，而且400-500nm波长范围内的激发光扫描得到的三维低温荧光发射光谱沿激发轴具有较好的对应关系，表明纯化的CP43和CP47都具有较高的完整性。 3、纯化的CP43和CP47的吸收光谱的红区最大吸收峰分别位于671nm和674nm。该光区的导数光谱均分辨出偏蓝区和偏红区两个子峰，CP43的这两个子峰分别位于669nm和682nm;而CP47的两个子峰则分别位于669nm和680nm。进一步用包含这两个子峰的高斯解析参数对红区最大吸收峰进行拟合，结果证明，拟合的曲线与实测曲线几乎完全吻合，这表明，CP43和CP47均至少包含两种不同状态的Chla分子。 3．1应用不同的变性温度处理CP43，发现随变性温度的不断提高，其红区最大吸收峰的峰值逐渐减小，四阶导数光谱分辨出的两个子峰同时减小，但差光谱显示：随处理温度的不断提高，这两个组分峰值的变化并不同步进行，较低温度范围内(55℃以下)682nm吸收峰下降明显，而较高温度范围内(55℃以上)，669nm吸收峰下降明显。 同时，随处理温度不断提高CP43脱辅基蛋白的结构也在不断发生变化，其变化过程明显表现出两个跃变阶段。这两个跃变阶段分别出现在40～50℃范围内和55～60℃范围内，恰与吸收光谱两个组分峰变化的转变过程相一致。这证明，CP43中分别位于669nm和682nm的不同的色谱组分即代表两种不同结合态的Chla分子，分别简称为“CP43-669”和“CP43-682”。它们在色素蛋白复合物中所处的环境不同，因而对蛋白质结构的依赖性不同，前者更高地依赖于蛋白复合物的整体构象，而后者则主要依赖于蛋白质的二级结构。 3.2 经不同的变性温度处理的CP47，其红区最大吸收峰的峰位逐渐蓝移，而吸收峰值无明显的变化，只有当处理温度提高到65℃以后，蓝移后的吸收峰值(669nm)才开始明显减小;四阶导数光谱表现为680nm吸收峰的信号逐渐下降669nm的吸收信号逐渐明显;处理减对照差光谱只观察到680nm吸收值的逐渐减少，而几乎观察不到669nm吸收值的变化。同时，随变性温度的不断提高，CP47的脱辅基蛋白的结构也发生相应的变化与CP43不同，蛋白结构变化最大的温度范围为60℃～65℃之间，但同CP47的峰位蓝移、导数光谱中680nm信号的减小，以及差光谱中680nm吸收值的减小相一致。由此认为，同CP43一样，CP47的吸收光谱中分辨出的分别位于669nm和680nm处的两个不同光谱组分亦分别代表两种不同结合状态的Chla分子，分别简称为“CP47-669”和“CP47-680”，与CP43中的相应组分对应，它们处于不同的蛋白环境中，从而对蛋白质结构变化的依赖性不同。 3.3 CP43和CP47的CD光谱表现出明显的正负双峰，表明色素分子间存在较强的激子相互作用。随变性温度的不断提高，正负CD双峰的信号逐渐减弱，变化过程与脱辅基蛋白结构的变化以及CP43-682的变化相一致，表明色素分子间的激子相互作用更高依赖于CP43-682和CP47-680。并认为CP43-682和CP47-680可能以二聚体或多聚体的形式存在，并且二聚体或多聚体的形成依赖于蛋白天然构象。而CP43-669和CP47-669则以单体的形式位于蛋白结构中相对伸展的区域。并提出：在CP43-682以CP47-680分子之间，激发能主要以激子偶合机制进行而在CP43-669，CP47-669分子间及CP43-669至CP43-682间，CP47-669至CP47-680之间激发能则主要以Foster机制进行。 4、以488nm激发光得到的CP43和CP47的共振拉曼光谱都具有全反式构型类胡萝卜素分子的四个典型特征峰由此认为CP43和CP47中的β-Car分子亦具有全反式构型;与溶于丙酮抽体物中的β-Car分子相比较，CP43和CP47中的β-Car分子的共振拉曼光谱中具有较强的960cm~(-1)的拉曼峰，表明，CP43和CP47中的β-Car分子具有扭曲的构象。 应用经归一化后的吸收光谱与荧光激发光谱相比较的办法发现CP43和CP47中存在β-Car分子和Chla分子间的能量传递其能量传递效率分别为29.8～29.9%和52.3～56.9%。这表明，在正常条件下，CP47中β-Car分子和Chla分子间的能量传递效率远大于CP43。此外，当选用蛋白结构变化最明显的热变性温度处理样品后，发现，不论CP43还是CP47中β-Car与Chla分子间的能量传递效率大大降低，表明，这两种色素分子间的能量传递严格依赖于蛋白复合物的天然构象，并认为，正常条件下，CP43和CP47内β-Car与Chla分子间的空间距离较近，可能不大于10A，CP43和CP47相比较，CP47内这两种色素分子间的距离更近。并进一步提出，在CP43和CP47中，β-Car到Chla分子间的能量传递最大可能以Dexter的电子交换机制进行。

Cloning and sequence analysis of the partial sequence of the rbcL from Bryopsis hypnoides

The partial sequence of the rbcL from Bryopsis hypnoides, including the sequences of the upstream, extron and partial intron, was amplified by PCR and their sequences were determined. With Spinacia oleracea as the outgroup, neighbor-joining method and maximum parsimony method were used respectively to build phylogenetic trees according to the rbcL exon sequence among 13 species that were the typical species of six phyla. Two kinds of trees showed clearly that there were two groups among those species, the green lineage and the non-green lineage. And the relationships of algae in the green lineage were similar in the two trees but those in the non-green lineage were not consistent. Analysis of codon preference indicated that the codon preference of the rbcL exon of Bryopsis hypnoides distinctly differed from that of the relevant sequence of photosynthetic bacteria.

Interaction between phycobilisomes from Porphyridium cruentum and thylakoid membranes from Gymnodinium sp or spinach

Thylakoid membranes were isolated from Gymnodinium sp. and spinach, whereas the phycobilisomes were isolated and purified from red alga Porphyridium cruentum. The absorption spectra of the purified phycobilisomes (PBS) showed three peaks at 548, 564, and 624 nm, respectively, and the ratio of the fluorescence intensity at the lambda(680)(em) to lambda(80)(em5) that at was about 7.3. All these results demonstrated that the purified PBS remained intact. The thylakoid membranes were incubated with the purified phycobilisomes, and the thylakoid membranes, which harbored the phycobilisomes, were purified by sucrose density gradient centrifugation. Meantime, the conjugates of phycobilisome-thylakoid membranes were constructed using glutaraldehyde and further purified. Their characteristics were studied by measuring the absorption spectra and fluorescence emission spectra. The results showed that the phycobilisomes from Porphyridium cruentum can attach to the thylakoid membranes from Gymnodinium sp. and spinach without covalent cross-linking, but the excited energy transfer did not occur. The conjugate of phycobilisome-thylakoid. membranes with covalent cross-linking exhibits the excited energy transfer between the phycobilisomes and the thylakoid membranes.

Characteristics and comparative study of chlorophyll-protein complexes from siphonous green algae

By mild PAGE method, 11, 11, 7 and 9 chlorophyll-protein complexes were isolated from two species of siphonous green algae ( Codium fragile (Sur.) Harlot and Bryopsis corticulans Setch.), green alga (Ulothrix flacca (Dillw.) Thur.), and spinach (Spinacia oleracea Mill.), respectively. Apparent molecular weights, Chi a/b ratios, distribution of chlorophyll, absorption spectra, low temperature fluorescence spectra of these complexes were determined, and compared with one another. PS I complexes of two siphonous green algae are larger in apparent molecular weight because of the attachment of relative highly aggregated LHC I. Four isolated light-harvesting complexes of PSII are all siphonaxanthin-Chl a/b-protein complexes, and they are not monomers and oligomers like those in higher plants. Especially, the absence of 730 nn fluorescence in PS I complexes indicates a distinct structure and energy transfer pattern.