干莲胚芽叶在萌发过程中叶绿体膜结构和功能的研究

本工作对莲胚芽叶在照光萌发后其叶绿体光合膜结构和功能的发育作了比较系统的研究。主要结果如下： （1）在萌发前的干莲胚芽叶叶绿体中就已存在有巨型基粒结构。经照光萌发后，巨型基粒逐渐松散，类囊体膜之间距离变大。巨型基粒解体。而后重新形成比原来巨型基粒片层少，片层间距较紧密的基粒。它的基质片层是在基粒片层形成基本完成之后开始发育的，即萌发八天之后，莲幼苗叶绿体才形成和其它高等植物成熟叶绿体类似的结构，具有基粒和基质片层的类囊体膜系统。 （2）对萌发后不同时期莲幼苗叶绿体膜多肽SDS-PAGE凝胶电泳分析表明，组成光系统Ⅱ捕光色素蛋白复合体的两个多肽，分子量分别为30 KD和27 KD的多肽含量变化很大。30 KD常会随发育时间的增长而减弱。而27 KD条带则逐渐增强。光系统Ⅱ捕光色素蛋白复合体在干莲胚芽叶叶绿体中以前体的形式存在，经照光萌发一段时间后，该复合体经过多肽含量的变化，叶绿素a、b相对含量的变化等过程，最后发育成熟的光系统Ⅱ捕光色素蛋白复合体。 （3）萌发前及萌发后不同时期对莲叶绿体的低温荧光发射光谱测定结果表明，未经萌发和照光萌发两天的莲叶绿体仅在681mm处有发射峰，而缺少732 nm处的发射峰。萌发到第四天时F732开始出现，并且随发育时间增长逐渐增强。F732/F683值逐渐上升，这说明PSI捕光色素系统的发育较PSⅡ是延后的，而且它的发育必须有可见光照射条件下才能进行。 （4）叶绿素a/b值和吸收光谱测试结果表明，莲胚芽叶在萌发后的发育过程中，其叶绿体叶绿素a/b值由干莲胚芽叶叶绿体的0.9逐渐上升，到萌发十天时接近正常成熟叶绿体的水平，其叶绿体在红光区的吸收峰，叶绿素b相对于叶绿素a逐渐减弱。 （5）干莲胚芽叶萌发过程中，其叶绿体的活体室温荧光动力学测定结果表明，在萌发四天后，Fv开始出现，Fv/Fo值随照光萌发时间增长而逐渐提高。从H2O → DCIP的电子传递速率的测定结果也证明PSⅡ光化学活性的出现和增强过程。 我们的结果表明，干莲胚芽叶叶绿体在萌发后经历了一条和其它高等植物差异很大的发育途径，我们的结果也证实了LHCP与基粒形成有密切联系。

植物高赖氨酸蛋白质的分离和纯化及其N端序列核苷酸探针的合成

禾谷类作物水稻和小麦是人们的主要植物性食物来源．而这些作物种子蛋白质中人类不能合成的必需氨基酸含量不平衡，造成了优质蛋白质的缺乏和人体对蛋白质利用的极大浪费．大约有二分之一的谷类种子蛋白质和四分之一的大豆蛋白质不能被合理地利用。大多数禾本科作物包括水稻和小麦的种子蛋白质中第一限制性氨基酸是赖氨酸，纠正其不平衡现象可大大提商蛋白质的营养价值。本研究在高赖氨酸植物种的筛选、高赖氨酸种子储藏蛋白质的纯化及其基因的分离等方面开展了工作。 选用与禾本科亲缘关系较远的8个植物种为研究材料，它们分别属于榛科，十字花科、胡桃科、豆科、胡麻科和松科。氨基酸组分分析确定豆科和十字花科的三个植物种赖氨酸含量在5.5%以上，其中豆科植物四棱豆(Pso phocarpus tetragonolobus)种子全蛋白赖氨酸含量达7.9%．用5种提取液提取了四棱豆种子的清蛋白、球蛋白和全蛋白。经测定发现0.025M Tris.HCl(pH7.4)提取液提取的清蛋白赖氨酸含量高最．通过自然胶电泳，SDS-PAGB电泳，非变牲IEF和变性IEF／SDS双向电泳，对四棱豆种子清蛋白进行了定性研究。用变性IEF/ SDS双向电泳分析出60多种蛋白质和蛋白质亚基及多肽。研究中改进了等电聚焦电泳纯化蛋白质的方法，经处理的胶板显现出清晰的蛋白质带型，不需染色即可确定带的位置，从切下的胶条中洗脱的蛋白质，其纯度达到双向电泳纯和HPLC纯。用三种电溶方法(SDS-PAGE非变性IEF，变性IEF)纯化出三十一种蛋白质或多肽分子。分别进行了分子量确定和氨基酸组分分析，发现了一个赖氨酸含量高达11.4%的蛋白质，其分子量为18KD，并制备了该蛋白质的抗体，测定了18KD蛋白质N端30个氨基酸残基的顺序，根据这一顺序设计合成了一组17个核苷酸的基因探针．经鉴定单链DNA探针的纯度和总量达到了设计要求。用尿素法与CTAB法结合提取了四棱豆幼苗核基因组DNA，其分子量在50Kb以上，达到了构建GenormicDNA文库的要求．用bamHI EcoRI和HindⅢ三种酶切割提取的DNA，得到了分子量大小不同的片段。 对四棱豆种子蛋白质的定性、高赖氨酸蛋白质的纯化、18KD蛋白N端序列分析及寡核苷酸探针的合成以及GcnomicDNA的提取与酶切，尚未见有资料报道．这些工作为克隆高赖氨酸基因打下了良好的基础，对改良禾本科作物蛋白质品质意义深远．

光系统II反应中心D1/D2/Cyt b559复合物的光谱特性及其光破坏作用的研究

采用柱层析法从菠菜叶绿体中分离纯化得到高等植物光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心色素蛋白复合体Dl/D2/Cyt b559，并对其性质，特别是光破坏作用的分子机理进行了研究。主要结果如下： 1、PSⅡ反应中心复合物所含的色素比大约为Chla／2 Pheo a=6.0。其四阶导数光谱在红区有两个峰，表明该反应中心至少存在两种结合状态的Chla。 2、Dl/D2/Cyt b559复合物的荧光相对产率及发射光谱的谱带位置与样品的浓度直接相关。只有当样品的浓度达到足够稀的程度(Chla和Pheo a总浓度小于1μg／ml)，才能得到较真实的荧光光谱，其峰位在681nm处。 3、Dl/D2/Cyt b559复合物的CD光谱在红区（Qy带）有一对反向谱带，正蜂为680nm,负峰为660nm，而在β-胡萝卜素的吸收区没有明显的CD信号。当该反应中心复合物受光破坏后，CD信号明显下降，而且当正峰完全消失后，负峰仍然存在，说明负峰不仅包含P680 的信号，也包含其它色素分子的信号，很可能有部分来源于Pheo a。 4、Dl/D2/Cyt b559复合物在488nm处激发的共振拉曼光谱显示四个主要谱带，其峰位分别在1532(ν1)、1165(ν2)、1010(ν3)和970cm-1（ν4）处，表明PSⅡ反应中心结合的B-胡萝卜素分子是全反式构型。Dl/D2/Cyt b559复合物的色素抽提液的拉曼光谱也显示四个主要的拉曼峰，其中ν4谱带的强度急剧下降，说明PSⅡ反应中心内部结合的β-胡萝卜素分子与抽提液中自由的β-胡萝卜素分子的构象不同，而与光合细菌反应中心内部的类胡萝卜素分子的构象相似，其共轭多烯链的平面也处于扭曲状态。 5、光照使PSⅡ反应中心的原初电子供体P680受到破坏，在光照后的暗放置过程中P680分子继续受到破坏，表明在光照过程中很可能有一个相对稳定的反应中间体产生，以至于光照后暗放置过程中Dl/D2/Cyt b559复合物的光谱特性继续发生变化。也就是说，PSⅡ反应中心Dl/D2/Cyt b559复合物的光破坏不是一步反应，而是一个多步反应或多条途径。 6、光照使Dl/D2/Cyt b559复合物中的组氨酸(His)残基受到很大程度的破坏，甲硫氨酸(Met）残基的含量也略有下降，而其它氨基酸的含量基本保持不变。His残基的破坏很可能与光照后暗放置过程中Dl/D2/Cyt b559复合物的光谱特性变化相关。我们认为His残基的光照破坏很可能是Dl/D2/Cyt b559复合物受光照破坏的另一分子机理。 7、人工电子受体癸基质体醌(DPQ)可以与Dl/D2/Cyt b559复合物进行重组。Dl/D2/Cyt b559复合物的荧光衰减分析表明，在DPQ重组之后，两个长寿命荧光组分（24ns和73ns）的寿命减小，而且占整个荧光的分数也下降，表明这两个长寿命荧光衰减组分均来源于电荷重组过程。同时，β-胡萝卜素分子在DPQ重组之后更易于被光照破坏，这个过程可能与β-胡萝卜素分子的生理功能相关。 8、在没有外加人工电子受体的情况下，光照使DDl/D2/Cyt b559 复合物的多肽组成发生一定变化。SDS-PAGE图谱中出现一个约40KDa的新谱带，同时Dl与D2多肽的表观分子量增加，谱带染色强度下降。 9、本文根据以上实验结果，着重对Dl/D2/Cyt b559复合物光破坏的分子机理进行了分析和讨论，并在D1蛋白裂解的两种可能途经中又增加了一个新的可能导致Dl蛋白裂解的途径，即：His残基的光照破坏可以作为Dl/D2/Cyt b559复合物光破坏及Dl蛋白裂解的又一分子机理，这为深入研究PSⅡ反应中心的光破坏提供了新的线索，也为今后研究活体内光抑制现象的分子机制打下了良好的基础

高山植物唐古特红景天（Rhodiola algida Var.tangutica）抗冻蛋白的研究

抗冻蛋白（AFP）或热滞蛋白（THP）最早是从极区鱼和昆虫中发现的一类特殊蛋白质，其共同特性是能阻止体液内冰核的形成和生长，降低体液的冰点，使其冰点低于熔点（热滞效应）。近几年的研究表明，AFP在某些植物、细菌、真菌中也存在。生长在极端低温环境中的高山植物体内是否也存在AFP，据我们掌握的资料，还未见这方面的报道。为此，我们选择了青海高原海拔4000米高山生长的唐古特红景天为实验材料，并在这种植物中发现了抗冻蛋白。主要实验结果概括如下： 1. 唐古特红景天叶片有很强的抗冻性，可耐受-26.5 ℃的冰冻温胁迫。在北京地区夏季（7月）驯化20天后，半致死温度（LT_(50)）升高为-15.5 ℃。叶片质外体蛋白抽提液有明显的热滞效应（0.2 ℃），在AFP中存在糖基。SDS-PAGE分析表明，质外体AFP为分子量在43-85KD范围内的五条多肽。 2. 光镜组织化学切片显示，在红景天叶片中存在蛋白质量丰富的细胞;电镜细胞化学研究揭示，在细胞壁外层及细胞间隙中分布着明显的经钌红特异染色的糖蛋白，这种糖蛋白因环境温度升高而减少。结合前述的实验结果，确认这种细胞壁外层及细胞间隙中的糖蛋白，即抗冻蛋白。 3. 以唐古特红景天叶片为外植体，在MS+BA_2+NAA_(0.2)固体培养基上可诱导出黄绿色，松脆愈伤组织。愈伤组织细胞在同样成分的液体培养基中培养获得成功。在悬浮培养液中可检测到分泌蛋白的存在。经SDS-PAGE分析表明，经低温锻炼或ABA诱导后，细胞分泌蛋白的多肽谱带数增加。与此相对应的是，细胞的抗冻能力也明显提高。PAS染色揭示，多肽中均含有糖基。 4. 通过测定热滞值，确信细胞分泌蛋白是具有抗冻活性的糖蛋白。

光敏核不育水稻41 kDa和61 kDa蛋白质的发现、N-端序列分析及其雄性不育性状关系的探讨

光敏核不育水稻农垦58S是石明松于1973年在晚粳农垦58的大田中发现的雄性不育突变体，它在长日照下雄性不育可被用于与恢复系杂交生产杂种，而在短日照下雄性可育能用于自交繁殖，它的恢复系来源广泛。基于这些特性，育种学家用光敏核不育水稻建立的二系杂交水稻制种技术有很大的应用潜力。近十几年来，育种学家用农垦58S作基因供体转育了许多新的不育系，研究结果表明育成的粳型不育系均为光敏不育系，但在育成的籼型不育系中，绝大多数丧失光敏核不育特性，变成温敏不育系。目前因不知光敏核不育的分子遗传机制，尚不能解释这些问题。 本文用双向电泳技术分析了农垦58S和农垦58苗期和育性转换光敏感期叶绿体蛋白质的差异，在农垦58S中发现三个蛋白质(Pl，P2和P3)，其中Pl和P2在苗期和光敏感期叶片内均存在，P3仅在光敏感期的叶片中存在，它们不受长日照或短日照处理的影响。农垦58没有这三个蛋白质。 用制备型双向电泳纯化后，得到SDS - PAGE和IEF纯的Pl和P2。经SDS-PAGE和IEF测定，Pl的等电点是6.2，分子量是41 kDa;P2的等电点是5.8，分子量是61 kDa。现称Pl为P41，P2为P61。氨基酸序列分析和同源性检索发现P41与水稻叶绿体ATP合成酶p亚基和酵母转录因子CAD1有同源性，此外，P41的N-端序列中有一个与蛋白激酶催化核心中的多功能motif Y-G-X-G-X- (P/T)-G-V相似的序列;P61的14个氨基酸长的N-端序列与水稻叶绿体ATP合成酶β亚基的一致。P41和P61 N-端前12个氨基酸的序列也完全一致。 PCR扩增和Southern杂交分析没有发现农垦58S和农垦58之间ATP合成酶β亚基基因(atpB)的多态性。Nothern杂交分析表明农垦58S中仅有一种、与农垦58 atpB mRNA分子量相同的atpB转录产物，但它的atpB mRNA丰度明显低于农垦58的。没有检测到突变的atpB和其它形式的atpB转录产物。 分析P41和P61在其它水稻材料中的分布特点发现它们在粳型光敏不育系7001S、5088S、31301S、C407S和1647S，籼型光敏不育系W7415S和W9451S以及温（光）敏不育系培矮64S中存在，而在对照材料三系水稻马协A、珍汕97A、马协B、珍汕97B和明恢63以及常规粳稻C94153中不存在。根据这些不育系的系谱和它们与农垦58S之间基因的等位性研究结果，讨论了P41和P61与光敏核不育性的可能联系。

三个外周蛋白在PSII核心复合物上的作用及33KD蛋白的特性研究

本文第一部分以四种PSII核心复合物（PCC，- 1824PCC、一33U、- 33C）为材料，研究了18、24、33kD3个外周蛋白在PSII核心复合物上的功能，结果如下： 1．相继去除3个外周蛋白，导致PSII核心复合物放氧活性和DCIP光还原活性下降。外加适量电子供体DPC可使- 1824PCC、- 33U和- 33C的DCIP光还原活性得到完全恢复（- 1824PCC）和部分恢复（- 33U和- 33C）。如果再提高DPC用量，则- 33U和- 33C的DCIP光还原活性均可恢复到对照水平。说明去除3个外周蛋白后电子传递出现障碍，可能与电子传递链本身无关，而是由于水的光裂解出现障碍，水裂解酶无法裂解水分子以及向电子传递链输送电子的结果。 2．EPR信号分析证明，去除3个外周蛋白，Signal IIs暗稳定信号（D+）下降，信号特征改变。光照后，Signal IIf(Z+)信号明显增强。这说明，去除3个外周蛋白对电子供体Z和D有一定的影响。 3．金属Mn原子在PSII核心复合物上的作用比较复杂，从本实验结果可以看出，去除3个外周蛋白对Mn含量变化不是很明显。 4．用光谱法分析3个外周蛋白在PSII核心复合物上的功能，发现：a．去除3个外周蛋白后，PSII核心复合物的Chla/b不变。但从吸收光谱可以看出，PSII核心复合物光吸收下降，且蓝区和红区最高吸收峰均产生红移。四阶导数分析进一步表明，去除3个外周蛋白导致P680红移。b．荧光光谱表明，去除3个外周蛋白会导致PSII核心复合物荧光发射强度下降，但不影响荧光发射峰位。c．FTIR测定结果说明，去除3个外周蛋白可使PSII核心复合物的光吸收产生变化，还使PSII核心复合物的蛋白质二级结构出现变化，其a-螺旋下降，无序结构增多。d．CD光谱同样表明，去除3个外周蛋白后光谱吸收峰产生变化或者位移。e．拉曼光谱表明，去除3个外周蛋白会导致B-胡萝卜素光吸收下降。光谱分析说明，3个外周蛋白可能通过维持PSII核心复合物的正常功能结构而影响着PSII核心复合物内光能的吸收利用。 综合上述结果和有关报道，我们认为，去除3个外周蛋白导致天线色素吸收的光能传递至反应中心出现障碍，光吸收相对降低的原因，一方面可能3个外周蛋白起能量传递的中间媒介作用，去除它们将影响能量传递，另一方面还有可能去除3个外周蛋白后破坏了PSII核心复合物各组分在光合膜上有规则的排列，造成微环境变化，导致能量传递出现障碍，光吸收下降。 本文的第二部分以Urea和CaC12分别分离纯化得到的33kD蛋白为材料，研究了33kD蛋白特性，结果如下： 1．对两种方法分离得到的33kD蛋白进行SDS- PAGE分析，没有发现明显区别。吸收光谱法证明了这两种33kD蛋白在200- 320IⅡn之间都有两个吸收峰。四阶导数分析显示，这两个吸收峰分别由不同的几个小峰所贡献，在两种33kD蛋白中它们的峰位和吸收强度有所差别。荧光光谱分析显示，两种33kD蛋白的荧光发射峰位均为306nm左右。 2. 33kD蛋白对外界条件变化很敏感，随着溶液pH值降低，33kD蛋白吸收峰不断增强且红移;随着溶液温度不断升高，33kD蛋白吸收峰也不断增强且兰移。所以，缓冲液的pH值和温度变化对33kD蛋白的性质有影响。 3．对分离得到的33kD蛋白提取物进行透析（去除其中的CaC12和尿素），首次发现33kD蛋白出现降解现象。电泳分析证明，两种方法分离的33kD蛋白降解产物的多肽数目和多肽分子量均有差别。 4．用等电聚焦电泳法首次证明了用Urea分离的33kD蛋白不是纯蛋白，它是由若干等电点不同的小肽和33kD纯蛋白组成，33kD纯蛋白的等电点为pl—5.2。双向电泳更充分证明了用Urea分离的33kD蛋白结合有许多小肽，其分子量几乎与33kD纯蛋白一致，但等电点不同。

roIC基因和MT基因特性及其表达的研究

植物种子萌发、开花结实和衰老等一系列生长发育过程，都受到植物激素的影响。细胞分裂素作为重要的生长调节物质，对其传统生物化学和生理学特性的研究已积累子大量资料。随着分子生物学的发展，对植物激素的研究又进一步从单纯的生物学描述阶段深入到分子水平研究的阶段。尤其是近年来对来自病原微生物植物激素相关基因的研究，为揭示细胞分裂素的作用机理和细胸分裂素的水平调节机制的阐明开辟了新的途径。 根瘤农杆菌T-DNA上ipt、iaaM和iaaH基因和发根农杆菌的rol基因表达产物与植物激素的代谢有关。rolC基因是位于发根农杆菌T-DNA区的12号开放读框，编码细胞分裂素-β-葡萄糖苷酶，水解结合态细胞分裂素为自由态细胞分裂素。ipt基因编码异戊烯基转移酶，是细胞分裂素合成过程中的关键酶。 本文用PCR方法从发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）1601质粒中扩增 rolC基因，并构建CaMV 35S启动子驱动下的双元表达载体。以农杆菌介导的叶盘法，分别对野生型烟草（Nicotiana tabacum L. cv. W38）和已转入异戊烯基转移酶基因（ipt）的3F1和3F2烟草进行转达化。Southern blot和Northern Dot Blot分析表明，rolC基因已导入烟草植株，并具有转录活性。转基因烟草的形态特征与细胞分裂素过量表达的植株表现出的特征一致。 用ELISA方法测定转基因烟草植株中激素的含量，结果显示，单独转rolC基因烟草和同时转入rolC和ipt两个基因的烟草，细胞分裂素的水平有不同程度的提高。转基因烟草表现多芽、节间缩短、叶色深绿等现象。同时，转基因烟草内部发生生理变化，如总自由氨基酸、脯氨酸在正常情况下较对照减少，气孔延迟关闭。在干旱胁迫下，转基因烟草随水势的降低、总自由氨基酸和脯氨酸的变化与对照不同。转基因烟草在开始干旱阶段较对照的总自由氨基酸和脯氨酸含量低，随着干旱胁迫的加深，植物中自由氨基酸的含量增加，但转基因植物自由氨基酸的含量高峰值出现时间较对照推迟。干旱胁迫48小时后，恢复给水，转基因植物较对照易恢复正常生长状态，表明转细胞分裂素基因植物抗旱能力增强。另外，叶片总蛋白SDS-PAGE电泳分析表明，转基因植物蛋白质含量高于对照，某些蛋白组分所占比例也明显提高。 综上所述，转rolC和ipt基因烟草的形态和生理变化，是细胞分裂素过量表达引起植物体内激素失衡的结果。

不同基因型小麦（Triticum aestivum）京411与小偃54抗光氧化特性及其机理的比较研究

对两种不同基因型小麦京411（北京地区高产小麦品种）和小偃54（在生产上已应用二十年的优良品种）幼苗及旗叶光抑制特性进行了比较研究，着重探讨了它们抗光氧化的差异及其机理，主要结果如下： 1. 强光条件下，同京411相比小偃54能保持较高的光合色素含量和放氧速率。其DCPIP光还原活性也较高。 2. 光谱特性分析表明，强光胁迫下小偃54在红区及蓝区的特征性吸收峰及F683荧光发射峰下降的幅度明显小于京411相应峰位的下降。 3. 色素蛋白复合物分析表明，强光条件下，京411色素蛋白复合物中LHCII聚合体大量的解聚，而小偃54在强光条件下仍能保持较高比例的LHCII聚合体。这可能在一定的程度上有利于小偃54在强光下维持较强的激发能耗散的能力。 4. 多肽SDS-PAGE分析表明，强光对不同基因型小麦中同PSII光抑制敏感性有关的两个外周蛋白23kD和17kD的影响不同。光抑制明显地降低了京411的23kD和17kD的含量，而对于小偃54中这两个外周蛋白23kD和17kD的影响不大。强光条件下小偃54旗叶PSII颗粒中捕光色素蛋白27kD含量提高，而京411捕光色素蛋白27kD含量明显的下降。 5. 上述结果表明，西北地区的优良小麦品种小偃54同北京地区的高产品种京411相比更耐强光的胁迫，其抗光氧化的能力较强。 6. 进一步分析表明，同京411相比，小偃54抗光氧化的主要原因是其不仅含有较大的叶黄素循环的色素库，而且在强光下能维持高的VDE酶活性及高水平的叶黄素循环的脱环化水平。 7. 叶黄素循环色素在两个小麦品种类囊体膜色素蛋白复合体中的分布存在差异，抗光氧化的小偃54大部分的VAZ分布在PSII上，其中绝大部分集中在LHCII聚合体上。LHCII上VAZ的集中分布可能有利于在强光下对过多光能的耗散，减少过多激发能对PSII的损伤。 8. 类囊体膜流动性分析表明，叶黄素循环参与了对类囊体膜流动性的调整，对维持强光下抗光氧化品种小偃54的类囊体膜相对稳定起重要作用。 9. 依赖于叶黄素循环的热耗散是抗光氧化品种小偃54的一个主要的光保护途径。

小麦光系统I的分离纯化及其光合特性的研究

从不同基因型的小麦京411和小偃54中分离纯化了PSI颗粒并研究了PSI颗粒的一些光合特性： 1. 测定了两种基因型小麦PSI颗粒的室温吸收光谱、低温荧光光谱，并进行了SDS-PAGE多肽分析。吸收光谱显示了红区680nm和蓝区439nm的两个最大吸收峰，低温荧光光谱显示了PSI特征的位于735nm左右的发射峰，同时SDS-PAGE也显示我们的制备物包括PsaA、PsaB、LHCI以及一些其它小分子量蛋白亚基。这些都表明我们从不同基因型小麦中获得了比较理想的PSI颗粒制备物。 2. 测定了京411类囊体膜和PSI颗粒的脂类组成和脂肪酸成分，发现PSI颗粒中也存在着类囊体膜中的五种膜脂，即：MGDG、DGDG、PG、SQDG、PC，但PSI颗粒的MGDG含量比类囊体膜高，而DGDG含量较类囊体低。PSI颗粒和类囊体膜的脂肪酸组成也有差异。 3. 运用光谱学手段，研究两种基因型小麦PSI颗粒光破坏过程的异同。发现在经过强光破坏后，两种小麦PSI颗粒都发生叶绿素漂白现象，在各种状态叶绿素中，683nm状态的Chl a对强光最为敏感，受到光破坏的程度最大，而649nm Chl b和667nm Chl a分子变化较小。结合吸收光谱和低温荧光光谱我们提出了PSI中可能存在的能量传递途径。比较两种小麦PSI颗粒光破坏在低温荧光光谱上的不同，我们初步认为，小偃54可能通过将能量较多地分配给予长波长Chl而一定程度的避免过多能量向P700反应中心传递，从而起到对P700的保护作用。 4. 研究了不同表面活性剂SDS和Triton X-100对PSI颗粒色素结合状态和能量传递的影响。发现表面活性剂对色素状态和PSI中的能量传递都有很大的影响。并且Triton X-100的作用较SDS强烈。紫外荧光显示PSI蛋白结构也发生了显著变化。

莲（Nelumbo nucifera Gaertn.）胚芽的光合特性及其暗萌发过程中的光合系统建成

被子植物成熟的种子一般不合有叶绿素，但是莲（Nelumbo nucifera Gaertn.）的胚芽却具有鲜明的绿色，本文较详细地研究了莲胚芽不同于一般被子植物叶组织的色素和光台系统组成，并通过对莲胚芽成熟发育过程中的叶绿素合成和光合系统发育进行分析，探讨了莲胚芽光合特性形成的原因，最后对莲胚芽在黑暗中萌发能发育并建成光合系统的现象进行了研究，主要的结果如下： 1，莲胚芽不仅含有叶绿素和光合系统，而且其色素和光台系统组成均与莲叶以及其它被子植物的叶组织不同。莲胚芽的Chla/b值约为0.8左右，远远低于正常高等植物的Chla/b值(～3)：莲胚芽的色素组成中不含有β-胡萝卜素;莲胚芽的光合系统没有电子传递活性，快速荧光动力学测定结果表明莲胚芽只有较高的固定荧光F。没有可变荧光Fv;原位低温荧光光谱检测表明莲胚芽只在679nm处有一个荧光发射主峰，没有正常的PSII和PSI荧光发射峰(683nm、692nm和730nm);部分变性的叶绿素蛋白复合物凝胶电泳分析结果表明莲胚芽叶绿体类囊体膜上只存在LHCII 一种叶绿素蛋白复合物（其中单体和二聚体形式的LHCII均有发现）;Western Blots检测结果表明莲胚芽的LHCII组成比较单一，同时确证了莲胚芽不含有PSI的核心和天线蛋白组分。莲胚芽LHCII和莲叶LHCII在SDS-PAGE图谱上迁移距离相同，但是光谱分析表明二者不仅在Chla、Chlb的相对含量上不同，而且在叶绿素分子与蛋白的结合状态上也存在差异，这些差异主要是由一部分Chla分子造成的，Chlb分子在二者中的结合状态则比较～致。 2，对莲胚芽成熟过程中的光合系统发育进行研究，结果表明这个过程可以分为建成期（0-20天）、稳定期（20-30天）和降解期（30—40天）三个阶段。在建成期和稳定期内，莲胚芽外面的包被物可能不是完全遮光的，所以莲胚芽能感受到环境光信号，其叶绿素合成已经光合系统建成集中在此阶段内进行：在莲’胚芽成熟后期，莲胚芽外面的包被组织开始木质化，光信号无法再穿透它们，莲胚芽的光合系统发育进入降解期，叶绿素合成停止，己建成的光合系统开始降解，到莲胚芽成熟时，除LHCIl外，光合系统其余的叶绿素蛋白复合物都被降解了，所以莲胚芽具有不同于一般祓子植物叶组织的色素和光合系统组成。对莲胚芽的成熟发育过程进行遮光处理，结果发现遮光发育的莲胚芽发生明显黄化，这表明莲胚芽的叶绿素合成也离不开光照，在莲总基因组中检测不到编码DPOR的三个基因的同源序列，确证了莲胚芽不具有在黑暗中合成叶绿素的能力。 3，在黑暗中萌发生长的莲胚芽能够在相当长的时间内保持其叶绿素稳定，特别是Chla的含量在暗生长10天以内基本没有变化;原位低温荧光光谱检测表明暗萌发过程中莲苗有PSII和PSI的荧光发射峰形成，暗生长10天左右的莲苗具有比较明显的光合系统荧光发射峰，但是与自然光照下的发育过程相比，暗萌发莲苗的光合系统荧光发射峰出现较慢，而且PSI的荧光发射相对较弱;暗萌发莲苗在转绿以及冻融过程中的原位低温荧光光谱变化表明莲苗在黑暗中建成的光合系统不完善并且不稳定;对莲胚芽、暗萌发莲苗以及莲叶的叶绿体吸收光谱进行比较，结果显示暗萌发莲苗的叶绿体发育阶段介于莲胚芽和莲叶之间;叶绿素蛋白复合物凝胶电泳分离，SDS-PAGE，Western Blots免疫检测、以及叶绿素荧光诱导动力学结果均确证暗萌发莲苗有光合系统的发育，特别是PSI的出现;对暗萌发莲苗的光化学活性进行分析，结果表明暗中建成的PSII和PSI均具有电子传递活性：但是放氧复合物的发育不完全，对莲胚芽暗萌发过程光合系统建成的原因进行分析，推测叶绿素可能起了至关重要的作用，光对于莲胚芽萌发过程中的光合系统发育来说可能并不是必需的。

新型光系统II电子传递抑制剂的抑制特性及作用位点的研究

本文由两部分组成，一部分是关于一组新型除草剂(K-15，K-23)的抑制特性及作用位点的研究;另一部分是关于碳酸氢盐对细胞色素b-559高电势的保护作用的研究。 在第一部分，我们首先研究了抑制剂K-23对Psn放氧活性、DCIP光还原和可变荧光等光合特性的影响。研究发现，K-23在低浓度时刺激放氧活性，而在相对高浓度时抑制放氧活性。但是，K-23在低浓度时却有效地抑制了可变荧光。这些数据表明了新型抑制剂的抑制反应是基于氧化还原作用而不是猝灭作用。此外，通过采用胰蛋白酶消化类囊体膜的方式初步检测了新型抑制剂的作用部位，其结果表明：虽然新型抑制剂抑制受体侧电子传递，但它的抑制部位与DCMU不同。 其次，研究了新型抑制剂对光系统II色素蛋白复合体与多肽组分的影响及抑制剂的键合蛋白。应用SDS-PAGE技术，发现新型抑制剂主要作用于光系统II的反应中心蛋白。用温和的Deriphat-PAGE分析也证实了新型抑制剂作用于核心复合物，导致核心复合物二聚体消失。 进一步用SDS-PAGE分析新型抑制剂对Psn多肽组分的影响，发现新型抑制剂主要影响D．、D2、CP43和CP47。用荧光发射的方法确定了K-15键合在D2蛋白上。 最后，结合荧光动力学和HPLC方法，分别从定性和定量的角度，以核心复合物以及抑制剂存在下从BBY中分离的核心复合物为研究对象，详细研究了抑制剂对QA的取代作用。研究发现，在无去垢剂或低浓度去垢剂存在情况下，由于不能创造出适合于QA存在的疏水环境，我们没有得到QA被K-15取代的实验证据。而在抑制剂K-15存在下，用2.2% HTG从BBY分离的核心复合物的实验中，检测不到正的可变荧光Fv，而是得到了降低的FM，这个结果表明QA已被抑制剂在它的作用位点处所取代。 在第二部分，研究了pH5.0—7.0范围内碳酸氢盐对Cyt b-559氧化还原状态转变的影响。首先研究了pH5.0～7.0条件下碳酸氢盐对PSII Cyt b-559还原减氧化差异吸收光谱的影响，发现铁氰化钾还原的PSII Cyt b-559 HP的含量随介质pH值的降低而减少。然而，碳酸氢盐的加入阻止了由于介质pH降低而引起的Cyt b-559由高电势向低电势的转化。比如，当样品温育在pH5.0的介质中，铁氰化钾还原的Cyt b-559 HP含量占总量的25%-30%，当介质中加入2mmol/L碳酸氢盐后Cyt b-559 HP的含量上升，占总量的50%-56%。碳酸氢盐效应对氢醌还原的Cyt b-559HP含量的影响尤为显著。pH6.5时碳酸氢盐对Cyt b-559的还原氧化状态的影响不显著。其次，分别研究了PSII经Tris处理去除锰簇和三个外周蛋白及NH20H处理去除锰簇和17 kDa和23 kDa后，碳酸氢盐对Cytb一559 HP影响的pH依赖值，发现不论在pH5.0还是pH6.5的介质中碳酸氢盐效应都不存在。 综合以上实验结果，我们认为碳酸氢盐对酸化引起的Cyt b-559氧化还原状态的影响与它和锰的作用有关，但也不能排除钙离子与碳酸氢盐之间的协同作用。

水稻菠菜紫黄质脱环氧化酶基因的克隆遗传转化及其特性的研究

自发现叶黄素循环具有热耗散的作用后它被引起广泛的关注目前普遍认为叶黄素循环的色素定位于天线色素蛋白复合体上在跨膜质子梯度pH形成后玉米黄质Z和环氧玉米黄质A能够从叶绿素中吸收过多的激发能并以热能的形式耗散到体外从而保护光合器官免受强光的破坏紫黄质脱环氧化酶VDE是叶黄素循环的关键酶在较低的pH条件下它能在数分钟内将紫黄质V转变为Z和A本论文从水稻和菠菜中克隆了编码VDE酶的基因并通过转基因植物进一步研究了叶黄素循环在热耗散方面的作用主要获得了以下结果 首次从两个水稻亚种籼稻和粳稻中克隆了Rvde基因分别命名为iRvde和jRvde的全长cDNA序列分别长1647bp和1887bp两者开放阅读框的同源性为98%与其它已知vde基因的同源性在60以上推导两者均编码446个氨基酸其中转运肽序列长98个氨基酸两者成熟蛋白的氨基酸序列完全相同与已知VDE成熟蛋白的同源性在75%以上其中与小麦的同源性最高达87.4 通过PCR扩增获得了Rvde基因的核基因组DNA序列在它们的编码区中含有4个内含子其长度在jRvde中分别为105bp327bp81bp和69bp而iRvde基因的第2个内含子长425bp与jRvde的第2个内含子差别较大内含子的AT含量为6063%其两端为典型的GT/AG结构 构建了Rvde基因的原核表达载体pET-Rvde在0.4mmol/L IPTG的诱导下该基因能在大肠杆菌BL21(DE3)中大量表达SDS-PAGE和Western杂交表明表达蛋白的分子量约为 43 kDa随着IPTG诱导时间的延长蛋白量逐渐增加诱导4h后它占大肠杆菌总蛋白的25左右吸收光谱差值A502-540随反应的进行逐渐增大反应体系总色素的HPLC分析表明V逐渐降低而Z刚好相反说明表达的蛋白具有与活体VDE酶相同的功能能在体外将V转变为A和Z 从菠菜中克隆了Svde基因并构建了该基因的反义抑制植物表达载体pCB-antiSvde用根癌农杆菌介导法转化烟草获得了大量的转基因植株再生的愈伤组织经GUS染色后呈蓝色PCR扩增潮霉素抗性基因hpt和Svde基因结果显示在转基因植株T0和T1代中都分别扩增出1.0 kb和1.4 kb的目的片段而在未转化的对照植株中没有扩增转基因植株的T0代种子在潮霉素培养基上的萌发数与未萌发数的比值为3:1符合单基因的孟德尔分离规律从T1代转基因植株中筛选出抑制程度较强的一个株系A29Southern杂交结果表明外源Svde基因已整合到烟草的基因组中并且只有一个插入位点通过冻融法从该植株的类囊体中提取VDE酶其酶活性为3.2是对照植株的45.7表明VDE酶受到了抑制荧光动力学及HPLC测定结果显示强光处理后在转基因植株中Z和A的形成较少非光化学淬灭NPQ值较对照低Fv/Fm的下降较对照快表明转基因植株的热耗散能力下降进而说明叶黄素循环具有热耗散的功能 同时还建立了根癌农杆菌介导的水稻遗传转化体系并初步作了转化Svde基因的试验另外还建立了一种适合于筛选转基因植株的DNA微量提取法此方法操作快捷方便一个人在一天内能制备50多个样品100mg的植物鲜样平均可获得40µg的DNA提取的DNA可直接用于PCR反应酶切分析及Southern分析

假根羽藻不同聚集态捕光色素蛋白复合物（LHC II）的纯化与功能分析

应用温和、非变性的液相色谱层析技术以及蔗糖密度梯度分级分离技术，从假根羽藻类囊体膜直接分离、纯化出5种不同聚集态的光系统II捕光色素蛋白复合物(LHC II)，即LHC II单体、同质三聚体、异质三聚体、寡聚体l和寡聚体2。这种分离、纯化LHC II的方法与传统的等电聚焦(IEF)电泳分离方法相比，具有蛋白质提取条件温和，纯化的蛋白质样品纯度高且数量大等优点，为进一步研究LHC II分子的晶体结构和功能创造了有利的条件。 SDS-PAGE电泳分析和MALDI-TOF质谱分析结果表明，纯化得到的LHC II单体和同质三聚体都具有一种分子量为24.3 kDa的脱辅基蛋白质，而异质三聚体和两种寡聚体除含有这个脱辅基蛋白外，还含有另一种分子量为23 kDa的脱辅基蛋白。 采用室温吸收光谱、低温荧光光谱及园二色(CD)光谱技术对LHC II单体、同质三聚体、异质三聚体、寡聚体l和寡聚体2内的叶绿素组成以及叶绿索之间的能量传递特性进行分析研究表明，在同一条组成LHC II的脱辅基蛋白多肽链上结合着Chl a二聚体，二聚体内的两个Chl a分子之间存在偶极子相互作用。在这5种LHC II亚复合物中均具有Chl a-Chl a相Chl biChl a→ Chl a能量传递途径，其中同质三聚体表现出最高的能量传递效率，而寡聚体的传能效率大大低于单体和三聚体，同时出现Chl a的淬灭现象。当LHC II脱辅基蛋白质高度聚集形成寡聚体时，其蛋白质上结合的Chlb大量减少，引起这两种寡聚体吸能和传能能力的急剧下降。 LHC II单体、同质三聚体、异质三聚体、寡聚体1和寡聚体2的二级结构数据表明，自由堆积的脱辅基蛋白的二级结构以8．折叠构象为主，当LHC II蛋白质有序聚集形成三聚体时，可能每条蛋白质多肽链上的叶绿素结合区域形成两个跨膜a-螺旋，对称排列在脂双层膜内，而非叶绿素结合区则形成一条跨膜a-螺旋。当LHC II蛋白质高度聚集形成寡聚体 时，LHC II蛋白质的二级结构似乎对其上结合着的叶绿素的影响不大，而LHC II寡聚体内蛋白质的高密度聚集引起的更高级的蛋白质相互之间的空间结构可能对叶绿素的影响起主要作用，特别是破坏Chlb结合位点。 依据上述的实验结果推测在类囊体膜内，LHC II可能通过其脱辅基蛋白聚集形式的转换，调控其光能吸收和激发能传递的过程和效率。

高温和光照对光系统I结构与功能的影响

光合膜上包含有捕光并将光能转化为化学能所必需的四类跨膜蛋白复合体，即PSII、PSI、Cytb6f和ATP合成酶，其中PSI利用吸收的光能诱导电子从膜内侧的PC传递至相对一侧的铁氧还蛋白，被还原的铁氧还蛋白在FNR（Fd-NADP+氧化还原酶）的作用下生成NADPH，因此关于PSI的研究是光合作用研究领域中的重大问题。为了进一步阐明PSI的结构和功能，本论文分别研究了热对PSI的影响和光诱导的PSI核心复合物（CPI）的积累过程： 1.以菠菜PSI颗粒为材料研究了热处理对PSI复合物的降解和失活作用; 2.以衣藻叶绿素暗合成突变体y-1为材料研究了类囊体膜形成过程（即光诱导的转绿过程）中PSI中CPI的变化。另外，由于膜脂在光合作用中具有重要的功能，本论文还研究了y-1突变体转绿过程中光合膜脂、脂肪酸的变化。 一．应用光谱学、氧电极和变性电泳等技术研究了高温(25oC~80oC)对PSI结构和功能的影响，主要结果如下： 1． 在热处理过程中，683nm组分（主要归属于LHCI）的吸收峰强度有显著的下降并发生峰位蓝移现象，显示该组分对热处理最敏感，首先遭到破坏。 2． 77K荧光显示随着处理温度的升高，728 nm处的峰强和峰位均发生了明显的变化，F728-F720和F680的比率下降，说明热处理抑制了LHCI 680向LHCI 730以及反应中心的能量传递。 3． SDS-PAGE显示PSI核心蛋白PsaA/B亚基以及LHCI亚基在热处理情况下发生了不同程度的降解和聚合。为了能够显著地观察到热处理对PSI多肽降解的影响，实验采用了更高的温度处理方法，结果显示，90oC、100oC时PsaA/B亚基完全降解，而LHCI亚基仍有少量存在，说明PSI核心蛋白PsaA/B比LHCI亚基具有更高的热敏感性。 4． 推测热处理情况下可能发生的机制是，捕光天线首先从PSI反应中心分离，随后发生了反应中心光化学反应的抑制，直至最后多肽的严重降解。 5． 利用红外光谱技术（FT-IR）对PSI蛋白二级结构的研究显示，PSI颗粒在60oC以上时发生了明显的蛋白构象变化,且随着温度的升高蛋白构象的变化越来越大，表明PSI蛋白具有较高的热稳定性和热变性温度，PSI蛋白酰胺I带(1700~1600 cm-1)二级结构的解析表明热处理过程中二级结构的主要变化是α-helical的下降和β-sheet的增加。 6． 利用CD光谱技术研究了热处理对PSI色素微环境的影响，结果表明热处理破坏了PSI色素蛋白复合物中色素的蛋白微环境，归属于LHCI的Chlb（645 nm处组分）在较低的温度处理条件下(25~60oC)蛋白微环境即发生破坏;随着处理温度的升高（70和80 oC），478 nm处（主要归属于LHCI的Chlb）和498 nm（归属于类胡萝卜素）处的CD信号强度快速下降，说明在高温条件下LHCI比核心复合物更敏感。 7． 研究发现，PSI的摄氧活性随着处理温度的升高而显著下降，70oC时几乎完全失去摄氧能力，表明70oC时PSI复合物受到了严重的破坏，这可能是由于热处理过程中色素的蛋白微环境以及蛋白结构尤其是PSI核心蛋白PsaA/B中跨膜α-helix的构象发生了严重的变化。 二．主要运用温和电泳和蛋白印迹技术检测了暗培养4天(脱绿)的y-1突变体在光照诱发的转绿过程中PSI的核心色素蛋白复合物（CPI）及其叶绿素脱辅基蛋白PsaA/B的变化。 1． 暗培养4天的衣藻脱绿细胞中，PSI的主要色素蛋白复合物-CPI完全缺失，然而核心多肽PsaA/B仍有一定量的积累，同时检测不到P700的含量。 2． 当脱绿的y-1细胞转移至光照下时，伴随着叶绿素的合成，色素蛋白复合物CPI和PsaA/B脱辅基蛋白的合成也逐渐达到正常水平，说明叶绿素和PsaA/B蛋白进行组装并形成了具有功能的PSI反应中心,P700含量也得到了恢复。 3． 实验证明了光照是形成光合系统色素蛋白复合物的重要前提。同时发现，叶绿体基因编码的PSI核心多肽PsaA/B能够在暗条件下合成。而根据资料(Berends et al.,1987)报道，在豌豆、大麦的黄化体中不能合成PsaA/B蛋白，这可能是由于在脱绿的y-1细胞中叶绿体仍然具有相对完整的大小和形状，而在叶绿体的被膜上定位着多种与光合作用相关的酶系统。 三. 利用薄层层析及气相色谱分析技术对转绿期间y-1突变体光合膜脂和脂肪酸组成的含量变化进行了分析。结果表明： 1． 光照能够促进各种脂的积累并影响脂的组成，同时有利于脂肪酸脱饱和酶的激活。MGDG中脂肪酸不饱和程度明显升高，表现为16:0及18:1的下降，以及16:4，18：2和18:3（9，12，15）等的升高，说明光照促进了MGDG sn-2位的16:0脱饱和为16:4以及sn-1位的18：1脱饱和为18:3，也说明MGDG是脂肪酸脱饱和的重要底物。 2． 已有的资料（Ohnishi和Yamada，1980;1983）指出PG及其sn-2位的16:1（3t）的合成是光依赖的，而本实验中，在衣藻的黄化细胞中含有相当量的PG及其特有的16:1（3t）（22.80%），且转绿过程中变化并不十分显著。这可能是由于黄化的y-1细胞中叶绿体的形状并没有发生很大变化，说明叶绿体被膜上的相应酶系统才是PG合成的必需因素。 3． 相比于脱绿的y-1细胞，光照12小时后，各种脂中18：2的百分含量有显著的增加，这来源于18：2是脂肪酸脱饱和的重要中间产物。

假根羽藻细胞色素b6f蛋白复合体中α-胡萝卜素的结构与功能

细胞色素b6f蛋白复合体（Cyt b6f）是光合链中连接两个光系统（PSII 和PSI）的中间电子载体蛋白复合物，其主要的生理功能是催化电子传递和质子跨膜转移，形成跨膜质子电化学梯度，为ATP的合成提供能量，在光合作用光能转化过程中占有很重要的地位。细菌和莱茵衣藻Cyt b6f的晶体结构已于2003年底获得了近原子水平的解析，但有关该复合物中两种色素（Chl a和β-Car）的生理功能及其机理尚无明确的解释。预计它们将成为今后几年的研究热点,因为揭示Cyt b6f蛋白复合体中Chl a和β-Car分子的生理功能对于进一步阐明光合作用高效转能及其调控的分子机理具十分重要的意义。鉴于目前尚未见到海洋绿藻Cyt b6f的报道，本文以海洋绿藻—假根羽藻（Bryopsis corticulans）类囊体膜上的Cyt b6f蛋白复合体为对象，对其中的类胡萝卜素的分子结构与生理功能进行了比较系统地研究。 首先，我们改进了原用于菠菜类囊体膜Cyt b6f的分离、纯化流程，在原流程的基础上增加了一次2 mol/L NaBr洗膜，彻底地去除了膜表面的杂蛋白;还调整了第二次硫酸铵分级沉淀时的饱和度，并将38-45%饱和度下的沉淀物确定为需要收集的Cyt b6f制剂。采用此改进的流程，我们首次从假根羽藻类囊体膜中分离纯化了高活性、高纯度的Cyt b6f制剂。SDS-PAGE分析的结果显示该制剂的4个多肽亚基 （Cytf 、Cyt b6 、Rieske[Fe-s]及亚基IV）的表观分子量分别为34.8、24.0、18.7和16.7 kD;Cyt b6 / f 比值接近2.0， 其纯度值为9.9 nmol cyt f/mg;其催化电子传递的活性 （C10-PQH2→PC）为73 e/s。HPLC 和共振拉曼光谱分析表明，假根羽藻Cyt b6f中的类胡萝卜素为α-胡萝卜素分子，它是一种在Cyt b6f中尚未报道过的类胡萝卜素。定量分析表明，每个假根羽藻Cyt b6f单体中全反式(all-trans)和9顺式（9-cis）α-胡萝卜素的含量分别为0.2和0.7个分子，另外还含有1.2分子的Chl a。CD光谱分析表明该9-cis-α-胡萝卜素处在一个不对称的蛋白环境中。TLC分析表明该制剂是一种缺脂的Cyt b6f蛋白复合体。 采用稳态荧光激发光谱，时间分辨吸收光谱及Chl a的光破坏实验对假根羽藻Cyt b6f中α-胡萝卜素的功能进行了研究。结果表明，Cyt b6f中α-胡萝卜素可以将它吸收的光能传递给Chl a，其能量传递效率为62.4%，提出α-胡萝卜素分子与Chl a分子之间的单线态能量传递是遵从Föster 机制进行的;α-胡萝卜素分子对Chl a分子有一定的光保护作用，这种保护作用是通过清除单线态氧来实现的。另外还发现Cyt b6f中的Chl a分子可能与其周围的氨基酸残基存在相互作用，认为这是其进行自我光保护的一种方式。 此外，还采用HPLC研究了光和暗交替对假根羽藻Cyt b6f中α-胡萝卜素构型的影响，并对假根羽藻Cyt b6f选择结合α-胡萝卜素的原因进行了初步的分析。