重金属离子镉对高等植物叶绿体光系统Ⅱ的影响的研究

本文研究了重金属离子Cd++、Pb++、Cu++、Zn++对高等植物（菠菜）离体叶绿体两个光系统光合电子传递功能的影响，以Cd++为代表重点研究了它对光系统II（PSII）的影响，首重讨论了Cd++在PSII的作用部位及作用方式。 Cd++、Pb++、Cu++、Zn++对高等植物叶绿体光合电子传递具有抑制作用，其中对PSII电子传递的抑制作用更为显著。PSII制剂的放氧活性比叶绿体的放氧活性对Cd++的毒害作用更加敏感。不同浓度的Cd++处理后，叶绿体全电子链的电子传递活性比放氧活性的降低速率快。这暗示着PSII氧化侧不是Cd++唯一的作用部位，在PSII电子传递链上还存在一个对Cd~(++)敏感的部位。 Cd++使叶绿体和PSII制剂的DCIP光还原活性降低;可变光受到抑制。加入PSII人工电子供体DPC仅使被抑制的DCIP光还原活性稍有恢复;而加入NH2OH对被抑制的可变荧光无影响。因此我们认为Ca++除了作用于PSII氧化侧外，还直接作用于PSII反应中心。这与Bazzaz和Govindje等提出的Cd++仅作用于PSII氧化侧的观点不同。我们认为可能是Cd++改变了叶绿体或PSII制剂类囊体膜的构型或内环境，使较多的PSII反应中心不易被光活化或使其钝化的缘故。 低温（-196℃）荧光发射光谱表明，Cd++使叶绿体的F686/F736及 F696/F736比值降低。另外，Cd++还可使叶绿体和PSII制剂的低温（-196℃）荧光激发光谱的F480/F436比值下降，使叶绿体表观吸收光谱变平。 温和的SDS-PAGE分析表明，Cd++处理后，叶绿体类囊体膜与PSII制剂类囊体膜中色素蛋白复合物LHC-II的部分寡聚体解聚成单聚体，叶绿体中LHC-II总量减少。进一步用梯度胶分析叶绿体类囊体膜的多肽组成。发现Cd++使属于LHC-II的多肽减少。表明Cd++引起了LHC-II的重新分配或它本身的解离。通过比较Cd++与Mg++对PSII活性的不同影响，我们认为Cd++使激发能不利于向PSII分配，从而破坏了两个光系统的协调合作。这或许是导致PSII电子传递活性显著降低的因素之一。