外源ABA对玉米幼苗光抑制的调节

玉米幼苗经外源脱落酸(ABA)处理后，其生长与光合作用，如株高、干物质积累、净光合速率(Pn)、光合作用的量子效率(фC02)和羧化效率(CE)，以及光系统II (PSII)实际光化学效率(фPSII)等受到抑制，且该抑制程度与处理ABA的浓度呈相关性。PSII最大光化学活性(Fv/Fm)变化表明，以10和25μmol L-I ABA处理玉米幼苗7天，可明显提高其抗光抑制能力，而50μmol L-1ABA处理的玉米幼苗在相同条件下的抗光抑制能力下降。进一步以25μmol L-lABA处理玉米幼苗来研究，结果表明ABA处理可减缓强光下玉米叶片Pn、CE、фPS II和叶片吸收光能光化学猝灭(qP)的下降，同时增强叶片吸收光能的非光化学猝灭(NPQ)。另外，叶绿素荧光非光化学猝灭的中间组分(qm)增强，光抑制后Fv/Fm的恢复能力提高，这表明ABA处理高提高了强光下玉米幼苗的光系统状态转换能力和Psn循环修复作用。除此之外，ABA处理后玉米幼苗的叶黄素循环类色素，如紫黄质(V)、环氧玉米黄质(A)和玉米黄质(Z)的含量增加，叶黄素循环库(V+A+Z)增大，说明依赖于叶黄素循环的热耗散在ABA处理玉米幼苗中得到加强。另外，ABA处理幼苗在强光下保持较高фPsII／Pn活性，以及叶片抗氧化酶活性提高，如超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)，抗氧化物含量增加，如抗坏血酸(AsA)、脱氢抗坏血酸(DHAsA)、还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSH)，这说明ABA诱导Mehler-peroxidase反应的增强在提高玉米幼苗抗光抑制能力中也发挥重要作用。 玉米叶片光系统I和光系统II在相同强度(300μmolm-2 S-l)的红光（655nm）和远红光（700-770 nm）共同照射下，光系统I(PSI)和光系统II(PSII)吸收光能基本平衡，叶片光合作用处于状态1，此时Psn保持较高的光适应下最大荧光( Fml)。关闭远红光，使叶片只处在红光照射下，则会引起光下PSII最大荧光( Frri2)的降低。关闭远红光约20nun后，光下下降的Psn最大荧光基本达到稳定，叶片光合作用处于状态2。这种在状态l向状态2的转换过程中所发生的PSII最大荧光下降不受DTT（叶黄素循环抑制剂）的影响，且整个过程中PsII最大光化学效率( Fv/Fm)保持不变，而光下PSII初始荧光(F0')在前20min内迅速降低。另外，在PSII吸收的红光照射下，玉米叶片吸收光向PSII分配的量(B)不断减少，与此同时，吸收光能向PSI分配的量(a)不断增多。ABA预处理玉米幼苗7天，可进一步加强红光下PSII最大荧光(Fm2)的降低，使荧光参数Fm1/Fm2—1增大，而使β／α-1降低。另外，ABA处理较对照幼苗在红光下呈现更高的荧光非光化学猝灭中间组分(qm)。在引入叶绿体蛋白激酶抑制剂NEM的情况下，ABA处理与对照玉米叶片在红光下所表现的qm差异则消失。从状态1向状态2的转换过程中，ABA处理引起玉米叶片77K低温荧光F684/F732的下降幅度显著加大。以上结果说明ABA处理可提高玉米幼苗光合作用的状态转换能力。 用的25μmol L-l ABA对玉米幼苗进行长时间（根系浇灌7天，LT）和短时间（实验前一天晚上叶面喷施1次，ST）处理，研究叶片C02同化、PsII化学活性，以及叶黄素循环的变化。结果表明在非光抑制状态下，LT与ST对玉米叶片光化学活性( Fv/Fm)及叶片羧化效率(CE)没有明显影响，但二者都引起叶片净光合速率(Pn)与气孔导度(Gs)下降。LT处理增大玉米叶片叶黄素循环库，而ST处理对该库大小没有影响。1500μmol m-2 s-1强光可明显引起玉米幼苗叶片Fv/Fm降低，但与对照幼苗相比，LT处理能显著减缓Fv/Fm降低。经60min强光照射后，ST与对照在Fv/Fm、фPS II、Pn和CE等参数上没有明显差异，但这些参数在LT处理的玉米幼苗中仍保持较高水平。LT处理幼苗叶黄素循环类色素含量及非光化学荧光猝灭(NPQ)都显著高于对照，膜脂过氧化产物MDA含量比对照低。而ST处理与对照在叶黄素循环类色素含量、NPQ和MDA含量等方面没有明显差异。以上结果说明ST处理对玉米幼苗光抑制没有明显影响，而LT处理可增强玉米幼苗抗光抑制能力，这可能与ABA处理使玉米幼苗在强光下维持较高的C02同化作用，以及其诱导叶片叶黄素循环增大有关。

甜菜碱提高植物光合作用对逆境抗性机理的研究

从菠菜中克隆甜菜碱醛脱氢酶( betaine aldehyde dehydrogenase，BADH)基因并转化烟草， 研究转基因烟草光合作用对高温和盐胁迫等环境胁迫的抗性机理，利用外源甜菜碱研究在正常条件下对植物光合作用的影响以及在盐胁迫下外源甜菜碱对玉米幼曲光合作刚的保护机理。主要结果如下： 转BADH基因烟草中能合成甘氨酸甜菜碱，合成的甜菜碱主要积累于叶绿体中。转BADH 基因烟草提高了对高温胁迫的抗性，在中度高温胁迫下，转基冈烟草生长利光合作用对高温 的抗性增强。中度高温胁迫下，转基冈烟草光合作用的维持是由于甜菜碱对Rubisco活化酶的保护作用。在中度高温胁迫下甜菜碱通过维持Rubisco活化酶的活化态以及阻止Rubisco 活化酶山可溶性问质向类囊体的聚集，从而维持了Rubisco活化酶的活性，进而维持了C02 的同化。在严重高温胁迫下，烟草光系统II受到影响，转BADH基冈烟草通过提高体内抗氧化酶系统的功能，减轻了高温胁迫对光合机构造成的活性氧伤害，高温胁迫下转基因烟草体内抗氧化酶如SOD、APX、GR等酶活性明显高于野生型。在高温胁迫下，证明了甜菜碱对光系统II的保护作用主要在氧化侧，严重高温胁迫下，转基因烟草维持较高的PSII活性。 转BADH基因烟草提高了对盐胁迫的抗性，盐胁迫下转基因烟草光合作用的维持与盐胁迫下转基因烟草较高的气孔导度和抗氧化酶活性的提高有关。 外源甜菜碱在正常的非胁迫条件下对植物的生长有促进作用，而这一作用与光合速率的提高有关。通过对气孔导度、光合碳同化关键酶以及叶绿素荧光分析证明，甜菜碱对光合作用的促进与气孔导度的提高有关，同时甜菜碱提高了光系统ll的实际光化学效率。 外源甜菜碱提高了盐胁迫条件下植物的抗性，抗盐性的提高与盐胁迫下甜菜碱对气孔导度的提高以及维持较高的光系统II光化学活性有关。

LPA3蛋白参与调控PSII组装的功能研究

PSII是一个叶绿体类囊体膜的蛋白复合体，它由20多个蛋白亚基组成，这些蛋白由核基因和叶绿体基因共同编码。由于PSII结构的复杂性，PSII的组装是多步骤的，并得到辅因子和调控蛋白的协助。但我们对参与调控步骤的蛋白因子还了解不多。鉴于叶绿体有限的编码能力，推测参与叶绿体组装调控的因子主要是由核基因来编码的。辨定这些核编码的叶绿体蛋白并深入研究其作用的分子机制将有助于我们了解PSII生物发生的分子机理。为此，我们利用叶绿素荧光成像系统对pER16 T-DNA插入突变体库进行了筛选，并对高荧光突变体lpa3进行了研究。主要研究结果如下： 突变体lpa3生长较为缓慢，叶色黄绿，叶绿素含量低。在突变体中，最大荧光量子产率Fv/Fm降低到0.514，表明PSII光合功能受到了损伤。突变体lpa3叶绿素荧光慢诱导曲线的正常下降表明PSII后的电子传递正常。突变体P700氧化还原动力学与野生型一致，则进一步表明PSI在突变体中是具有功能的。77K发射荧光光谱显示PSII的特征峰在突变体中较高，而PSI的特征荧光峰没有变化，则进一步显示突变体lpa3是一个PSII突变体。 通过Tail-PCR，发现突变体中T-DNA插入导致基因lpa3缺失表达，并且lpa3基因的互补可以使突变体的性状得到恢复。该基因表达的蛋白LPA3含有一个跨膜区域，是一个类囊体膜蛋白。该蛋白不是PSII的蛋白组成成分，可能与自身或者其它的蛋白组成一个复合体而起作用。 在突变体lpa3中PSII蛋白质尤其是核心蛋白D1、D2，含量下降。并且突变体中PSII蛋白复合体含量下降。但是突变体中PSII基因的表达并没有在转录水平受到调节，并且蛋白D1和D2的翻译起始也没有受到影响。体外标记实验表明，PSII中D1蛋白的合成明显降低，而其它蛋白的合成没有改变。进一步实验表明，突变体中PSII的组装效率降低。推测D1蛋白由于不能有效组装而反馈调节自身的合成。 酵母双杂交实验表明LPA3蛋白可以与D1蛋白相互作用，并且也与参与PSII组装的蛋白Alb3相互作用。因此，LPA3蛋白可能和蛋白Alb3形成一个复合体，该复合体与D1蛋白直接相互作用而参与调控PSII的组装。

LPA2蛋白调控PSII组装的分子机理研究

光系统II（PSII）是叶绿体类囊体膜上电子传递链中第一个色素蛋白复合体，由20多个蛋白亚基组成。它催化光驱动的水的裂解和醌的氧化。由于其结构的复杂性，PSII的生物发生和组装是核基因与叶绿体基因编码的蛋白以一定次序多步骤合成、组装的复杂过程，并需要大量的核基因编码的调节组装因子的参与。分离、鉴定拟南芥中这些核基因编码的叶绿体蛋白并研究它们的作用机制有助于我们认识高等植物PSII复合物组装和功能调控的分子机理。因此，我们从T-DNA插入的拟南芥突变体库中筛选到PSII突变体lpa2（low photosystemII accumulation），对LPA2蛋白调控光系统II复合物组装的功能进行了研究，并进一步探讨了LPA2和其他调节因子协同作用参与PSII组装的模式。 突变体lpa2具有高叶绿素荧光表型，与野生型相比生长量、色素含量均显著降低。蛋白免疫印记发现在lpa2突变体中光系统II复合物的累积量明显降低，仅有野生型的30%左右，而其他复合物的含量变化不大。核酸杂交和与多聚核糖体结合的检测表明光系统II亚基在转录及翻译启始水平没有受到影响。拟南芥叶片蛋白标记实验证明在突变体中CP43的合成量明显降低而其他光系统II主要蛋白CP47, D1 和 D2的合成正常，但相对于野生型这些蛋白的周转速率加快。在突变体中，新合成的蛋白亚基可以组装进入光系统II复合物，但新合成的CP43蛋白组装效率降低。以上的结果表明LPA2对光系统II的正常组装起着重要的作用，LPA2的缺失导致CP43不能有效组装进入光系统II，从而引起其他核心蛋白周转加快，光系统 II复合物累积量降低，最终植株光合效率降低。 基因克隆和蛋白定位分析表明LPA2基因编码一个内在的类囊体膜蛋白，但并不是光系统II的亚基组分。进一步采用酵母双杂分析证实了LPA2蛋白与光系统II核心蛋白CP43有相互作用，而与中心蛋白D1和D2没有相互作用。此外实验还表明LPA2蛋白与参与类囊体膜生物发生有关的Alb3蛋白有相互作用。因此LPA2可能是与Alb3形成复合物来协助CP43有效的整合进入光系统II。 另外，我们实验室已鉴定，LPA3，LPA4也是分别特异地参与CP43和D1组装的光系统II分子伴侣。LPA2，LPA3基因共同缺失会使幼苗不能光合自养而致死，因而LPA2和LPA3共同相互作用促进CP43的组装。体内和体外实验证明LPA2，LPA3和LPA4都和Alb3相互作用，而参与D1组装的分子伴侣LPA1不和Alb3以及上述这些伴侣因子作用。因此，Alb3 很有可能与LPA2、LPA3和LPA4形成多蛋白复合物在D1蛋白合成之后的组装过程中起作用。这些结果表明光系统II多亚基复合物组装是多步骤的，并通过一个精确复杂的调控网络确保复合物的有效组装以及功能行使。

蓝藻谷氨酰胺酶的酶学特征及生理功能研究

谷氨酰胺酶是催化谷氨酰胺分解为谷氨酸的氨基酸水解酶。它广泛存在于真核生物和原核生物中，在许多微生物和哺乳动物的氮代谢过程中起重要作用。但蓝藻中谷氨酰胺酶的酶学特征及生理功能尚不清楚，仅在一些蓝藻的基因组中发现有假定谷氨酰胺酶基因，这些基因编码的未知功能蛋白中有谷氨酰胺酶功能结构域，如集胞藻6803基因组中的slr2079基因。因此，本研究以模式蓝藻集胞藻6803 为研究对象，研究蓝藻谷氨酰胺酶的酶学特征及其生理功能。 为研究蓝藻谷氨酰胺酶的酶学特征，本研究克隆了集胞藻6803 slr2079基因，并在大肠杆菌中融合表达，经Ni-NTA亲合柱纯化后，通过对重组蛋白进行酶活测定及动力学分析，发现Slr2079蛋白是以谷氨酰胺为唯一催化底物的谷氨酰胺酶。 重组酶Slr2079的最适反应pH为9;最适反应温度为37C - 42C。该酶和绝大多数微生物源性的谷氨酰胺酶一样均为非磷酸依赖型。有趣的是该酶活性受Na+调节，而这种调节是通过提高对底物的亲和力来实现的。 为研究蓝藻谷氨酰胺酶在细胞内的生理功能，本研究通过基因插入失活，构建了缺失slr2079基因的集胞藻6803突变体，并对其进行生理、生化研究。在正常生长条件下，突变体和野生型蓝藻的生长未见差异，表明该基因不是集胞藻6803生长所必需的基因。但在700 mM NaCl胁迫条件下，突变体的生长速率比野生型快1.25倍。半定量RT-PCR结果显示，几个盐胁迫相关基因在突变体与野生型中的表达有所不同：与耐受盐胁迫的相关基因slr1608 (gdhB) 和slr1751 (prc)在突变体中表达提高，而盐敏感的基因sll0262 (desD) 和 slr0213 (guaA)在突变体中表达下降。由于重组的Slr2079具有谷氨酰胺酶活性，因此我们试图通过检测在蓝藻中参与氨同化作用的关键酶谷氨酸合成酶和谷氨酰胺合成酶在集胞藻6803中的表达情况来揭示Slr2079在集胞藻6803谷氨酰胺代谢中的生理功能。半定量RT-PCR结果显示，仅谷氨酸合成酶在突变体中表达提高，而谷氨酰胺合成酶表达未见明显变化。这些研究结果表明，在集胞藻6803中，Slr2079可能是通过调节与盐胁迫相关基因的表达来参与应对盐胁迫，而在氮代谢中起次要作用。

棉纤维发育相关基因的克隆和鉴定

棉纤维是棉花子房内的胚珠外珠被上的一种单细胞表皮毛.为了解胚珠表皮细胞发育启动为棉纤维的分子控制机制,我们用同源克隆的方法,从棉纤维发育早期的幼嫩子房和胚珠中克隆到了72个棉花MYB基因.序列分析的结果表明它们属于MYB转录因子家族的55个成员,其中有一个MYB蛋白-GhMYB9的氨基酸序列与控制拟南芥单细胞表皮毛的发育启动基因GL1和WER高度同源.它们之间的序列一致性,不仅表现在保守区-DNA结合区,而且也表现在5’和3’的非保守区内.根据序列相似功能相似的原理,我们推测GhMYB9很可能是控制棉纤维发育启动的一个MYB基因.对GhMYB9的Southern杂交结果表明,该基因在棉花基因组中是单拷贝基因;对它的Northern表达分析可知,该基因在花前5天的子房、花前3天的胚珠、花期及花后3天的胚珠中都有表达,但在花前3天的棉纤维发育启动期（我们的扫描电镜结果）高表达.此外,还构建了一个陆地棉可转化人工染色体TAC文库,并通过PCR的方法从中筛选到了含有GhMYB9的TAC克隆.这些结果为进一步对GhMYB9做功能分析、揭示棉纤维发育启动的分子机制奠定了了事实上的基础.

桃和苹果库源关系中源叶光合作用，光抑制及其光保护机制的研究

以‘早久保’（Prunus persica (L.) Batch.）为试材，在果实最后迅速生长期，通过去果处理降低库力，同时设留果对照，并通过环剥和保留相同数量叶片严格控制库源关系，进行了源叶净光合速率（Pn）、叶绿素荧光、叶黄素循环、抗氧化酶及抗氧化同化物日变化的研究。结果表明，和留果对照相比，去果处理显著降低了源叶Pn、气孔导度（gs）和蒸腾速率（E），但显著增加了胞间二氧化碳浓度（Ci）、叶面饱和蒸汽压亏缺（VPDl）和叶片温度（Tl）。光系统II光化学效率（ΦPSII）以及羧化速率（CE）与Pn平行降低。中午去果降低Pn主要归因于非气孔限制。在低库需条件下，开放的PSII反应中心捕获能量的降低以及关闭的PSII反应中心的增加导致了ΦPSII的降低。去果处理叶片中依赖于叶黄素循环的热耗散以及抗氧化系统的上调保护叶片免受光氧化破坏。和留果对照相比，去果处理的叶片有更大的叶黄素循环库，更高的脱环氧化状态以及更高的抗氧化酶活性，包括超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、单脱氢抗坏血酸还原酶（MDAR）和脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）的活性以及更高的还原型抗坏血酸（AsA）和还原型谷胱甘肽（GSH）的含量。但与此同时，去果显著增加了过氧化氢（H2O2）以及丙二醛（MDA）的含量，这意味着在去果处理的叶片中可能会发生光氧化破坏。 以一年生‘皇家嘎拉’苹果（Malus domestica Borkh.）组培苗为试材，通过环剥降低库力，进行了源叶Pn、叶绿素荧光、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/氧化酶（Rubisco）以及光系统II（PSII）复合体关键蛋白PsbA和PsbO含量日变化的研究。和对照相比，环剥显著降低了源叶Pn、gs和E，但是却显著增加了Ci、Tl和淀粉的含量。在低库需下，开放的PSII反应中心捕获能量的降低以及关闭的PSII反应中心的增加导致了ΦPSII的降低。另一方面，环剥降低了光合作用关键酶Rubisco以及PSII复合体PsbA和放氧复合体PsbO的含量。以上结果表明，环剥降低Pn主要归因于非气孔限制。

渤海湾不同站点四角蛤蜊软体部重金属含量及AhR 通道研究

渤海湾沿岸人口密集，工农、航运发达，渤海自身净化能力非常有限。因此，渤海湾 环境污染的压力越来越大，主要污染物包括重金属和持久性有机污染物的。四角蛤蜊广泛 分布于渤海湾海域，是一种重要的经济贝类，对污染物具有较强的富集能力。为了研究不 同站点渤海湾四角蛤蜊软体部重金属含量，选择大港油田、高沙岭码头、涧河村三个断面 进行研究，对不同站点四角蛤蜊软体部重金属含量进行了分析和讨论，最后对水生动物的 POPs 毒理调控通道进行了探索性研究，得到以下结果： 1. 通过比较渤海不同站点四角蛤蜊软体部重金属含量分布特征和方差分析，发现四 角蛤蜊软体部必需重金属元素含量较高，而非必需重金属元素含量较低，这是由于必需重 金属元素具有重要的生理功能作用。侧重比较A、B 两个断面各站位间四角蛤蜊软体部重 金属含量，发现虽然各站位间分布规律不明显，但各站位间差异显著。 2. 利用简单相关回归分析金属元素间及其与生物学性状间的关系，发现Mn 与Zn 之 间，Cu 与Zn 间均存在显著正相关，Se 与As、Cd 间存在显著正相关。另外，A 断面，BL 与Cd 含量显著负相关其回归方程为：Y（Cd）=－1395.97＋88.34（BL）；R=0.633；在B 断面，利用BW 和BH 分别与Cd 和As 显著负相关和显著正相关，其回归方程分别为：BW 和Cd 的回归方程为：Y（Cd）=－1968.80＋220.72（BW）；R=0.656。BH 和As 的回归方 程为：Y（As）=1496.86＋227.82（BH）；R=0.656。 3. 利用PLS（偏最小二乘分析）方法分析，发现五个生物学性状都与Co、As 呈正相 关，而与Cr、Pb、Se 呈负相关，而与必须重金属元素相关不明显。进一步分析表明表明 渤海湾海域中Co、As 含量低于四角蛤蜊正常生长发育的需要，而Cr、Pb、Se 的含量超过 四角蛤蜊正常生长发育所需的量。最后，通过PLS-DA 分析方法，发现C 站点样品能与A、 B 两个断面的站点区分开，而A、B 间未能区分开，反映了渤海湾三个断面的实际污染状 况。 4. 四角蛤蜊软体部重金属含量进行风险评价，首先，利用单因子污染指数法比较分析， 发现从1997 年-2008 年，渤海湾四角蛤蜊软体部Cd 的污染水平在不断降低，现在其含量 已低于《海洋生物质量标准》（第二类）标准。而Cr、As 有污染的趋势，需要引起重视。 然后，利用金属污染指数法进行比较研究，发现B 断面＞A 断面＞C 断面。最后，利用《人 体消费卫生标准》进行比较分析，发现Cd、Ni 存在轻度污染，因此需要加强其污染源的 控制。 5. 渤海湾污染物除了重金属外，还存在一些典型持久性有机污染物。为进一步揭示 二者间协同毒理机制，利用分子系统学方法，对芳香烃受体通道进行了探索性研究，发现 水生动物AhR通道基因在进化过程中发生了适应性进化，对进一步研究重金属和POPs对双 壳贝类的毒理机制具有参考价值。

A microelectrode drive for long term recording of neurons in freely moving and chaired monkeys

An electrode drive is described for recordings of neurons in freely moving and chaired monkeys during the performance of behavioural tasks. The electrode drives are implanted for periods of up to 6 months, and can advance up to 42 electrodes using 14 independent drive mechanisms. The drive samples 288 points within a 12 mm x 12 min region, with 15 min of electrode travel. Major advantages are that recordings are made in freely moving monkeys, and these recordings can be compared with those in chaired experiments; waveforms of single neurons are stable, enabling prolonged recordings of the same neurons across periods of days; recordings can be made throughout the brain, including the dorsolateral prefrontal cortex and hippocampus; the drive accommodates both sharp microelectrodes and fine wire assemblies such as tetrodes. (C) 2003 Elsevier Science B.V; All rights reserved.

Spatially directed movement and neuronal activity in freely moving monkey

The abilities to plan a series of movements and to navigate within the environment require the functions of the frontal and ventromedial temporal lobes, respectively. Neuropsychological studies posit the existence of egocentric (prefrontal) and allocentri