小麦细胞壁钙调素和钙调素结合蛋白的研究

本实验以小麦黄化胚芽鞘为材料首次从生化上证明细胞壁CaM的存在，并发现在小麦细胞壁中存在除CaM以外的另一种钙结合蛋白和CaM结合蛋白。主要实验结果如下： 1、根据小麦细胞壁提取液中存在具热稳定性;能与动物CaM抗体发生免疫交叉反应;依赖Ca++激活牛脑PDE及其激活受CaM抑制剂CPZ抑制等特性的物质，鉴定出在小麦细胞壁中存在CaM。 2、小麦细胞壁CaM以水溶性和离子键结合于细胞壁的两种形式存在，但主要以离子键结合于细胞壁的形式存在。每克鲜重小麦黄化胚芽鞘中，离子键结合于细胞壁的CaM占细胞壁总CaM的86.4%，细胞壁总CaM占胞内CaM的2.7%。 3、根据小麦细胞壁CaM依赖Ca++与苯基疏水结合;在紫外外吸收光谱上具有五个特征吸收峰;在有钙和缺钙情况下SDS电泳图谱上呈现不同的迁移率;对牛脑PDE的激活剂量反应和激活PDE时对Ca++的敏感性等特性，证明与胞内CaM具有相同的理化特性。 4、小麦细胞壁中存在9种CaM结合蛋白（或亚基），其中以分子量为40700的CaM结合蛋白（或亚基）含量最高。这些CaM结合蛋白中不存在过氧化物酶、ATP酶和酸性磷酸酯酶的活性。 5、小麦细胞壁中存在除CaM以外的另一种钙结合蛋白，分子量为38000。

成熟番茄果实多聚半乳糖醛酸酶（PG）cDNA克隆

本研究以成熟的番茄果实为材料，以其中提取总RNA，通过O1igo(dT)纤维素亲合层析，获得了mRNA。以该mRNA为模板，以Oligo(dT)为引物合成了相应的cDNA，将其克隆到载体入gtll中，构建了一个滴度(titer)为7×105pfu，重组率高于90％的番茄果实的cDNA文库。与此同时，利用PCR技术，以上述cONA为模板，扩增到了一个含有全部阅读框架的PG cDNA片段，将该片段克隆到质粒pBluescript中，该克隆的酶切分析和部分序列分析与Grieson等发表的完全一致，表明扩增到的片段确系PG的cDNA。由于上述片段不含PG的3'非编码区，因此以上述PCR片段的部分序列为探针，对cONA文库进行筛选。通过两轮噬菌斑原位杂交，获得了11个阳性克隆，利用PCR将它们从入gtli中亚克隆到质粒pBlusoript上，对其中一个1.0kb的片段进行部分序列分析，表明其5，末端缺少800bp，3'端完整，含有一个I3个A的多聚A尾。将找们测得的序列与国外发表的比较，没有发现因PCR技术产生的错误，证明PCR是一种克隆基因的可靠方法。目前已将PCR扩增的含有全部阅读框架的1.5kb片段以反方向插入到pBl121的衍生质粒pBin437中构建表达反义RNA的双元载体中，正在对其重组子进一步鉴定。

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．

水稻2,3-氧化鲨烯环化酶基因的功能研究

植物通过异戊二烯代谢途径合成多种具有生物活性和功能的三萜及甾醇类化合物，它们在调节植物生长发育、维持膜的完整和功能、抵抗病原微生物侵染中发挥着重要的作用。2,3-氧化鲨烯为三萜和甾醇合成途径的分枝点，参与这一关键步骤的酶被通称为2,3-氧化鲨烯环化酶（OSCs）。本研究系统分了水稻基因组中全部11个OSC基因序列，发现其中四个可能为假基因。亚种间非同义替换率Ka和同义替换率Ks的比值（Ka/Ks）以及进化树的分析表明OsOSC8是单子叶植物特有的功能保守基因，而OsOSC9在水稻两个亚种间发生了功能快速进化，这种快速进化的基因往往参与植物和病原菌相互作用的代谢途径。 根据基因结构、表达谱以及与其它植物已知功能的OSC酶氨基酸序列的比对推测OsOSC3可能具有环阿屯醇合成酶的功能，参与植物甾醇的合成，而OsOSC7、OsOSC10和OsOSC11可能具有β-香树素合成酶的功能，其余OSCs可能参与合成其它三萜化合物。为了进一步分析和验证OSCs酶的功能，将水稻7个OSC基因的开放阅读框（ORF）构建到酵母表达载体并在pichia酵母中表达，发现仅有OsOSC9和OsOSC12能够将酵母内源的2,3-氧化鲨烯分别环化为四环三萜化合物Parkeol和植物中稀有的五环三萜化合物Isoarborinol，目前还未在其它植物中发现参与这两种三萜化合物的基因。另外，水稻所有的OSC基因均不能互补酵母羊毛甾醇缺陷型菌株，表明水稻OSCs不具有合成羊毛甾醇的功能。 RNAi沉默以及启动子融合GUS的表达实验发现OsOSC8可能参与花粉的发育，该基因的下调影响水稻的育性，暗示水稻中存在一个可能与雄性不育有关的三萜代谢途径。水稻其它OSC基因RNAi植株可能在逆境环境和病原菌侵染下才会显现出表型。

商陆抗真菌蛋白的基因克隆及其应用

商陆种子的7kD多肽被鉴定为一种抗真菌多肽，命名为PAFP（pokeweed antifungal protein）。它抑制Trichoderma viride, Fusatium及其它一些病原真菌的生长。本文构建了cDNA文库，而后从库中筛选和克隆PAFP基因。PAFP的编码序列－－201bp的DNA片段被扩增并插入pBluescript SK+载体。经酶切图谱分析和核苷酸顺序测定之后，这个片段与35S启动子连接并重组于双元载体pBin 19。此表达载体质粒转入农杆菌LBA 4404供转化植物之用。通过农杆菌介导的对西瓜的转化，所采用的基因还包括报告基因GUS和Bar，以及一种来自大麦的抗真菌蛋白的基因。以PCR扩增，GUS与NPT II活性检测，以及Southern杂交对转基因植物进行鉴定。

光系统II反应中心复合物组成性质与光仰制分子机理研究

由于光系统Ⅱ反应中心Dl/D2/Cyt b559色素蛋白复合物(PSII-RC)的红 区吸收光谱严重重叠，给其组成特性研究及光抑制分子机理研究造成 了困难，因此我们运用多种光谱分析技术配合计算机数据处理技术对 PSII-RC复合物的组成特性进行了研究，并用自己建立的方法对PSII-RC 的色素和多肽的化学计量进行了进一步确定，另外还重点研究了单线 态氧在PSII-RC光破坏中的作用，据此提出新的PSD[-RC光抑制分子机 理。主要结果如下： 1．用反相HPLC外标法测定我们制备的色谱纯PSR-RC样品的色素化 学计量结果为Chl:Pheo:Car= 6:2:2。我们发现，当PSII-RC中存在微量CP47 时，Chl: Pheo的比例与CP47的含量呈正相关关系，说明较高的Chl比例 可能表示样品中有CP47污染。结果还表明PSII-RC中Car: Pheo的比例也与 CP47含量有关，说明CP47可影响Car在PSII-RC上的结合，这暗示CP47可 能结合Car，或者CP47对PSII-RC上Car的结合位点有影响，这一推测对阐 明CP47的功能有一定启发作用。 2．建立了一种估算PSII-RC多肽化学计量的理论计算方法，即利用计 算机统计PSII-RC中各多肽组分的不同氨基酸残基数量，以确定不同多 肽化学计量时的理论氨基酸残基组成，并与PSlI-RC的实测氨基酸残基 组成进行比较，得到所用PSII-RC样品的多肽化学计量值为D1+D2:Cyt b559-o+邮：I=2:1:1. 3．对PSII-RC的红区吸收光谱进行了高斯解析，发现680 nm附近含有 峰高和半高宽明显不同的两个高斯组分，它们对光抑制处理的响应具 有明显差别，分别表现了P680和Pheo的特征。由此可知，在680nm处除了 有P680的信号外，PSII-RC中的Pheo在这个区域也有跃迁组分。这个结果 表明光抑制进程中PSII-RC红区吸收光谱信号的下降除了P680的破坏 外，还与Pheo的破坏有关。 4．用Ste)anov关系式分析了PSII-RC色素激发态分布的平衡状态，发现 经过暗适应的PSII-RC的激发态可达到充分的平衡，光抑制处理可导致 PSIL-RC激发态平衡受到破坏。 5．用荧光发射光谱观察到PSII-RC在光抑制进程中有弱光破坏和强光 破坏两个破坏过程，前者是与色素间能量传递的色素结合状态与 取向的破坏，后者与色素本身化学结构的破坏有关。通过研究不同激发波长下的发射光谱发现Car的弱光破坏过程比Chl快，暗示Car可能的保护作用，而Pheo的破坏程度比Chl小。从发射光谱组分的光破坏时间 进程推断强光破坏过程导致的色素破坏是多步反应，验证我们小组原 先报导的PSII-RC的多步反应特性。 6．首次将磁圆二色光谱( MCD)技术应用于PSII-RC研究，发现MCD明显表现出比吸收光谱要丰富得多的光谱精细结构，同时还具有较高的灵敏度和分辨率，不经过任何解析就可直接观察到680 nm组分及其它色素组分的变化，而且PSⅡ-RC中的Car没有明显MCD信号，使PSII-RC谱 图简化，便于进一步分析。用MCD技术还观察到光抑制初期Chl从PSII- RC复合物上脱离及Pheo的光破坏现象。 7．分别用HPLC法、吸收光谱高斯解析法、荧光发射光谱分析法和MCD法共四种方法证明了PSII-RC中Pheo的光破坏，充分证实我们小组关于Pheo光破坏的报导，同时还证明Pheo的光破坏是单线态氧作用的结果。 8．给出了单线态氧参与PSII-RC色素和蛋白光破坏的直接实验证 据，即发现光抑制过程中色素和蛋白的破坏受到单线态氧的特异性清除剂的保护，用化学方法在暗中产生的单线态氧同样造成与光抑制相 似的PSII-RC各组分的损伤，由此说明单线态氧是PSII-RC光抑制过程中 的直接破坏因子。 9．提出了PSII-RC中Hiis残基光破坏的一种新的分子机理。用组氨酸残基的特异性化学修饰剂证实以前我们实验室发现的PSI[-RC组氨酸残基的光破坏，根据比较蛋白变性前后的测定结果，初步证明PSIl-RC中 受光破坏的His残基位于P680附近。我们还观察到光抑制处理后，PSII- RC表现与组氨酸残基被修饰后的样品相似的紫外吸收特征，由此提出 PSII-RC中His残基光破坏的一种分子机理，即His残基的眯唑环上的两个氮原子与其它多肽上的游离氨基在单线态氧的作用下发生反应形成酰 胺键而导致PsII-RC多肽间的共价交联，推测PSII-RC中His残基的光破坏与其蛋白的光致交联和降解有直接的因果联系。

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。

植物根系、根区微生物对大气CO2浓度倍增的反应及其生态学意

预测下世纪中叶，大气CO_2浓度将高到目前的两倍（即达到700μ1•1~(-1)）。CO_2倍增对植物地上部的影响已经有了较多的研究，胆是由于方法学上的困难，至今关于倍增CO_2对植物根及根区微生物的研究仍是非常匮乏。本文应用国际上最新的根研究方法，以根系为中心，研究开顶式CO_2C熏蒸培养室中，CO_2倍增条件下根系与地上部，根系与根区微生物[共生的泡囊－丛枝菌根（VAM）真菌，非共生的土壤微生物]的关系。 1. CO_2倍增对根系的影响目前CO_2倍增对根系影响的研究多集中在根生物量的测定，或根／冠比值的测定，而善于其它参数如根长度则很少涉及，而根表面的反应目前还未见文献报道。本实验以幼苗期小麦“青323”（Triticum aestivum）、水稻“中作 29”(Oryza sativa)、大豆“科农4号”（Glycine max）、玉米“农大3138”（Zea mays）、甜高粱“M－81E”（Sorghum saccharatum）为材料，研究CO_2倍增对植物生物量的影响，发现CO_2倍增使C_3植物水稻、大豆的地上部、根系干重均显著增加，使小麦的根系干重显著增加，地上部无显著差异;C_4植物玉米和甜高粱的地上部和根系均没有显著反应。植物干重反应资料表明在光合产物的分配方面，C_3和C_4植物之间存在巨大的差异。 为了解根系获取土壤资源的能力的变化，我们对根系总长度和总表面积进行了分析。用样格交叉法研究根系长度的变化，结果显示，幼苗期的小麦、大豆的根系长度均被显著促进，尤其值得注意的是，尽管玉米根系干重没有显著改变，但是根长度已发生显著变化。同时应用研究根系表面积的最新方法－Na NO_2吸附法，研究发现幼苗期小麦、水稻和大豆的根系表面积在CO_2倍增条件下均显著增加，C_4植物玉米的根表面积亦有显著增加，但甜高粱的根表面积却没有显著反应，这说明即使在C_4植物类型中，根系表面积的反应在不同物种间仍存在很大差异。由于根长度和根表面积增幅大于根干重的增幅，所以推断在CO_2倍增条件下，植物根系细根比例增加，这有利于植物获取更多的养分。由于不同植物之间根系的反应不同，这将改变群落中原有的根系竞争关系，从而影响群落中物种的组成。 2. CO_2倍增对VAM真菌侵染强度和活力的影响本文应用NBT染色法，并结合浸染强度等级和活力等级标准，首次对CO_2倍增条件下，植物VAM真菌的侵染强度和活力的变化进行了检测。对比常规的酸性品红乳酸甘油法和NBT法，发现两者在显示侵染强度时元显著差异，但后者能同时用于侵染活力等级的研究。对幼苗期大豆以及不同生长期的小麦和玉米根系VAM真菌的侵染强度和活力进行观测，结果显示，倍增CO_2对大豆的侵染强度和活力均没有显著效应;使幼苗期玉米的侵染强度显著增加，但侵染活力无显著差异，但随生长期的推移，侵染强度所受的CO_2倍增效应逐渐减小，与14天苗龄（DAP）和35DAP相比，侵染活力在22DAP时所受效应最大;使10DAP小麦的VAM侵染强度和活力均显著增加，而且这种效应在30DAP小麦中的表现与10DAP小麦的相同。说明C_3、C_4植物中，菌根真菌对CO_2倍增反应不同，这也许是C_3、C_4植物对CO_2倍增反应不同的原因之一。倍增CO_2改善了VAM真菌的发育，所以较之于非菌根侵染植物，菌根侵染植物将因为CO_2倍增而获益更多，另一方面不同种植物中，VAM真菌的发育反应不同，这将使植物群落中，根系获取无机营养的竞争能力发生变化，最终影响植物群落的物种丰度和生物多样性以及群落的演替。 3. CO_2倍增对非共生土壤微生物的影响CO_2倍增使生长70天的小麦、垂柳（Salix babylonica）、藜(Chenopodium album)、繁穗苋（Amaranthus cruentus）品种“红苋K112”的地上部和根系的生物量增加。以这些植物所在土壤为材料，用氯仿熏蒸直接提取法研究土壤微生物生物量C（C_(mic)）和生物量N（N_(mic)）的变化，发现CO_2倍增尽管使各类型植物的C_4植物）土壤中C_(mic)的变化趋势不完全相同（小麦和藜所在土壤的C_(mic)下降，垂柳中C_(mic)升高，而在繁穗苋中无显著差异），但N_(mic)在各物种所在土壤中均有不同程度的上升，在繁穗苋中增幅最大。C_(mic):N_(mic)比值在4个物种所在土壤中均明显下降，这意味着CO_2倍增后在植物生长后期，土壤微生物活性提高，分解植物凋落物和土壤中其它有机质的能力加强，从而改善贫瘠土壤中有机质质量。 4.CO_2倍增对植物呼吸和光合作用及C素积累的影响 1）CO_2倍增对植物暗呼吸的影响：以杜仲（Eucommia ulmoides）、紫花苜蓿(Medicago sativa)和玉米等10种植物的离体成熟叶片或整株为材料，研究不同测定温度（15～35 ℃）下，CO_2倍增对植物暗呼吸的影响。结果表明：在较低温度（15 ℃、20 ℃）下，CO_2倍增对植物暗呼吸没有显著效应;在较高温度（30 ℃、35 ℃）时，多数被测植物的暗呼吸显著增强。由于植物在不同温度时它们的暗咱吸受CO_2倍增的促进幅度不同，这将导致不同地区（环境温度不同）的植物暗呼吸反应有差异，而且由于不同物种的暗呼吸增幅不同，综合光合效应，它们的生物量的反应也会不同。 2）CO_2倍增对整株植物的CO_2气体交换及植物C素积累的影响：利用自行设计的一套CO_2气体测定装置，首次尝试同步测定CO_2倍增条件下幼苗期小麦地下部和地上部的气体交换在昼夜24小时内的变化及C素的积累。发现CO_2倍增不仅使小麦地上部C素的积累增加，也使地下部释放的C素增加，但整株植物的C素收入仍高于对照两倍多，这从植物与环境的CO_2气体交换角度为CO_2倍增促进植物生物量的增加提供了依据。并首次提出：植物的整体性及植物所在的环境条件（主要是温度和光照强度）决定着植物暗呼吸对CO_2倍增的响应方式：被抑制或无效应。

盐胁迫对光合作用的影响

盐害对植物光合作用的影响机理的研究目前还仅仅处于初步阶段，对于许多关键性问题远没有达成共识。本论文研究了盐胁迫对光合作用的影响途径和原初作用部位，对光合作用的各个分过程影响的先后关系，盐胁迫与光胁迫的协同作用，植物光合作用对盐胁迫的适应等基础理论问题，为盐胁迫下提高植物光合作用速率，改良植物种质提供了一定的理论依据。 1．采用荧光动力学的方法区分盐胁迫中的渗透因素和离子因素。用五种等渗Hogland培养液(分别含NaCl，KCl，NaN03，KN03和PEG)对冬小麦进行处理。结果，与对照相比，NaCl处理引起PSII受体侧电子库含量(CA／Fm)、PSII活性(Fv／Fo)、原初光能转化效率(Fv／Fm)、量子产量(Yield)与荧光光化学猝灭系数(qP)下降;QB-非还原性PSII反应中心含量增加。然而，等渗的PEG处理并不产生类似的伤害。这表明渗透因素不是盐胁迫对光合作用造成伤害的主要原因。鉴于NaCl和NaNO3处理却使QA含量、PSII活性、原初光能转化效率下降和QB-非还原性PSII反应中心的增加，KN03处理对光合作用不产生伤害;而等渗的PEG和KCl处理并不产生类似的伤害，这暗示Na+可能是盐胁迫影响光合作用的主要毒害离子。 2．用荧光动力学的方法研究了不同浓度的NaCl处理对PSII光能利用和耗散的影响。结果表明，与对照、100mmol/L和200mmol/L NaCl处理相比，经300mmol/L和400mmol/L NaCl处理的小麦，其荧光光化学猝灭效率明显降低，荧光非光化学猝灭效率较高，Fo猝灭系数较大，QB-非还原性PSII反应中心含量较大，然而，其荧光非光化学猝灭效率，QB-非还原性PSII反应中心含量和Fo猝灭系数潜在增高能力较弱。随着NaCl处理浓度的增加，PSII吸收过多的光能可能首先通过热耗散和状态转换逸散，而后阻断PSII从QA到QB的电子传递，最后损伤PSII反应中心。 3．研究了轻度(200mmol/L)和重度(400mmol/L)NaCl胁迫对光抑制和光恢复进程的影响。结果表明：1)轻度盐胁迫对光合放氧和碳同化速率的影响相对较小，而重度盐胁迫大大降低了光合放氧和碳同化速率，同时明显降低光合放氧和碳同化的光饱和点。2)碳同化是盐胁迫对光合作用造成伤害的敏感位点。3)轻度盐胁迫对PSII的光抑制进程影响较小;而重度盐胁迫则促进光抑制的产生，同时抑制PSII的修复过程，从而使得PSII受到光抑制的伤害更大。 4 为探讨盐胁迫下植物减轻或避免光抑制的机制，研究了盐胁迫对光能在PSI和PSII之间的分配的影响。结果表明，盐胁迫提高了Chla/Chlb比值和单位鲜重叶片中Chla的含量，降低了单位鲜重叶片Chlb的含量;提高了PSI的电子传递速度，能量储存;同时降低了PSII的电子传递和能量储存。这表明盐胁迫提高了光能在PSI的分配分额和PSI的含量，降低PSII对光能的吸收和利用，这对于植物在盐胁迫下减轻或避免光抑制对PSII的破坏有重要意义。

光系统II原初过程的微观反应动力学研究

本论文在国内首次利用飞秒吸收光谱技术对PSII颗粒和PSII 核心复合物两个不同层次的PSII样品的原初反应过程进行了研 究。实验采用 400nm 激发， 520～700nm探测，时间分辨率为 120fs。通过多指数拟合和全局分析，对不同波长下的多条衰减 曲线同时采用一套时间组分进行解析，得到了不同波长下的各个 组分的衰减相关差异吸收谱(DADS)。 在 PSII 颗粒的研究中，通过对所有衰减曲线进行数据拟合，解析出了0.16ps、2.8ps、8.6ps、20.9ps、38.8ps和一个非衰减的组分。分析它们各自在520nm～700nm范围内的不同吸收变 化特点，我们得到以下结论： 1．在LHCII中，同一单体同一层中的Chlb与Chla分子之间 的能量传递时间常数约为0.16ps左右; 2．LHCII同一单体中，同一层中的Chla分子之间的能量传递时间常数约为 2.8ps 左右。这与在纯化的 LHCII研究中认为的一3ps组分为不同层的 Chlb→Chla的能量传递过程不同; 3．在PSII颗粒中，8.6ps 组分是与光化学过程有关的时间常数，它可能是从 LHCII 色素蛋白复合物向反应中心等的能量传递及在反应中心中的原初电荷分离过程的平均时间常数; 4．LHCII中不同单体之间的Chla之间的能量传递时间常数约为20.9ps。 在PSII核心复合物的研究中，通过对所有衰减曲线进行数据拟合，解析出了0.35ps、2.9ps、11.2ps、20.lps、36.5ps和一个非衰减的组分。分析它们各自在520nm～700nm范围内的不同吸收变化特点，并与PSII颗粒复合物所得结果相比较，我们得出以下结论： 1．PSII内周天线中相邻 Chla 之间的能量传递时间常数约为 0.35ps左右，这比LHCII中相邻Chlb与Chla之间的能量传递时间常数( 0.16ps )要长;这说明内、外周天线色素蛋白复合物 具有不同的色素空间排列。可以预见在PSII核心天线中相邻叶绿素分子之间的距离要比 LHCII中相邻叶绿素分子的8.3—10.5A 的距离要大一些。这在以前的研究中，并没有见到报导; 2．PSII内周天线中不相邻的Chla之间的能量传递时间常数 约为11.2ps; 3．在PSII核心复合物研究中，2.9ps 和 20.lps 两个组分均与光化学反应过程有关，推测原初电荷分离过程可能是有辅助叶绿 素分子参与的两步反应。

发菜类囊体膜的组成及其光合特性的研究

发菜（Nostoc flagelliforme Born. et Flah.）的细胞壁由纤维素、半纤维素、糖脂和蛋白质组成。未经破碎的细胞难以进行各种光合特性的研究。由于纯度较高的发菜类囊体膜制备比较困难，对它的光合机理的研究一直是停留在整体水平上进行。我们采用French Press低温下高压破碎细胞，建立了一种快速简便的制备方法。在提取液中加入一定浓度的Ca2+ （Ca2+既有助于维持类囊体膜的放氧活性又可以使类囊体膜在较低的离心速度下使类囊体膜得到凝集沉淀），从而在较短时间内、在高速离心的情况下得到了纯度较高并具有较高放氧活性的发菜类囊体膜。在此基础上，我们采用改进的Allen（1991）的温和绿胶系统，首次对陆生蓝藻发菜类囊体膜色素蛋白复合体进行了分离，共分离出了11条绿色的色素蛋白复合物条带和两条浅黄色的条带。7条绿色的色素蛋白复合物条带属于PSI组分，4条绿色的蛋白复合物条带属于PSII组分，其中一条浅黄色条带系未被报道过的新的色素蛋白复合物条带，经其光谱性质的分析初步鉴定为类胡萝卜素蛋白复合物，此复合物的分离有助于解释发菜独特的适应荒漠、半荒漠地带高光辐射的特性。 本文还对干燥状态、复水30分钟后和复水生长24小时后的野生发菜及人工培养的发菜藻丝体膜脂及其脂肪酸组成进行了分析。发菜的膜脂由MGDG、MGDG、SQDG和PG组成，其酯酰基部位连接有16:0、16:1、18:0、18:1、18:2和18:3六种脂肪酸。野生发菜中具有高含量的不饱和脂肪酸，其含量可达总脂的73%，其中16:1和18:3分别达到28.9mol%和34.3mol%，远远高于已报道的其它蓝藻，所以我们推测发菜具有极强的抗逆性和其膜脂不饱和程度密切相关。分析不同处理的发菜的膜脂和脂肪酸组成表明，复水对野生发菜的膜脂及其脂肪酸组成没有显著影响，说明发菜的膜脂和脂肪酸组成在干燥状态下能保持很高的稳定性。从野生发菜分离出的藻丝体在25 ℃条件下培养，其膜脂脂肪酸组成发生了显著变化，主要表现为脂肪酸的不饱和程度的大幅度降低，18:3从34.9mol%降低到8.6mol%，16:1从28.9mol%降低到13.9mol%。上述结果表明了发菜具有极强的通过改变其膜脂的脂肪酸组成而适应生存环境的能力。