Determination and analysis of the optical constants of thin films of nickel(II) and copper(II) hydrazone complexes by spectroscopic ellipsometry

Thin films of four nickel(II) and copper(II) hydrazone complexes, which will hopefully be used as recording layers for the next-generation of high-density recordable disks, were prepared by using the spin-coating method. Absorption spectra of the thin films on K9 optical glass substrates in the 300-700 nm wavelength region were measured. Optical constants (complex refractive indices N) and thickness d of the thin films prepared on single-crystal silicon substrates in the 275-675 nm wavelength region were investigated on a rotating analyzer-polarizer scanning ellipsometer by fitting the measured ellipsometric angles (Psi(lambda) and Delta(lambda)) with a 3-layer model (Si/dye film/air). The dielectric functions epsilon and absorption coefficients alpha as a function of the wavelength were then calculated. Additionally, a design to achieve high reflectivity and optimum dye film thickness with an appropriate reflective layer was performed with the Film Wizard software using a multilayered model (PC substrate/reflective layer/dye film/air) at 405 nm wavelength.

植物对光环境的适应性研究—富贵草对模拟光斑的光合响应——银衫对不同光环境的适应性——大叶黄杨叶片内部光能利用梯度

本文研究了富贵草对模拟光斑的光合响应、银杉对光的适应性以及大叶黄杨叶片内部光能利用梯度三个方面的问题。 1)研制了用于林内光环境调查和研究的光量子计组件。 关键词：光量子计，A/D板 2)以亚热带常绿阔叶林下一种常见的灌木富贵草为研究对象，利用气体交换和叶绿素荧光技术研究了其对模拟光斑的光合响应。在同样辐射通量（非光抑制）的情况下，光合诱导过程中光斑可以提高富贵草对光斑的利用能力（光斑诱导的碳同化量可高出对照48%）。叶绿素荧光测量结果表明：1）光斑与光斑之间的暗期发生了qN弛豫过程;2）暗期之后的光期光化学能量转换效率提高。强光光斑簇可以诱导富贵草光抑制的产生，但程度较连续光低。 关键词：模拟光斑， 叶绿素荧光， 光诱导过程 3)用高效液相色谱(HPLC)和77K低温荧光发射光谱技术来研究快速诱导组分发生的时间内光斑所导致NPQ (qN)降低的生理原因。在非光抑制条件下，光斑造成的NPQ (qN)降低的生理原因包括叶黄素循环的变化及LHCIIs聚集态的变化;此外低温荧光数据还显示光斑导致的PSII/PSI荧光产量比率要高于连续光，说明光斑导致植物对于光的利用增加。以上结果说明模拟光斑诱导了富贵草内囊体膜较低水平的能态。 关键词：模拟光斑，叶黄素，聚集态 4)用气体交换等技术测定了部分银杉幼树的生理生态指标，用鱼眼镜头测定了所测叶片的林冠开度(OP)。研究了沿林冠开度梯度的银杉幼树对光的适应性。银杉幼树在林窗边缘表现出较好的适应性，包括高的ISG（综合地上部分茎生长），高的HG（当年生树高生长速率），较高的LMA（单位叶片面积干物质重），较高的Pns（单位叶片干物质水平的净光合速率），高的单位叶片的碳同化速率，较高的截获光的单位叶片的叶面积等等，可以初步确定银杉属于Gap树种：在所测定的范围内（0. 00139%-0. 0109%）TN（土壤总氮量）明显不如OP对银杉幼树生长的影响大;综合的生态可塑性指标必须考虑具体的实验地情况、选取合适的形态学和生理学的因子、并结合多个相似生长环境下的树种来进行考虑。 关键词：林冠开度，生理生态指标，生态可塑性 5)分析了湖南八面山的银杉的某些光合特性，并比较了极郁闭（ OP<4%）情况下银杉当年生叶片与大树顶端枝条(OP>30%)当年生叶片之间光合特性上的差异。极郁闭情况下银杉叶片生长出现黄化现象，但银杉幼苗又不耐强光。银杉幼苗一天的光合动态变化表明，银杉最大光合速率在早晨8:00左右，当光照超过光饱和点时，净光合速率迅速下降，其后略有回升，呈不太典型的双峰模式。气孔关闭与净光合速率的下降有密切的关系。早晨8:00到11:00间叶黄素循环运转，对光合系统起到一定保护作用。 关键词： 银杉，色素分析，光合作用 6)采用一种新方法来测量大叶黄杨叶片内部的绝对光能利用效率梯度的曲线。该方法基于光声光谱的深度分析(Depth-Analysis)理论，并结合了光纤微探测器的叶片光梯度测量结果。日本小檗(Berberis thunbergii DC.)叶片的光声光谱扫描显示了深度分析的精确性。实验结果表明：叶片内部利用光能效率最低处在栅栏组织和海棉组织之间（入射光能的0.026%-660nm红光）;越靠近叶片的上表皮和下表皮，趋势显示叶片组织利用光能效率有上升的趋势(分别为0.092%，0.036%)。因此，不同叶肉组织绝对光能利用效率是不同的，该实验结果直接证实了Han &Vogelmann 1999b所提出的假设。 关键词： PA深度分析 叶片内部的光梯度 光化学损失 光吸收梯度

捕光叶绿素a/b蛋白复合体LHCP-II和LHCP-I在类囊体膜中的模向迁移及其对激发能在两个光系统间分配的影响

本文主要研究了Mg2+对LHCP－II和LHCP－I在基粒膜与基质膜之间横向迁移的作用及其对激发能在两个光系统间分配的影响，进一步证实和发展了Kyle等提出的移动天线色素假说（mobile antenna hypothesis）。揭示了二价金属阳离子使激发能有利于向光系统II（PSII）分配，而不利于向光系统I（PSI）分配的生化基础。 用毛地黄皂（Digitonin）方法分离了悬浮在低渗、低浓度一价金属阳离子介质中的小麦类囊体的基粒膜与基质膜，结果发现，事先用5m MMgol2预处理过的类囊体，其基质膜比未处理的有较高的叶绿素a/b比值，基粒膜的叶绿素a/b比值变化不大。 低温荧光（77K）发射光谱表明，mg2+处理能增强类囊体膜和基粒膜的687nm荧光发射峰，降低F741/F687比值。除此以外，在对照的基质膜里还发现F687-向F688以及F741向F738的位移。 解垛叠及Mg~(2+)诱导的重垛叠实验表明，低温荧光F741/F687比值在解垛叠进程中上升，而在重垛叠过程中，F741／F687比值下降。 湿和的SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳分析表明，Mg2+处理使LHCP寡聚体解聚成单体，类囊体膜凝胶柱上LHCP寡聚体的含量减少，单体的含量增加。基质膜的电泳分析发现，Mg2+处理促时了LHCP从富含PSI的基质区向富含PSII的基粒膜区的迁移。同时还证明，不仅LHCP－II，LHCP－I也能向基粒膜区迁移。 进一步用梯度胶分析基粒膜与基质膜的多肽组成，发现经Mg2+处理的基质膜中相应于LHCP－II的两条多肽，25KD和27KD的量明显减少，尤其是27KD多肽变化更为显著。 此外，我们还研究了介质中pH值（H+浓度）对两个光系统间能量分配与传递的影响，发现H+的作用机理与Mg2+的不同。H+能引起膜垛叠，改变类囊体膜的低温荧光发射光谱，使F741／F687比值降低。而对基粒膜和基质膜的作用却与Mg2+作用相反。温和的SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳分析结果表明，pH的变化不改变类囊体膜上色素蛋白复合体的种类、组成和比例。 据此，我们比较并讨论了金属阳离子与H对光系统间能量分配与传递的影响的不同作用，认为二价金属阳离子除能引起类囊体膜垛叠、改变色素蛋白复合体的空间构象和排列，从而影响激发能在两个光系统间的分配外，还能调节和促进LHCP－II及LHCP－I从富含PSI的基质膜向富含PSII的基粒迁移，使PSII的光捕获截面增加，调节激发能有利于向PSII分配。而介质中的质子（H+）浓度的改变只能引起类囊体膜片层垛叠，可能改变光合膜中色素蛋白复合体的构象和排列，最终影响激发能在光系统间的分配。

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。

光诱导淀粉质体向叶绿体转化过程中光合特性的研究

本工作以马铃薯（Solanum tuberorum L）块茎为材料，研究了光诱导的淀粉质体向叶绿体转化过程中光合功能的变化。主要结果如下： （1）通过不同转化时期质体叶绿素积累、色素成分变化、低温荧光发射光谱、光诱导荧光产率和PSI、PSII光化学活性的测定，证明马铃薯块茎淀粉质体在光下转化为叶绿体的过程是光合膜光合功能逐渐发育完善的过程。（在照片14天后光合机构及其光合功能趋于完善）。 （2）在照光一天后，开始出现叶绿素a和b。光诱导的时期（在头5天内）叶绿素a的形成速度较叶绿素b快。在光诱导的中期（第五天至十四天），叶绿素b的形成速度较叶绿素a快。在光诱导的第十四天以后，叶绿素a和叶绿素b的形成速度趋于稳定。 （3）照光三天时，出现PSI和PSII活性。不同光照时间对光合膜电子传递活性和低温荧光发射光谱的影响证明在发育早期PSI光化学反应活性较PSII增加得快，而PSII中心复合体的发育又早于PSII天线色素蛋白复合体的发育。 （4）在淀粉质体向叶绿体的转化过程中，其叶绿素积累和色素蛋白复合体的发育情况与大多数黄化质体转绿过程相似。但由淀粉质体发育而成的叶绿体无论在色素含量还是PSI、PSII光化学活性方面都远不如黄化质体转化成的叶绿体完善。本文对这些差异进行了讨论。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

高温和衰老对光合膜结构与功能影响的研究

本部分研究以菠菜和水稻为材料，比较系统的研究了高温对类囊体膜、PSII颗粒、PSII外周捕光天线LHCII、PSII核心复合物和PSII反应中心等不同层次膜蛋白结构与功能的影响，以探讨高温对光合膜蛋白的伤害机理。其主要结果如下： 1．类囊体膜结构与功能的完整性对于维持PSII的结构与功能在高温胁迫下的稳定性具有重要作用。当类囊体膜的完整性受到破坏，当与PSI有关的一系列保护机制失去作用时，PSII对高温胁迫的敏感性会大大加强。 2．虽然PSI的功能在高温下保持相对稳定，但PSI的结构在高温胁迫下并不稳定。本文的研究发现LHCI对高温非常敏感，在中度高温胁迫下就开始降解，但PSI的核心在高温下比较稳定，所以PSI介导的电子传递活性仍然维持在较高水平。 3．高温胁迫会对PSII的结构和功能产生多重破坏。这个过程首先应该是放氧复合体的失活：其次是反应中心的可逆失活;接下来可能是核心天线CP43和CP47的失活导致捕光天线同反应中心的能量传递受阻;再下来是QA到QR电子传递的受阻、反应中心的不可逆失活、捕光效率下降等过程;最后是大范围色素蛋白的变性和失活，PSII的结构和功能遭到彻底破坏。 4．高湿胁迫下Fo显著升高，Fo的升高的原因可能源于少量捕光天线同反应中心的分离和反应中心的失活。 5．高等植物体的类囊体膜中存在多种Chla和Chlb的光谱吸收形式。这些代表不同的光谱吸收形式的组分在高温胁迫下表现出不同程度的降解，其中C678 和C684组分降解最快。这些不同的光谱吸收形式组分可能以不同的比例存在于每一种色素蛋白复合物中。 6．LHCII的结构与功能对于维持PSII结构与功能的热稳定性具有重要作用，LHCII完全缺失的水稻突变体VG28及分离纯化的PSII核心复介物都人大增强了对高温的敏感性。但一种LHCII减少的水稻突变体249-Mutant,反而增加了PSII的热稳定性，进一步的研究表明，类囊体膜中 LHCII本身含量的多少对PSII热稳定性的影响不足决定性的，关键性因素可能主要取决于 LHCII含量改变而引起的膜脂组成和膜脂不饱和程度的改变，以及由膜脂变化引起的PSII放氧复合体结构与功能的变化。 7．本研究首次发现，高温可以促使分离纯化的LHCII的红区吸收光谱发生显著红移，而680nm处的荧光发射降低，长波长荧光组分大大增强。绿胶电泳表明中度高温胁迫能够诱导LHCII产生寡聚体，这种寡聚体可能在调节能量耗散方面具有重要生理意义：而严重高温胁迫下LHCII倾向于聚合产生大分子的非活性聚集体。 8．分离纯化的反应中心对高温非常敏感，各种色素的结构和功能在轻度高温胁迫下就开始受到破坏和抑制，各种色素变性和降解的顺序由快到慢是：P680>Pheo>Chla>β-Car。反应中心的多肽组分在高温胁迫下显著减少，Dl和D2减少的原因可能归因于高温胁迫导致大分子聚合物的产生，D2的减少显著快于D1的减少。

表面活性剂存在下的光系统I的光合特性

本文主要研究了在非离子表面活性剂－辛基硫代葡萄糖苷（OTG）处理条件下菠菜叶绿体中光系统I（PSI）颗粒的光合特性，主要的研究结果如下： 1. 在所研究的OTG浓度范围内（0.01～13%，w/v），OTG对PSI的电子传递活性有显著的促进作用。而与此相对照，阴离子表面活性剂－十二烷基硫酸钠（SDS）对PSI的活性具有抑制作用。 2. OTG对PSI在SDS和高温（70℃）处理后失去的电子传递活性具有恢复作用。 3. OTG对PSI的色素结合状态和能量传递都有很大的影响，影响程度和影响方式与OTG的浓度有关。在其临界胶束浓度（cmc）以上的一定浓度范围内，OTG处理会导致PSI捕光天线色素蛋白复合体（LHCI）的解离;而更大浓度的OTG会使PSI中产生自由色素。

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。