Influence of dew on biomass and photosystem II activity of cyanobacterial crusts in the Hopq Desert, northwest China

Dew is an important water source for desert organisms in semiarid and arid regions. Both field and laboratory experiments were conducted to investigate the possible roles of dew in growth of biomass and photosynthetic activity within cyanobacterial crust. The cyanobacteria, Microcoleus vaginatus Gom. and Scytonema javanicum (Kutz.) Born et Flah., were begun with stock cultures and sequential mass cultivations, and then the field experiment was performed by inoculating the inocula onto shifting sand for forming cyanobacterial crust during late summer and autumn of 2007 in Hopq Desert, northwest China. Measurements of dew amount and Chlorophyll a content were carried out in order to evaluate the changes in crust biomass following dew. Also, we determined the activity of photosystem II(PSII) within the crust in the laboratory by simulating the desiccation/rehydration process due to dew. Results showed that the average daily dew amount as measured by the cloth-plate method (CPM) was 0.154 mm during fifty-three days and that the crust biomass fluctuated from initial inoculation of 4.3 mu g Chlorophyll a cm(-2) sand to 5.8-7.3 mu g Chlorophyll a cm(-2) crust when dew acted as the sole water source, and reached a peak value of approximately 8.2 mu g Chlorophyll a cm(-2) crust owing to rainfalls. It indicated that there was a highly significant correlation between dew amounts and crust moistures (r = 0.897 or r = 0.882, all P < 0.0001), but not a significant correlation between dew and the biomass (r = 0.246 or r = 0.257, all P > 0.05), and thus concluded that dew might only play a relatively limited role in regulating the crust biomass. Correspondingly, we found that rains significantly facilitated biomass increase of the cyanobacterial crust. Results from the simulative experiment upon rehydration showed that approximately 80% of PSII activity could be achieved within about 50 min after rehydration in the dark and at 5 degrees C, and only about 20% of the activity was light-temperature dependent. This might mean that dew was crucial for cyanobacterial crust to rapidly activate photosynthetic activity during desiccation and rehydration despite low temperatures and weak light before dawn. It also showed in this study that the cyanobacterial crusts could receive and retain more dew than sand, which depended on microclimatic characteristics and soil properties of the crusts. It may be necessary for us to fully understanding the influence of dew on regulating the growth and activity of cyanobacterial crust, and to soundly evaluate the crust's potential application in fighting desertification because of the available water due to dew. (C) 2009 Published by Elsevier Ltd.

Effects of iron on growth, pigment content, photosystem II efficiency, and siderophores production of Microcystis aeruginosa and Microcystis wesenbergii

Changes in growth, photosynthetic pigments, and photosystem II (PS II) photochemical efficiency as well as production of siderophores of Microcystis aeruginosa and Microcystis wesenbergii were determined in this experiment. Results showed growths of M. aeruginosa and M. wesenbergii, measured by means of optical density at 665 nm, were severely inhibited under an iron-limited condition, whereas they thrived under an iron-replete condition. The contents of chlorophyll-a, carotenoid, phycocyanin, and allophycocyanin under an iron-limited condition were lower than those under an iron-replete condition, and they all reached maximal contents on day 4 under the iron-limited condition. PS II photochemical efficiencies (maximal PS II quantum yield), saturating light levels (I-k ) and maximal electron transport rates (ETRmax) of M. aeruginosa and M. wesenbergii declined sharply under the iron-limited condition. The PS II photochemical efficiency and ETRmax of M. aeruginosa rose , whereas in the strain of M. wesenbergii, they declined gradually under the iron-replete condition. In addition, I-k of M. aeruginosa and M. wesenbergii under the iron-replete condition did not change obviously. Siderophore production of M. aeruginosa was higher than that of M. wesenbergii under the iron-limited condition. It was concluded that M. aeruginosa requires higher iron concentration for physiological and biochemical processes compared with M. wesenbergii, but its tolerance against too high a concentration of iron is weaker than M. wesenbergii.

Isolation and characterization of photosystem II of Porphyra yezoensis ueda

The thylakoid membranes were isolated and purified from gametophyte of Porphyrayezoensis Ueda (P yezoensis) by sucrose density gradient ultracentrifugation. After R yezoensis gametophyte thylakoid membranes were solubilized with SDS, the photosystem 11 (PSII) particles were isolated and purified. The activity of PSII particles was determined with DCIP (2,6-dichloroindophenol) photoreduction reaction. The composition of purified PSII particles was detected by SDS-PAGE. As a result, seven proteins including 55 kD protein, 47 kD protein, 43 kD protein, 33 kD protein, 31 kD protein, 29 kD protein, and 18 kD protein were found. Compared with PSII particles of higher plants and other algae, they were identified as D1/D2 complex, CP47, CP43, 33 kD protein, D1, D2 and cyt c-550 respectively. Besides, other three new proteins of 20 kD, 16 kD and 14 kD respectively were found. Among these extrinsic proteins, the 16 kD and 14 kD proteins had not been reported previously, and the 20 kD protein was found for the first time in multicellular red algae.

Isolation and characterization of photosystem II from the filamentous sporophyte of Porphyra yezoensis

Thylakoid membranes were isolated and purified from diploid filamentous sporophytes of Porphyra yezoensis Ueda using sucrose density gradient ultracentrifugation (SDGUC). After thylakoid membranes were solubilized with SDS, the photosystem II (PSII) particles with high 2, 6-dichloroindophenol (DCIP) photoreduction activity were isolated by SDGUC. The absorption and fluorescence spectra, DCIP photoreduction activity and oxygen evolution activity of the thylakoid membranes and PSII particles were determined. The polypeptide composition of purified PSII particles was distinguished by SDS-PAGE. Results showed that PSII particles of sporophytes differed from the gametophytes in spectral properties and polypeptide composition. Apart from 55 kDa D1-D2 heterodimer, CP47, CP43, 33 kDa protein was also detected. However, cyt c-550, 20 kDa, 14 kDa and 16 kDa proteins found in PSII particles from gametophytes were not detected in the sporophytes.

Isolation and characterization of the oxygen-evolving photosystem II complex from the economical red alga Bangia fusco-purpurea

The highly pure and active photosystem II (PSII) complex was isolated from Bangia fusco-purpurea (Dillw) Lyngb., an important economic red alga in China, through two steps of sucrose density gradient ultracentrifugation and characterized by the room absorption and fluorescence emission spectra, DCIP (2,6-dichloroindophenol) reduction, and oxygen evolution rates. The PSII complex from B. fusco-purpurea had the characteristic absorption peaks of chlorophyll (Chl) a (436 and 676 nm) and typical fluorescence emission peak at 685 nm (Ex = 436 nm). Moreover, the acquired PSII complex displayed high oxygen evolution (139 mu mol O-2/(mg Chl h) in the presence of 2.5 mM 2,6-dimethybenzoqinone as an artificial acceptor and was active in photoreduction of DCIP (2,6-dichloroindophenol) by DPC (1,5-diphenylcarbazide) at 163 U/(mg Chl a h). SDS-PAGE also suggested that the purified PSII complex contained four intrinsic proteins (D1, D2, CP43, and CP47) and four extrinsic proteins (33-kD protein, 20-kD protein, cyt c-550, and 14-kD protein).

A mechanistic model of algal photoinhibition induced by photodamage to Photosystem-II

Photoinhibition is a central problem for the understanding of plasticity in photosynthesis vs. irradiance response. It effectively reduces the photosynthetic rate. In this contribution, we present a mechanistic model of algal photoinhibition induced by photodamage to photosystem-II. Photosystem-IIs (PSIIs) are assumed to exist in three states: open, closed and inhibited. Photosynthesis is closely associated with the transitions between the three states. The present model is defined by four parameters: effective cross section of PSII, number of PSIIs, turnover time of electron transfer chains and the ratio of rate constant of damage to that of repair of D1 proteins in PSIIs. It gives a photosynthetic response curve of phytoplankton to irradiance (PI-curve). Without photoinhibition, the PI-curve is in hyperbola with the first three parameters. The PI-curve with photoinhibition can be simplified to the same form as the hyperbola by replacing either the number of PSIIs with the number of functional PSIIs or the turnover time of electron transfer chains with the average turnover time.

光系统II放氧复合物的光组装研究

本论文研究了一系列具有不同配位环璄的锰化合物与去锰的PSII的光组装过程，得到了以下主要结果： 1. 分别对两组二核锰化合物与去锰的PSII 颗粒进行了重组研究。第一组的两个二核锰化合物中，锰原子具有相同的外围配体、氧化还原状态，但是不同的连接方式;而第二组的两个二核锰化合物中，锰原子具有相同的连接方式、氧化还原状态，但是不同的外围配体。实验结果表明，锰化合物中两个锰原子之间的连接方式及外围配体的不同都可以导致锰簇光组装效率的不同，但这两种因素引起的光组装效率的差异比锰原子的氧化还原状态引起的差别要小的多。因此我们推断，锰原子的氧化还原状态是影响光组装效率最重要的因素之一。 2. 选择了三个四核锰化合物与去锰PSII 颗粒进行重组，测定其电子传递与放氧活性。研究结果表明，具有较少配体和较小分子的两个化合物H568和WM01具有较高的重组活性，而另一个化合物Z342的活性较低。这说明化合物配体的数目以及分子的大小影响了光组装效率。另外, 化合物H568和WM01在重组过程中对CaCl2也比Z342更敏感，推测这可能是因为这两个锰化合物中有更多的的羧基可以与Ca2+发生相互作用，而这种作用有助于锰的配位，进而促进光组装。 3. 研究了Mn/Ca的簇合物与去锰的PSII 颗粒的光重组, 研究发现，尽管化合物wwg-27本身就含有Ca的成分，但它在与光系统II的光组装过程中仍然表现为外源Ca需要的趋势，而且这一化合物也表现了比MnCl2更高的光组装效率。 4. 研究了MnCl2与去锰PSII 颗粒的重组过程中，组氨酸和酪氨酸的存在对光组装效率的影响。 研究结果表明，加入一定量的组氨酸和酪氨酸均可以明显的提高样品的放氧活性，并且这两种氨基酸对光组装效率的影响均与pH值有关。

光系统II反应中心吸能和转能的分子机理研究

全文分两部分，(1)．PsⅡ反应中心色素分子光破坏的分子机理研究;(2)．PSⅡ反应中心原初反应的动力学机理研究。 在第一部分中，在分离纯化的光系统Ⅱ反应中心Dl/D2/Cyt b559复合物中，采用高效液相色谱技术，首次发现PSⅡ反应中心去镁叶绿素分子的光照破坏，研究了去镁叶绿素的光破坏机理，观察到PsⅡ反应中心内部存在一个与光化学活性无关的去镁叶绿素分子，从而提供了PSⅡ反应中心存在两条电子传递链的第一个实验证据，提出了去镁叶绿素对PsⅡ反应中心的光保护假说和光合作用反应中心第二条电子传递支路的光保护假说。用高效液相色谱技术还观察到PSⅡ反应中心的6个叶绿素a分子，有三种不同的存在状态，认为PSl反应中心的最小色素组成为每个反应中心含有4个叶绿素a和2个去镁叶绿素。用光破坏的方法证明PsⅡ原初电子供体P680是由两个叶绿素n分子组成，认为P680是以一个二聚体形式存在，首次发现P680的光破坏过程包含失去中心镁原子的反应。 在第二部分中，用皮秒和飞秒时间分辨光谱技术，在PsⅡ颗粒、PsⅡ核心复合物和PSⅡ反应中心三个层次上，研究了PsⅡ原初反应的动力学性质，着重研究电荷分离和PsⅡ反应中心内部的能量传递过程。结果表明，B-胡萝卜素和P680之间的能量传递时间常数为350p8左右，去镁叶绿素a与P680之间的能量传递时间为lOOp8左右，提出了可能的动力学模型。 在目前分歧最大的原初电荷分离时间常数测定这一焦点问题上，得到的初步结果表明PsⅡ反应中心电荷分离时间为3-3.5pa左右，这一结论与文献上报道的21pa不同，丽倾向于支持国际上3p8的观点。

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。

光系统II复合物的光仰制特征及其内源保护机理

本文以菠菜PSⅡ颗粒PSⅡ核心复合物和PSⅡ反应中心复合物为材料通过比较光抑制处理和单线态氧处理对上述制剂色素、蛋白和光谱特性的影响，．以及光抑制对细胞色素b559 (Cyt b559)和放氧的影响，研究了PSⅡ光抑制及其内源保护机理得到如下的结果: 1)光抑制处理和外源单线态氧处理对PSⅡ具有相似的破坏特性,同时，加入单线态氧的特异性清除剂组氨酸(His)可明显遏制光抑制处理对PSⅡ各组分的破坏这些结果说明单线态氧参与了PSⅡ的光破坏过程. 2) PSⅡ蛋白组分不仅受到强光的破坏，而且在照光后暗放置过程中还继续受到破坏 这种暗放置破坏过程具有温度敏感性因此推测在光照后暗放置过程中的PSⅡ蛋白降解是酶促反应这些结果证明，PSⅡ蛋白的光破坏具有活性氧损伤和酶促水解两种可能的破坏机理． 3)首次观察到PSⅡ中Cyt b559的高电势态(qt b559 HP)的百分含量在光抑制初期上升，随后下降的现象且这种变化受到外加强His的遏制。表明光抑制产生的单线态氧参与了Cytb559 HP百分含量的改变,同时还观察到这种变化的时间进程与PSⅡ蛋白二级结构在光抑制中变化的时间进程相似后者也表现出双相变化进程这说明光抑制产生的单线态氧引起了蛋白构象的变化后者导致了Cytb559 HP百分含量的改变. 4)在不同的处理条件下，PSⅡ放氧活性的变化与Cyt b559 HP百分含量的变化具有明显的相关性它们的变化可能具有相同的原因，即PSⅡ蛋白构象的改变． 5)无氧条件下照光时’PSⅡ反应中心复合物中的Cytb559的低电势态(Cytb559 LP)可从Pheo得到电子而被还原具有较高反应活性的Pheo被清除这体现了Cytb559 LP的一种光保护功能. 综合上述结果及参考已有的文献我们提出了一种以Cytb559为中心的PSⅡ光抑制快速内源保护机理的调控模型。光抑制通过影响PSⅡ蛋白构象而使Cytb559 HP和Cytb559 LP发生相互转换。Cytb559 HP具有清除活性氧的功能，而Cytb559 LP态则具有从Pheo或QA吸收电子的作甩因此它们可受PSⅡ不同状态的调节进行相互转换以淬灭活性自由基达到保护PSⅡ功能的目的。

高等植物光系统II捕光天线结构与功能的研究

高等植物光系统II的捕光天线蛋白（LHC II）在光能的吸收、传递和调节激发能在两个光系统之间的分配以及维持类囊体膜的垛叠等方面都起着重要的作用，因而得到了广泛的研究。目前普遍认为LHC II在植物体内是以三聚体的形式存在并行使功能的，但也有研究者发现了单体和寡聚体等多种形式的LHC II。本论文以菠菜为研究对象，采用改进的方法从类囊体膜中提取纯化了LHC II三聚体，对膜脂和色素在三聚体形成和蛋白空间结构中的影响，以及不同聚集态LHC II组成、结构和功能的差异进行了较系统的研究。此外，还将Lhcb2基因反向插入到烟草中，利用转基因植物来研究其生理功能。获得了如下结果： 1，采用改进的方法从菠菜类囊体膜中分离纯化了LHC II。与改进前比，其流程可以缩短2小时且产率也有明显的提高。SDS变性电泳和Triton X-100非变性电泳的检测结果表明，此样品纯度较高，是由三条分子量分别为29KD、28KD和26KD的多肽组成的异质三聚体。同时样品的吸收光谱和荧光光谱分析结果也与前人的报道一致。 2，分析了LHC II三聚体中的膜脂和脂肪酸组成及含量。与PSII相比，LHC II含有相同的四种膜脂：MGDG、DGDG、PG和SQDG。但LHC II中PG的含量是PSII的两倍，说明PSII中的PG主要富集在外周天线区域。同时PG中含有特异的反式十六碳一烯酸，且含量很高。用专一消化PG上Sn-2位脂肪酸链的磷脂酶A2（PLA2）处理LHC II三聚体，然后再加入PG重组的方法证明了含十六碳一烯酸的PG在三聚体结构的维持中起着至关重要的作用。去掉PG后， LHC II三聚体的结构受到了影响，部分解聚成了单体，同时其光谱特性也发生了变化，表现为叶绿素b分子的吸收峰及其激发的荧光发射峰都明显下降。回加PG则可使解聚的单体又重新聚集成三聚体。 3，分别用电洗脱和蔗糖密度梯度离心两种方法分离了LHC II三聚体、二聚体和单体。两者比较，电洗脱对样品的破坏较大，而蔗糖密度梯度离心更加温和，对蛋白上结合的色素影响不大。系统研究了不同聚集态LHC II的组成和光谱特性后发现，三种聚集态的LHC II有相同的多肽组成，并且都结合着5种色素，但是色素的含量差异较大。二聚体和单体中，叶绿素b和类胡萝卜素分子的含量比三聚体的低很多，此外，单体叶绿素a分子的含量也明显减少。对三种聚集态LHC II的各种光谱特性进行分析的结果表明，由于叶绿素b和类胡萝卜素分子含量较少，二聚体和单体中叶绿素b和类胡萝卜素的吸收均有所下降，而且从类胡萝卜素到叶绿素b以及从叶绿素b到叶绿素a的能量传递效率都低于LHC II三聚体，总体表现为三聚体 > 二聚体 > 单体。此外，不同单体之间叶绿素a到叶绿素a的能量传递也被破坏。推测三种聚集态LHC II在吸能、传能和结构上的差异，可能是植物适应不同外界环境的一种调控机制。 4，模拟体内过程，在体外将大肠杆菌中表达的Lhcb2蛋白和色素进行重组，以此来研究色素与蛋白组装过程中蛋白二级结构和色素结合状态的变化。结果表明色素在脱辅基蛋白的体外重折叠中至关重要。在与色素重组的过程中，蛋白二级结构中-螺旋含量逐渐上升并最终接近天然水平，而无规卷曲逐渐减少。从光谱的变化可以看出，色素分子与蛋白的结合经历了一个由无序到有序的过程，色素蛋白复合物的光谱信号由弱变强，重组得到的样品与天然LHC II十分相似。 5，为了更好地研究LHC II异质三聚体中单体可能具有的独特生理功能，建立了Lhcb2基因的反义抑制植物表达载体pBI-antiLhcb2，用根癌农杆菌介导法转化烟草，获得了转基因植株。酶切和PCR鉴定证明，Lhcb2基因已经成功地插入到烟草里。进一步的分子鉴定和生理生化功能分析还在进行中。

光系统Ⅱ放氧复合物的光组装研究

光合水氧化是地球上最重要的生化过程之一。这个过程是在位于类囊体囊腔侧的放氧复合物中完成的。光系统II中的锰簇催化中心在四个连续的氧化还原反应作用下将水裂解为四个质子和氧气。水氧化的催化中心含有四个锰、一个钙离子、一至两个氯离子和一个具氧化还原活性的YZ(D1-Y161)。在光系统II的功能性组装过程中，氧合催化中心的形成是在一个被称作光组装的作用下完成的。光组装是无机锰、钙、氯离子与光系统II蛋白结合并在光驱动下氧化形成功能性放氧中心的过程。到目前为止，放氧复合物(OEC)的结构及水氧化的机理仍不清楚，光组装的研究工作对于阐明放氧复合物的结构与功能具有重要的理论和实际意义。 本论文研究了一系列具有不同配位环璄的锰化合物与去锰的PSII的光组装过程， 同时研究了稀土离子LaCl3和TbCl3及重金属离子Co2＋和Ni2＋对PSII 放氧活性及光组装的影响。主要结果如下： 1. 选择了咪唑氮配位的锰化合物和非咪唑氮配位的锰化合物与去锰的PSII 颗粒进行重组, 发现化合物中锰的配位结构与其恢复电子传递能力和放氧活性之间有一定关系。 研究结果表明，锰中心为锰-咪唑氮连接的化合物能够有效地恢复去锰PSII的电子传递能力和放氧活性;而非咪唑氮配位的锰化合物恢复电子传递和放氧活性的能力都相应较低甚至没有，由此推测，咪唑氮为放氧中心锰簇的一个配体。 2. 选择了两个不同价态的二核锰化合物和一个带氧桥的三核锰化合物与去锰的PSII 颗粒进行重组。 研究结果表明，三核锰化合物表现出比另外两个二核锰化合物更强的恢复放氧活性的能力，但其作为电子供体的能力比另外两个化合物要差。由此可推测，影响锰化合物恢复电子传递和放氧活性效率的因素是不同的。另外, 三核锰化合物在重组过程中对CaCl2非常敏感，我们推测锰化合物中的羧基与Ca2+之间存在相互作用，而这种作用有助于锰的配位进而促进光组装。三个化合物重组放氧复合物能力的大小顺序为：Mn3(III)锰化合物>Mn(III)Mn(III)锰化合物> Mn(III)Mn(IV)锰化合物。 3. 研究了LaCl3、 TbCl3 对光系统II放氧复合物光组装的影响。研究表明，在光组装过程中，两种稀土离子La3+和Tb3+对光系统II的光组装有很强的抑制作用，这种作用很大程度上依赖于Ca2+的存在，两种稀土离子在Ca2+结合位点是一个混合型竞争抑制剂。 另外，在10 mmol/L Ca2+存在时，抑制50%的光组装活性所需的稀土离子浓度比抑制50%功能性PSII的放氧活性所需的稀土离子浓度小约10倍，这对理解稀土离子对光合作用的影响具有重要的理论意义。 4．本文研究了Ni2＋和Co2＋两种金属离子对光系统II膜蛋白复合体结构与功能的影响。结果表明，毫摩尔级Ni2＋和Co2＋可以使完整的光系统II和去除17 kDa、23 kDa外周蛋白的光系统II的放氧活性被一定程度地抑制，而且对后者的抑制作用更强，在上述两种情况下，CaCl2可使抑制作用减轻。两种金属离子对给体侧的完整性有一定影响：5 mmol/L金属离子存在的时，可使17 kDa蛋白解离，10 mmol/L的金属离子存在时可使17 kDa、 23 kDa蛋白解离。两种金属离子在光组装过程中对Mn、Ca的组装无明显的影响。