中华猕猴桃果实后熟过程中生理生化变化及氧和二氧化碳的气调效应

本文就中华猕猴桃采收后贮藏与后熟过程中的生理生化变化及O2、CO2的气调效用进行了初步探讨。 结果表明，在贮藏和后熟过程中，中华猕猴桃果实的呼吸强度和乙烯释放存在明显的高峰期，两者同时到达。硬毛变种的呼吸强度与乙烯产率较软毛变种低硬度、Vc、叶绿素随着采后时间的延长逐渐下降，可溶性固形物、蛋白质、chla/chlb则增加。果肉与果心组织中，SOD、MDA及蛋白质存在明显差异，显示了两者生理状态的不同。伴随后熟进程，SOD逐渐下降，脂类过氧化产物丙二醛（MDA）增加，显示了它们在中华猕猴桃的后熟过程中起着重要作用。 3% O2抑制了中华猕猴桃后熟过程中的生理生化变化，如抑制了呼吸和乙烯的上升，硬度的下降及可容性固形物的增加等。低氧保持了猕猴桃果实的良好品质。 20% CO2短期处理，抑制了呼吸作用，但刺激了乙烯的产生，同时加速了果实软化和腐烂的产生，表明中华猕猴桃对高CO2敏感，20%的浓度足可以产生伤害。

农杆菌介导的双价抗盐基因转化番茄的研究

近年来，植物耐盐生物技术研究取得了可喜的进展，特别是通过抗盐基因转化在一定程度上使植物的耐盐性得到了提高。然而，植物的耐盐性是一个多基因控制的复杂性状，依赖于多个基因之间的相互作用。因此，只是将单个基因导入植物获得的抗逆性还是远不能达到满意的效果。一般认为，将多个与耐盐相关的基因转入到同一个植物（即所谓的“复合基因转化”）将会大大提高转基因植物的耐盐能力。 渗透调节是植物抵御盐胁迫的主要方式。植物渗透调节的方式分为两类：一是在细胞中吸收和积累无机盐，如通过离子通道、Na+/H+逆向运输蛋白和ATP酶/H+泵;二是在细胞中合成有机溶质，如脯氨酸和甘氨酸甜菜碱。 我们通过农杆菌介导法向转AtNHX1（拟南芥Na+/H+逆向运输蛋白编码基因）的番茄（Lycopersicum esculentum L. ‘Moneymaker’）株系X1OEA1自交二代植株（T2）中转入山菠菜甜菜碱醛脱氢酶基因（BADH）。PCR、Southern、RT-PCR和甜菜碱含量分析结果证明，BADH已经整合到目标植物基因组，并在转基因植株中转录和翻译表达。叶绿素荧光（Fv/Fm）、相对电导率（Rc/Rc’）、叶绿素含量（Chla+b）、叶绿素a/b比（Chla/b）和光合速率（Pn）测定结果表明，在200 mM NaCl 胁迫下，二次转化的番茄植株各项生理指标均优于转单基因AtNHX1的番茄。初步证明“复合基因转化”有助于进一步提高植物的耐盐性。同时对番茄的转化系统进行了优化，结果表明使用抗生素‘特美汀’作为抑制农杆菌的抗生素的转化效率明显高于使用头孢霉素。

淹水对三峡库区几种植物的生理生态影响

自然界木本植物在某些情况下可能面对淹水带来的胁迫伤害，木本植物对淹水的生理生态响应及适应机制的研究，不仅可以从机理上解释河岸带和消落区树种分布的规律，对于大型水库消落区的治理也能起到理论依据的作用，因此，木本植物对淹水的生理生态响应及适应机制历来是植物生理生态研究领域的热点问题之一。 三峡水库蓄水造成库区部分陆地岛屿化，这将对岛屿优势植物带来深远影响。短柄枹栎(Quercus glandulifera)、栓皮栎(Quercus variabilis)、马尾松(Pinus massoniana)是这些岛屿上的三种优势树种。在岛屿形成初期，应用生理生态学手段，在7月和9月分别对其水势和叶绿素荧光进行了野外测定，从而为岛屿化对植物生理生态影响的研究和监测提供重要的本底数据。研究结果表明马尾松较其它两种植物更耐旱。水势和Fv/Fm在清晨高中午低，经过一个晚上可以基本恢复，因此就目前状况看岛上的三种优势植物均生长健康。但是库区蓄水后，在淹水胁迫下植物的生理生态过程将如何变化，还需要后期的连续观测。 枫杨（Pterocarya stenoptera）、池杉（Taxodium ascendens）和栓皮栎（Quercus variabilis）是三峡库区河岸带和库塘消落区常见的植物，对于河岸带和库塘消落区的水土保持和水源涵养具有十分重要的作用。通过设计模拟淹水实验，研究了这三种植物对淹水的生理生态响应及适应机制。淹水对枫杨和栓皮栎生理生态过程的早期影响是快速降低了二者的最大净光合速率、气孔导度、最大光化学量子效率（Fv/Fm）。但经过最初的下降后，枫杨的最大净光合速率、气孔导度和最大光化学量子效率逐渐恢复，而栓皮栎的则持续下降。在试验过程中，枫杨和池杉均产生了有利于吸收氧气的不定根和肥大的皮孔，而栓皮栎没有产生不定根。随淹水时间的增加枫杨的叶绿素含量与对照没有显著差异;而栓皮栎的叶绿素含量在第33天后大幅降低，Chla/Chlb的比值下降。淹水后第10天和70天测定的清晨水势，受淹栓皮栎比对照高，而受淹枫杨比对照低。淹水导致池杉和栓皮栎的根/茎/叶膜质过氧化状态均呈现动态变化。淹水处理的栓皮栎根的MDA含量低于对照而池杉的高于对照，比如：淹水24天后，栓皮栎根的丙二醛含量是对照的73％;而池杉是对照的111.5％。淹水处理第10天和第24天两个种的叶和茎MDA含量均高于对照但第50天则略低于对照。淹水导致池杉和栓皮栎两个种的根/茎/叶可溶性糖含量呈现动态变化。持续淹水导致栓皮栎叶片可溶性糖含量相比于对照先略下降后上升，茎可溶性糖含量显著上升而根可溶性含量先下降后上升。而池杉根/茎/叶可溶性糖含量对照和处理之间差异不显著。淹水导致栓皮栎的比叶重（Leaf dry mass per area）持续升高，池杉的与对照没有显著差异。淹水导致栓皮栎的根系活力持续下降，池杉则开始时下降后又升高，这可能与池杉在淹水过程中产生了有利于吸收氧气的不定根，而栓皮栎没有产生不定根有关。 以上生理生态的实验结果说明相对枫杨和池杉，栓皮栎应属于对淹水较敏感的树种。并得到以下一些结论：1）间接支持了“长期淹水导致不耐淹种（如栓皮栎）库量减小，进而导致光合速率下降的负反馈效应”假说;2）淹水对不耐淹种光合速率下降的影响至少包括气孔开度降低、光化学量子效率降低和库尺寸下降导致的光合速率下调的负反馈效应（长期）三个生理生态原因;3）淹水对水势的影响与树种相关;4）淹水并未导致不耐淹种（如栓皮栎）根膜质过氧化状态上升，而是导致其下降。导致其下降的主要原因是根系缺氧造成的;5）淹水胁迫初期耐淹种（如枫杨和池杉）和不耐淹种（栓皮栎）均出现部分生理生态过程的下调，持续时间大概在1－10天内。随后耐淹种生理过程逐渐恢复而不耐淹种在略为恢复1－2天后逐渐下降到较低水平。耐淹种恢复的关键原因可能是不定根和肥大的皮孔的出现。 令人意外的是70天的淹水过程并没有导致栓皮栎的死亡，这说明该树种对淹水具有一定的忍耐能力。因此，栓皮栎分布于河岸带和消落区较高海拔处并很少受到季节性淹水影响的生理生态原因可能还包括其他方面。淹水后可能要面对土壤透气性恢复带来的生理干旱胁迫可能对栓皮栎的生理过程造成影响。因此进一步研究淹水后恢复过程中三个种的生理生态过程对于深刻理解河岸带和消落区树种分布的生理生态原因无疑具有十分重要的理论意义。

高等植物PSI ,PSII反应中心及天线系统色素蛋白复合体结构与功能的研究

一、实验证明了Cd H、Mg“在小麦类囊体膜上色素蛋白复合体的解聚和再聚合过程中，具有不同的作用。因此，二阶阳离子对激发能在光系统间的分配调节作用，可能不能仅仅用“静电现象”(Barber(1980))去解释。分析表明，在Ca2+作用下与PSII内周天线CP-47，GP-43多肽结合的L H C II和LHClb是来自间质膜区的PS I系统的。从PSI迁移到P S II的捕光色素蛋白，增加了PSII的捕光截面，从而促进了激发能有利于PsII分配。 二、Ca2*、Mg2+对小麦和菠菜类囊体膜光谱性质的影响有所差异。Ca2+对小麦类囊体膜光谱性质的影响还可以随着介质中Ca2+的消除而消除。同小麦类囊体膜相比，菠菜PSII以及LHCII更为集中在基粒区域，这可能是菠菜类囊体膜强Fv以及高F888／F735，F89H／F735比值的原因。因此，Ca2+，HgH对激发能在光系统间分配的调节作用是依赖于光系统间激发能及天线色素蛋白的分配状况的。 三、对菠菜叶中分离的PSII-RC: D1-D2-cyt b55g复合物进行的低温荧光发射光谱的研究表明，这一复合物可能具有F681和F684两种波长的低温荧光发射，但它们通常并不是同时存在，而是取决于Ca-670与Ca-680 Chla分子的相对含量的。PSII-RC内周无线GP-47，GP-43多肽的存在是D1-D2-cyt b559复合物低温荧光发射红移的原因;而D1一D2cyt b559复合物的不稳定性则与其低温荧光发射的蓝移现象有关。 从蕹菜叶中分离的Dl—D2-cyt b559复合物的F 381低温荧光发射也是由其相对含量较高的C．i-6 7 0 Chla分子的存在决定的。对蕹菜D 1一D 2-cyt b559复合物中的分析还表明，F 681的低温荧光发射直接来源于Di／D2复合物，而415nm处相对较强的吸收，则可能主要是与Pheo的存在有关的。 四、多肽分析与光谱分析的对照表明，CP-26内周天线多肽可能是PSII中F695低温荧光发射的真正来源。 五、实验分析了蔗糖密度离心分离的LHClI和PSI颗粒。结果排除了CP-27多肽（以及CP，一2 5，GP-47，CP -4 3多肽）具有F695低温荧光发射的可能，因此支持了CP-26多肽是PSII中F695低荧光发射来源的看法。对PsI颗粒的分析表明，P700的存在可能是与PSI-RC中较大的Sub-I亚基相联系的。 六、根据以上的研究结果，提出了PSI，PSII在类囊体膜上的结构模式，并对其内容进行了分析和讨论。

光系统II反应中心D1/D2/Cyt b559复合物的光谱特性及其光破坏作用的研究

采用柱层析法从菠菜叶绿体中分离纯化得到高等植物光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心色素蛋白复合体Dl/D2/Cyt b559，并对其性质，特别是光破坏作用的分子机理进行了研究。主要结果如下： 1、PSⅡ反应中心复合物所含的色素比大约为Chla／2 Pheo a=6.0。其四阶导数光谱在红区有两个峰，表明该反应中心至少存在两种结合状态的Chla。 2、Dl/D2/Cyt b559复合物的荧光相对产率及发射光谱的谱带位置与样品的浓度直接相关。只有当样品的浓度达到足够稀的程度(Chla和Pheo a总浓度小于1μg／ml)，才能得到较真实的荧光光谱，其峰位在681nm处。 3、Dl/D2/Cyt b559复合物的CD光谱在红区（Qy带）有一对反向谱带，正蜂为680nm,负峰为660nm，而在β-胡萝卜素的吸收区没有明显的CD信号。当该反应中心复合物受光破坏后，CD信号明显下降，而且当正峰完全消失后，负峰仍然存在，说明负峰不仅包含P680 的信号，也包含其它色素分子的信号，很可能有部分来源于Pheo a。 4、Dl/D2/Cyt b559复合物在488nm处激发的共振拉曼光谱显示四个主要谱带，其峰位分别在1532(ν1)、1165(ν2)、1010(ν3)和970cm-1（ν4）处，表明PSⅡ反应中心结合的B-胡萝卜素分子是全反式构型。Dl/D2/Cyt b559复合物的色素抽提液的拉曼光谱也显示四个主要的拉曼峰，其中ν4谱带的强度急剧下降，说明PSⅡ反应中心内部结合的β-胡萝卜素分子与抽提液中自由的β-胡萝卜素分子的构象不同，而与光合细菌反应中心内部的类胡萝卜素分子的构象相似，其共轭多烯链的平面也处于扭曲状态。 5、光照使PSⅡ反应中心的原初电子供体P680受到破坏，在光照后的暗放置过程中P680分子继续受到破坏，表明在光照过程中很可能有一个相对稳定的反应中间体产生，以至于光照后暗放置过程中Dl/D2/Cyt b559复合物的光谱特性继续发生变化。也就是说，PSⅡ反应中心Dl/D2/Cyt b559复合物的光破坏不是一步反应，而是一个多步反应或多条途径。 6、光照使Dl/D2/Cyt b559复合物中的组氨酸(His)残基受到很大程度的破坏，甲硫氨酸(Met）残基的含量也略有下降，而其它氨基酸的含量基本保持不变。His残基的破坏很可能与光照后暗放置过程中Dl/D2/Cyt b559复合物的光谱特性变化相关。我们认为His残基的光照破坏很可能是Dl/D2/Cyt b559复合物受光照破坏的另一分子机理。 7、人工电子受体癸基质体醌(DPQ)可以与Dl/D2/Cyt b559复合物进行重组。Dl/D2/Cyt b559复合物的荧光衰减分析表明，在DPQ重组之后，两个长寿命荧光组分（24ns和73ns）的寿命减小，而且占整个荧光的分数也下降，表明这两个长寿命荧光衰减组分均来源于电荷重组过程。同时，β-胡萝卜素分子在DPQ重组之后更易于被光照破坏，这个过程可能与β-胡萝卜素分子的生理功能相关。 8、在没有外加人工电子受体的情况下，光照使DDl/D2/Cyt b559 复合物的多肽组成发生一定变化。SDS-PAGE图谱中出现一个约40KDa的新谱带，同时Dl与D2多肽的表观分子量增加，谱带染色强度下降。 9、本文根据以上实验结果，着重对Dl/D2/Cyt b559复合物光破坏的分子机理进行了分析和讨论，并在D1蛋白裂解的两种可能途经中又增加了一个新的可能导致Dl蛋白裂解的途径，即：His残基的光照破坏可以作为Dl/D2/Cyt b559复合物光破坏及Dl蛋白裂解的又一分子机理，这为深入研究PSⅡ反应中心的光破坏提供了新的线索，也为今后研究活体内光抑制现象的分子机制打下了良好的基础

苏铁叶绿体的超微结构和功能及对CO2浓度倍增的响应

本研究首次揭示了七种苏铁类植物叶绿体的超微结构。即苏铁科(Cycadaceae)的攀枝花苏铁(C. panzhihuaensis).苏铁(C. revoluta)、叉叶苏铁(C.micholitzii)、 刺叶苏铁(C.rumphii和多歧苏铁(C.multipinnata)，蕨铁科(Stangeriaceae)的蕨铁(Stangeria eriopus)和泽米科(Zamiaceae)的米德尔堡大苏铁(Encephalortos middelburgensis).根据它们叶绿体内膜结构的不同将其大体分为两种类型：1、阴生型叶绿体：多歧苏铁和刺叶苏铁为此类型，它们的叶绿体类囊体垛叠程度高，基粒垛较宽，单个基粒中类囊体的数量很多，有的甚至上百;2、阳生型叶绿体：攀枝花苏铁、米德尔堡大苏铁、苏铁、蕨铁和刺叶苏铁以及外类群的凤尾蕨(Pteris vittata)的叶绿体均有阳生型叶绿体的特征：类囊体膜垛叠程度低，基粒较小。根据它们叶绿体的结构特征，又将其分为两组： ( 1)攀枝花苏铁，米德尔堡大苏铁和叉叶苏铁叶绿体中均有类囊体膜膨大的现象： (2)苏铁和蕨铁在苏铁类中是比较原始的种类，它们的叶绿体与在系统进化上较苏铁类低等的凤尾蕨的叶绿体中都有几个基粒聚集成簇的现象，说明苏铁类在进化的同时一些较原始的性状仍保留了下来。这些苏铁都在温室相同的条件下生长了两年多，但它们的叶绿体结构仍然能够反应原产地生境特点，说明在长期进化中，叶绿体对环境的适应方式已在基因水平上稳定下来，苏铁类植物不同叶绿体结构的形成有其遗传基础。 多歧苏铁，攀枝花苏铁，叉叶苏铁的叶绿体膜垛叠程度依次降低，与此相应，它们的chla/b和F730/F684依次升高，反应了结构与功能的一致性。 选用具有阳生型叶绿体的攀枝花苏铁和有阴生型叶绿体的多歧苏铁用不同的C02浓度（350 umol mol-l和700umol mol-l）处理后观察其叶绿体结构的变化，结果发现C02浓度倍增对它们的叶绿体影响甚微，而作为对照的无论是C3植物小麦(Triticum italica)还是C4植物谷子(Setaria italica)在C02倍增的条件下叶绿体内均有大量淀粉粒积累，并有膜结构改变。这说明苏铁的叶绿体结构有保守性，这有可能是苏铁类能历经亿万年的沧桑而生存下来的结构基础之一。

三个外周蛋白在PSII核心复合物上的作用及33KD蛋白的特性研究

本文第一部分以四种PSII核心复合物（PCC，- 1824PCC、一33U、- 33C）为材料，研究了18、24、33kD3个外周蛋白在PSII核心复合物上的功能，结果如下： 1．相继去除3个外周蛋白，导致PSII核心复合物放氧活性和DCIP光还原活性下降。外加适量电子供体DPC可使- 1824PCC、- 33U和- 33C的DCIP光还原活性得到完全恢复（- 1824PCC）和部分恢复（- 33U和- 33C）。如果再提高DPC用量，则- 33U和- 33C的DCIP光还原活性均可恢复到对照水平。说明去除3个外周蛋白后电子传递出现障碍，可能与电子传递链本身无关，而是由于水的光裂解出现障碍，水裂解酶无法裂解水分子以及向电子传递链输送电子的结果。 2．EPR信号分析证明，去除3个外周蛋白，Signal IIs暗稳定信号（D+）下降，信号特征改变。光照后，Signal IIf(Z+)信号明显增强。这说明，去除3个外周蛋白对电子供体Z和D有一定的影响。 3．金属Mn原子在PSII核心复合物上的作用比较复杂，从本实验结果可以看出，去除3个外周蛋白对Mn含量变化不是很明显。 4．用光谱法分析3个外周蛋白在PSII核心复合物上的功能，发现：a．去除3个外周蛋白后，PSII核心复合物的Chla/b不变。但从吸收光谱可以看出，PSII核心复合物光吸收下降，且蓝区和红区最高吸收峰均产生红移。四阶导数分析进一步表明，去除3个外周蛋白导致P680红移。b．荧光光谱表明，去除3个外周蛋白会导致PSII核心复合物荧光发射强度下降，但不影响荧光发射峰位。c．FTIR测定结果说明，去除3个外周蛋白可使PSII核心复合物的光吸收产生变化，还使PSII核心复合物的蛋白质二级结构出现变化，其a-螺旋下降，无序结构增多。d．CD光谱同样表明，去除3个外周蛋白后光谱吸收峰产生变化或者位移。e．拉曼光谱表明，去除3个外周蛋白会导致B-胡萝卜素光吸收下降。光谱分析说明，3个外周蛋白可能通过维持PSII核心复合物的正常功能结构而影响着PSII核心复合物内光能的吸收利用。 综合上述结果和有关报道，我们认为，去除3个外周蛋白导致天线色素吸收的光能传递至反应中心出现障碍，光吸收相对降低的原因，一方面可能3个外周蛋白起能量传递的中间媒介作用，去除它们将影响能量传递，另一方面还有可能去除3个外周蛋白后破坏了PSII核心复合物各组分在光合膜上有规则的排列，造成微环境变化，导致能量传递出现障碍，光吸收下降。 本文的第二部分以Urea和CaC12分别分离纯化得到的33kD蛋白为材料，研究了33kD蛋白特性，结果如下： 1．对两种方法分离得到的33kD蛋白进行SDS- PAGE分析，没有发现明显区别。吸收光谱法证明了这两种33kD蛋白在200- 320IⅡn之间都有两个吸收峰。四阶导数分析显示，这两个吸收峰分别由不同的几个小峰所贡献，在两种33kD蛋白中它们的峰位和吸收强度有所差别。荧光光谱分析显示，两种33kD蛋白的荧光发射峰位均为306nm左右。 2. 33kD蛋白对外界条件变化很敏感，随着溶液pH值降低，33kD蛋白吸收峰不断增强且红移;随着溶液温度不断升高，33kD蛋白吸收峰也不断增强且兰移。所以，缓冲液的pH值和温度变化对33kD蛋白的性质有影响。 3．对分离得到的33kD蛋白提取物进行透析（去除其中的CaC12和尿素），首次发现33kD蛋白出现降解现象。电泳分析证明，两种方法分离的33kD蛋白降解产物的多肽数目和多肽分子量均有差别。 4．用等电聚焦电泳法首次证明了用Urea分离的33kD蛋白不是纯蛋白，它是由若干等电点不同的小肽和33kD纯蛋白组成，33kD纯蛋白的等电点为pl—5.2。双向电泳更充分证明了用Urea分离的33kD蛋白结合有许多小肽，其分子量几乎与33kD纯蛋白一致，但等电点不同。

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。

光系统Ⅱ核心天线复合物CP43和CP47的分离纯化及其光谱学特性的研究

应用改进DEAE-Toyopearl 650S阴离子交换柱层析从高等植物菠菜(Spinacia oleracea)中分离纯化了核心天线复合物CP43和CP47。并对它们的纯度和完整性色素种类和含量，以及色素分子的结合状态进行了研究并对色素分子间的能量传递机制进行了讨论。结果如下： 1、HPLC检测结果表明：纯化的CP43和CP47均只含Chla和β-Car两种色素分子，并且，平均每分子CP43多肽含19-20分子Chla和4-5分子β-Car;而平均每分CP47则含20-21分子Chla和3-4分子β-Car。 2、以436nm和480nm激发光激发样品得到的CP43和CP47的低温荧光发射光谱的最大荧光发射峰分别位于683nm和693nm。进一步发现，CP43和CP47，在相同条件下分别以436nm和480nm激发光激发样品得到的低温荧光发射光谱经归一化后几乎完全重叠，而且400-500nm波长范围内的激发光扫描得到的三维低温荧光发射光谱沿激发轴具有较好的对应关系，表明纯化的CP43和CP47都具有较高的完整性。 3、纯化的CP43和CP47的吸收光谱的红区最大吸收峰分别位于671nm和674nm。该光区的导数光谱均分辨出偏蓝区和偏红区两个子峰，CP43的这两个子峰分别位于669nm和682nm;而CP47的两个子峰则分别位于669nm和680nm。进一步用包含这两个子峰的高斯解析参数对红区最大吸收峰进行拟合，结果证明，拟合的曲线与实测曲线几乎完全吻合，这表明，CP43和CP47均至少包含两种不同状态的Chla分子。 3．1应用不同的变性温度处理CP43，发现随变性温度的不断提高，其红区最大吸收峰的峰值逐渐减小，四阶导数光谱分辨出的两个子峰同时减小，但差光谱显示：随处理温度的不断提高，这两个组分峰值的变化并不同步进行，较低温度范围内(55℃以下)682nm吸收峰下降明显，而较高温度范围内(55℃以上)，669nm吸收峰下降明显。 同时，随处理温度不断提高CP43脱辅基蛋白的结构也在不断发生变化，其变化过程明显表现出两个跃变阶段。这两个跃变阶段分别出现在40～50℃范围内和55～60℃范围内，恰与吸收光谱两个组分峰变化的转变过程相一致。这证明，CP43中分别位于669nm和682nm的不同的色谱组分即代表两种不同结合态的Chla分子，分别简称为“CP43-669”和“CP43-682”。它们在色素蛋白复合物中所处的环境不同，因而对蛋白质结构的依赖性不同，前者更高地依赖于蛋白复合物的整体构象，而后者则主要依赖于蛋白质的二级结构。 3.2 经不同的变性温度处理的CP47，其红区最大吸收峰的峰位逐渐蓝移，而吸收峰值无明显的变化，只有当处理温度提高到65℃以后，蓝移后的吸收峰值(669nm)才开始明显减小;四阶导数光谱表现为680nm吸收峰的信号逐渐下降669nm的吸收信号逐渐明显;处理减对照差光谱只观察到680nm吸收值的逐渐减少，而几乎观察不到669nm吸收值的变化。同时，随变性温度的不断提高，CP47的脱辅基蛋白的结构也发生相应的变化与CP43不同，蛋白结构变化最大的温度范围为60℃～65℃之间，但同CP47的峰位蓝移、导数光谱中680nm信号的减小，以及差光谱中680nm吸收值的减小相一致。由此认为，同CP43一样，CP47的吸收光谱中分辨出的分别位于669nm和680nm处的两个不同光谱组分亦分别代表两种不同结合状态的Chla分子，分别简称为“CP47-669”和“CP47-680”，与CP43中的相应组分对应，它们处于不同的蛋白环境中，从而对蛋白质结构变化的依赖性不同。 3.3 CP43和CP47的CD光谱表现出明显的正负双峰，表明色素分子间存在较强的激子相互作用。随变性温度的不断提高，正负CD双峰的信号逐渐减弱，变化过程与脱辅基蛋白结构的变化以及CP43-682的变化相一致，表明色素分子间的激子相互作用更高依赖于CP43-682和CP47-680。并认为CP43-682和CP47-680可能以二聚体或多聚体的形式存在，并且二聚体或多聚体的形成依赖于蛋白天然构象。而CP43-669和CP47-669则以单体的形式位于蛋白结构中相对伸展的区域。并提出：在CP43-682以CP47-680分子之间，激发能主要以激子偶合机制进行而在CP43-669，CP47-669分子间及CP43-669至CP43-682间，CP47-669至CP47-680之间激发能则主要以Foster机制进行。 4、以488nm激发光得到的CP43和CP47的共振拉曼光谱都具有全反式构型类胡萝卜素分子的四个典型特征峰由此认为CP43和CP47中的β-Car分子亦具有全反式构型;与溶于丙酮抽体物中的β-Car分子相比较，CP43和CP47中的β-Car分子的共振拉曼光谱中具有较强的960cm~(-1)的拉曼峰，表明，CP43和CP47中的β-Car分子具有扭曲的构象。 应用经归一化后的吸收光谱与荧光激发光谱相比较的办法发现CP43和CP47中存在β-Car分子和Chla分子间的能量传递其能量传递效率分别为29.8～29.9%和52.3～56.9%。这表明，在正常条件下，CP47中β-Car分子和Chla分子间的能量传递效率远大于CP43。此外，当选用蛋白结构变化最明显的热变性温度处理样品后，发现，不论CP43还是CP47中β-Car与Chla分子间的能量传递效率大大降低，表明，这两种色素分子间的能量传递严格依赖于蛋白复合物的天然构象，并认为，正常条件下，CP43和CP47内β-Car与Chla分子间的空间距离较近，可能不大于10A，CP43和CP47相比较，CP47内这两种色素分子间的距离更近。并进一步提出，在CP43和CP47中，β-Car到Chla分子间的能量传递最大可能以Dexter的电子交换机制进行。

高等植物PSI颗粒的分离提纯及其光破坏机理的初步探讨

从菠菜叶绿体中分离提纯PSI颗粒及其捕光天线色素蛋白复合物LHCI，对其光谱特性进行分析。对PSI颗粒中色素和蛋白的光破坏进程，并对外加组氨酸、Triton，以及温度对PSI颗粒光破坏的影响等进行了比较系统的研究，以探讨PSI光破坏的机理。其主要结果如下： 1. 对PSI颗粒和LHCI色素蛋白复合物的荧光光谱的研究，发现PSI中Chlb所吸收的光能主要传递给LHCI中的“长波组分”（吸收波长大于P700的Chla）。 2. 在PSI颗粒光破坏进程的研究中发现，Chla中吸收波长较长的组分首先发生光破坏;位于PSI颗粒外围的LHCI上的Chlb，也容易受到光破坏;Car先于Chlb发生光破坏。在光照处理过程中，PSI的天线色素蛋白复合物LHCI多肽降解程度大于反应中心多肽组分（PsaA，PsaB）的降解，其中LHCI-680首先由于光破坏而发生降解。PsaD也是容易受到光破坏而发生降解的一个多肽。另外，还发现在长时间光照后有蛋白聚合现象发生。 3. 在PSI颗粒中外加单线态氧的淬灭剂组氨酸，分析不同光强光照处理过程中组氨酸对PSI颗粒中色素和多肽光破坏的保护作用，发现外加组氨酸对强光照（2300μEm-2s-1）引起的叶绿素光吸收减少和CD信号减弱的有效抑制表现出一个明显的延迟期，但对强光诱导的荧光产量下降的效应却能立即表现出来;在强光照前期和弱光照（300μEm-2s-1）条件下，组氨酸不能抑制PSI颗粒的光吸收下降。另外，外加组氨酸除了对反应中心多肽有光保护作用以外，对PSI中其它多肽也有显著的保护作用。 4. 用不同浓度的Triton处理PSI颗粒，发现较低浓度的Triton可以增大叶绿素的光吸收和PSI颗粒的荧光产量，而不对PSI颗粒的多肽组成造成影响;当Triton浓度达到一定的程度时，虽然不会影响PSI颗粒的多肽组成，但是会使其光吸收减少，荧光产量下降;而当Triton浓度过高时，PSI颗粒的多肽会发生降解现象，同时其光吸收和荧光产量也迅速下降。Triton浓度较低时，PSI颗粒光破坏的程度随Triton浓度的增大而增大，当Triton浓度增大到一定的程度时，PSI颗粒的光破坏程度同Triton浓度不再呈明显的正相关。 5. 对PSI颗粒进行不同温度的热处理，其结果表明：温度较低（20 ℃～40 ℃）的热处理对PSI颗粒的多肽和叶绿素光吸收的影响程度很小，照光后不同温度热处理过的PSI颗粒光吸收减少和多肽降解的程度相近;温度较高（50 ℃～60 ℃）的热处理会对PSI颗粒的结构产生影响，使之稳定性减小，对光处理更敏感;温度更高（大于70 ℃）的热处理会破坏PSI颗粒的结构，引起多肽组分的降解。另外，不同的多肽对热处理的敏感性显著不同。 6. 低温（4 ℃）和常温（20 ℃）下PSI颗粒光破坏的比较发现，室温下PSI颗粒的光破坏程度明显大于低温下光破坏的程度，表明光处理过程中温度会影响到PSI颗粒光破坏的程度。 通过上述的研究结果，分析了PSI颗粒光破坏过程中色素和蛋白的变化及其外界因子的影响，对PSI颗粒光破坏的机制进行了初步的探讨。

大豆（Glycine max (L)Merr.）叶片和非叶器官光合特性探讨

本论文由三部分组成，一、大豆高产品种黑农40与低产品种黑农37不同发育时期叶片光合功能的比较研究。二、大豆非叶器官豆荚的光合特性。三、不同大豆品种叶片和非叶器官光合特性的比较分析。 一、 黑农40和黑农37不同发育时期叶片的光合特性。 以不同产量水平的东北大豆黑农40和对照品种黑农37为试验材料，研究了从幼苗期到衰老期五个不同发育时期叶片光合作用特性的变化。尤其是比较系统地研究了C4途径的表达，并通过相关分析，发现C4途径酶的活性与大豆的光合效率及其产量密切相关。主要研究结果如下： 1．测定不同发育时期大豆叶片净光合速率、DCIP光还原活力和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(RuBPcase)活力，结果表明，黑农40和黑农37叶片净光合速率均在初荚期达到最高值，而且不同发育时期的黑农40叶片光合能力均强于黑农37。 2．随着大豆叶片的发育和衰老，其叶绿素、类胡萝卜素的含量及Chla/b比值有一个逐渐升高，而后降低的过程。在同一发育时期，高产高光效品种黑农40光合色素含量均高于黑农37，有助于黑农40捕获更多的光能供光合作用所利用。 3．叶绿体吸收光谱及四阶导数光谱表明在整个生育期内以初荚期叶片对光能的吸收能力最强;而每一个发育时期黑农40叶片对光能吸收的能力均比黑农37高。荧光动力学参数表明，高产大豆黑农40叶片PSII活性(Fv/Fo)，光化学猝灭系数(qP)及PSII总的光化学量子产量也均高于对照品种黑农37的相应值：而黑农40的非光化学猝灭系数(qN)低于黑农37。说明高产大豆叶片具有与产量潜力相关的较高光能吸收和原初转化能力。通过对叶片及其叶绿体低温(77K)荧光发射光谱特性的分析表明，黑农40叶绿体对两个光系统之间激发能的调节能力优于黑农37。总之，黑农40对光能的吸收、传递和转化能力高于黑农37，从而能为碳同化提供更多能量。 4．通过研究苗期、开花期、初荚期、鼓粒期和衰老期等发育阶段的黑农40和黑农37叶片中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)、NADP-苹果酸脱氢酶(NADP-MDH)、NADP-苹果酸酶(NADP-ME)、丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)等C4途径的关键酶的活性变化，结合同位素14CO2喂饲试验，证明两种大豆叶片均含有C4途径四种关键酶，其原初产物含有有限的有机酸，说明有C4循环存在;而从PEPCase/RuBPcase的比值看，C4途径的酶在黑农40叶片中表达较高。通过相关分析，我们发现Pn与PSII光化学活性，RuBPCase及C4酶活性密切相关。这些结果还暗示有可能通过检测C4途径酶的表达水平及比例，筛选出具有高产潜力的大豆种质。 二、大豆非叶器官豆荚的光合特性。 通过对大豆非叶器官豆荚光合特性的研究，结果表明大豆豆荚的光合能力在鼓粒期达到最高值。通过叶绿体吸收光谱、荧光动力学和低温荧光等测定技术，我们发现鼓粒期的豆荚对光能的吸收、传递和转化有更高的能力;在鼓粒期不同品种的豆荚色素的含量也较高，从而有利于捕获更多的光能，供光合作用利用。DCIP光还原活力的测定结果表明鼓粒期豆荚也具有较高光合能力。 通过对大豆的初荚期、鼓粒期和衰老期豆荚RuBPCase和四种C4途径酶活性的研究，不仅证明非叶器官中有高活性的C4途径酶和存在有限的C4途径，而且鼓粒期豆荚有较高的碳同化效率。 三、不同大豆叶片和非叶器官光合特性的比较分析。 对三种大豆叶片、豆荚、种皮和子叶的色素含量和Chla/b进行测定，利用光谱技术、荧光技术及RuBPCase活性的测定，分析了大豆不同器官的光合特性。试验结果证明，非叶器官具有与叶器官相似的光合性能。与叶片比较，表明在非叶器官中具有非常高的C4酶活性。有利于补偿叶片开始衰老光合作用衰退的不足，因此非叶器官的这些光合特性有助于增加大豆光合产物的积累。

光合放氧结构与机理的理论探索

光合放氧研究近十年来已有重要进展，但在该领域仍有很多重要问题待研究。本论文工作主要是对光系统氧化侧与光合放氧密切相关的组分的结构和性能进行理论和模拟研究，工作可概括如下： (一)、放氧中心结构和性能的探索。 1、对放氧中心Mn202单元与配体组氨酸、H2O和Cl等结合方式的理论研究显示：(a)、组氨酸和H20分子均可能与Mn202平面垂直，彼此保持较大的距离，且结合在不同的Mn离子上;(b)、2个H2O分子可能结合在不同Mn202单元上。 2、对Mn簇核心骨架的理论研究显示有必要引入新的Ca、Cl结合方式，以防止因两个Mn202单元线性化而导致2个H2O分子结合位点远离。 (二)、次级电子给体Tyr_z和Tyr_D的结构与功能。 对次级电子给体Tyr_z和Tyr_D进行精确量子化学研究显示：(a)、在中性条件下，Tyr_D和Tyr_z均只与组氨酸通过氢键作用;(b)、当失去电子后，结构发生明显变化，导致正电荷主要集中在组氨酸上，自由基主要集中在Tyr上;(c)、第三组分(H_20分子或羧基等)的引入使中性体系不容易给出电子;(d)、结合最新文献报导，推测Tyr_D~+和Tyr_z~+除与组氨酸作用外还可能分别与水和羧基作用。 (三)、原初电子给体的理论和模拟研究。 1、对紫细菌原初电子给体P_(870)的理论研究显示：(a)、双分子结构比单分子结构稳定;(b)、电荷分离之后，原初电子给体原有的空间结构不再是稳定的构型，它会向能量和化学活性均更低的构型转变。在光合细菌的原初电子给体P870中，这种转变可通过C3位的乙酰基旋转使其氧原子与另一个细菌叶绿素分子的镁原子相互作用使P870+•的总能量和化学活性明显降低。推测这种构型转变对于防止原初反应过程中的电荷重组、维持光能的高效转化有重要意义。提出了原初反应过程中结构动态变化的新观点，利用这一观点可对光合细菌原初反应动力学研究所观测到的慢过程及蛋白质微环境对原初电子给体和原初反应都有重要影响等实验现象给予较好的解释。 2、对光系统II原初电子给体P680的结构进行理论探讨，提出了两个叶绿素a分子平面间夹角为50.0±2.5°时能量最低的夹角模型。 3、采用N-甲基咪唑(C4H6N2)模拟生物体内的组氨酸，通过观测CCL4中的Chla与C4H6N2反应的吸收、CD和MCD光谱得到以下结论：(a)、在纯CCL4中，每个Chla处于5配位状态，Chla形成不对称的双聚体，彼此之间存在较强的偶合作用。提出两个Chla通过不等价的2个Mg-O配位键(O分别来自于C131位的酮基和C17位酯基的C=O)连接为紧密双体结构;(b)、当C4H6N2／Chla = 0.5和1时，其吸收、CD和MCD光谱均发生明显变化，两个Chla之间的偶合作用明显减弱，但此时仍为双聚体。推测C4H6N2首先取代原紧密双体结构中Mg-O酯键，进而取代Mg-O酮键，最后两个Chla分子通过两个Mg…O弱相互作用连接为松弛的双体结构，该模型与理论获得的P_(680)的结构相似。 在上述研究的基础上，提出了包括放氧中心外围配体和TyrZ在内的放氧中心结构新模型。在新结构模型中，2个H2O分子不对称地结合于“C”形结构开口端两个低价的Mn1II和Mn4III上，并保持较大距离;两个组氨酸的咪唑环通过N原子与两个高价的Mn2IV、Mn3IV结合;Cl结合于MB4TM，并与Ca相连;Ca通过O桥和COO-相连使两个Mn202单元保持特定空间构型。TyrZ通过组氨酸(D1-His190)与Mn簇作用。此外，新模型尝试着在O桥上引入质子。放氧中心结构及其邻近环境(包括TyrZ和TyrD)整体处于中性状态。 同时还提出了新的放氧机理，认为电子和质子的释放非同步进行，并首次明确提出两个水分子的不对称氧化和结构动态变化等观点。认为Ca在维持放氧中心的结构方面担负重要作用，C1与Mn离子之间的亲核作用变化是放氧中心结构变化的关键。

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。