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。

高温胁迫诱导光系统Ⅱ及其异质性的变化

近年来有证据证明，光系统II(PS II)反应中心在结构与功能上存在着异质性，它与光舍原初过程、激发能的分配和调节、胁迫因子导致的光合单位的损伤与修复等密切相关。本论文主要研究了高温胁迫诱导PS II及其异质性的变化，以及人工电子受体与PS II还原侧异质性电子传递的关系．根据研究需要，建立了精确测定无活性PS II中心相时含量的软件和方法，圆满完成了本研究任务。此外，也参加了新的非调制式动力学荧光计的研制及其软件的编写． 以下是本论文的主要结果： 1．用N80-BASIC语言结合汇编语言重新编写了本室快速（ms级）叶绿素动力学荧光计的测控程序，使快速荧光上升曲线的采样速度提高了一个数量级（达到100μS/点），可对Fo、Fi等关键荧光参数进行精确测定，为无活性PS II中心相对含量的准确测定奠定了基础．新研制的荧光计的软件用C语言编写，可在IBM PC兼容机上运行，采样速度最快可达25μs/点，对Fo和Fi等参数的测定更加可靠和精确．新荧光计从软、硬件两方面进行了彻底地更新，具有高信噪比、高响应、高精度、低功耗等优点，其性能己达到国际同类产品的先进水平． 2．高温胁迫诱导小麦类囊体膜吸收光谱的变化，结果显示40℃-50℃20分钟以内的高温胁迫导致681nm的吸收峰下降，同时引起663nm的吸收峰增加，表明高温胁迫引起部分叶绿素蛋白复合体的破坏和游离的叶绿素分子的增多．在更严重的高温胁迫下（55℃5分钟以上），体内游离的叶绿素分子(△A663)本身也遭到进一步的降解． 3．小麦类囊体膜低温( 77K)荧光光谱的分析。结果证实温和的高温胁迫(40℃20分钟以内)可导致激发能更多地从PS II向光系统IcPsi)分配，而更严重的高温胁迫（45℃- 55℃20分钟以内）对PS II和PS I的叶绿素蛋白复合体（F684和F736）均有破坏作用． 4．高温胁迫诱导小麦叶片荧光诱导动力学、荧光猝灭及其荧光参数的变化的研究．结果表明，高温胁迫首先导致有效量子产量(E．Y．)的下降，胁迫作用进一步加强导致最适量子产量(0．Y．)下降，而对光化学猝灭qP的影响较晚．这说明和PS II电子受体侧的电子传递和与二氧化碳固定有关的酶系统对高温胁迫极为敏感．其次，PS II放氧系统的损伤也早于PS II原初反应中心的失活．同时，在自然界条件下，存在着高温和高光强对植物的加强协同的光抑制和破坏作用． 5．在研究高温胁迫诱导荧光动力学及其参数变化的基础上，提出测定和计算高温胁迫的植物样品中无活性PS II中心相对含量的合理方法．认为在高温胁迫导致可变荧光( Fv)猝灭的情况下，应以Fvi(Fvi=Fi-Fo)对室温对照的可变荧光(FVCK)的比值作为计算无活性PS II中心相对含量的指标(Fvi/FVCK)．我们在弱激发光下测得正常的小麦和菠菜的无活性PS II中心的相对含量分别为0.155±0.011和0.094士0.010． 6．高温胁迫诱导有活性和无活性PS II中心异质性的相互转化的研究。结果发现50℃以下小于10分钟的处理，对PS II有活性和无活性中心的比值无明显影响：而经过50℃和55℃高温处理5-10分钟，有活性PS II中心才明显向无活性中心转化并发现这一转化过程发生在Fo己明显增加和Fv明显猝灭之后，也就是说它迟于高温胁迫对PS II天线色素蛋白复合体( LHCII)与PS II反应中心结合的破坏以及对放氧侧的损伤． 7．高温胁迫后的室温恢复期中有活性和无活性PS II中心相互转化的研究．发现在高温胁迫不太严重时（如50℃1分钟），无活性PS II中心的含量降至对照的70%，在随后室温60分钟恢复过程中继续降为50%。而Psn氧化侧的活性在此过程中可以得到部分恢复。高温胁迫进一步加强（如55℃5分钟和55℃10分钟）后，无活性PS II中心数目在随后的60分钟室温恢复期中，从恢复开始时为对照的130%和150%继续增加到240%和290%，且有加速转化的趋势。这说明高温胁迫诱导PS II还原侧异质性中心的转化除包含一个快速、直接的机制外，还启动了某种间接转化的机制． 8．对DMQ和DCBQ两种人工电子受体对有活性和无活性PS II中心的作用提出了不同见解。Cao和Govindjee(1990)认为DMQ(>20μmoI.L-1)只接受有活性PS II中心的电子，而DCBQ（>15, μmoLL-1）可完全接受有活性和无活性两种PS II中心的电子。但Lavergne等(1993)认为DCBQ不能接受无活性Psn中心的电子．我们用Stern-Volmer猝灭公式对我们的实验结果进行了分析，结果表明DMQ在较高浓度下（如120μmoI.L-1）才可完全接受有活性PS II中心的电子．但DCBQ的浓度在比Cao等几乎高出一个数量级( 120μmoI.L-1)的情况下，也只接受部分无活性PS II中心的电子( 40%)。另外我们发现，DMQ和DCBQ对Fm的猝灭不是随猝灭剂浓度的增加呈线性关系，而是一条近似饱和曲线，说明它至少包括两种以上不同的猝灭机制． 9．Mg2+诱导PS II异质性(Cα/Cβ)的研究。我们小组发现Mg2+诱导的chl a荧光增强动力学曲线包含Cα和Cβ两个指数成分，说明Mg2+在抑制激发能满溢，调节激发能向有利于PS I1分配的过程中存在异质性。其中Cβ比Cα具有更长的迁移寿命、更低的活化能和Mg2+半饱和浓度．这些说明Cβ比Cα更有可能在体内生理条件下发生迁移，从而在两个光系统之间起调节激发能分配的作用． 10.提出了高温胁迫诱导PS II异质性中心相互转换的可能模型．高温胁迫导致PS II异质性的转化包括几个步骤：有活性的α型PS II专荧光猝灭态的PS II专有活性的β型PS II专无活性的β型PS II专破坏了的PSⅡ．前两种转化一般具有可逆性．当高温胁迫进一步加强后，转化失去可逆性，在胁迫去除后，有活性PS II中心可继续向无活性中心转化，后者还有可能进一步受到破坏。

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。

不同基因型小麦（Triticum aestivum）京411与小偃54抗光氧化特性及其机理的比较研究

对两种不同基因型小麦京411（北京地区高产小麦品种）和小偃54（在生产上已应用二十年的优良品种）幼苗及旗叶光抑制特性进行了比较研究，着重探讨了它们抗光氧化的差异及其机理，主要结果如下： 1. 强光条件下，同京411相比小偃54能保持较高的光合色素含量和放氧速率。其DCPIP光还原活性也较高。 2. 光谱特性分析表明，强光胁迫下小偃54在红区及蓝区的特征性吸收峰及F683荧光发射峰下降的幅度明显小于京411相应峰位的下降。 3. 色素蛋白复合物分析表明，强光条件下，京411色素蛋白复合物中LHCII聚合体大量的解聚，而小偃54在强光条件下仍能保持较高比例的LHCII聚合体。这可能在一定的程度上有利于小偃54在强光下维持较强的激发能耗散的能力。 4. 多肽SDS-PAGE分析表明，强光对不同基因型小麦中同PSII光抑制敏感性有关的两个外周蛋白23kD和17kD的影响不同。光抑制明显地降低了京411的23kD和17kD的含量，而对于小偃54中这两个外周蛋白23kD和17kD的影响不大。强光条件下小偃54旗叶PSII颗粒中捕光色素蛋白27kD含量提高，而京411捕光色素蛋白27kD含量明显的下降。 5. 上述结果表明，西北地区的优良小麦品种小偃54同北京地区的高产品种京411相比更耐强光的胁迫，其抗光氧化的能力较强。 6. 进一步分析表明，同京411相比，小偃54抗光氧化的主要原因是其不仅含有较大的叶黄素循环的色素库，而且在强光下能维持高的VDE酶活性及高水平的叶黄素循环的脱环化水平。 7. 叶黄素循环色素在两个小麦品种类囊体膜色素蛋白复合体中的分布存在差异，抗光氧化的小偃54大部分的VAZ分布在PSII上，其中绝大部分集中在LHCII聚合体上。LHCII上VAZ的集中分布可能有利于在强光下对过多光能的耗散，减少过多激发能对PSII的损伤。 8. 类囊体膜流动性分析表明，叶黄素循环参与了对类囊体膜流动性的调整，对维持强光下抗光氧化品种小偃54的类囊体膜相对稳定起重要作用。 9. 依赖于叶黄素循环的热耗散是抗光氧化品种小偃54的一个主要的光保护途径。

豌豆Lhcb2 基因的克隆、表达、功能分析及其克隆化蛋白与色素体外重组系统的建立

Lhcb2基因是LHCII基因家族中的一个重要成员。目前，对于其特性、结构和功能还不清楚。本文对豌豆Lhcb2基因的克隆、表达、功能及其在大肠杆菌中的表达产物与色素在体外的重组进行了比较系统的探讨，主要的结果如下： 1．采用RT-PCR技术，从豌豆幼叶中克隆了一个约800 bp的Lhcb2 cDNA。以特异探针进行Southern杂交的结果初步证明，Lhcb2基因以单拷贝形式存在于豌豆基因组中，这在文献中尚未见报道。 2．不同光照时间和温度对豌豆幼苗进行处理的RT-PCR，Northem blotting分析表明，Lhcb2基因转录水平上的表达受光照的控制，且明显地表现出对光照时间的依赖性。用400 μmolm-2.s-1的白光照射0～1.5小时Lhcb2基因未见表达，而在光照2小时以上则大量表达，推测该基因的表达可能要求某种(或某些)需光中间物的合成和积累。温度对Lhcb2基因的表达亦有显著的影响，相同的光照处理，4 ℃下Lhcb2基因的表达量比25℃下的表达量低一倍左右。 3．将豌豆Lhcb2基因反向插入植物表达载体pBIl21中，构建CaMV 35S启动子控制下反义Lhcb2基因的植物表达载体pBIantiLhcb2，通过农杆菌LBA4404介导，在Kan浓度为100 mg／L的筛选培养基上，获得120个抗Kan阳性植株。PCR检测表明至少有80个抗性植株为PCR阳性反应。Southern blotting分析表明，外源反义Lhcb2基因已整合到烟草基因组中。转基因植株在表型上主要表现为三大类型：叶色类似于未转基因的绿色植株、叶色发黄的植株、叶色发白甚至枯死的植株。这几类转基因植株光谱特性的分析表明，Lhcb2基因不仅影响光能的捕获，而且还可能参与激发能分配的调节作用。 4．将豌豆的Lhcb2基因亚克隆至原核表达载体pET-3d上，通过定点突变使其在大肠杆菌BL2l(DE3)中得到高效表达，其表达量约占大肠杆菌总蛋白的40％，并经纯化后获得了电泳纯的Lhcb2蛋白。应用改进的液氮／室温冻融重组方法将纯化的蛋白与色素进行体外重组，建立了高效的重组系统。实验结果表明重组后所获得的LHCB2单体与用生化方法从菠菜类囊体膜中分离纯化的天然LHC II单体相比较，其在部分变性胶的电泳行为，低温荧光发射光谱和激发光谱，以及室温吸收光谱和CD光谱的特征等方面都非常相似，说明大量表达的Lhcb2蛋白与色素已成功地重组，并具有与天然的LHCII单体相类似的组成和结构，这在国际上尚属首次。在此基础上又构建了N端和C端氨基酸残基缺失的突变体，并对这些缺失的氨基酸残基在LHCB2中的可能作用进行了初步的研究。结果表明，N端的前12个氨基酸残基、C端的前10个氨基酸残基和第11位的色氨基酸残基对LHCB2单体的形成不是必需的。 此外，从菠菜中纯化了LHCII，并对其多肽和色素组成及其光谱特性进行了比较系统的研究。同时对用不同浓度OGP和Mg2+处理所获得的不同聚集程度的LHCII的光谱特性进行了研究，并对Mg2+在其中的可能作用进行了初步的探讨。

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。

超高产杂交稻Oryza sativa L.光合作用和光抑制特性的研究

较系统地比较研究了超高产杂交稻两优培九培矮64S 93-11和华安3号X07S 紫恢100与多年来大规模推广种植的杂交稻品种汕优63珍汕97A 明恢63的光合生理特性结果表明 1 从苗期到抽穗期超高产杂交稻两优培九和华安3号的净光合速率Pn都比汕优63高而在苗期的午间强光条件下和分蘖期的早晨以及抽穗期的早晚相对弱光条件下其Pn的差别尤为显著说明超高产杂交稻两优培九和华安3号不仅有较高的Pn和较强的抗光抑制能力而且还能充分利用早晨和傍晚较弱的光照条件有效地进行光合作用 2 超高产杂交稻剑叶具有较高的光合色素含量和Chla/b比值同时也具有较高的水分利用效率WUE较高的Chla/b比值表明超高产杂交稻剑叶能够更有效地利用太阳能而较高的WUE则有利于后期节约稻田用水 3 两优培九和华安3号类囊体膜的77K荧光光谱在不同发育时期均高于对照汕优63对其进行Gaussan分析发现这两个超高产杂交稻的反应中心以及天线复合物的发射峰均优于汕优63表明超高产杂交稻具有更强光能吸收能力并且能够将所吸收的光能高效地应用于光合电子传递 4 超高产杂交稻在苗期和分蘖期的净光合速率Pn都明显高于对照可以为群体的扩大后期的生长发育和高产奠定坚实的物质基础 5 三个杂交稻品种抽穗期剑叶的净光合速率相差不大但两优培九和华安3号具有较汕优63高得多的表观量子效率和羧化效率即超高产杂交稻能够高效地利用光能和田间二氧化碳首次提出对光能和二氧化碳的高效利用是两优培九和华安3号高产地重要原因 在对杂交稻净光合速率日变化的研究中发现超高产杂交稻两优培九和华安3号在午间强光条件下具有较对照汕优63更高的净光合速率表明超高产杂交稻具有更强的抗光抑制能力为了研究其光保护机理进一步研究了杂交稻对光抑制的响应结果表明 1超高产杂交稻两优培九和华安3号较对照品种汕优63具有更强的抗光抑制及光保护能力同时在光抑制结束后又能够更迅速地恢复光合功能较强的抗光抑制能力和较高的恢复能力可能是其高产的重要生理原因之一 2光抑制过程中超高产杂交稻叶黄素循环玉米黄素积累速率和积累量都明显高于对照并且在其后的恢复过程中其恢复速率和恢复程度也明显高于汕优63发现叶黄素循环的脱环化作用在光抑制处理30min时即基本接近最大值并未随着光抑制的进一步加重而不断上升认为叶黄素循环在杂交稻光保护中的重要作用可能在于玉米黄素的快速积累对光保护作用的启动 3在对自然条件下光抑制的研究中发现汕优63比超高产杂交稻两优培九和华安3号更容易受到午间光抑制的伤害 4午间光抑制条件下叶黄素循环的玉米黄素Z和环氧玉米黄素A大量积累而叶黄素循环库则没有什么变化认为是叶黄素循环脱环化组分A和Z的积累而不是叶黄素循环库对水稻在中午强光条件下的光保护起重要作用 5在所研究水稻品种的午间光抑制实验中叶绿素荧光的非光化学猝灭系数和叶黄素循环的脱环化状态DES之间没有正比例关系进一步推论环式电子传递可能在杂交稻的光保护中起重要作用 6对用不同试剂处理的杂交稻叶片进行光抑制处理研究发现ASAVDE酶底物其含量可以有效地调节活性处理对杂交稻的抗光抑制能力并没有带来多大改善而DTTVDE酶的特异抑制剂处理也没有使其光抑制大大加重而用DBMIB环式电子传递抑制剂处理则使杂交稻受到比对照强得多的光抑制对qN解析的结果发现强光下qE并未上升反而下降而qT却在光抑制条件下表现出上升现象这些实验结果首次阐明叶黄素循环的热耗散在杂交稻的光保护中不起关键作用而环式电子传递则对于杂交稻的光保护起至关重要的作用其机理可能在于强光条件下环式磷酸化的加剧生成大量ATP用于光破坏的修复作用同时避免类囊体膜的过度酸化从而导致强光下qN的下降这也是光抑制条件下qE下降和qT上升的原因所在此外在研究中发现光抑制处理导致Chla/b比值的上升并且提出这种上升的原因可能在于强光条件下光合系统对LHCII需求减少从而导致对Chlb需求减少最终使得部分Chlb向Chla转化这种转化可能是杂交稻在光抑制条件下的一种保护性响应 7对超高产杂交稻华安3号冠层不同衰老程度叶片的光合功能比较研究的结果表明剑叶的光合功能最强第二叶次之第三叶具有一定的光合功能第四和第五叶则相当衰老基本上丧失光合能力而光合机构的衰老可能始于反应中心的衰老天线系统的衰老要迟于反应中心的衰老叶片衰老进程中Chla和Chlb同步降解但是Chlb先还原为Chla导致Chla/b比值的上升并且认为衰老过程中的这种Chlb的还原是Chlb降解的一个早期的和不可避免的步骤

理化因子对PSII内周天线CP43和CP47色素蛋白复合体结构与功能的影响

从菠菜叶绿体中分离纯化出PSII内周天线CP43及CP47色素蛋白复合物。通过利用光谱学手段 (吸收光谱、荧光光谱、CD光谱等)及生化技术(HPLC和电泳等)，研究了酸、碱、强光及高温等理化因子对其结构和功能的影响。结果如下： 1：酸和碱处理对CP43和CP47结构和功能的影响 1），酸、碱处理均使CP43和CP47红区主峰吸收降低，蓝区Soret带吸收降低，Soret带的附属带吸收增加，红区及蓝区吸收主峰均蓝移。酸处理时在542 nm及510 nm附近出现Pheo a的吸收峰，碱性处理时出现642 nm的吸收峰。酸、碱处理后CP43及CP47中绝大部分色素仍然结合在脱辅基蛋白上, 吸收光谱的变化源于结合态的色素而非游离色素。酸性条件下Chl a受到破坏变为Pheo a 使CP43及CP47失绿, 但Pheo a仍牢固地结合在脱辅基蛋白上，使CP43及CP47出现Pheo a的吸收峰。碱性条件下虽然绝大部分色素也结合在脱辅基蛋白上，但色素与蛋白之间的亲和力减弱，使其在进行PAGE电泳时从蛋白质上脱落。碱性条件下642 nm吸收峰的出现是OH- 与Chl a之间相互作用的结果，它需要蛋白质次级结构的变化，当蛋白质次级结构保持完整时或Chl a 分子被尿素分子包围时这种作用受到抑制。碱性条件下CP43及CP47中642 nm吸收峰的出现取决于Chl a与OH- 的相对量，同样在进行PAGE电泳时CP43中Chl a与脱辅基蛋白的分离也取决于Chl a与OH- 的相对量。 2），CP43中β-Car与Chl a之间的能量传递易于受碱的干扰，而在CP47中易于受酸的干扰。酸对CP43和CP47蛋白质次级结构的影响远小于碱的影响。酸和碱都显著地影响了Chl a分子所处的微环境并干扰了Chl a分子之间的激子相互作用。 3), 酸和碱以不同的方式影响CP43和CP47的光吸收、能量传递及蛋白质的次级结构。H+ 可以在不破坏蛋白质次级结构的情况下渗透到色素蛋白内部与Chl a反应而产生Pheo a，同时使β-Car和Chl a (或Pheo a) 之间的相对位置发生变化, 它们之间的能量传递受到干扰。OH- 首先破坏CP43和CP47中的氢键, 引起蛋白质解折叠, 使屏蔽在蛋白质内部的Chl a 暴露，进而与暴露的Chl a作用而将其皂化为叶绿素酸酯。随着蛋白质的去折叠, 其远紫外CD活性丧失, 色素所处的微环境受到干扰, β-Car和Chl a (或Chl a酸酯) 之间的相对位置发生改变, 因此β-Car和Chl a ( 或Chl a酸酯) 之间的能量传递也受到干扰。 4),酸或碱处理使CP43和CP47中Chl a 在进行HPLC时洗脱时间和洗脱峰面积发生改变, 但β-Car洗脱时间和洗脱峰的面积相对稳定。意味着酸碱处理并不破坏CP43及CP47中的β-Car。 2.强光照射对CP43结构和功能的影响 强光(1000 μmol E./m2.s)可以引起CP43中Chl a的漂白及蛋白质的降解，这种作用明显地被连二亚硫酸钠抑制。同样条件下,β-Car 的光吸收几乎不受光破坏的影响。 3.高温处理对CP43、CP47及其它PSII亚基降解的影响 用从菠菜叶片中分离出的PSII、OECC(放氧核心复合体)、去除33 kDa的OECC、RC-CP47(结合有CP47的反应中心复合体)、RC(反应中心复合体)、CP43及CP47等多亚基或单亚基色素蛋白复合体，研究这些复合体中各蛋白亚基在高温时的降解情况。结果发现PSII各蛋白亚基降解对温度的敏感性显著不同： CP43、D2、CP29、LHCII >D1、CP47 >> PsbO、PsbP、PsbQ及Cytb559 (α亚基)。

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。

PSII色素蛋白复合物的脂质体重组及反应中心的功能研究

光系统II（PSII）是存在于类囊体膜中的多亚基色素蛋白复合物，是吸收光能、催化光诱导水裂解释放氧气、质子和电子的重要机构。它在体内的基本单位是由外周天线蛋白（LHCII）与PSII核心复合物结合形成的PSII-LHCII超分子复合物，这一结构保证了LHCII吸收的能量能够快速有效的传递到PSII反应中心（RC），进行原初光化学反应。 本论文分为两部分：1、利用捕光色素蛋白复合物（LHCII）与PSII核心复合物在以DGDG、PG、SQDG三种类囊体膜脂形成的脂质体中重组的方法，研究了LHCII与PSII在脂膜上结构与功能的相互作用;2、通过研究光破坏和色素置换对PSII RC的影响，探讨了RC中不同色素的功能。主要结果如下： 1、LHCII与PSII核心复合物的蛋白脂质体研究： 将OECC（粗提核心复合物）、pdOE（纯化核心复合物）、LHCII（大量天线）制剂分别与脂质体重组并研究了其光谱性质。LHCII在与脂质体重组前表现出典型的聚集态光谱特征，重组后吸收和荧光发射峰发生明显蓝移;LHCII、OECC和pdOE三种蛋白脂质体与重组前的样品相比荧光发射强度增加;表明脂环境影响了色素蛋白复合物的聚集状态以及色素和蛋白之间的相互作用。 OECC和pdOE分别与LHCII在脂质体中重组，得到两种重组蛋白（LHCII-OECC和LHCII-pdOE）脂质体，用冰冻蚀刻电镜技术和低温荧光光谱的方法研究其结构和功能特征。LHCII和核心复合物（OECC或pdOE）结合形成PSII-LHCII重组颗粒，并在脂质体中均匀排布，阻止了LHCII晶格状结构的形成。重组蛋白脂质体的吸收光谱既有LHCII的吸收特征，又有核心复合物的特征吸收峰，但低温荧光光谱的主要发射峰是核心复合物的特征峰（684 nm-685 nm），而不是LHCII的特征峰（680 nm）;而且激发不同色素得到的荧光发射光谱基本一致，这些结果证明LHCII吸收的能量传递到了核心复合物中，在重组蛋白脂质体中不同色素蛋白复合物在结构和功能上都实现了相互偶联。 通过对OECC或pdOE与LHCII重组形成的蛋白脂质体放氧或DCPIP光还原活性的检测研究了PSII光化学活性特征。LHCII和核心复合物（OECC或pdOE）的重组蛋白脂质体与单独核心脂质体相比，在强光和弱光下光化学活性都明显提高。这从另一个角度证明了核心复合物与LHCII的功能偶联，LHCII的结合使捕光截面积增大，从而使PSII光化学活性增加。 用77K飞秒时间分辨荧光光谱分析了几种蛋白脂质体的能量传递和捕获情况。LHCII、OECC和pdOE三种蛋白脂质体的主要荧光衰减组分分别是670 ps（发射峰在680 nm）、650 ps（发射峰在690 nm）和570 ps（发射峰在685 nm）。LHCII-OECC和LHCII-pdOE脂质体的主要衰减组分分别是940 ps（发射峰在690 nm）和840 ps（发射峰在685 nm），并且出现了一个在核心复合物脂质体和LHCII脂质体中没有的40 ps组分，可以推测，这是LHCII和核心复合物之间达到平衡的时间组分，比激发态衰减的平均寿命要快得多，因此支持了PSII的trap-limited激发能衰减动力学模型。此外，可以看到天线的增大使Chl a荧光衰减的寿命延长，这一特性可能与PSII的光保护机制有关。 LHCII和OECC、LHCII和pdOE在脂质体中都成功的实现了重组，而且在结构和功能上没有明显差异;表明小天线以及23 kDa、17 kDa蛋白可能不是LHCII和核心复合物结合及能量传递所必需的。 2、受体侧光破坏和色素置换对PSII RC的影响： 在800 μmol.m-2 .s-1光照和无外加电子受体、供体的情况下，研究了PSII RC色素的受体侧光破坏情况。Chl a、Pheo和β-Car的光漂白几乎同时发生，其中在680 nm吸收的色素破坏最为显著，670 nm吸收的外周Chl比其他色素更加稳定。荧光发射强度呈先升高后降低的趋势，最大发射峰位逐渐蓝移，表明色素之间的能量传递受到破坏。用β-Car的主要吸收波长488 nm和514.5 nm激发得到两组谱带峰位和强度不同的拉曼光谱，表明在PSII RC中存在两个光谱性质不同的β-Car。光破坏过程中两组谱带的位置和带宽都没有明显变化，表明β-Car的光保护机制不涉及自身构象的变化。 将PSII RC与Cu-Chl a进行色素置换，得到了与Cu-Chl重组的RC（Cu-Chl-RC），含有0.5 Cu-Chl/2Pheo。与对照RC（按同样方式与Chl a置换的RC）和天然RC相比，Cu-Chl含量增加而Chl含量减少，660 nm的吸收增加而670 nm吸收降低，因此推测是外周Chl被替换。色素置换过程对RC的多肽组分及大部分的P680活性没有影响，CD光谱的变化也很小，表明产生CD信号的色素和蛋白环境也没有受到明显影响。但是Cu-Chl-RC的荧光发射强度明显降低，最大发射峰蓝移且峰形发生变化，Cu-Chl可能在重组RC中作为激发态的淬灭剂，阻碍了色素之间的能量传递。

理化因子诱导的CP43和CP47结构与功能变化规律的研究

CP43和CP47是PSII中位于类囊体膜上的两种内周天线色素蛋白复合体，它们都是由六个跨膜的α-螺旋和五个膜外环组成。CP43和CP47的主要功能是把光系统II(PSII)外周天线色素蛋白复合体(LHCII)吸收的能量传给反应中心(RC)，从而引起光化学反应。因此，研究CP43和CP47的结构与功能对于揭示植物光合作用高效吸能、传能的分子机理具有重要意义。由于CP43和CP47的分离纯化比较困难，所以相对于其它的光合膜蛋白来说，人们对CP43和CP47的研究比较少。在本文中，我们在分离、纯化CP43和CP47的基础上，采用多种光谱学和波谱学技术对CP43和CP47在GuHCl和高温作用下的变性过程及其结构与功能的变化规律进行了比较深入的研究，获得了如下结果： 1. CP43和CP47膜外区的结构特点及盐酸胍(GuHCl)引起的变性研究 我们用荧光光谱、园二色(CD)光谱研究了GuHCl引起CP43和CP47的变性过程及其膜外区的结构特点。研究发现：CP43和CP47的膜外区具有一定的有序结构，而不是一种没有规则的伸展状态;和CP43相比，CP47的三级结构及Chl a的微环境对GuHCl更敏感。在GuHCl作用下，从β-Car到Chl a的能量传递变化和三级结构的变化密切相关，而与二级结构变化的相关性则较小;和大多数水溶性蛋白不一样，CP43和CP47对GuHCl变性有一定的抵抗力，而且其变性过程不表现为二态过程，这些都是膜蛋白的特点。 2 CP43和CP47中与芳香族氨基酸有关的能量传递研究 我们用吸收光谱、荧光光谱并参照PSII的3.5 Å的晶体结构分析结果研究了CP43和CP47中与芳香族氨基酸有关的能量传递。发现：和水溶性蛋白不一样，CP43和CP47中的酪氨酸(Tyrs)并不能有效的把其能量传给色氨酸(Trps);CP43和CP47中的芳香族氨基酸能通过Föster机制和Dexter机制把其能量传给Chl a，并且CP47中的传递效率要大于CP43;在CP47中Föster机制是芳香族氨基酸和Chl a之间能量传递的主要方式，而在CP43中Dexter机制则是主要方式。这些结果也暗示了，太阳光中的紫外辐射对植物来说除了其伤害作用以外也有一定的益处。 3 GuHCl诱导CP43和CP47变性的太赫兹（THz）光谱研究 THz时域光谱技术(THz-TDS)是研究分子构型状态的一个新工具。近年来，已被应用于物理或化学分子的研究中。我们首次把这个技术应用到光合膜蛋白CP43和CP47的GuHCl变性研究上。研究发现，在小于1.5 THz时，THz吸收光谱强度随着频率的增加而增加可以看作是蛋白质变性的标志。在GuHCl作用下频域光谱中出现的1.8 THz峰应来源于Chl a和GuHCl之间的相互作用。实验结果表明，THz光谱是区分蛋白分子的不同构型状态以及监测蛋白变性过程的有力工具。 4 CP43热变性的傅立叶变换红外光谱和THz光谱研究 我们用傅立叶变换红外光谱技术(FT-IR)、SDS聚丙稀凝胶电泳(SDS-PAGE)和THz光谱技术对CP43的热变性过程进行了研究。结果表明，在高温处理下，CP43的二级结构发生了变化，且其跃变点发生在59℃。随着温度的逐渐升高，CP43先发生凝集，接着又发生降解;CP43的低频振动模随着温度的升高和分子量的减小也发生变化。我们还证实THz光谱技术在监测膜蛋白的热变性时既有它的优越性，也存在一些不足之处。这些结果为THz-TDS技术在生物样品上的应用提供了基本的资料，并完善了相关的理论。

光系统I及其亚组分的分离纯化与光破坏特性的研究

光系统I（photosystem I，PSI）是光合膜上参与光合作用原初反应过程的主要膜蛋白超分子复合体之一。高等植物的PSI是由核心复合体（14个亚基）和捕光色素蛋白复合体I（light-harvesting complex I, LHCI，含4个Lhca蛋白）组成的超分子复合体，它的主要功能是调节光诱导的从囊腔侧的质体兰素（plastocyanin，PC）向基质侧的铁氧还蛋白（ferredoxin，Fd）的电子传递。研究PSI的结构与功能对于揭示植物光合作用高效吸能、传能的分子机理具有重要意义。在本文中，我们首先建立了分离制备PSI及其亚组分的方法（Qin et al., 2007），并在此基础上对PSI在强光破坏的过程中结构与功能的变化进行了比较深入的研究。本论文的主要研究结果如下： 1．快速、高效分离纯化PSI及其亚组分方法的建立。 国际上传统的PSI分离方法（Bassi and Simpson, 1987; Croce et al., 1998; Påsllon et al.1995; Schmid et al. 2002），耗时长较长（分离PSI颗粒一般需要多于20h的蔗糖超速离心过程，而分离PSI的亚组分则需要25-60h的蔗糖超速离心过程）、得率较低，这不便于PSI方面的研究，为此我们首先改进了传统的分离纯化方法。新方法以高等植物菠菜叶片作为原材料，使用Triton X-100作为增溶剂，通过差速离心技术获得的粗制品，然后使用十二烷基麦芽糖苷(n-Dodecyl β-D-maltoside, DDM)增溶PSI粗制品，之后采用100,000×g，垂直转头（Beckman VTi 50）0.1-1 mol/L蔗糖梯度离心3h获得纯度较高的PSI颗粒。然后使用DDM和3-(N, N-Dimethylpalmitylammonio) propanesulfonate （zw 3-16）两种增溶剂处理PSI，后经100,000×g，垂直转头（Beckman VTi 50）蔗糖梯度离心4h获得纯度较高的PSI core、LHCI-680、LHCI-730复合体。采用吸收光谱、荧光光谱技术研究了各样品的基本光谱学特性，采用HPLC分析了各样品的色素组成，结果显示平均每个Lhca蛋白结合1.5-1.6黄体素，1.0紫黄质, 0.8-1.1 β-胡萝卜素，该方法制备的LHCI比传统方法制备的LHCI减少了类胡萝卜素的丢失。这一工作为以后结构与功能的研究工作奠定了良好的基础。 2．PSI复合体及其亚组分的特性研究。 PSI颗粒具有一定的适应环境酸碱变化的能力，在我们的试验条件下PSI颗粒在pH 5-10相对稳定。PSI、LHCI很难通过加入Mg2+、Ca2+、Na+阳离子聚集沉淀。经绿胶鉴定我们制备的LHCI-680、LHCI-730是二聚体形式;而把PSI绿胶后再进行第二向十二烷基硫酸钠－聚丙烯酰氨凝胶电泳（SDS-PAGE）电泳，结果发现在稍强烈的绿胶增溶条件下，LHCI-730是以二聚体的形式存在，但是LHCI-680却是以单体的形式出现。这说明LHCI形成的二聚体，尤其是LHCI-680，较容易受到增溶处理而分离成单体形式，解释了以生化分离手段得到的LHCI-680的聚集形式是单体还是二聚体这个目前国际上还有有争议的问题。 3．PSI、LHCI光破坏的基本特点。 采用白光（2500 μmol•m-2•s-1）照射PSI颗粒，通过SDS-PAGE及室温吸收光谱检测光照过程中PSI复合体的变化，结果表明：去氧处理能够大大延缓PSI的光破坏，而PSI脱辅基蛋白不会发生光破坏，这说明PSI发生的光破坏可能与Chl与O2的相互作用有关。采用白光（1000 μmol•m-2•s-1、300 μmol•m-2•s-1）处理LHCI-680、LHCI-730，发现LHCI-680被破坏的速度明显快于LHCI-730被破坏的速度，这是首次在体外分离的水平上揭示了不同LHCI光破坏方面的差异。LHCI-680与LHCI-730在光破坏方面的差异可能与两种天线蛋白结合的类胡萝卜素的种类和数量不同有关，还可能与二者结合的长波长Chl的情况有关，但是具体的原因还有待于进一步的研究。 4．结合不同的捕光色素蛋白复合体（light-harvesting complex，LHC）对PSI光破坏的影响。 为了研究结合不同的捕光天线对PSI光破坏的影响，我们制备了PSI-LHCII、PSI、PSI core三种复合体。使用白光（2500 μmol•m-2•s-1）照射这三种复合体，并通过测定各复合体在光破坏过程中蛋白亚基、吸收光谱、PSI活性及P700含量的变化，对比三者光破坏的速度，结果发现PSI-LHCII在这三种复合体中光破坏速度最快，而PSI和PSI core两种复合体光破坏速度基本一致。我们推测在光照过程中部分光系统II捕光Chl a/b蛋白复合体II（light-harvesting complex II，LHCII）能够向PSI core传递能量，另外PSI-LHCII绿胶分析的结果表明发生了LHCII三聚体向单体的转变，这种强光下发生的LHCII聚合形式的转化可能是高光强下调节光能捕获的一种机制，由于植物体内具有较完整的保护系统，体内PSI-LHCII的光破坏可能与体外情况不同;另外LHCI与PSI core的解离可能发生在强光照射的早期，具有保护PSI core减少光破坏的积极作用。该部分的研究首次观察了结合不同的捕光天线对PSI光破坏的影响。

不同膜脂环境中PSII核心复合物和外周天线之间的功能关系

光合作用过程中光能的吸收、传递和转化都是在类囊体膜中进行的，它是由脂质双层膜和色素蛋白复合物构成的。光系统II（PSII）是存在于类囊体膜中的多亚基色素蛋白复合物，主要功能是吸收光能，进行光诱导的电荷分离，产生电子传递并催化水的光解。光系统II捕光天线复合物（LHCII）与PSII核心复合物结合形成的PSII-LHCII超分子复合物，是PSII在体内的基本结构和功能单元，这一结构保证了LHCII吸收的能量快速有效的传递到PSII反应中心，进行原初光化学反应。膜脂与膜蛋白的相互作用在调节PSII-LHCII超分子复合物各亚基之间的结构和功能方面起着重要作用，而在类囊体膜脂中，非双层脂单半乳糖甘油二脂（MGDG）含量最多，约占50%，在光合膜蛋白的结构和功能中具有重要作用。 本论文利用脂质体重组等技术研究了LHCII和放氧核心超分子复合物（OECC）之间的功能关系，MGDG的作用以及微量天线的功能。主要结果如下： 1. MGDG能和Chl a、PC或其它类囊体膜脂一起与PSII蛋白构建蛋白脂质体，脂质体形状较规则统一，基本呈圆球状，阻止了MGDG反六角相结构的形成。脂质体的直径大小在100-500 nm之间，属于小单层脂质体。PSII膜蛋白LHCII和OECC能在MGDG脂质体中实现重组，形成LHCII-OECC超分子复合物，在结构上相互偶联，LHCII-OECC蛋白颗粒直径在15-25 nm之间。LHCII吸收的能量能够传递到核心复合物OECC中，形成功能上的偶联，而且LHCII的结合增加了功能天线的大小和捕光截面积，从而提高了PSII的光化学活性。 2. MGDG对蛋白脂质体的结构和功能有影响。低温荧光发射光谱和PSII光化学活性的结果显示，MGDG影响了PSII复合物色素和蛋白的存在状态；MGDG能增强LHCII和OECC之间的相互作用，促进能量从LHCII到核心复合物的传递，提高PSII的光化学活性。 3. MGDG促进类囊体膜脂和PC-MGDG蛋白脂质体的放氧活性的原因不同。在类囊体膜脂脂质体中，MGDG主要通过膜蛋白疏水部分的横向压力增加PSII偶合的天线量，提高PSII的光化学活性；而在PC-MGDG蛋白脂质体中，MGDG不能加强PSII与天线的偶合，可能是通过MGDG与LHCII的相互作用，增加PSII的光化学活性。 4. 微量天线不是大量天线和核心复合物重组和相互作用所必需的，但微量天线的存在，能促进大量天线与PSII核心复合物之间的能量传递和放氧活性，大量天线与PSII核心复合物之间的偶联作用得到增强。而且蛋白脂质体放氧活性的证据表明，MGDG能促进微量天线的这种作用。