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。

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

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。

细胞色素b6f蛋白复合体中叶绿素 a的性质和功能研究

细胞色素b6f蛋白复合体（Cytochrome b6f complex, Cyt b6f）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。莱茵衣藻和嗜热蓝细菌的Cyt b6f三维晶体结构均显示，每Cyt b6f单体分子含有1分子Chlorophyll a (Chl a )，充分肯定了Chl a 是Cyt b6f天然成分的观点(Kurisu et al，2003;Stroebel et al，2003)。研究表明不同来源的Cyt b6f中Chla单线激发态寿命(或荧光寿命)并不一样，多数的研究结果认为Cyt b6f中Chla单线激发态寿命只有200ps左右，但是也有Cyt b6f中Chla单线激发态寿命为～600ps的报道;而甲醇中游离Chl a 的单线激发态寿命为4ns左右。针对Cyt b6f中Chla单线激发态寿命快速淬灭的现象，Dashdorj 等(2005)根据晶体结构推测Cyt b6f中Chla单线激发态和邻近的Cyt b6亚基上Tyr105残基发生电子交换传递，从而快速淬灭Chla单线激发态，减少了三线态Chl a和单线态氧的产生，并且认为这是Cyt b6f保护自身不受单线态氧破坏的一种机制，但是这一推测缺乏有力的证据。另外，Cyt b6f中Chla的功能仍然未知。本文以菠菜Cyt b6f为对象，结合多种实验手段，测定了菠菜Cyt b6f中Chl a单线激发态寿命，并对复合体中Chl a 单线激发态淬灭的机理进行了深入研究。此外，我们还对复合体中Chl a 可能的功能进行了初步地探讨。获得了如下的结果： 1．针对不同来源的Cyt b6f中Chla单线激发态寿命（或荧光寿命）测定结果不同的报道，仔细分析了其中的原因，发现除了样品来源的差异外，使用不同的去垢剂可能是一个不可忽视的因素。在实验中，不同的研究者分别采用了十二烷基麦芽糖苷（n-Dodecyl β-D-maltoside，DDM，）和八烷基葡萄糖苷（n-Octyl β-D-glucopyranoside，β－OG)作为溶解样品的去垢剂。因此，本文借助稳态吸收和稳态荧光光谱、瞬态光散射技术，CD光谱和亚皮秒时间分辨吸收光谱等技术，分别研究了这两种去垢剂对Cyt b6f结构和功能的不同影响。结果表明，DDM去垢剂能使Cyt b6f处于较好的分散体系中，其中血红素和Chl a分子处于特定的蛋白环境中，不会导致Cyt b6f变性;而β－OG去垢剂会使Cyt b6f产生聚合现象，其中的血红素和Chl a与蛋白环境的相互作用减弱，和DDM相比其电子传递活性显著降低，Chl a单线激发态寿命延长，Chl a更容易被光破坏。通过这一工作，我们优化和确定了Cyt b6f的溶解条件，为下面的研究工作打下了良好的基础。 2．利用Tyr的特异性修饰剂p-Nitrobenzenesulfonyl Fluoride（NBSF）对Cyt b6f样品进行特性修饰，经原子吸收谱、荧光谱、CD谱、质谱等方法对修饰后的样品进行鉴定，并结合时间分辨飞秒吸收光谱技术，测得修饰后的样品在660nm激发下Chl a 单线激发态寿命延长，从而在实验上提供了Tyr与淬灭Chla单线激发态有关的证据。但是对Cyt b6f 中Chl a瞬态吸收图谱仔细研究表明，菠菜Cyt b6f 中Chl a单线激发态快速淬灭过程中并没有发现Tyr与Chl a 之间发生电子传递时所形成的Chla•¯。以上结果表明，Cyt b6f 中Chl a单线激发态快速的淬灭确实和邻近的Tyr105有关，但是与Dashdorj 等提出的Chla单线激发态和Tyr105残基发生了电子交换传递从而淬灭Chla单线激发态这一想法不符，关于这一问题值得进一步深入研究。 3．红光和绿光对Cyt b6f 照射，Cyt f可以被还原，并且红光比绿光更容易使Cyt f 还原，暗示Cyt f 的还原与Chl a 的关系密切，有可能是Chl a 被激发后，其被激发的电子传给Cyt f。对这一现象的进一步研究表明，Cyt b6f在光照条件下，Cyt f 的还原与体系内C10－PQ库的氧化还原状况相关，氧化型的C10－PQ可能介导电子从Chla传向Cyt f。由于在体内质体醌库的氧化还原状态往往决定Cyt b6f 的氧化还原状态，而通过对Cyt b6f不同氧化和还原状态的吸收谱和荧光谱的研究表明，氧化态和还原态的Cyt b6f 中，Chl a 与蛋白的结合状态是有差异的。这些差异可能暗示着Chl a 分子在行使其功能时与复合体的氧化还原状态是有关系的。通过以上的结果，对Cyt b6f中Chl a 可能的功能进行了假设。 4．此外，我们还发现Cyt b6f具有明显的过氧化物酶活性。在0.1 mmol/L乙酸钠缓冲液，pH3.6，25℃，[H2O2] <40mmol/L的条件下，其催化反应的速度常数为kobs＝26±1.2M•s-1;对H2O2的Km 值为50mmol/L，对guaiacol的Km 值为2mmol/L;反应的最适pH为3.6，最适离子强度为0.1，最适温度为35℃。推测Cyt b6f的这种过氧化物酶活性可能是在胁迫环境下使Cyt b6f中的血红素和Chl a 分子免受H2O2的破坏。

盐胁迫对螺旋藻光合作用影响的研究

盐胁迫是限制高等植物和藻类生长和产量的主要环境因子之一。PSII对环境胁迫的响应被认为是光合作用适应逆境过程中最重要的一个环节。尽管盐胁迫对PSII的影响已进行了大量的研究，但有关盐胁迫对PSII作用方式和位点的研究仍存在着争议。我们主要研究了盐胁迫对螺旋藻PSII结构和功能的影响，以探讨盐胁迫对PSII的作用方式和位点以及该藻细胞PSII对盐胁迫的适应机理。主要研究结果如下： 1． 用0、0.2、0.4、0.6、0.8M NaCl处理螺旋藻细胞12小时。随盐浓度的增加，螺旋藻细胞的Chla、carotenoid、PC、APC及蛋白含量均呈下降趋势，说明盐胁迫抑制了上述色素及蛋白的合成或加速了它们的降解，从而影响了螺旋藻的光合作用。 2． 随盐浓度的增加，螺旋藻细胞光合放氧活性和PS II电子传递活性显著降低，表明盐胁迫引起藻细胞PS II活性的下降。 3． 通过放氧活性、热致发光（TL）、多相荧光瞬态上升动力学曲线的测定以及Western 杂交，来探讨盐胁迫对螺旋藻细胞PS II供体侧电子传递及OEC33蛋白含量的影响。结果显示：随盐浓度的增加，螺旋藻细胞光合放氧活性和PS II电子传递活性下降;TL B-band和Q-band强度降低，在0-0.6M NaCl下，B-band的周期性振荡清楚，最大值出现在第二次和第六次闪光，而在0.8M NaCl时，S态振荡基本上消失，S 态氧化还原循环受阻;Fm， J、I和P相荧光水平降低。以上结果都表明盐胁迫使PS II的放氧侧受损伤。且随盐浓度的增加，盐分引起螺旋藻细胞外周蛋白OEC33的降解，在蓝藻中首次提出放氧机构的S态循环受阻，放氧活性降低。 4． 通过OJIP曲线的测定以及JIP-test、闪光诱导的可变荧光衰减动力学、热致发光（TL）的分析，我们研究了盐胁迫对螺旋藻细胞PS II受体侧的影响。结果显示： JIP-test的参数Ψo和φEo随盐浓度的增加而下降,显示QA-到QB 电子传递受阻;可变荧光衰减动力学快相组分半衰期延长，所占总可变荧光百分比下降，表明QA-到QB 电子转移变慢，中相组分半衰期延长、所占百分比下降，说明空的QB位点对PQ的结合减慢，有可能PQ分子对QB位点的结合能力下降;TL B-band和Q-band的峰温度出现了位移，可能QA、QB的氧化还原电势发生了改变。以上结果表明，盐胁迫伤害了PSII受体侧的电子传递。 5． 首次运用闪光诱导下的叶绿素荧光上升及其衰减动力学来研究盐胁迫对PS II受体侧的影响。 6． 盐胁迫下，PS II供体侧和受体侧电子传递受抑制，有活性的PSII反应中心数量下降，说明盐胁迫对螺旋藻细胞PSII的伤害也可能是多位点的作用方式。此外，盐胁迫下，藻细胞放氧活性的下降快于受体侧QA 到QB电子传递所占百分比的下降，有可能PS II放氧侧先受损伤，然后是反应中心和受体侧。上述结果表明盐胁迫下PSII活性的降低是由于PSII供体侧和受体侧电子传递的抑制，有活性的PSII反应中心的减少。 7． 借助螺旋藻类囊体膜的Western杂交分析，来研究盐胁迫对螺旋藻类囊体膜PSII相关蛋白的影响。结果表明，上述PSII活性的抑制是由于类囊体膜蛋白的损失。主要与PSII反应中心CP43、CP47和OEC33蛋白含量的下降有关。 8． PS II机构对盐胁迫的适应涉及以下几个方面：降低吸收横截面，（PC/chla，APC/chla比值的降低）;光系统II光化学反应的改变，通过关闭的PS II反应中心比例的增加，使得PS II机构免于过多激发能的伤害而得以保护;提高了剩余的有活性反应中心的耗能效率（DIo/RC增加）;保持有活性反应中心高的激发能转化效率，比如，TRo/RC保持不变;另外，随盐浓度的增加，由藻胆体向光系统I的能量传递增加，避免过量激发能对 PSII的伤害，使螺旋藻细胞适应盐胁迫环境。

三峡水库香溪河库湾夏季藻类水华的时空动态及其影响因素

2008年6—8月,三峡水库香溪河库湾相继暴发蓝藻和绿藻水华.依据香溪河库湾夏季的每周监测,对研究区2次水华分别进行聚类和判别分析,研究了2次水华的时空动态及其影响因素.结果表明:研究区2次水华过程均可划分为无水华组、过渡组和水华组;2次水华的暴发对可溶性硅(DSi)、硝态氮与亚硝态氮(NO3--N+NO2--N)和磷酸盐(PO43--P)3种营养盐的吸收程度不同;蓝藻水华暴发期间的DSi、总氮/总磷(TN/TP)、DSi/TN和DSi/TP值均低于绿藻水华;判别蓝藻水华暴发的参数为叶绿素a(Chla)、

HCO_3~-碱度对铜绿微囊藻生长与光合活性的影响

研究了2.3 mM(ALK2.3)和12.4 mM(ALK12.4)HCO3-对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosaFACHB 927)生长与光合特性的影响。实验结果表明,ALK2.3显著抑制铜绿微囊藻的生长,至培养结束,与对照相比对生物量的抑制率为38%,ALK12.4条件下虽然至培养结束生物量没有显著变化,但碱度增加铜绿微囊藻生物量有一个快速的增殖期,之后其生长速率持续下降。碱度增加强烈抑制光合色素Chla的合成,ALK2.3和ALK12.4条件下对Chla含量抑制率分别为74%和

HCO_3~-碱度增加对铜绿微囊藻光合活性和超微结构的影响

研究了不同重碳酸盐(HCO3-)碱度2.3mmol/L(ALK2.3)和12.4mmol/L(ALK12.4)对铜绿微囊藻(Mi-crocystis aeruginosa FACHB 905)生长、光合特性、丙二醛(MDA)含量和超微结构的影响。实验结果表明,与对照相比碱度增加对铜绿微囊藻生物量抑制率分别为7%(ALK2.3)和55%(ALK12.4)。对光合色素Chla含量的抑制率分别为22%(ALK2.3)和88%(ALK12.4)。Chla/PC与对照相比先升高后降低。ALK2.3前期显著抑制光合活

Zn~(2+)胁迫对绿球藻生长、生理特性及细胞结构的影响

Zn2+对绿球藻胁迫的实验浓度为0.1、1、10、50、100、200、400mg/L,BG11培养基作对照。实验结果表明,在特定浓度条件下,Zn2+对绿球藻的生长、生理特性以及细胞结构具有显著影响。低浓度Zn2+(0.1—1mg/L)对绿球藻生长基本没有影响;浓度在10—50mg/L时,绿球藻能维持一定的生长速率;但当Zn2+浓度大于100mg/L时,绿球藻的生长受到显著抑制。绿球藻Chla+Chlb以及Chla含量均随培养基中Zn2+浓度的升高而逐渐减少。当Zn2+浓度低于10mg/L时,绿球藻的净光

滇池水体理化环境状况时空分布格局研究

在滇池全湖设置了 4 0个采样点 ,从 2 0 0 2年 9月至 2 0 0 3年 8月 ,按每月一次的频度对滇池水体的pH、溶解氧、透明度、总磷、溶解性总磷、溶解性磷、总氮、氨氮、Chla进行了为期一年的监测。结果表明 ,滇池外海水质已属V类及超V类水质 ,重富营养程度 ,只能满足工业和农业供水水质要求。滇池外海水质存在区域性强的特点 ,其污染程度与该地区的工农业分布格局相关 ,西北部水质污染情况最为严重 ,北部次之 ,南部最轻 ;在不同月份水质存在明显差异 ,在汛期 (5— 9月份 )水质污染最为严重

评价湖泊富营养化的一个综合模型(英文)

湖泊富营养化的评价 ,即确定水体的状态属性 ,实际上是一个将定性问题定量化的多变量的综合决策过程 ,因此 ,对湖泊的富营养化程度进行评价应以综合评价为主 .在综述国内外若干综合评价方法的基础上 ,指出营养状态指数 (TSI)法应可作为湖泊富营养化评价的主要方法 ,因其可对湖泊的营养状态进行连续的数值化分级 ,从而为富营养化机理的定量研究提供坚实基础 .采用层次分析 (AHP)法确定综合评价指标中的权重分配 ,构建一综合评价模型 :TSI =W (Chla)×TSI(Chla) +W (Sd)×TSI(Sd