光合单位的周转率与叶片光合速率的关系

利用闪光技术,测得若干高等植物叶片的光合单位为 1450～2050 Chl/CO_2。在含O_2 2％及CO_2浓度和光通量密度都饱和的条件下,测得叶片的连续光合速率为25～70μmol CO_2 m~(-2) s~(-1)。从上述数据及叶片叶绿素含量计算,得叶片光合单位的周转率已达80～160次/s。这样的周转速率与Emerson当初用改变闪光间暗间隔而测到的光合单位周转时间相似(即<10 ms/次,或>100次/s),从而证实了光合单位的周转与光合速率直接有关。这样的速率可称之为叶片光合的理论速率。     

对“光合单位”论述的商榷

潘瑞炽先生等在论述原初反应的前提下[《植物生理学》上册(第二版),高教出版社,1988,87页],赋于光合单位的定义是“还原1个CO_2分子(或放出1个O_2分子)所需的叶绿素分子数目,就叫做光合作用单位”,接着论述叶绿素分子数是“200～250个聚光色素分子加1个作用中心色素分子”。现仅对此作一商榷。光合单位的概念是Emerson于1932年提出的,当时所谓的光合单位是指同化1分子CO_2或释放1分子     

大连市6种园林树种的光合固碳释氧特性

以大连市园林6种常用园林树种为研究材料,利用LI-6400便携式光合测定仪测定树木的光合生理生态指标,对6种树种的光合固碳释氧能力、光响应参数以及光合速率影响因子进行分析。结果表明:在不同季节同种植物的单位叶面积固碳释氧能力表现为夏季最强。日均单位叶面积固碳释氧能力由强到弱为龙爪槐(Sophora japonica var.pendula)合欢(Albizia julibrissin)光叶榉(Zelkova serrata)槲树(Quercus dentata)悬铃木(Platanus acerifolia)枫杨(Pterocarya stenoptera);日均单株固碳释氧能力由强到弱为悬铃木槲树合欢光叶榉枫杨龙爪槐。气孔导度、蒸腾速率、光合有效辐射和大气CO2浓度是影响光合速率的主要因子。悬铃木、合欢对环境的适应能力较强。根据树种的固碳释氧能力及生理特性,建议在大连地区进行绿化时优选悬铃木、合欢,槲树、龙爪槐也可作为高固碳树种推广。     

氢酶与固氮酶在细菌光合固氮中的联系

研究了混养型光合细菌Rhodopseudomonas capsulata N-3 氢酶与固氮酶之间的联系,观察到:1.以苹果酸(30毫克分子)为碳源,谷氨酸(5毫克分子)为氮源,营光合异养生长的菌体由固氮酶催化释放出大量的分子氢,光合放氢的过程完全依赖于光和外加电子供体,NH_4~ 对这一过程有明显抑制作用。2.营光合异养生长的光合细菌具活跃的氢酶,是膜结合态,能以多种生理活性物质,如NADP,反丁烯二酸,硝酸盐,氧及一些氧化还原染料为受体,吸取分子氢,这一过程显著地被NH_4~ 所促进。3.氢酶催化分子氢,支持光合固氮活性,这一固氮活性对氧的酶感性显著下降。4.当有机底物浓度不足时,分子氢所支持的固氮活性更为有效,有机底物浓度处于过量时,分子氢不再支持固氮。5.乙炔对氢酶活性具不可逆的抑止作用,氢酶被抑止后,固氮酶所催化的光合放氢显著剧增。 基于上述结果,对氢酶和固氮酶在细菌光合固氮中相互联系及其对光合细菌光能异养和光能自养两种生长方式间的转换的可能作用进行了讨论。     

低浓度硫酸甲酯吩嗪（PMS）对叶片光合放氧的促进作用

外加低浓度循环光合磷酸化电子递体硫酸甲酯吩嗪(PMS)对菠菜、大豆、水稻和小麦叶片光合放氧有促进作用,与此同时叶片ATP含量也得到增加。PMS对经8 mmol L~(-1)NH_4Cl处理过的菠菜叶片的光合放氧也有促进,最适促进浓度比未经NH_4Gl处理的叶片高,促进的幅度也大。幼龄叶与成长叶相比,幼龄叶的光合磷酸化活性和P/O比值低于成长叶片,其光合放氧速率受PMS促进的幅度大于成长叶片。因此光合磷酸化也可以成为光合作用的一个重要限制因素。     

有机磷农药在水生态系中生物净化机理研究——3.对硫磷及其降解产物对栅藻光合作用的影响和模拟藻菌系统中对硝基酚的降解

对硝基酚对栅藻光合放氧有明显抑制作用,半抑制浓度在16毫克/升左右;对硝基酚钠对栅藻光合放氧和CO2同化的抑制作用十分一致,它们的半抑制浓度分别在54毫克/升和52毫克/升左右。实验室证明对硝基酚在水体中主要是由细菌分解,藻类起供氧作用。一旦藻类的光合放氧受到抑制,细菌对对硝基酚的好气性降解能力也消失。对硫磷和二乙基硫代磷酸钾对栅藻光合放氧无明显抑制作用。       

二回原始观音座莲蕨光合作用的生理生态学研究

利用 CO2 光合测定仪分析了引种栽培的二回原始观音座莲叶片的光合补偿点和光合饱和点及其日变化 ,通过控制叶室的光合有效辐射、CO2 浓度、温度和相对湿度 ,分析了叶片的羧化效率和 CO2 补偿点 ,并进行光合有效辐射 ,温度或相对湿度对光合速率的单因子影响研究。二回原始观音座莲的二回羽状复叶上午、中午和下午的光合补偿点分别为 6 .1、6 .4和 3.1μmol/m2 s,光合饱和点分别为 2 50、50 0和 2 50 μm ol/m2 s。最适光合有效辐射为 10 0～ 50 0μmol/m2 s。叶片的羧化效率为 0 .0 191,CO2 补偿点为 59.1μmol/m ol。光合速率在叶温 2 2～ 2 8°C范围内 ,随温度升高上升 ;2 8～ 33°C随温度升高下降 ,最适温度为 2 4～ 30°C。相对湿度 30 %～85%的试验范围内 ,叶片光合速率随湿度增加而增大 ,最适相对湿度条件在 75%以上。     

阳光紫外辐射对褐藻羊栖菜生长和光合作用的影响

为探讨经济褐藻羊栖菜对阳光紫外辐射变化的响应,我们在全波段阳光辐射(280－700 nm),去除UV-B辐射(320－700 nm)以及光合有效辐射PAR (400－700 nm)三种辐射条件下对其进行培养,测定了其光合作用与生长的变化。羊栖菜的生长是通过每两天测量一次藻体的湿重来测定的,光合放氧是用Clark型氧电极测定的,为了测定藻体叶绿素a和紫外吸收物质的含量,从250 nm到750 nm对羊栖菜的甲醇提取液进行扫描,叶绿素a的浓度用Porra的公式计算,紫外吸收物质的计算是根据Dunlap的方法先计算紫外吸收物质和叶绿素a的比率,然后乘以每单位藻体叶绿素a的含量。结果表明,当藻体接收较多的日辐射量时有较高的相对生长速率,当滤除UVR后,较高的太阳辐射也导致了较高的光合放氧。然而太阳紫外辐射能够抑制藻体的光合放氧和生长速率,降低叶绿素a的浓度,并且这种抑制作用随着辐射水平的升高而增强。此外,阳光紫外辐射也诱导产生了一定量的紫外吸收物质,但并不足以抵抗紫外辐射对藻体的伤害作用。     

番木瓜的光合作用途径

番木瓜(Caraca papaya)叶片有低的~(13)C/~(12)C值(δ ~(13)C为-25‰),低的PEP羧化酶活性(12.2单位/毫克蛋白质/分)。乙醇酸氧化酶活性为24～57单位/毫克蛋白质/分,光呼吸为3～5毫克CO_2/平方分米/小时,光呼吸及暗呼吸的比率为1.7～2.5。氧对光合作用有抑制现象。没有发现叶片中的Kranz结构。这些特征加上过去对其光合作用速率、CO_2补偿点,光饱和点及光合作用最适温度的分析结果,表明番木瓜是C_3植物。     

针叶树越冬针叶光氧化与叶绿体超氧阴离子自由基

以Tiron为自旋探针,检出了越冬针叶叶绿体指示超氧阴离子自由基产生的TH~·ESR信号。此信号可由紫外辐射,也可由光合有效辐射产生。以单位叶绿素量为基数计算的信号强度比已报道的其它植物材料大2～3个数量级。红松叶绿体信号又大于其它针叶树。此信号可被外源SOD,抗坏血酸、乙醇和N_2抑制;随光照增加而增强,12月到次年5月期间又随时间而增强。上述结果表明红松针叶的冬季光氧化伤害与叶绿体中过量超氧阴离子自由基的产生有关。     

光合磷酸化的量子需要量

用菠菜叶绿体悬浮液,在红光下(620—660mμ,6—8×10~3尔格/厘米~2-秒)测定同位素P~(32)标记的无机磷酸进入ATP的强度,并根据吸收的光能量换算为形成一个分子ATP所需要的红光量子数。结果指出: (1)循环光合磷酸化作用,不论用何种辅助因素(PMS,维生素K_3,FMN),形成一个分子ATP的量子需要量均在4—5之间(最低一次获得2.9)。叶提取液代替辅助因素,结果亦同。(2)与希尔反应偶联的光合磷酸化作用(希尔氧化剂为K_3Fe(CN)_6或TPN)的量子需要量亦是4—6。同时测定的还原作用指出希尔反应中每放出一个分子O_2,需要8—12个红光量子,表示在试验条件下,二者是完全偶联的(P/2e?1)。没有磷酸化(不加ADP及P_i)时,希尔反应的量子需要量不变,表示偶联的ATP形成不需额外的光量子。(3)光强度减低,则循环与非循环光合磷酸化作用的效率随之降低,量子需要量增加,而希尔反应的效率则不变。从上述结果推论,两种光合磷酸化作用均是通过同一的电子传递系统,在此系统中仅有一个磷酸化部位,除非另有一个部位是极易破坏的。试验结果也对光合作用的量子需要量问题,供给可能的解释。在弱光下光合作用效率高,可能是由于部份ATP来自呼吸;而在强光下效率减低,则是呼吸所供给的ATP不足而必需依靠循环光合磷酸化所致。     

关于“光合单位”的概念——兼评潘瑞炽等编写的《植物生理学》中“光合单位”概念的论述

(一)现行《植物生理学》教材和文献中,关于"光合单位"概念,各有其说,现列举三例:1、在饱和光照之后,植物在黑暗中还原一个CO_2分子(或放射出一个O_2分子)所需要的叶绿素分子数目,就叫做光合作用单位(pho tosynthetic unit).2、叶绿体中存在的不是以氧分子,而是以电子为单位的电子传递链、每个链包含有两个色素系统,它们都有起电荷分离作用的"作用中心"及数量众多的"天线色素",后者捕捉和传递光能给作用中心.这样,一个光合单位就应用一条光合链上两个色素系统叶绿素的总和来代表.     

光合磷酸化的研究 Ⅷ.黄化小麦幼苗变綠时光合磷酸化活力的发生

(1)黄化小麦幼苗初变绿时,光合磷酸化活力之发生远较叶绿素的生成为迟。在实验条件下,照光变绿3小时后,才可测得光合磷酸化活力,且其按叶绿素为基础计算的活力随照光变绿时间的增加而增加,至照光变绿7—8小时后,叶绿体上叶绿素含量尚在继续增加,但光合磷酸化活力则趋向恒定。(2)在黄化幼苗变绿初期,测得的循环光合磷酸化ATP形成能力较非循环光合磷酸化ATP形成能力高得多,以后较接近;但将循环光合磷酸化之ATP形成能力与非循环光合磷酸化之放氧能力相比较,则其比例在不同时期相差不大。这说明,在变绿初期非循环光合磷酸化之ATP形成能力特别小的原因,主要是由于当时它的偶联程度特别低,并不是因为它较循环光合磷酸化多牵涉到放氧等步骤,而这些步骤可能发生得较晚所致。以DCPIPH_2作氢供体的氧化光合磷酸化活力的最初增长情况与以Fe(CN)_6~≡作氢受体的非循环光合磷酸化ATP形成能力的增长情况一样,均比以PMS促进的循环光合磷酸化活力增长时间为晚,这结果也有助于证明非循环光合磷酸化ATP形成能力增长较晚的原因与它牵涉到放氧步骤无关。(3)使黄化变绿幼苗光合磷酸化、希尔反应活力达到饱和所需的光强度与绿苗所需的相仿。变绿初期的叶绿体,其光合磷酸化作用有很强的“光强效应”,卽弱光下电子传递速度慢、PSP活力低时,与磷酸化的偶联程度会急剧下降。这现象可能是造成变绿初期测得的非循环光合磷酸化ATP形成能力特别低的原因。(4)黄化幼苗变绿时,同化CO_2能力之发生时间与光合磷酸化活力之发生时间差别不大,但以叶绿素为基础计算,前者的活力较早达到恒定。     

光系统Ⅱ反应中心CP47/D1/D2/Cyt b-559复合物中色素分子空间取向的线二色光谱研究

线二色光谱(LD)是研究色素分子在光合膜上空间取向和排布的重要手段.采用低温(100K)吸收光谱和线二色光谱技术研究光系统Ⅱ核心复合物CP47/D1/D2/Cyt b-559中色素分子的空间取向.结果表明,在光系统Ⅱ核心复合物CP47/D1/D2/Cyt b-559中680 nm处有吸收的叶绿素分子Qy跃迁与光合膜平面平行.β-胡萝卜素分子有两种不同的空间取向,其中在470和505nm处有吸收的β-胡萝卜素分子(Ⅰ)与光合膜平面近似平行,而在460和490nm处有吸收的β-胡萝卜素分子(Ⅱ)与光合膜垂直.光破坏实验显示垂直取向的β-胡萝卜素分子对强光敏感.680nm处吸收的叶绿素分子成分复杂,可能包含有P680和核心天线CP47蛋白上的色素分子.     

光系统Ⅱ反应中心CP47/D1/D2/Cyt b-559复合物中色素分子空间取向的线二色光谱研究(英文)

线二色光谱(LD)是研究色素分子在光合膜上空间取向和排布的重要手段。采用低温(1 0 0K)吸收光谱和线二色光谱技术研究光系统Ⅱ核心复合物CP47/D1/D2/Cytb_5 5 9中色素分子的空间取向。结果表明,在光系统Ⅱ核心复合物CP47/D1/D2/Cytb_5 5 9中 6 80nm处有吸收的叶绿素分子Qy 跃迁与光合膜平面平行。β_胡萝卜素分子有两种不同的空间取向,其中在 470和 5 0 5nm处有吸收的 β_胡萝卜素分子(Ⅰ)与光合膜平面近似平行,而在 46 0和 490nm处有吸收的 β_胡萝卜素分子(Ⅱ)与光合膜垂直。光破坏实验显示垂直取向的 β_胡萝卜素分子对强光敏感。6 80nm处吸收的叶绿素分子成分复杂,可能包含有P6 80和核心天线CP47蛋白上的色素分子。     

紫色非硫光合细菌Rhodopseudomonas capsulata铁氧还蛋白的分离纯化

采用超声破碎,Triton X-100处理,30％丙酮提取,经三次DEAE-52纤维素离子交换柱层析分离纯化,我们第一次从紫色非硫光合细菌Rps.capsulata N-3菌株中,获得聚丙烯酰胺凝胶电泳纯的铁氧还蛋白(Ferredoxin)及其结晶。吸收光谱的峰值位于275舳,375nm;在450 nm、480 nm处各有较小的吸收峰。特征吸收峰比A375nm/A275nm=0.74。凝胶过滤测定它的分子量为9,000道尔顿;每分子含有8个非血红素铁和等数量的酸性不稳定硫。铁氧还蛋白能被连二亚硫酸钠化学还原,氢气和氢酶构成的酶体系还原,亦能作为电子传递载体参与菠菜叶绿体催化的DCPIPH_2→铁氧还蛋白→NADP~ 光还原。     

温度变化对藻类光合电子传递与光合放氧关系的影响

由于直接测定藻类的光合速率耗时且不方便,研究者们常通过测定藻类光合电子传递速率的方式来间接反映其光合速率,理论上,以氧气产生来度量的总光合速率（PGross）与电子传递速率(ETR)之间应该存在很好的线性关系。然而,由于温度的变化会影响藻类的光呼吸等耗氧的生理过程从而影响光合作用中的氧气释放,因此温度可能会对PGross与ETR之间的线性关系产生影响。研究了温度变化对蛋白核小球藻（Cholorella pyrenoidosa）、菱形藻（Nitzschia sp.）和水生集胞藻（Synechocystis aquetilis Sauv.）的总光合放氧速率（PGross）与电子传递速率(ETR)之间比率的影响,结果表明PGross/ETR随温度的升高而降低,低温条件下PGross/ETR比值较高,说明在相同的电子传递速率的情况下水的光裂解产生的氧有更多的可以释放出来;在高温条件下PGross/ETR比值相对较低,说明高温条件下可能有相对更多的水光裂解产生的氧被用于耗氧的生理过程而没有释放出来。研究表明当温度发生变化时,光合放氧与电子传递之间并不呈线性关系,这说明将ETR作为实际光合生产的评价指标时要谨慎,不能不加分析地直接应用。     

应用飞秒时间分辨瞬态吸收光谱研究蛋白质中距离相关长程电荷转移：光合细菌天线复合体LH2与TiO2纳米颗粒超分子组装体个例初探

蛋白质在生物体内电荷转移过程中所起的作用迄今仍然是一个有争议的问题,其争论焦点是蛋白质在生物电荷转移过程中是否提供特殊的电子传递通道或者是仅仅作为普通的有机介质。应用飞秒时间分辨瞬态吸收光谱研究由光合细菌天线分子和平均粒径为8nm的TiO2组装而成的超分子系统中长程电荷转移,晶体结构研究表明,光合细菌天线分子具有由多个α-脱辅基和β-脱辅基蛋白跨膜螺旋构成的双层空心柱面体结构,其中α-脱辅基蛋白跨膜螺旋构成的小环状体套于β-脱辅基蛋白跨膜螺旋构成的大环状体中,小环状体的空腔直径约为3.6nm。光合色素细菌叶绿素和β-胡萝卜素分子处于两环之间。细菌叶绿素距离外周胞质膜最近,预计为1nm。本研究试图将TiO2纳米颗粒部分装入光合细菌膜蛋白的腔体中,探讨细菌叶绿素与TiO2纳米颗粒间进行的光致长程电荷转移,进而揭示蛋白质在电荷转移过程中所起的作用。实验观察到细菌叶绿素B850在LH2/TiO2中的基态漂白恢复的时间常数明显地比在LH2中短,应用长程电荷转移模型。将蛋白质视为普通介电媒体。由电荷转移速率推算得到细菌叶绿素与TiO2纳米颗粒最近表面的距离为0.6nm。表明TiO2纳米颗粒已经成功地部分装入光合细菌天线分子的空腔中。     

亚硫酸氢钠对光合机构及其运转的影响

NaHSO_2在不同的浓度范围内,可以影响光合、光呼吸、气孔开度和膜脂过氧化等,但在1～2mmol/L时常能提高净光合强度和增加作物产量。这可能与促进RuBP羧化酶/加氧酶活性及光合磷酸化有关。低浓度的NaHSO_3对RuBP羧化酶/加氧酶两种活性都有促进作用。0.1mmol/L NaHSO_3对弱光下测定的光合磷酸化稍有促进。NaHSO_3对植物的影响可能在某些方面与α-羟基磺酸类似,但有时也许能以其它形式影响植物,而不一定要变成α-羟基磺酸。     

光合磷酸化的研究——Ⅻ.细菌载色体的非循环光合磷酸化

研究兼性厌氧紫色非硫螺旋菌及严格厌氧紫色硫细菌的离体载色体的非循环光合磷酸化,结果指出: (1)在厌氧并用HOQNO抑制载色体循环光合磷酸化的情况下,以过量维生素丙及催化量DCPIP为电子供体时,维生素K_3,FMN,反丁烯二酸等化合物均可作为电子受体构成非循环光合磷酸化。(2)在有氧状态时,维生素丙及DCPIP为电子供体的非循环光合磷酸化能以分子氧为最终电子受体。外加任何电子受体,不再促进磷酸化活力。(3)紫色硫细菌的载色体尚能以H_2S为电子供体与维生素K_3构成非循环光合磷酸化。(4)在载色体中的氢化酶的催化下,分子氢可以通过DCPIP,在光下联接于维生素K_3或反丁烯二酸的还原。其所偶联的磷酸化,具有非循环类型的特性。基于上述结果,对非循环光合磷酸化在光合细菌中的生理意义作了简短的讨论。