PSⅡ系统放氧复合物中的锰簇模型物

合成了６个模型化合物并用以探讨ＰＳⅡ的放氧复合物（ＯＥＣ）中Ｍｎ簇的结构特征。模型物包含Ｍｎ２（μ－Ｏ）２和μ－Ｏ－μ－羧桥联的二锰结构单元,这些单元中的Ｍｎ－Ｍｎ、Ｍｎ…Ｍｎ和Ｍｎ－Ｏ（Ｎ）结构参数与ＰＳⅡ系统ＯＥＣ的相应数据一致,暗示ＯＥＣ中Ｍｎ簇可能具有类似的结构特点。还有两个模型物包含了卤素阴离子,它们被用于讨论ＰＳⅡ中Ｃｌ＾－１与Ｍｎ的联系。讨论认为,在５个ＰＳⅡ的Ｓ态中,具有高价锰中心     

光合作用氧释放机理研究进展

植物在光合作用过程中不仅为同化CO2提供能量和还原力,同时裂解水放出氧气。放氧反应主要由光系统Ⅱ(PSⅡ)氧化侧的4个锰原子组成的锰簇催化完成的。因此,锰簇在光合放氧过程中起看至关重要的作用。文章概述了对锰簇及其微环境的结构和功能的研究进展。     

植物光系统Ⅱ放氧复合体外周蛋白结构和功能的研究进展

光合放氧是植物光系统Ⅱ(PSⅡ)的重要功能之一.PSⅡ的放氧反应主要是由PSⅡ氧化侧的4个锰原子组成的锰簇催化的.在类囊体膜的囊腔侧还结合有若干个外周蛋白,对放氧反应起着重要作用.文章总结了植物光系统Ⅱ外周蛋白的结构和功能研究方面的最新进展.     

光合放氧中心外围配体的理论研究

光合放氧中心外围配体如何与Mn簇结合目前很不明确. 选择放氧中心Mn2O2单元作为理论研究对象, 对组氨酸、水和Cl等配体与Mn簇的结合方式进行了研究, 得到如下结论: (1) 组氨酸和H2O分子应与Mn2O2平面垂直, 彼此保持较大的距离, 且结合于不同Mn离子上; (2) 两个H2O分子不可能结合在同一个Mn2O2单元上. 结合目前放氧中心Mn簇骨架结构, 从理论上阐明了在S0状态下, 两个水分子与放氧中心"C"形结构开口端的两个Mn离子结合, 两个组氨酸分别与"C"形结构闭口端的两个Mn离子结合; Cl结合位点只可能在"C"形结构的开口端. 在此基础上, 对当前争议较大的Mn价态进行了归属.     

植物光系统Ⅱ放氧复合体外周蛋白结构和功能的研究进展

光合放氧是植物光系统Ⅱ（PSⅡ）的重要功能之一。PSⅡ的入氧反应主要是由PSⅡ氧化侧的4个锰原子组成的锰簇催化的。在类囊体膜的囊腔侧还结合有若干个外周蛋白,对放氧反应起着重要作用。文章总结了植物光系统Ⅱ外周蛋白的结构和功能研究方面的最新进展。     

重金属Mn对苦楝叶片光系统性能的影响

重金属锰严重抑制植物的光合作用,影响Mn污染地区植被恢复。为给Mn污染地区植被恢复提供合适的树种,以木本植物苦楝为研究对象,分别将0、10 g和30 g的MnCl_2 (CK、L1和L2)溶于纯水中配成溶液掺入盆栽土壤,通过快速叶绿素荧光诱导动力学曲线、820 nm光吸收曲线以及光合气体交换参数测定技术,研究重金属Mn对苦楝叶片光系统I(PSI)、光系统Ⅱ(PSⅡ)性能及其协调性的影响。结果表明,Mn胁迫下,苦楝叶片PSⅡ性能指数(PI_(ABS))表现为L2L1CK,且差异性显著(P0.05);K点(W_k)和J点(V_j)均显著大于CK;电子从Q~-_A传递到PSⅠ受体侧的效率(Ψ_((Ro)))和捕获的激子将电子传递到电子链中Q_A下游Q_B等电子受体的概率(Ψ_((Eo)))随着时间的推移呈现出先上升后下降的趋势;PSI性能(ΔI/I_0)显著低于CK (P0.05),PSⅠ与PSⅡ的协调性(Φ_((PSI/PSⅡ)))在L2水平下差异性显著(P0.05);净光合速率(Pn)、气孔限制值(Ls)和RuBP羧化效率均降低,胞间CO_2浓度(Ci)增高。以上结果表明重金属Mn显著影响了苦楝叶片PSⅡ和PSI性能,使苦楝光合能力下降。     

一株抗锰土壤芽胞杆菌的分离鉴定与生物学活性分析

从山东崅屿采集的黄棕壤中分离得到一株具有抗Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)氧化双重活性的芽胞杆菌,其最高Mn(Ⅱ)耐受浓度达到130mmol/L,对Mn(Ⅱ)的氧化活性为3.3μmol/(L·d)。通过个体形态与培养特征观测、生理生化反应、G+Cmol%测定和16SrDNA序列比对分析等鉴定,确定该菌株为巨大芽胞杆菌(Bacillus megaterium),命名为MB283。该菌株在添加Mn(Ⅱ)(10mmol/L)条件下比不添加Mn(Ⅱ)表现出相对较快的生长速率。采用高温培养并结合0.01%SDS处理,从MB283菌株筛选到一株发生内生质粒消除的突变株MB287,具有与野生菌株类似的锰耐受活性,且对Mn(Ⅱ)的氧化活性与野生菌株相比无明显改变,表明野生菌株MB283中与锰抗性和锰氧化相关的基因可能是定位于该菌的染色体上。     

镉胁迫对不同甘蓝基因型光合特性和养分吸收的影响

以2个耐镉(Cd)性不同的甘蓝品种为材料,研究了不同Cd浓度(0、20、50、100μmol.L-1)对甘蓝植株生长、叶片光合特性和养分吸收的影响.结果表明:Cd敏感品种在低浓度Cd(20μmol.L-1)处理下生长受到明显抑制,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ光合电子传递量子效率(ΦPSⅡ)及地上部、根系干质量显著降低;Cd耐性品种在高浓度Cd(50和100μmol.L-1)处理下生长和光合特性受到显著影响;Cd胁迫降低了甘蓝叶片叶绿素a和b含量,尤其对叶绿素a的影响较大,进而抑制了叶片光合能力.Cd胁迫显著降低了植株对Mn的吸收,抑制了Mg和Fe从根部向地上部的转运,且Cd敏感品种受抑制幅度更大;Cd胁迫促进了Cd耐性品种对P和S的吸收,而Cd敏感品种相反.因此,Cd胁迫下甘蓝敏感品种叶片Mn、Fe、Mg、S和P含量的降低是影响其叶片光合作用,进而抑制植株生长的重要生理原因.     

从菠菜制备的47kD/D1/D2/Cyt b559 PSⅡ反应中心蛋白复合物

菠菜的PSⅡ颗粒在pH 6.0、有抗坏血酸钠及甘油存在的条件下,用Triton X-100处理后,经过DEAE-Toyopearl 650S离子交换层析柱分离,可得一个由47 kD,D1,D2及Cyt b559组成的PSⅡ反应中心蛋白复合物.纯化的蛋白质复合物在DPC存在下,具明显的光还原DGIP光化学活性,且在暗及光照条件下显示出SignalⅡ_(slow)及Signal Ⅱ_(fast)。低温吸收光谱和荧光光谱表明,复合物中只有叶绿素a存在;用有机溶剂抽提复合物的色素,采用一种灵敏的荧光分析方法并结合分光光度法进行分析,也证实了这点。此复合物有锰的存在,重要的化学成分中Chl a/Pheo a/Cyt b559/Mn原子的摩尔比为:18.4:2:0.8:0.3。这些结果表明;此复合物含有从PSⅡ第二电子供体Z到第一电子受体Q_A的完整光系统Ⅱ电子传递链的所有组分,同时也暗示复合物可能含有锰原子结合部位。为我们(Tang 1985)提出的水裂解系存在于PSⅡ反应中心系之中的观点提供了佐证。     

Mn(Ⅱ)氧化细菌Pseudomonas aeruginosa L3的分离、鉴定及氧化特性

【背景】Mn(Ⅱ)氧化细菌是一类可以沉积和氧化Mn(Ⅱ)从而形成固态锰氧化物的细菌,在生物地球化学和环境修复领域中引起了广泛关注,但目前所研究的Mn(Ⅱ)氧化模式菌株中大多来源海洋,土壤源Mn(Ⅱ)氧化细菌涉及较少。【目的】丰富土壤源Mn(Ⅱ)氧化细菌的来源与物种多样性,同时也为方铁锰矿型Mn₂O₃的潜在应用提供新菌种。【方法】从湖南省株洲市已关停的清水塘冶炼工业园区内筛选得到一株具有Mn(Ⅱ)氧化能力的铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa) L3,并就其分离纯化、鉴定、生长曲线、pH变化、Mn(Ⅱ)氧化特性及锰氧化物制备等方面进行系统研究。【结果】Pseudomonas aeruginosa L3的菌液离心后的上清液及提取的绿脓菌素(pyocyanin, PYO)均具有Mn(Ⅱ)氧化能力,与菌液相比,上清液对Mn(Ⅱ)氧化的能力更强。进一步利用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)对Pseudomonas aeruginosa L3产生的锰氧化物进行晶相分析,发现该锰氧化物在2θ为32.951°和5...     

几种植物PSⅡ颗粒的水裂解活性、DCIP光还原活性与某些性质的比较

选用菠菜、牛皮菜、蕹菜、蚕豆和莴苣五种蔬菜植物叶片制备PSⅡ颗粒,它们都表现出相同的吸收光谱和低温荧光发射光谱特性,且无PSⅠ碎片的污染。它们都具有相同的SignalⅡ_S超精细结构,照光可使信号增强。五种植物PSⅡ颗粒多肽组分电泳分析的差别,主要表现在25kD以下的组分及其相对量上。菠菜、蚕豆和蕹菜PSⅡ顺粒的锰原子相对量为～4Mn/240Ghl,它们都具有较高的水裂解活性与DGIP光还原活性;牛皮菜和莴苣PSⅡ颗粒的锰原子相对量为～3Mn/240Chl,它们的水裂解活性与DGIP光还原活性也较低。     

锰胁迫对垂序商陆光合特性及叶绿素荧光参数的影响

垂序商陆(Phytolacca americana L.)是我国首次发现的锰超富集植物。通过温室营养液培养实验,研究垂序商陆锰耐性与光合特性及叶绿素荧光参数的关系。结果表明,随着生长介质中锰浓度的升高,垂序商陆叶片的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量下降,净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)呈下降趋势,而胞间CO2浓度(Ci)却逐渐升高;叶绿素a/b值和蒸腾速率(Tr)在1 000μmol.L-1锰供应水平时达到最大值;叶片PSⅡ的最大量子产量(Fv/Fm)、PSⅡ有效光化学量子产量(EQY)和光合电子传递速率(ETR)呈下降趋势,而光化学淬灭系数(qP)和光合有效辐射(PAR)高于239μmol photons.m-.2s-1下的非光化学淬灭系数(NPQ)在5 000μmol.L-1锰供应水平时达到最大值。因此,垂序商陆在锰胁迫下可能具有一定的光合保护机制。     

NaCl胁迫增强杂交酸模(Rumex K-1)幼苗叶片光系统Ⅱ的耐热性

NaCl胁迫对杂交酸模幼苗光系统Ⅱ(PS Ⅱ)的最大光化学效率没有影响,但是增强了PS Ⅱ的耐热性.热胁迫条件下,与未经盐胁迫处理的叶片相比,经NaCl 200 mmol/L处理的杂交酸模幼苗叶片,其PS Ⅱ最大光化学效率下降较小,反映OEC受伤程度的指标Fk/Fj上升较小.此外,光化学猝灭系数(qP)、PS Ⅱ反应中心光能捕获效率(Fv1/Fm1)、PS Ⅱ光化学转换效率(ΦPS Ⅱ)的下降以及QB-非还原性反应PS Ⅱ反应中心的相对含量上升程度也较小.探讨了盐胁迫增强杂交酸模幼苗叶片PS Ⅱ耐热性的可能机理.     

微生物除Mn(Ⅱ)机制及影响因素研究进展

锰是生物所必需的一种微量元素,但工业技术发展以及矿产资源的开发导致大量的Mn(Ⅱ)排放进入环境中对人体健康产生严重威胁.微生物修复技术可快速高效去除环境中的Mn(Ⅱ),且无二次污染,成为近年研究的热点.本文综述了除Mn(Ⅱ)微生物的种类与分布及其除Mn(Ⅱ)的机制,总结了影响微生物除Mn(Ⅱ)的因素,并展望了除锰微生物...     

Theoretical investigation on peripheral ligands of oxygen-evolving center in photosystem II

The interaction between the Mn-cluster and its peripheral ligands in oxygen-evolving center is still unclear. Theoretical investigation on the coordination of histidine, H2O, and Cl to Mn2O2 units in OEC is conducted. The following conclusions are obtained: (i) both histidine and H2O molecule, bound to the two Mn ions, respectively, are vertical to the Mn2O2 plane, and maintain a large distance; (ii) the two H2O molecules cannot bind to the same Mn2O2 unit. Based on Mn-cluster structure in OEC, we theoretically predict that two H2O molecules bind to the two Mn ions at the "C"-shaped open end in S0 state, while two His residues at the closed end. Cl ion can only terminally ligate at the open end. Individual valence for the four Mn ions in S0 state is assigned.     

通过快速荧光动力学曲线探测白黄瓜光系统Ⅱ的热激胁迫效应

以耐热性较强的短粗型白黄瓜和长棒型白黄瓜为试材,并以耐热性较差的‘新泰密刺'和耐热性较强的‘津春4号'为对照品种,经热激胁迫后采用植物效率仪PEA测试,进行光系统Ⅱ(PSⅡ)快速叶绿素荧光诱导动力学分析(JIP-test)及其热稳定性的热力学分析.随着热激胁迫温度的升高(在30～57 ℃下5 min),表现为PSⅡ的最大光化学效率Fv/Fm、单位面积的光合机构含有的反应中心数目RC/CSo、放氧复合体活性ρk呈"S"型下降趋势;单位反应中心以热能形式耗散的能量DIo/RC呈"S"型上升趋势.综合分析反映出热激胁迫下PSⅡ反应中心的可逆失活、放氧复合体(OEC)的钝化和热耗散的三重机制在保护PSⅡ防止光抑制中起到重要作用.热激胁迫温度超过30 ℃时ρk就开始下降;超过40 ℃时RC/CSo开始下降;超过44 ℃以上,PSⅡ热耗散能力DIo/RC才表现出增加;超过51℃时,会加重耐热性较差的新泰密刺品种PSⅡ热耗散机构对PSⅡ保护的负担.通过标准状态变性自由能变ΔGD计算的变性中点温度Tm表明,PSⅡ蛋白复合体的热稳定性优于PSⅡ反应中心复合体热的稳定性和放氧复合体(OEC)的热稳定性.对于Fv/Fm、RC/CSo、和ρk的Tm均呈现出津春4号耐热性较强,新泰密刺耐热性较差,长棒型白黄瓜和短粗型白黄瓜耐热性居中.     

外源硫对镉胁迫下马齿苋光合性状和矿质元素吸收的影响

从光合反应系统揭示外源硫(S)诱导马齿苋镉(Cd)耐受性的生理机制,为外源S缓解重金属毒害提供理论依据.采用营养液培养,研究外源S供体(NH4)2SO4对100 mg/L Cd胁迫下马齿苋叶片光合色素、光合特性、叶绿素荧光参数和矿质营养元素的影响.结果表明,Cd胁迫可显著降低马齿苋叶片中叶绿素a和叶绿素b含量;净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均显著降低,而胞间二氧化碳浓度上升,表明非气孔因素是Cd胁迫诱导马齿苋光合抑制的主要因素;同时,PSⅡ实际光化学效率(ФPSII)、电子传递效率(J)、化学猝灭系数(qP)显著下降,而非化学猝灭系数(qN)显著上升,表明Cd胁迫影响马齿苋PSⅡ反应系统的正常运行.外施400 mg/L(NH4)2SO4显著提高马齿苋叶片叶绿素a含量、叶绿素b含量和叶绿素a/b比值,增强马齿苋叶片光合作用和PSⅡ原初光化学反应量子效率.对5种与光反应系统密切相关的矿质元素含量进行分析发现,Cd处理显著增加马齿苋叶片中的Ca和Fe含量,显著抑制马齿苋对Mg、Mn和Cu的吸收.Cd胁迫下马齿苋叶片的变黄与Mg、Mn的亏缺有关,而与Fe缺乏无关;添加外源S可显著提升马齿苋叶片中Ca、Mg、Fe、Cu和Mn含量,从而增强Cd胁迫下马齿苋叶片的PSII反应系统功能.     

光合和抗氧化能力及相关性分析海桑属红树植物离子积累

以海桑属(Sonneratia Linn. f.)红树植物无瓣海桑(S. apetala Buch.-Ham.)、海桑也S. caseolaris (Linn.) Engl.页、杯萼海桑(S. alba Smith)、卵叶海桑(S. ovata Backer)、拟海桑(S.× gulngai N. C. Duke et B. R. Jackes)和海南海桑(S.× hainanensis W. C. Ko et al.)为研究对象,比较了根际土壤和叶片中离子含量以及叶片光合和叶绿素荧光参数、叶绿素含量、抗氧化酶活性和 O-·2产生速率的差异,并分析了叶片中 Na+和 Cl-含量与部分生理生化指标的相关性。比较结果表明：海桑和拟海桑叶片中 K+含量最高、Na+和 Cl-含量均显著低于其他种类,但它们的根际土壤中Na+和 Cl-含量却较高。供试6种植物中仅海桑叶片对 Cl-的富集系数小于1,各供试种类对 K+、Na+、Cl-、Ca2+和Mg2+的富集系数均大于1;无瓣海桑对离子的富集系数由大至小依次为 Mg2+、K+、Ca2+、Na+、Cl-,其他种类对离子的富集系数由大至小均依次为 K+、Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-。无瓣海桑和海桑的 chla、chlb 和总叶绿素含量差异不显著,但均高于其他种类;供试种类的 chla/ chlb 比值均约为3,可能与海桑属植物为阳生植物有关。无瓣海桑的 Pn、Tr 和Gs 均最高,而杯萼海桑的 Pn、Tr 和 Gs 均最低,但6种植物的 Ci 无明显差异。供试种类的 Fv / Fm、qP、ETR 和ΦPSⅡ均无显著差异,仅部分种类间的 NPQ 差异显著。无瓣海桑叶片中 SOD、CAT 和 POD 活性均显著高于其他种类,但O-·2产生速率最低;而卵叶海桑叶片中 O-·2产生速率最高,其 APX 活性也均显著高于其他种类。相关性分析结果表明：供试6种植物叶片中 Na+和 Cl-含量与 Pn、qP、ΦPSⅡ和 ETR 负相关,与 NPQ 及 SOD、CAT、APX 和 POD 活性正相关。其中,Na+含量与 qP、ΦPSⅡ、ETR 和 SOD 活性极显著相关,与 NPQ 和 CAT 活性显著相关;Cl-含量与 SOD 活性极显著相关,与 qP、ΦPSⅡ和 ETR 显著相关。研究结果表明：供试海桑属植物对高盐生境有不同的耐性机制,其中,海桑和拟海桑通过拒吸 Na+和 Cl-抵御盐胁迫的伤害;供试6种植物对海岸潮间带生境的适应性有明显差异,无瓣海桑最适宜在此生境中生长。     

Mn~(2+)对apo-CP43结构影响的光谱学研究

CP43是PSⅡ中的内周天线色素结合蛋白,对PSⅡ的组装、结构稳定、能量传递、电荷分离、光合放氧等功能均起到重要的作用。作者应用内源荧光光谱、同步荧光光谱、傅立叶变换红外光谱(Fourier transform infrared,FTIR)和圆二色谱(circular dichroism,CD)方法检测了Mn2+对纯化的apo-CP43结构的影响。荧光发射和同步荧光光谱表明Mn2+诱导apo-CP43中色氨酸和酪氨酸残基周围疏水性增加,极性降低。Mn2+主要通过静态过程淬灭apo-CP43的荧光,并与apo-CP43形成一个复合体。FTIR和CD光谱显示Mn2+诱导apo-CP43中无规卷曲的含量下降、α-螺旋的含量增加,表明无规卷曲结构向α-螺旋转变,Mn2+与apo-CP43结合形成了一个更为紧密的结构。     

一株高锰氧化活性大肠杆菌的分离鉴定和多铜氧化酶基因的克隆与结构特性

锰氧化物是Mn(Ⅱ)经生物和化学氧化后形成的矿物成分,在元素生物地球化学循环过程中起着重要作用,而不同种类的细菌对Mn(Ⅱ)的氧化作用是自然界中氧化锰矿物形成的主要成因.从山东崅峪采集的铁锰结核棕壤中分离得到一株具有高锰氧化活性的土壤杆菌,其对Mn(Ⅱ)的氧化作用活性明显高于其它分离菌株,达到65 μmol/L.通过个...