光合磷酸化偶联机制的研究——C_4植物鞘细胞与叶肉细胞叶绿体光合磷酸化与高能态的关系

用去除类囊体膜内外质子梯度(⊿H~+)的解联剂氯化铵(NH_4Cl)或尼日利亚菌素(nigericin+KCl),以及去除膜电位(⊿φ)的载离子体短杆菌肽(gramicidin D)和缬氨霉素(valinomycin+KCl)等解联剂,观察和比较了它们对玉米鞘细胞和叶肉细胞叶绿体光合磷酸化(PSP)反应的影响。在恒态照光下,发现氯化铵对叶肉细胞叶绿体光合磷酸化反应的抑制作用比鞘细胞叶绿体光合磷酸化反应要强烈得多。gramicidla D对这两种叶绿体的作用与NH_4Cl作用则相反,它对鞘细胞叶绿体磷酸化反应的抑制远比对叶肉细胞叶绿体磷酸化反应的抑制作用强烈。缬氨霉素对叶肉细胞叶绿体PSP活力无显著的影响,但对鞘细胞叶绿体PSP活力有明显的抑制作用。说明在恒态下这种叶肉细胞叶绿体的PSP反应中驱使ATP形成的PMF主要由(⊿H~+)组成,鞘细胞叶绿体中推动ATP形成的PMF主要组成为⊿φ。叶肉细胞叶绿体在氯化铵和短杆菌肽共同作用下它的PSP反应几乎完全被抑制,而鞘细胞叶绿体的PSP反应还残留为对照的23％。在⊿H~+和⊿φ完全消失的情况下,鞘细胞叶绿体仍能形成相当数量的ATP。这种现象再次说明可能还有一种不以膜内外势差(⊿H~+,⊿φ)形式的膜上高能态存在,这种高能态可直接推动ATP形成。     

光合磷酸化偶联机制研究——氯化铵对光合磷酸化的促进作用

1～3×10~(-4)M 氯化铵在较低浓度磷酸盐时降低光合磷酸化活力增进希尔反应速度表现出解联效应,在较高浓度磷酸盐时,希尔反应速度仍加快而光合磷酸化活力也被促进。用两阶段光合磷酸化技术及测定对叶绿体萤光淬灭作用的影响表明,氯化铵在上述条件下是消除类囊体腔内的高能态的。解联剂短杆菌环肽在1×10~(-8)M 时也可表现出对光合磷酸化有促进作用。将上述浓度氯化铵和短杆菌环肽同时加入反应液对光合磷酸化仍有促进作用,甚至似乎更显著。联系过去研究光合磷酸化高能态时提出它可能有不同存在状态的推测,对上述现象作了分析和解释。     

低浓度尼日利亚菌素或氯化铵促进ATP形成机理的再探

在低盐介质中,含有垛叠类囊体（基粒）与不垛叠类囊体（间质片层）结构的叶绿体进行的光系统Ｉ电子传递与磷酸化反应（ＰＳＰ）都为低浓度的尼日利亚菌素所促进,低浓度的氯化铵对基粒结构叶绿体的系统Ｉ与包括两个系统的电子传递以及与之相偶联的磷酸化反应有促进效应,而对间质片层膜上进行的ＰＳＰ反应无影响。尼日利亚菌素或氯化铵对ＰＳＰ的促进效应在高盐介质中消失,且它们对高能态（Ｚ）形成的抑制效应在低盐介质中较高盐介质中大。当存在吡啶时,在低盐介质中它们对Ｚ形成的影响是抑制作用,在高盐介质中则是促进效应。这都表明不同结构的膜上均存在区域化质子。     

叶绿体膜的结构与功能——Ⅹ镁离子及钾离子对叶绿体光诱导pH变化的影响

研究不同阳离子和不同阴离子浓度对菠菜叶绿体光诱导pH变化的影响。结果如下:1)在以PMS或DCPIP为辅助因子时.镁离子和钾离子对菠菜叶绿体光诱导pH变化均有明显影响。阳离子对光诱导pH变化的影响随其浓度的增加而增大。2)DCMU对叶绿体光诱导pH变化有抑制作用,而镁离子可以完全恢复 DCMU这种抑制作用。3)Gramicidin D使叶绿体光诱导pH变化消失,镁离子可恢复受 Gramicidin D抑制的光诱导pH变化。这种恢复作用随镁离子浓度的增加而增大。4)电镜观察指出Gramicidin D破坏类囊体片层结构以及镁离子对结构的恢复可能是功能上失活和恢复的原因。     

氯化胆碱对小麦光合性能及生长的影响

盆栽和田间试验结果表明：经喷施有效作用浓度范围（２００—５００ｐｐｍ）氯化胆碱（ＣＣ）后的小麦叶片叶绿素含量略有增加,希尔反应和光合速率增高：促进了游离叶绿体非环式光合电子传递活性;叶绿体片展的发育有所改善;Ｃａ（２＋）－ＡＴＰ酶和Ｍａ（２＋）－ＡＴＰ酶活性均有所提高;对正常呼吸代谢活力无影响．但降低了光呼吸的关键酶乙醇酸氧化酶活性,利于光合提高。对田间小麦株高无明显影响,但叶面积明显增加,功能叶寿命延长;千粒重和小区产量增加;对籽粒含氮量、蛋白质、粗脂肪等含量无明显影响,但总糖量明显增加。本文对ＣＣ促进小麦光合性能之原因和有效作用浓度作了讨论。     

几种真菌发酵液对致病疫霉的抑制作用

测定了８种真菌发酵液在５种不同浓度下对致病疫霉菌丝生长、游动孢子静止、静止胞萌发、附着胞形成和侵入丝形成等不同阶段的影响。结果表明,供试真菌不同浓度的发酵液,对致病疫霉上述各个阶段均有一定程度的抑制作用,并均随发酵液浓度增加,抑制作用逐渐增强,浓度为１００％时,抑制作用均达到最高。其中,立枯丝核菌发酵液的抑制作用最强,浓度为１００％时,对致病疫霉菌丝生长的抑制率达到９０．４％,而静止胞萌发率仅为２．４％,附着胞及侵入丝均未见形成。     

仙人掌多糖对蛋白质糖基化终产物和醛糖还原酶的抑制效应

以仙人掌为原料提取多糖产品,通过超滤浓缩和不同浓度乙醇分级沉淀,分别得到55%乙醇沉淀的多糖(OPMC I),进一步乙醇浓度增至80%沉淀的多糖(OPMCⅡ),以及一次性80%乙醇沉淀的多糖(OPMCⅢ)。比较了三种多糖对蛋白质非酶糖基化反应的终端产物(AGEs)和醛糖还原酶(AR)形成的抑制作用。结果表明,在对AGEs形成的抑制过程中,第四周时OPMC II的抑制作用较强,且强于同剂量的氨基胍;在对AR活性的抑制作用中,OPMC II在三种多糖样品中抑制作用最强,但明显低于阳性对照物依帕司他。     

几种因子对离体豌豆叶绿体蛋白质合成的影响

利用制备的豌豆完整叶绿体研究了离体条件下蛋白质合成的条件。结果表明：叶绿体蛋白质合成的饱和光强为450μmol-2s－1,合成的速率在最初5min内最大,此后随时间延长而合成速率下降;K 对蛋白质合成有促进作用,其最适浓度为30-40mmol/L,进一步增加浓度其促进作用反而降低;Mg2 在1mmol／L以下对蛋白质合成有轻微的促进作用,当浓度超过1．5mmol/L则开始产生明显的抑制;叶绿体的蛋白质合成随着外源氨基酸浓度的增加而很快地增加,但赵过200μmol/L以后蛋白质合成随浓度增加而有所降低。DCMU抑制叶绿体蛋白质的合成,当浓度达10μmol/L时,其抑制作用达41％。荧光自显影结果表明,叶绿体合成的主要问质蛋白为Rubisco大亚基,合成的类囊体膜蛋白中以32kD蛋白较为明显。     

光合磷酸化偶联机制的研究寡霉素对PSP、ATP酶和ATP_b-Pi交换反应的作用

在过去工作基础上,我们进一步研究类囊体膜上牢固结合的ATP_b 与Pi 的交换反应和PSP 的关系。主要结果是:①在线粒体中对ATP 酶复合体的疏水蛋白专一敏感的寡霉素,对叶绿体中ATP 的光下形成和水解均表现为抑制,其中对ATP 酶活力的抑制要比对ATP 形成的抑制强烈得多,对核苷酸交换和光下H~ 吸收也有明显的抑制作用(表1)。②去除内源游离核苷酸的叶绿体悬浮液,与Pi(~(31)Pi ~(32)Pi)照光(不外加ADP),发现在适当的寡霉素浓度(20微克/毫克蛋白)下显著促进此系统ATP 中~(32)Pi 参入的数量;并且在所测温度下均促进,温度升高(30℃),促进作用更为明显(表2,3)。③用荧光素酶测定ATP 的方法对上述系统的反应产物进行鉴别,并与~(32)Pi酯化法相比较,证明寡霉素促进的是ATP_b-Pi 交换(图1,2;表4,6)。④ATP_b-Pi 交换反应与类囊体膜的能量转换有密切的关系。这交换反应需光、需辅助因子,也受解联剂的影响(表5),是需能反应。这ATP_b-Pi 交换,较之PSP 受解联剂的影响要小得多,可能它与膜上高能态有更为直接的联系。     

寡霉素对叶绿体质子传导的作用

在叶绿体中,寡霉素具有加速类囊体内部质子(H~ in)流出的作用,相应地加速光合磷酸化高能态的暗衰变;寡霉素完全不能恢复叶绿体残缺膜在光下形成膜内外质子浓度梯度的作用,它对H~ in流出的加速,不是由于对类囊体膜透性的影响,而是影响于ATP酶复合体的质子传导。由于这种加速作用,导致类囊体在光下形成的膜内外质子浓度梯度的降低,从而抑制了光合磷酸化活力。 可溶性的CF_1经用DTT或胰蛋白酶活化后所表现出的Ca~( )ATP酶活力对寡霉素敏感不同,DTT活化者受寡霉素的抑制,而胰蛋白酶活化者则不敏感。说明它的作用部位是在CF_1上而不在CF_0上,而且可能与胰蛋白酶活化时切去的多肽有关。 寡霉素对电子传递有一抑制作用部位,但其作用较轻微。     

光合磷酸化偶联机制的研究——高能态与光合磷酸化的关系

我们进一步研究了叶绿体照光时形成的高能态与光合磷酸化的关系。结果如下:恒态下,苯二胺等弱有机碱可大大促进高能态(Z~*)的积聚。但是在起始时间内与对照相比,Z~*的形成却被显著抑制,而对光合磷酸化(PSP)活力影响很小。这说明这时推动ATP形成的动力可由⊿H~+以外形式的高能态来提供。当叶绿体照光时,分别用可去除类囊体膜内外AH~+的解联剂NH_4Cl或可消除电位差(⊿E)的载离子体短杆菌环肽(G·D)处理,或者共同作用,Z~*的形成几平全被抑制,而PSP活力仍有少量残留。说明有AH~+、⊿E以外形式的高能态的存在,以推动ATP形成。叶绿体在预照光时加入无载体~(32)P_i,形成了Z～~(32)p。实验表明这Z～~(32)P可能是类囊体内源ATPb在光下磷酸化或ATPb与~(32)Pi交换的产物~(32)P～ATP。Z～~(32)P的形成不受NH_4Cl或G.D的抑制,即在去除AH~+或⊿E之后,~(32)P_i仍能参入CF_1上的结合态核苷酸形成ATP,说明CF_1构型变化所需的能最供给有的不是以AH~+或⊿E形式,设想有一种膜上高能态(M~*)直接参与。这M~*的性质及其在光合作用能量转化过程中的意义将有待深入研究。     

光合磷酸化偶联机制研究——Ⅱ.金霉素对光合磷酸化促进作用的研究

用金霉素溶液处理菠菜离体叶绿体,对循环( PMS)和非循环光合磷酸化( FeCy、MV或BQ DBMIB)均可表现出促进作用,表明它对两个能量保存部位都有促进作用。它能提高磷酸化的偶联程度,增加ADP/O及PC比值。在对光合磷酸化有促进作用的情况下,用两阶段光合磷酸化法测定,它对高能态的积累略有增加或影响不大,但它能显著增加叶绿体的延迟发光。它对叶绿体膜上Mg~(2 )-ATP_(ase)及偶联因子Ca~(2 )-ATP_(ase)活力有抑制。金霉素溶液的荧光强度可被加入偶联因子所提高,这些都表明金霉素至少有一个作用部位与偶联因子有关。文中对它能促进光合磷酸化作用的机理进行了讨论。     

镉离子对菠菜叶绿体光系统Ⅱ的影响

环境污染因子重金属离子镉(Cd~(2 ))对菠菜(Spinacia oleracea L.)叶绿体光合作用有明显的抑制作用,其中对光系统Ⅱ(PSⅡ)的抑制作用显著。5mmol/l Cd~(2 )可抑制 PSⅡ放氧活性53％。Cd~(2 )使叶绿体和 PSⅡ制剂的 DCIP 光还原活性降低;可变荧光也受到抑制。加入 PSⅡ的人工电子供体 DPC 仅使被抑制的 DCIP 光还原活性稍有恢复;加入羟胺对被抑制的可变荧光并无明显影响。因此我们认为 Cd~(2 )除了作用于 PSⅡ氧化侧外,还可能直接损伤了 PSⅡ反应中心。不同浓度的 Cd~(2 )处理后,叶绿体全电子链的电子传递活性比放氧活性的速率降低快。这暗示着 PSⅡ氧化侧不是 Cd~(2 )唯一的作用部位,在 PSⅡ与 PSⅠ之间的电子传递链上还存在有对 Cd~(2 )敏感的部位。     

草酰乙酸和苹果酸对菠菜叶片和完整叶绿体光合作用的影响

观测了OAA和MA对菠菜叶征和完整叶绿体光合作用的影响。结果显示,当叶片切块在20μmol/L的OAA存在时,其叶片的光合放氧速率增加了89％,经OAA处理的离体完整叶绿体的光合放氧速率增加了72％;当反应体系中存在有较高浓度的NaHCO3时,OAA的作用不明显。叶片经20μmol/L的MA处理后,叶片光合放氧速率比对照高127％。用CO2分析仪观测了处理后叶片的净光合速率（Pn）,结果显示,OAA和MA处理后的叶片Pn值分别是对照的117％和111％。对在C3植物中建立C4微循环系统来提高光合作用效率的可能性进行了讨论。     

结合态氮对根瘤菌生长液诱导的苜蓿根毛变形的抑制

以苜蓿根瘤菌和其宿主苜蓿为材料,由结合态氮影响苜蓿根瘤菌生长液诱导宿主根毛变形的功能发现,硝态氮和铵态氮均能有效地抑制根瘤菌生长液诱导的宿主根毛变形。而其抑制作用随结合态氮浓度的增加、作用时间的延长而增强。该抑制作用发生在结合态氮浓度和作用时间分别达到1mmol/L和12h时,或当其浓度和作用时间分别为6mmol/L和48h时,根瘤菌生长液引起根毛变形的植株百分率下降到10％。硝态氮与铵态氮抑制根瘤菌生长液诱导根毛变形的作用相类似。     

光合磷酸化偶联机制研究——Ⅷ、6-苄氨基嘌呤对光合磷酸化的促进作用

在反应介质pH 7.2条件下,观察到6-BA处理叶绿体后,能促进循环(+PMS)和非循环(+FeCy或MV)的光合磷酸化反应,提高叶绿体的偶联程度,增加P/e_2比值。此促进现象与叶片的生理状态密切有关。在对光合磷酸化有促进作用的情况下,6-BA可改善类囊体的能化状态,增加高能态的积累。对光激活的叶绿体膜上Mg~(2+)-ATP酶和偶联因子热活化的ATP酶活力均表现出促进作用。6-BA的作用部位可能与膜上的偶联因子有关。     

关于光合膜上蛋白质的功能分析——光系统Ⅱ膜上存在有类似“门”和“沟”结构的进一步证据

胰酶消化诱导低浓度CCCP对菠菜叶绿体的PS-Ⅱ活性产生强烈的抑制作用,牛血清蛋白处理对这种抑制作用有明显的恢复效应。通过测定室温下chl a 680 nm的劳光变化,发现:胰酶消化抑制叶绿体的可变荧光产率,同时也诱导低浓度CCCP对可变荧光产生抑制作用。牛血清蛋白对胰酶诱导CCCP的抑制作用有明显的恢复效应,而卵清蛋白则无类似的效果。无论是卵清蛋白,或是牛血清蛋白对胰酶或高浓度CCCP引起的可变荧光下降均无影响。用基本反应介质洗涤牛血清蛋白处理过的叶绿体,不影响牛血清蛋白对酶诱导CCCP抑制效应的恢复作用。这些实验结果支持在PS-Ⅱ膜上存有类似“门”和“沟”结构的假设。     

乙醇对着床前小鼠胚胎体外发育的影响

用含不同浓度乙醇的Whitten氏培养液对小鼠2细胞、4细胞、8细胞和桑椹期胚胎分别进行体外培养,研究了乙醇对小鼠不同发育时期胚胎体外发育的影响。首先利用含0、0．1％、0．5％、1．0％、1．5％、2．0％、3．0％、5．0％和10．0％乙醇的Whitten氏培养液对2细胞胚胎进行培养,发现小鼠2细胞胚胎对培养液中乙醇浓度的耐受极限在1．5％左右。然后又用含1％和3％乙醇的Whitten氏培养液分别对小鼠2细胞、4细胞、8细胞和桑椹期胚胎进行培养。结果发现：含1％乙醇的培养液对于8细胞胚胎和桑椹胚的囊胚形成有促进作用,而在2细胞和4细胞胚胎中则影响不明显。3％乙醇则对各期胚胎均有不同程度的抑制作用,但随着胚胎发育其对乙醇的耐受力逐渐增强。     

CO2和O3浓度倍增及其交互作用对大豆叶绿体超微结构的影响

应用透射电镜观察了模拟大气CO2和O3浓度倍增及其交互作用(开顶箱法)对大豆叶肉细胞叶绿体超微结构的影响。结果表明,CO2浓度倍增促进了大豆叶绿体的发育,内含淀粉粒积累明显增多、体积增大;叶绿体被膜保持完好;叶绿体基粒片层排列整齐,而O3浓度倍增抑制了叶绿体内淀粉粒的累积,并导致叶绿体被膜破碎,片层解体,严重地破坏了叶绿体的结构和功能CO2和O3浓度倍增的交互作用对叶绿体超微结构有不同程度的破坏,但二者浓度呈梯度增加对叶绿体的损害作用要大于二者浓度持续倍增对叶绿体的影响,进一步表明CO2正效应对O3负效应的补偿作用。     

低浓度尼日利亚菌素或氯化铵促进ATP形成机理的再探

在低盐介质中,含有垛叠类囊体（基粒）与不垛叠类囊体（间质片层）结构的叶绿体进行的光系统Ｉ电子传递与磷酸化反应（ＰＳＰ）都为低浓度的尼日利亚菌素所促进,低浓度的氯化铵对基粒结构叶绿体的系统Ｉ与包括两个系统的电子传递以及与之相偶联的磷酸化反应有促进效应,而对时间质片偶联的磷酸反应有促进效应,尼日利亚菌素或氯化铵对ＰＳＰ的促进效应在高盐介质中消失,且它们对高能态（Ｚ）形成的抑制效应在低盐介质中较高盐介质