关于提取和分离叶绿体色素的几个问题

我们常见的植物叶子大都是绿色的。但这并不意味着这些植物仅含一种绿色的色素。现已知道,植物的叶绿体中含有绿色的叶绿素(包括叶绿素a和叶绿素b)和黄色的类胡萝卜素(包括叶黄素和胡萝卜素)二大类色素。由于前一类的含量远远大于后一类,故植物常呈绿色。如何知道叶绿体中含有上述色素的呢?只有对这些色素进行提取和分离,怎样提取和分离呢?本文拟结合叶绿体色素的一些结构性质,介绍一个简便易行的方法。     

能促进叶绿体遗传工程发展的模式系统

植物生物工程学家迫切希望对控制光合作用的基因和植物叶绿体中的其它基因进行操作。但目前在不将叶绿体致死的情况下,调整光合作用是困难的,并且将DNA嵌入高等植物的叶绿体中,也同样困难。然而这些问题很快将会得到解决。Lee MacIntosh和他的同事在美国密执安州大学(东兰辛)根据蓝绿藻的一个株系,研制出了一种模式系统。该系统能     

哀牢山和猫儿山中山常绿和落叶阔叶树光合特性对季节温度变化的响应

研究调查了云南哀牢山中山常绿阔叶林和广西猫儿山中山落叶水青冈林中共生的常绿和落叶阔叶树光合特性在2005年的季节变化,探讨了两地温度气候差异对植物优势度的影响。在夏季,同一生境下的常绿植物和落叶植物之间以及两个生境树种之间的光合速率没有显著差别。当温度下降时,两个生境内的常绿和落叶植物的光合速率都下降,这与气孔的部分关闭和光系统Ⅱ活性的下降有显著的关系。气孔的部分关闭有利于减少水分蒸腾损失,但落叶树气孔关闭程度明显高于常绿植物而且无法避免严重的光抑制。常绿植物通过气孔调节来提高光合水分利用效率和通过光系统Ⅱ活性调节来降低光合机构的损伤来维持叶片四季常绿,但是猫儿山中山森林冬季低温严重损害气孔和光系统Ⅱ的功能而使常绿植物生长受到严重制约并限制其在群落中成为优势种,与之相反,哀牢山中山森林冬季相对暖和导致常绿植物能积累更多的光合产物并促进其在群落中形成优势。     

叶绿体移动现象

叶绿体是植物细胞中最重要的光能转化细胞器,叶绿体在细胞中具有一定分布区域,当植物受外界环境刺激时叶绿体会发生位移,包括回避反应、聚集反应等运动方式.近年来,以模式植物拟南芥为材料,利用正向遗传学和反向遗传学等方法,发现一些重要基因编码的蛋白控制叶绿体移动行为,其中向光素蓝光受体PHOT1和PHOT2以及肌动蛋白结合蛋白CHIP1(chloroplast unusual positioning 1)与叶绿体移动有密切关系.简要介绍目前对叶绿体移动机制的研究进展.     

叶绿体系统发育基因组学的研究进展

系统发育基因组学是由系统发育研究和基因组学相结合产生的一门崭新的交叉学科。近年来,在植物系统发育研究中,基于叶绿体基因组的系统发育基因组学研究优势渐显端倪,为一些分类困难类群的系统学问题提出了解决方案,但同时也存在某些问题。本文结合近年来叶绿体系统发育基因组学研究中的一些典型实例,讨论了叶绿体系统发育基因组学在植物系统关系重建中的价值和应用前景,并针对其存在问题进行了探讨,其中也涉及了新一代测序技术对叶绿体系统发育基因组学的影响。     

不同木本植物功能型当年生小枝功能性状差异

为探讨不同植物功能型之间小枝功能特征的差异,在重庆金佛山和缙云山分别采集20和26个木本植物,选择当年生的小枝测定其叶片和枝条性状。结果表明:1)叶片厚度表现为:落叶植物<常绿植物,乔木<灌木;单叶面积和叶片总面积表现为:落叶植物>常绿植物,乔木>灌木;不同植物功能型间小枝的叶片数量均无显著差异。2)落叶植物和乔木的小枝横截面积、小枝长度和小枝干重均显著高于常绿植物和灌木,不同植物功能型间小枝密度无显著差异。3)与常绿植物和灌木相比,落叶植物和乔木有较高的展叶效率(单位长度小枝支撑的叶片面积),小枝的出叶强度(单位长度小枝支撑的叶片数)无显著差异。4)在小枝水平上,常绿植物比落叶植物投入更多的生物量到叶片。     

大麦和玉米叶片叶绿体中Rubisco及其活化酶的免疫金标记定位

运用免疫金标记电镜技术研究了禾本科C3植物大麦(Hordeum vulgare L.)和C4植物玉米(Zea mays L.)叶片中Rubisoo及其活化酶(RCA)的细胞定位,结果表明:两种植物叶片解剖结构及叶绿体超微结构差别明显.在大麦叶细胞中,只有一种叶肉细胞叶绿体,Rubisoo和RCA主要分布于叶绿体的间质中.在玉米叶细胞中,存在着维管束鞘细胞和叶肉细胞两种类型叶绿体,Rubisco主要分布于鞘细胞叶绿体的基质中,但在叶肉细胞叶绿体中亦有少量特异性标记;RCA在鞘细胞叶绿体和叶肉细胞叶绿体的基质中都有分布.两种植物叶绿体结构及光合作用关键酶定位的不同,体现了C3植物和C4植物在光合器结构与功能上的差异.     

兰州城区绿化植物稳定氢氧同位素特征

选取兰州城区14个公共绿地作为采样点,采集了常绿植物侧柏(Platycladus orientalis)、大叶黄杨(Buxus megistophylla)以及落叶植物国槐(Sophora japonica)、连翘(Forsythia suspensa)的叶片、木质部,结合兰州市气象局提供的西北师范大学新校区自动气象站的监测数据,分析了4种植物叶片和木质部水稳定氢氧同位素的时间变化和空间差异,讨论了其与气温、风速、相对湿度、气压的相关性。结果表明:与常绿植物相比,落叶植物叶片水δ~(18)O更富集,而落叶植物和常绿植物木质部水δ~(18)O在采样期的变化较平缓且与叶片水δ~(18)O的变化趋势相似;4种植物叶片水d变化趋势均与δ~(18)O的变化趋势相反;植物的叶片水蒸腾线斜率和截距与兰州市大气水线相差甚远,且大叶黄杨叶片水和木质部水的蒸腾线斜率最小;常绿植物和落叶植物叶片水δ~(18)O、d与各气象要素的相关性是相反的,其中叶片水δ~(18)O和d与风速和气压的相关性较好。     

叶绿体基因工程研究进展

叶绿体是植物细胞和真核藻类执行光合作用的重要细胞器,在叶绿体中表达外源基因比在细胞核中表达具有一些独特优势。叶绿体基因工程涉及叶绿体的基因组特征、转化系统的优点、转化过程及方法等方面,叶绿体基因工程在提高植物光合效率、改良植物特性、生产生物药物及改善植物代谢途径等方面已得到应用。尽管叶绿体基因工程还存在同质化难度高、标记基因转化效率较低、宿主种类偏少等问题,但作为外源基因在高等植物中表达的良好平台其仍然具有广阔的发展和应用前景。     

中国东部南北样带森林优势植物叶片的水分利用效率和氮素利用效率

通过测定中国东部南北样带主要森林生态系统中10种优势植物(兴安落叶松、蒙古栎、水曲柳、紫椴、色木槭、红松、杉木、木荷、马尾松、锥栗)叶片的碳氮含量(Cmass、Nmass)、同位素丰度(δ13C、δ15N)以及光合响应曲线,分析了不同优势植物叶片的水分利用效率和氮素利用效率之间的差异及其相互关系.结果表明： 不同生活型植物叶片的Nmass和δ15N差异显著,表现为阔叶植物>针叶植物,落叶植物>常绿植物;最大光合速率(Pn max)表现为针叶植物>阔叶植物,落叶植物>常绿植物;植物叶片的瞬时水分利用效率(WUEi)和长期水分利用效率(WUE)均表现为阔叶植物>针叶植物,常绿植物>落叶植物;植物叶片的瞬时氮素利用效率(NUEi)和长期氮素利用效率(NUE)则表现出相反的规律,且常绿植物和落叶植物叶片的NUE差异显著;WUEi和WUE之间相关性不显著,而NUEi和NUE之间呈显著正相关.植物叶片的水分利用效率与氮素利用效率显著负相关.两种资源利用效率均受植物生活型的影响,并且存在一定的制约关系.     

高等植物叶绿体RNA编辑研究进展

RNA编辑普遍存在于陆生植物中,在高等植物叶绿体中以C→U的替换为主,可能是叶绿体产生功能蛋白的重要方式。近年来,使用体外分析、叶绿体转化和紫外交联等技术,使叶绿体RNA编辑机制的研究取得较大进展。本文对这些新的进展进行了概述,并对高等植物叶绿体RNA编辑研究中有待解决的问题进行了展望。     

活化石植物－－苏铁树叶绿体DNA分子中的核糖核苷酸

随着分子生物学的深入发展,科学工作者对脱氧核糖核酸(DNA)的研究也更加深入。近年来发现一些植物叶绿体DNA(cpDNA)、动物线粒体DNA(mtDNA)分子中含有少数核糖核苷酸。其中对豌豆,菠菜和莴苣叶绿体DNA分子中的核糖核苷酸研究较多,而且比较详细。研究这个问题,使用的方法是碱(KOH)或核糖核酸酶(RNase)处理cpDNA。如果DNA分     

叶绿体SSR标记：柑橘体细胞杂种胞质遗传分析的一种新方法

从水稻(Oryza sativa L．)、烟草(Nicotiana tabacum L．)和黑松(Pinus thunbergii Parl．)等植物的22对叶绿体SSR引物中筛选出5对能用于柑橘叶绿体SSR分析的引物,应用这5对引物对9个组合的柑橘体细胞杂种的叶绿体遗传进行了分析。结果表明：这些组合再生的杂种中叶绿体都呈现随机分离,该现象与以前报道的RFLP分析结果一致,而且其可靠性已被CAPS分析所证实。表明柑橘叶绿体SSR同RFLP及CAPS一样可靠,并且更简单高效、易于操作,特别适合对柑橘等植物体细胞杂种进行早期胞质遗传组成分析。     

镁离子对菠菜、阴生植物(吊兰、一叶兰)叶绿体DCIP光还原活性及表观吸收光谱的影响

一、阳生植物(菠莱)叶绿体的 DCIP光还原活性显著高于阴生植物(吊兰、一叶兰)。Mg~( )离子对此三种叶绿体的CDIP光还原活性都有促进,而且对阴生植物促进得更显著些。 二、在饱和强度激发光下,Mg~( )离子对菠莱和一叶兰叶绿体DCIP光还原活性的促进,都比弱光下多。在限制速率激发光下,Mg~( )离子对阴生植物的促进,比阳生植物更显著。 三、Mg~( )离子对菠莱、一叶兰、吊兰叶绿体表观吸收光谱的影响是类似的。Mg~( )离子使光谱显著变平。 四、比较了吸收光谱和差异光谱。Mg~( )离子引起吸收降低最大的位置,不在峰上,而略有蓝移(3nm左右)。 五、观察了Mg~( )离子对菠菜叶绿体表观吸收影响的动态过程。峰和肩处的吸收随时间逐渐下降,在吸收小的波段,最初几分钟内吸收上升,以后逐渐下降,甚至低于对照。 六、在菠莱叶绿体老化过程中,Mg~( )离子对表现吸收光谱的影响,随着时间的延长(如一昼夜)而减少,而对DCIP光还原活性的促进,不但不减小,反而加强了。 七、我们的结论是:Mg~( )离子促进了阳生植物和阴生植物叶绿体与PSⅡ有关反应(DCIP光还原反应)的活性,诱导了这些叶绿体结构的变化。     

浅谈叶绿体色素的提取,分离实验的基本原理

在进行“叶绿体中色素的提取和分离”实验时,不少老师和同学常提出以下一些问题:提取叶绿体中的色素为什么必须用丙酮?用纸层析法分离各种色素时,各种色素在滤纸上为什么会有不同的分布?为什么用不同质量的滤纸或在不同温度条件下实验,所得的结果不一样?等等。要解释这些问题,就需要了解叶绿体中色素的基本结构及其化学性质和纸层析法的基本原理,以及影响纸层析的各种因素等。     

多肽向叶绿体的输入

绝大部分的叶绿体蛋白组份是在细胞器外合成后输入叶绿体的。它们是以含氨基端延长肽的前体形式合成的。近来的实验已证明,外源多肽与这些氨基端延长肽融合后也能被输入到叶绿体内,从而为利用遗传操作的方法改良重要的经济植物提供了令人兴奋的可能途径。 和线粒体一样,叶绿体也含有自己的遗传信息并足以进行蛋白质合成,但大多数的叶绿体蛋白是核DNA编码并在叶绿体外的细胞质核糖体上合成的(见参考文献1的综述)。实际上,叶细胞质蛋白合成的主要产物是叶绿体蛋白质的两种多肽组份即核糖-1,5-二磷酸羧化酶(rbe S)的小亚基和光捕获叶绿素a/b蛋白复合体(CAB)的组成多肽。在本篇综述中,我们将讨论目前已知的关于细胞质合成多肽输入叶绿体的机理以及最近一些证明外源多肽输入叶绿体的实验;另外还将讨论这种使外源多肽输入叶绿体能力的可能应用。     

重庆石灰岩地区主要木本植物叶片性状及养分再吸收特征

以重庆石灰岩地区15种常绿木本植物和14种落叶木本植物为研究对象,对两种生活型植物叶片衰老前后叶干物质含量(LDMC)、比叶面积(SLA)和叶片厚度(LT)进行了比较,并采用不同的计算方法(单位质量叶片养分含量、单位面积叶片养分含量)分析了两类植物叶片衰老前后养分含量及再吸收特征,最后对养分再吸收效率与其他叶性状因子之间的关系进行了相关分析。结果表明:常绿植物成熟叶LDMC、LT及衰老叶LT显著低于落叶植物,落叶植物成熟叶和衰老叶SLA均显著高于常绿植物(P0.05);基于单位质量叶片计算的养分含量,常绿植物成熟和衰老叶N、P量均低于落叶植物,而基于单位面积叶片计算的N、P含量则表现出相反的趋势;基于不同方法计算的N、P再吸收效率差异不明显,其中常绿植物基于单位质量叶片养分含量计算的N、P平均再吸收效率为39.42%、43.79%,落叶植物的为24.08%、33.59%;常绿和落叶植物N、P再吸收效率与LDMC、SLA、LT和成熟叶N、P含量之间没有显著相关性,但与衰老叶养分含量存在显著负相关(P0.05)。研究发现,无论是常绿植物还是落叶植物,衰老叶N、P含量均较低,表明石灰岩地区植物具有较高的养分再吸收程度。     

叶绿体转化及其用于疫苗表达研究的最新进展

随着植物转基因研究的不断深入,核基因组转化的转基因沉默现象严重影响了基因工程的应用效果。植物叶绿体遗传转化以叶绿体基因组为平台对植物进行遗传操作,外源基因定点整合及母性遗传特性能较好地解决"顺式失活"和"位置效应"等类的基因沉默问题和转基因逃逸等安全问题,成为植物基因工程发展的新方向,在工业、农业及医药生物领域发挥了重要作用,也为生产廉价、安全的植物疫苗提供了新思路。本文在简要介绍叶绿体转化的原理、转化方法与优势的基础上,重点综述了近年来通过该技术表达的一些重要的病毒抗原和细菌抗原。最后,对叶绿体转化技术在表达外源基因方面存在的问题进行分析。未来随着叶绿体基因表达、调控机制研究的逐渐深入及相关技术体系的日臻完善,叶绿体转化有望成为疫苗生产的生力军。     

关于高等植物两种光系统Ⅱ反应中心及其在叶绿体膜中分配的探讨

探究了暗适应的蓖麻叶绿体及其放氧光系统Ⅱ制剂的光诱导荧光上升动力学,这种放氧制剂几乎只含基粒片层。PSⅡ_β的相对数量(β_(max))及PSⅡ_α和PSⅡ_β的光反应速度常数(k_α和k_α),在蓖麻的基粒片层中和整个叶绿体片层中没有什么差别。也研究了几种阴生和阳生植物的叶绿体的荧光诱导动力学,这些植物叶绿体的Chla/b比值和β_(max)之间没有什么相关性。这些结果是一致的,但与Melis等人的研究结果不同,他们假定PSⅡ_β在基粒隔片,PSⅡ_β在暴露於间质的片层中。 除此以外,也检测了诱导光强度及预照光后的暗间隔对β_(max)的影响。PSⅡ_β的电子受体Q_β似乎是与Joliot & Joliot所说的Q_2及Echert和Meiburg等人所说的X_α相应的。     

Kirin公司提高植物的耐寒性

日本的研究者遗传改造了脂肪酸的构型,使叶绿体膜发生改变,从而提高了植物对寒冷的抗性。Kirin Brewery Co.(Tochigi,Japan)参加了此项研究,希望有一天某些作物能经受冰冻。植物对寒冷的抗性,科学家称之为“冷敏感性”,与叶绿体膜的脂肪酸类型密切相关。叶绿体是植物赖以光合作用的绿色结构。当含有高浓度顺式不饱和脂肪酸时,如菠菜,植物就抗冷。而含有少量叶绿体顺式不饱和脂肪酸的南瓜藤,就很容易低温损伤。这些关键脂肪酸与磷脂酰甘油有关。后者在叶绿体膜上进行的光合作用中起作用。