叶绿体膜的结构和功能——ⅩⅣ.发育完善与发育不完善的叶绿体膜的某些荧光与延迟光特性的比较

用动力学分光光度计,测定和比较了发育完善与发育不完善小麦叶绿体膜的可变荧光(Fv)、固定荧光(Fo)及延迟光(D.L.)的一些特性、结果是:1.发育不完善叶绿体膜比发育完善的叶绿体膜有较强的Fo发射。2.发育完善的叶绿体膜加Mg~(2+)后,通常表现出Fv的显著增加,而发育不完善膜无Mg~(2+)的调节作用。3.发育不完善叶绿体膜的Fv上升时间约比发育完善的叶绿体膜慢1个数量级、而且,发育不完善膜的光合单位约为对照的1/7.4。4.发育不完善叶绿体膜的Fv下降时间要比发育完善的叶绿体膜慢得多。5.发育不完善叶绿体膜的Fv荧光诱导时间进程曲线,呈指数关系,而发育完善的叶绿体膜的Fv的对数时间进程Log(1-Fv％)呈S型。6.发育不完善叶绿体膜的毫秒级和秒级的延迟光发射及延迟光诱导时间进程都比发育完善的叶绿体膜弱得多。     

叶绿体膜的结构与功能——(Ⅰ)、叶绿体膜的结构、组成与光系统Ⅱ功能的关系

当小麦黄化幼苗在间歇光(周期为2分钟光、118分钟暗)下转绿二十四小时,获得一种发育不完善的叶绿体膜,将它与发育完善的叶绿体膜相比较,研究了它们的结构、组成与光系统Ⅱ功能的关系。发育不完善的膜,无基粒、而发育完善的膜,具有基粒。后者有较高的叶绿素含量、较低的叶绿素a/b比值,具有叶绿素蛋白复合物T及复合物Ⅱ,而前者完全缺乏复合物Ⅱ。发育不完善的叶绿体膜具有较完善的光系统Ⅰ成份,但明显缺乏高电位的细胞色素b_(559)、它们光还原DCPIP的活力比发育完善的膜高二倍多,加DPC人工电子给体,还可提高百分之三十多。以上结果可以得出以下结论:1.发育不完善的膜,缺乏捕获光能的叶绿素a/b蛋白复合物,缺乏基粒;2.在发育不完善的膜中,光系统Ⅰ发育较完善、但水裂解酶系统在整个电子传递链中则处于发育最慢的部分;3.由于发育不完善的膜,缺乏高电位细胞色素b_(559),我们推测它不可能处于电子传递链的主链上,而可能位于光系统Ⅱ的侧链上;4.发育不完善的膜、由于结构简单、自我调控能力弱,不能抵抗恶劣条件,如加抑制剂或在弱光下,光化学活性急剧下降。     

植物细胞线粒体呼吸膜与叶绿体光合膜的结构和功能比较

长期以来 ,生物化学教师多注重讲解“呼吸作用的呼吸链” ,而植物生理学教师多注重讲解“光合作用的光合链” ,不能将这两部分内容有机地结合起来加以比较 ,以致学生学习时经常产生困惑。为此我们对这一教学问题作了一些探讨。1　呼吸膜与光合膜结构的比较　　由图 1可知 ,呼吸膜是由线粒体的内膜内陷形成的 ,光合膜亦是由叶绿体的内膜内陷形成的 ,但前者未脱离开线粒体内膜形成“嵴” ,而后者则脱离开叶绿体内膜形成“基粒类囊体”。两者内部都含有一系列的传电子体和传Ｈ体 ,从而形成电子传递链 ,前者称为呼吸链 ,后者称为光合链。另外 ,…     

叶绿体的形态、结构和发育

为了证实高等植物的光合过程是不是在叶绿体里进行的,人们把叶绿体从绿色细胞中分离出来,然后把这些离体的叶绿体放在必需的制剂里,在光照下,看到这些离体的叶绿体确是可以同化二氧化碳为碳水化合物,而且它的光合能力也接近于完整叶片的。这就证实叶绿体是高等植物光合作用的完整单位,也就是说,光合作用的整个过程是在叶绿体内进行的。如果把叶子比喻做合成有机物的绿色工厂,那么,叶绿体就是绿色工厂里的重要车间了。     

叶绿体膜的结构与功能ⅩⅥ.正常大麦和变种Chlorinaf_2光合特性的比较研究

研究正常大麦矮秆齐(Hordeum vulgare)和引进的大麦变种 Chlorina f_2的光合特性。观察到两者在叶绿体结构、光合膜的一些成分和光合特性等方面均有较大差异。变种大麦缺乏 Chl b,不存在 LHCP,且单位叶面积或单位鲜重中所含的 Chl 比正常大麦低得多。而以叶绿素为基数时它却有更高的 P_(700)、Cyt f 和 PQ 的相对含量。荧光发射光谱表明,两种叶绿体的 PSI 天线色素的成分是不同的,变种大麦的 PSI 只含有内侧天线。它的叶片荧光诱导瞬变不呈现 O→P→S→M→T 的振荡过程,这似乎说明荧光诱导瞬变的振荡过程可能通过 LHCP 的存在(或许还需要与 PSI 外周天线的合作)才能表现出来。同时荧光诱导动力学表明变种有较小的光合单位和较低的 PSII 原初反应光能转化效率。     

叶绿体膜的结构与功能 Ⅺ.亚麻酸对小麦叶绿体膜结构、吸收光谱和荧光光谱的影响以及镁离子的调节作用

研究不同浓度的亚麻酸对小麦叶绿体膜结构、吸收光谱和荧光光谱的影响。观察到亚麻酸对叶绿体结构有显著的影响,并可提高叶绿体囊状体膜在蓝区和红区的吸收峰值,以及 F_(685)和 F_(738)的相对荧光产量。这些影响随着亚麻酸浓度的提高而加剧。此外,观察到 MgCl_2能够部分逆转亚麻酸所引起的叶绿体膜结构的变化,并能部分恢复囊状体膜吸收光谱的变化;同时,MgCl_2可进一步提高亚麻酸处理后叶绿体的 F_(685)相对荧光产量,但 F_(738)的相对荧光产量几乎不受影响。     

菠菜和蚕豆叶绿体CF_1结构与功能的比较

比较了菠菜和蚕豆叶绿体的光合磷酸化活力以及由不同活化方法活化的叶绿体及可溶CF1的Mg2＋－ATPase和Ca2＋－ATPase的活力,观测到两种叶绿体ATPase的合成和水解ATP的功能有明显差异。从两种叶绿体CF1的SDS－PAGE图谱上可见蚕豆CF1的ε亚基分子量明显小于菠菜的,蚕豆CF1的α和β亚基间分子量的差别也比菠菜的小。     

菠菜和蚕豆叶绿体CF1结构与功能的比较

比较了菠菜和蚕豆叶绿体的光合磷酸化活力以及由不同活化方法活化的叶绿体及可溶ＣＦ１的Ｍｇ＾２＋－ＡＴＰａｓｅ和Ｃａ＾２＋－ＡＴＰａｓｅ的活力,观测到两种叶绿体ＡＴＰａｓｅ的合成和水解ＡＴＰ的功能有明显差异。从两种叶绿体ＣＦ１的ＳＤＳ－ＰＡＧＥ图谱上可见蚕豆ＣＦ１的ε亚基分子量明显上于菠菜的,蚕豆ＣＦ１的α和β亚基间分子量的差别也比菠菜的小。     

叶绿体结构和功能的研究——Ⅴ、完整叶绿体的光合作用的放氧

通常所称完整叶绿体,在结构上维持着被膜的完整,在功能上具有较高效率的固定二氧化碳的能力,或者具有以CO_2为底物的放氧能力。完整叶绿体的放氧涉及光合电子传递、磷酸化和碳素固定。在研究叶绿体能量转换及其调节控制的机理方面,完整叶绿体确为比较理想的实验材料。我们用葡萄糖代     

叶绿体结构和功能的研究——Ⅳ、红霉素对叶绿体能量转换的效应

研究了红霉素对叶绿体能量转换的效应,获知:10(-4)M红霉素抑制循环和非循环光合磷酸化,这种抑制是与反应底物ADP非竞争性的。在抑制ATP合成的浓度范围内,红霉素对基础电子传递的速率并无影响,但它抑制因偶联磷酸化而促进的那部分电子传递。红霉素还抑制膜上Mg~(2 )-ATP酶的活性。以上结果表明,红霉素似有光合磷酸化能量传递抑制剂的特点,它的作用部位可能接近膜上CF_2,或ATP酶的催化部位。     

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。     

叶绿体膜的结构与功能 Ⅱ.钾离子和镁离子对两种类型叶绿体膜吸收光谱及光系统Ⅱ功能的影响

研究不同阳离子和不同阳离子浓度对两种类型的叶绿体膜吸收光谱和光系统Ⅱ功能的影响。观察到一价的 K~ 和二价的 Mg~(2 )对发育完善的叶绿体膜的吸收光谱具有同样的效应,它们均降低这种叶绿体在红区和蓝区的吸收峰,峰值的降低与离子浓度成正相关。而在发育不完善的叶绿体中却没有观察到类似的现象。在不同浓度的 K~ 和 Mg~(2 )的存在下,红区的吸收峰几乎完全重叠,仅在蓝区稍有变化。不同浓度的 K~ 和 Mg~(2 )对上述两种类型的叶绿体膜的 DCIP 光还原速度均有促进作用,但是它们的促进作用有相当大的差别。本文还讨论了阳离子对这两种类型叶绿体膜吸收光谱和光系统Ⅱ活力不同影响的原因。     

叶绿体膜的结构与功能——Ⅷ.镁离子对叶绿体类囊体膜的叶绿素-蛋白复合体聚合的影响

小麦叶绿体类囊体膜用SDS 短时间增溶后,在不连续的SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳上分离出七条含叶绿素的带,我们依其迁移率的增加及参考文献上的定名,称为CPI_(?)、CPI(P700-叶绿素a-蛋白质)、LHCP~1、LHCP~2、CP_(?)(含光系统Ⅱ反应中心的复合体)、LHCP~3(捕光叶绿素a/b-蛋白质)和FC (游离色素-SDS 复合物)。在叶绿体类囊体膜的SDS 提取物中加入Mg~( )后,则只能分离出四条含叶绿素的带,依其迁移率,并经室温吸收光谱和萤光光谱鉴定为CPI、CP_a、LHCP~3和FC。Mg~( )强烈地引起CPI_(?)和CPI 相聚合,LHCP~1、LHCP~2和LHCP~3相聚合。聚合后的蛋白复合体的吸收光谱表明:CPI 在红区的吸收峰为675nm,蓝区的吸收峰为436nm;CP_(?)在红区的吸收峰为669nm,蓝区的吸收峰为434nm;LHCP~3在红区的吸收峰为652和671nm,蓝区的吸收峰为436和470nm。分别与对照的CPI、CP_(?)和LHCP~(?)的吸收光谱相类似。而室温下二者的LHCP 的萤光激发光谱和发射光谱也彼此相似。Mg~( )引起LHCP 的聚合对叶绿体类囊体膜的结构具有重要意义。值得注意的是在叶绿体类囊体膜的SDS 提取物中加入Mg~( )后,引起CPI_(?)与CPI 的聚合,这种聚合对膜的结构与功能的影响目前仍不清楚,还有待进一步探索。     

叶绿体膜的结构与功能Ⅴ.不同倍体小麦叶绿体膜在生物发生中的超微结构变化

观察了二、四、六倍体小麦和八倍体小黑麦叶绿体膜在生物发生中的超微结构变化。发现不同倍体小麦叶绿体膜除有近似的生物发生过程以外,在膜的发育速度和组装程度上均有显著的差异。最引人注目的是四倍体硬粒小麦和八倍体小黑麦质体的被膜上,频繁出现向外隆起形成具有多层环形双脂膜层结构的“芽孢状小体”,非常类似原核生物的光合膜系。在黄化幼苗转绿1小时后,其被膜仅往外隆起1—2层双脂膜的小凸起;转绿4小时后,已成长为具有多层双脂膜层结构的“芽孢状小体”;至22小时后消失(或脱落)。根据这一变化以及前质体中邻接“小体”的区域同时出现有非常明显的 DNA 区,推断这些变化很可能是叶绿体增殖的一种方式。     

乙草胺对葡萄叶片光合和叶绿素荧光特性及叶绿体结构的影响

以沙培1年生巨峰葡萄为材料,研究土施乙草胺对葡萄叶片光合、叶绿素荧光特性和叶绿体结构的影响.结果表明：喷施初期(处理后第13天),上部叶片净光合速率和气孔导度显著下降,PSII最大光化学效率和实际光化学效率显著低于对照,快速叶绿素荧光诱导动力学曲线中J点和K点荧光显著上升,性能指数PI_ABS显著下降,其PSII反应中心和放氧复合体受损伤程度显著高于中部叶片,但随着处理时间的延长,受损伤的程度减轻.在喷施后期(处理后第60天),上部叶片与中部叶片各指标之间的差距变小;下部叶片对除草剂的响应滞后,PSII反应中心和放氧复合体受到较大损伤,J点和K点荧光上升及PI_ABS下降的幅度高于中、上部叶片.乙草胺处理后第60天,葡萄叶片可溶性糖和淀粉含量增加,中、上部叶片色素含量显著下降,叶绿体膜受损,叶绿体变小,片层结构模糊或间隙增大.表明土施乙草胺可传导至葡萄地上部,导致叶片光合机构损伤、PSII活性下降和光合速率降低.     

叶绿体膜的结构与功能——Ⅸ.从菠菜叶绿体膜中分离捕获光能的叶绿素a/b-蛋白质复合体

我们通过用非离子去垢剂Triton X-100处理破碎掏去阳离子的叶绿体膜,经过蔗糖梯度离心,获得高度纯化的捕获光能叶绿素α/b-蛋白质复合体(LHCP),分离出的捕获光能叶绿素α/b-蛋白质复合体具有1.26的Chlα/b 比值,它的吸收光谱表明:它在红区的吸收峰为653nm 和675nm,蓝区的吸收峰为473nm 和436nm。低温萤光激发光谱表明:它的最强激发波长在416、434和476nm。低温萤光发射光谱表明:它的最强发射波长在681nm。通过蔗糖梯度离心,分离提纯的这个LHCP 再经SDS 聚丙烯酰胺凝胶电泳展现出分子量分别为21、44、62千道尔顿的三条叶绿素带。这些含叶绿素的复合物按其电泳迁移率,从慢到快,并经室温吸收光谱和萤光光谱分别鉴定命名为LHCP~3、LHCP~2和LHCP~1。     

叶绿体膜的结构与功能 Ⅷ.镁离子对叶绿体类囊体膜的叶绿素-蛋白复合体聚合的影响

小麦叶绿体类囊体膜用SDS短时间增溶后,在不连续的SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳上分离出七条含叶绿素的带,我们依其迁移率的增加及参考文献上的定名,称为CPI_a、CPI(P700-叶绿素α-蛋白质)、LHCP~1、LHCP~2、CP_a(含光系统Ⅱ反应中心的复合体)、LHCP~3(捕光叶绿素α/b-蛋白质)和FC(游离色素-SDS复合物)。在叶绿体类囊体膜的SDS提取物中加入Mg~( )后,则只能分离出四条含叶绿素的带,依其迁移率,并经室温吸收光谱和萤光光谱鉴定为CPI、CP_a、LHCP~3和FC。Mg~( )强烈地引起CPI_a和CPI相聚合,LHCP~1、LHCP~2和LHCP~3相聚合。聚合后的蛋白复合体的吸收光谱表明:CPI在红区的吸收峰为675nm,蓝区的吸收峰为436nm;CP_a在红区的吸收峰为669nm,蓝区的吸收峰为434nm;LHCP~3在红区的吸收峰为652和671nm,蓝区的吸收峰为436和470nm。分别与对照的CPI、CP_a和LHCP~3的吸收光谱相类似。而室温下二者的LHCP的萤光激发光谱和发射光谱也彼此相似。Mg~( )引起LHCP的聚合对叶绿体类囊体膜的结构具有重要意义。值得注意的是在叶绿体类囊体膜的SDS提取物中加入Mg~( )后,引起CPI_a与CPI的聚合,这种聚合对膜的结构与功能的影响目前仍不清楚,还有待进一步探索。     

外电场对叶绿体结构和功能的影响的研究 Ⅰ外电场对菠菜叶绿体荧光和延迟发光的影响

外加交变电场,使菠菜叶绿体荧光降低和延迟发光增强。这两个效应可被反应系统中加入光合磷酸化解联剂、短杆菌环肽(1×10~(-5)-1×10~(-6)M)去除,而不被另一个解联剂、氯化铵(2×10~(-3)M)去除。已知短杆菌环肽能够去除膜内外质子梯度和电位差,而氯化铵仅能去除质子梯度,据此推测,外电场对荧光的猝灭和增强延迟发光的效应,可能是由于外电场诱导膜内外电位的变化,使膜能化的结果。     

叶绿体膜的结构与功能——ⅩⅦ.LHCP的蛋白磷酸化及其在膜上的横向移动

捕光叶绿素a/b蛋白复合体的蛋白磷酸化使叶绿体低温荧光(77K)在735 nm处的发射增强,间质片层膜的叶绿素a/b比值降低。聚丙烯酰胺凝胶电泳分析表明:LHCP蛋白磷酸化引起部分LHCP在膜上不仅以单体,而且以二聚体、三聚体的形式从富含PSⅡ的基粒膜横向移动到富含PS Ⅰ的间质膜,并与PS Ⅰ相结合,作为它的外周天线,扩大了PS Ⅰ的捕光面积,从而使激发能分配有利于PS Ⅰ。