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     

低渗膨胀对菠菜完整叶绿体光合作用的影响

菠菜离体完整叶绿体需要合适的介质渗透压（约０．９ＭＰａ）以保持其较高的光合作用速率。当渗透压因降低介质中山梨醇浓度（从０．３３ｍｏｌ／Ｌ至０．１７ｍｏｌ／Ｌ）而降低时,叶绿体的完整率保持不变。低于临界渗透压（约０．５ＭＰａ）,叶绿体被膜就发生破裂．并丧失ＣＯ２同化能力。在轻度低渗条件下,虽然叶绿体被膜未破,但依赖ＣＯ２的放氧速率已受抑制。渗透压在０．９ＭＰａ与０．５ＭＰａ之间,叶绿体依赖ＰＧＡ的放氧抑制,可由加入山梨醇至正常浓度（０．３３ｍｏｌ／Ｌ）而解除。膨涨叶绿体的ＡＴＰ合成水平与正常叶绿体相同,而ＮＡＤＰＨ形成速率则明显降低。利用能透过被膜的不同电子受体ＮＣ２、ＰＧＡ和ＯＡＡ发现,在膨胀叶绿体中,ＮＯ２的还原不受形响,而ＰＧＡ及ＯＡＡ的还原明显被抑制。我们推测,低渗膨胀叶绿体中光合作用的抑制,至少有一个原因是Ｆｄ－ＮＡＤＰ氧化还原酶作用的受阻。     

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶的光活化

用分光光度法测定了菠菜重组叶绿体中的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(RuBPCase,E.G.4.1.1.39)活性。酶可被光活化,酶活性随光强度增加而增加,在200Klux下酶活力增加2.9倍。在重组叶绿体中加入硫氧还蛋白,则光还原的硫氧还蛋白能增强酶的光活化作用。改变叶绿体层膜和可溶部分的比例以及使硫氧还蛋白与层膜预温等实验的结果,提供了在叶绿体层膜中存在有部分核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶和硫氧还蛋白的证据。本报告的实验结果指出硫氧还蛋白可能与光系统有联系;光合作用中CO_2的固定不取决于叶绿体中RuBPCase的总量,而决定于活化的RuBPCase的量。     

完整叶绿体中的NADP及NADPH测定

NADP是植物体内重要的氢递体,叶绿体通过光合电子传递和偶联光合磷酸化反应形成NADPH和ATP,再利用它们去同化CO_2。因此对光合器官内NADP及NADPH的含量分析,在光合作用研究中显得十分重要。一般测定NADPH形成的非循环光合电子传递活性时,是在无被膜的离体叶绿体反应系统中加入外源NADP及铁氧还蛋白,光还原形成的NADPH的量直接由波长340     

蛇毒对菠菜完整叶绿体的作用

用眼镜蛇(Naja naja)蛇毒或由此提取的磷脂酶 A 处理菠菜离体叶绿体,可抑制光合电子传递及光合磷酸化活力。加入人工电子供体 DCPIPH_2或 TMPDH_2后,可测到 NADP 或 MV 光还原,且不受 DCMU 抑制。加入人工电子受体 BQ 或 TQ,能恢复叶绿体的放氧活力,仍偶联有磷酸化作用,但受 DCMU 的抑制。这表明蛇毒抑制的叶绿体可以分别测到光系统Ⅰ及光系统Ⅱ的电子传递。抑制作用是切断了两个光系统之间的电子传递,其抑制部位可能在质醌附近。电子显微镜形态观察指出,蛇毒对叶绿体片层结构的破坏过程,可以与功能上的失活对应起来。     

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。     

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对菠菜叶片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20 μmol/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.     

光合磷酸化偶联机制研究——Ⅵ.叶绿体完整度对P/e_2值的影响

完整叶绿体的P/e_2值并不一定都大于破碎叶绿体,但如用水胀破叶绿体,则往往引起解联作用。在不同磷酸盐浓度下,观察到完整叶绿体制剂和同一制剂经TN缓冲液胀破被膜后的P/e_2值变化不一样。类似现象可在STN缓冲液制备的普通叶绿体及同一制剂的悬浮液中加入MgCl_2后的对比中看到。     

油菜叶绿体被膜的制备和Toc33的检测

采用蔗糖密度离心方法分离完整叶绿体,进一步分离叶绿体被膜,借助SDS-PAGE分析了2种油菜叶绿体被膜的蛋白组分.用对拟南芥叶绿体外被膜上存在Toc33的特异抗体,检测到油菜叶绿体被膜上存在Toc33转运蛋白.Toc33在2种油菜中的相对含量不同,黄化油菜叶绿体被膜中高于野生油菜叶绿体被膜.     

蓝藻Anabaena7120的固氮活力及其和光合作用的关系

蓝藻Anabaena 7120经用Ar+CO_2、空气和Ar处理后,固氮活性有明显不同。Ar+CO_2处理的活性比空气处理的高出数倍,而Ar处理的则比空气中的低很多。以上三种处理的Anabaena 7120固氮对不同生理条件反应不一样,固氮活性高者对CO和O_2的敏感程度小些、受到CO_2和N_2的抑制程度也轻。但是分子氢对三者固氮作用的支持效用相同,并且也是和氢酶活动有联系。弱光下固氮活力低的蓝藻固氮活性下降得更大些。光合抑制剂和结合态氮对固氮活力高的蓝藻固氮活性的抑制显著比固氮活力低者小。三者的放氢和放氧能力也不同,固氮活力高者放氧高而放氢量小些,低固氮活力的蓝藻正好相反。     

薄膜氧电极的制作与呼吸或光合控制的测定

线粒体的呼吸耗氧或叶绿体的光合放氧,都偶联着腺二磷(ADP)与无机磷(Pi)合成腺三磷(ATP)的磷酸化反应。ADP∶O值是指线粒体每吸收或叶绿体每释放一克原子氧的同时,酯化转变ADP成ATP的克分子数的比值,它反映这两种细胞器的能量转化效率。自从Chance根据线粒体系统的底物呼吸水平,氧吸收速率受到ADP和Pi促进而提出呼吸控制的观念以后,叶绿体的希尔放氧反应中也以同样的观念提出了光合控制。这些控制数值与ADP∶O比值一起,都成为衡量线粒体或叶绿体机构完善与否的重要生化指标。这些反应     

增甘膦(Glyphosine)和调节膦(Krenite)对叶绿体光化学反应的效应

用2～12 mM增甘膦处理叶绿体,其循环磷酸化活力均高于对照,经增甘膦处理的叶绿体,再用两倍体积的缓冲液洗涤两次并离心,所得叶绿体的磷酸化活力仍比对照的要高。对照叶绿体的非循环磷酸化速度在处理时的较高温下降低得很多,而处理的叶绿体的活力变化不大或略有上升。增甘膦处理的叶绿体,其非循环磷酸化活力和非循环磷酸化条件下的铁氰化钾还原活力均比对照的要高,故其磷/氧值维持不变或略有下降。在5×10~(-5)～5x10~(-3)M,调节膦促进铁氰化钾还原,抑制非循环磷酸化,表现出明显的解联效应。调节膦也抑制循环磷酸化。这种抑制是与反应底物非竞争性的。在抑制磷酸化的有效浓度范围内,调节膦也抑制膜上ATPase活性和光诱导的叶绿体的质子吸收。增甘膦能促进电子传递从而也促进光合磷酸化。调节膦则具有光台磷酸化的解联剂的特征。     

墨兰幼叶和成熟叶不同部位叶绿体超微结构和光合作用

墨兰试管苗植株成熟叶片叶绿体基粒较发达,类囊本膜垛叠较紧密。幼叶叶绿体中少有亲锇颗粒,成熟叶的叶绿体中往往既有亲锇颗粒又有淀粉粒。幼叶中基粒数目比成熟叶的少,叶绿体也比成熟叶的小。幼叶的光合放氧速率比成熟叶的低。幼叶中叶尖部叶绿体最大而叶基部最小,但叶尖部的光合放氧速率比叶基部小。成熟叶中叶绿体大小及光合放氧速率区别不明显。通过对各部位叶绿素含量的测定发现,叶绿素含量与光合放氧速率之间没有正相关性     

NaCl及KCl对叶绿体膜上偶联因子腺三磷酶活力的调节

在不外加Mg~(2 )的条件下,激活液中加入30 mMNaCl或15 mM KCl,能促进叶绿体膜上偶联因子的腺三磷酶活力。其促进程度与叶绿素浓度、反应底物ATP浓度及DTT的存在有关。但此促进现象可被加入低浓度的EDTA所消除,NaCl及KCl可将叶绿体内含有的内源或结合态的Mg~(2 )释放出来,有活化腺三磷酶的作用。     

叶绿体Fd—NADP还原酶活性的光活化

通过测量叶绿体ＮＡＤＰ光还原的延滞时间和细胞色素ｆ氧化还原的光诱导，比较暗适应和光活化的叶绿体ＦＮＲ－黄递酶活力对底物ＮＡＤＰＨ的Ｋｍ值，以及化学修饰剂处理膜结合的ＦＮＲ，进一步证明叶绿体膜结合状态的ＦＮＲ存在光活化现象。     

弗氏柠檬酸细菌完整细胞TNT降解酶的性质

弗氏柠檬酸细菌(Cizrobacter freundii)在好氧和兼性好氧条件下具有很强的降解2,4,6-三硝基甲苯(a-TNT)的能力。该菌在牛肉汁培养基中30℃摇床培养10小时,其完整细胞TNT降解酶活力最高。酶反应最适pH为7．2,最适温度为30℃,酶的pH和温度稳定性较佳,在PH 6.0--8.0时,30℃保温12小时,保留活力90％以上,30小时仍有76％剩余活力。作用于a—TNT的米氏常数(Kin)为5印^f,最大反应速度(Vmax)为0．22／zM／mg蛋白／,J、时。金属离子“g’、Hg冲和。U蚌对酶活力有强烈抑制作用,EDTA无明显抑制。底物类似物间一二硝基苯、2,4-二硝基苯酚和对硝基酚(0.3mM)对酶活力也有一定程度的抑制作用。     

巨大螺旋藻光合放氧和超微结构的研究

选用常温下培养的巨大螺旋藻为材料,对其光合放氧与超微结构进行了观察和研究。结果表明：１）巨大螺旋藻具有较强的放氧能力;２）巨大螺旋藻细胞内存在有含量极丰富的类囊体,气泡,藻胆体及羧化体等特写结构与其光合放氧特性相适应;３）类囊体膜片层在细胞的部分区域已趋于重叠,且封闭成一独立系统存在,具类似真核生物叶绿体的结构;４）从进化角度来看,巨大螺旋藻类囊体膜存在的方式可以作为叶绿体系统演化的证据之一,即真     

叶绿体硫氧还蛋白系统的调节机制

硫氧还蛋白(Trx)属于巯基-二硫键氧化还原酶家族, 通过作用于底物蛋白侧链2个半胱氨酸残基之间的二硫键(还原、异构和转移)来调控胞内蛋白的结构和功能。叶绿体Trx系统包括Trx及Trx类似蛋白、铁氧还蛋白(Fd)依赖的硫氧还蛋白还原酶(FTR)和还原型烟酰腺嘌呤二核苷磷酸(NADPH)依赖的硫氧还蛋白还原酶C (NTRC)。除了基质蛋白酶类活性变化及叶绿体蛋白的转运受Trx系统调控之外, 在叶绿体中还存在1条跨类囊体膜的还原势传递途径, 把基质Trx的还原势经跨膜转运蛋白介导, 最终传递给类囊体腔蛋白。FTR和NTRC共同作用维持叶绿体的氧化还原平衡。该文对叶绿体硫氧还蛋白系统的调节机制进行了综述, 同时讨论了叶绿体硫氧还蛋白系统对维持植物光合效率的重要意义。     

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。     

光呼吸研究进展——Ⅰ.光呼吸和氮代谢的关系与光呼吸的生理功能

光呼吸乙醇酸途径的阐明,使人们对光合碳途径的认识前进了一步。从现知的乙醇酸途径来看,它似乎是一个损耗光合固定的碳素和能量的过程。据推算,在正常的大气条件下(此时 RuDP 羧化酶和加氧酶活性比例为4:1),由乙醇酸途径放出的C0_2占光合固定的 CO_2 14％。实测的结果表明,C_3植物光呼吸放CO_2可达净光合所固定的CO_2的14—75％。因此人们曾设想,若用某些