光合作用电子传递的研究——Ⅰ.新鲜和老化叶绿体的光还原作用

叶绿体在老化过程中对DCIP的光还原活性逐渐下降,温热加速了活性的丧失,似与光合膜结构在老化过程中的解体和温热加速光合膜的破损有关。从光合链上PSⅡ氧化侧加入人工电子供体DPC,可显著恢复老化叶绿体对DCIP的光还原,如象DPC对被羟胺和Tris处理新鲜叶绿体后的恢复作用一样。似乎老化叶绿体DCIP光还原活性的下降,主要是由于PSⅡ氧化侧那部分光合膜受损所造成。用切断PSⅡ→PS Ⅰ间电子流的抑制剂水杨醛肟处理新鲜和老化叶绿体,对DCIP和Fecy的光还原都有抑制,并以对新鲜叶绿体的抑制更甚,加入DPC不能使新鲜叶绿体的光还原活性恢复,但可使老化叶绿体的光还原活性有显著促进,尤以对DCIP的光还原促进更大。似乎DCIP和Fecy接受电子的部位随叶绿体状态不同而有改变,即新鲜叶绿体主要在PS Ⅰ还原侧,老化叶绿体则主要在PSⅡ还原侧,推测此与光合膜的完整或破损和人工电子受体同膜亲和的难易程度有关。     

以蛋白酶作为结构修饰剂的叶绿体膜结构和功能的分析

(1)用胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶消化菠菜叶绿体,酶消化对 DCIP 和 Fecy 光还原的影响基本相似,但对偶联因子消化的特性不同。在低酶浓度下,胰蛋白酶对叶绿体 DCIP 光还原有明显的解联作用,而胰凝乳蛋白酶却无这种作用。(2)从蛋白酶消化叶绿体 DCIP 和 Fecy 光还原活性的变化,以及 PSII 人工电子供体能恢复 CCCP 抑制作用的实验结果,证明胰蛋白酶钝化 PSII 氧化侧和还原侧电子传递的有关部位,还可能使 PSII 作用中心部分受损。(3)解联剂的实验证明,PSII 可能存在着精细的结构。文中提出 PSII 膜外侧与 PSII 氧化侧之间可能存在着类似于“转能器”中“沟”组织的假设。     

亚硫酸对PSⅡ的伤害

从菠菜叶中提取PSII颗粒和叶绿体,经亚硫酸处理后发现,由PSII颗粒催化的DCIP光还原速率依SO3^2-学增高而降低,伤害部位发生于PSII的氧化侧,接近水的部位,在黑暗条件下H2O→DCIP和DPC→DCIP的电子传递均不受影响,在特定SO3^2-浓度下,PSII颗粒的伤害随处理时间的延长而加重,其伤害机理与33kD多肽的解离和Mn的流失有关,SO3^2-对新鲜叶绿体并不伤害,对老化的叶绿体则伤害明显,DCIP光还原速率依老化时间的延长而降低,Mn含量的减少与DCIP光还原速率的降低呈正相关,试样中添加FGTA后电子传递速率受害更为严重。     

亚硫酸对PSII的伤害

从菠菜叶中提取 PSII 颗粒和叶绿体、经亚硫酸处理后发现:由 PSII 颗粒催化的 DCIP光还原速率依 SO_3~(2-)浓度增高而降低、伤害部位发生于 PSII 的氧化侧,接近水的部位。在黑暗条件下 H_2O→DCIP 和 DPC→DCIP 的电子传递均不受影响。在特定 SO_3~(2-)浓度下,PSII 颗粒的伤害随处理时间的延长而加重,其伤害机理与33kD 多肽的解离和 Mn 的流失有关。SO_3~(2-)对新鲜叶绿体并不伤害;对老化的叶绿体则伤害明显,DCIP 光还原速率依老化时间的延长而降低。Mn 含量的减少与 DCIP 光还原速率的降低呈正相关,试样中添加 EGTA后电子传递速率受害更为严重。     

亚硫酸对PSⅡ的伤害

从菠菜叶中提取PSII颗粒和叶绿体，经亚硫酸处理后发现，由PSII颗粒催化的DCIP光还原速率依SO3^2-学增高而降低，伤害部位发生于PSII的氧化侧，接近水的部位，在黑暗条件下H2O→DCIP和DPC→DCIP的电子传递均不受影响，在特定SO3^2-浓度下，PSII颗粒的伤害随处理时间的延长而加重，其伤害机理与33kD多肽的解离和Mn的流失有关，SO3^2-对新鲜叶绿体并不伤害，对老化的叶绿体则伤害明显，DCIP光还原速率依老化时间的延长而降低，Mn含量的减少与DCIP光还原速率的降低呈正相关，试样中添加FGTA后电子传递速率受害更为严重。     

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。     

关于光合作用光系统Ⅱ(PS-Ⅱ)电子传递的研究

在菠菜叶绿体和光系统Ⅱ颗粒中,DCIP和铁氰化钾的光还原对DCMU或Tris洗涤的抑制作用反应不同,其影响取决于pH(Tris)和浓度(DCMU)。在Tris的pH为8.0时,叶绿体和光系统Ⅱ颗粒的DCIP光还原全部被Tris(0.8M)洗涤抑制,而仍保留有少量残留的铁氰化钾光还原活力。在正常的叶绿体中,DCMU在5×10~(-5)M和5×10~(-4)M的浓度下,DCIP的光还原活力全部丧失,而铁氰化钾的光还原活力分别保留11.5％和10.8％。用Tris洗过的叶绿体,当DCIP的光还原活力被5×10~(-6)M,5×10~(-5)M和5×10~(-4)M的DCMU全部抑制时,铁氰化钾的光还原活力分别保留有对照的14.l％,15.0％和13.5％。在正常的光系统Ⅱ颗粒中,DCIP的光还原全部被5×10~(-6)M和5×10~(-5)M的DCMU抑制,而分别保留有13.8％和11.7％残留的铁氰化钾的光还原活力。用Tris(pH 7.6,0.8M)洗涤过的光系统Ⅱ颗粒,在5×10~(-7)M和5×10~(-6)M DCMU浓度下,残留的铁氰化钾光还原活力是26.2％和19.2％,而DCIP的光还原全部被抑制。 Tris洗涤过的或DCMU处理过的叶绿体和光系统Ⅱ颗粒残留的铁氰化钾光还原活力在短波光(651毫微米)下比在长波光(714毫微米)下高。讨论了光系统Ⅱ中可能包含有两个短波光反应。     

低温对黄瓜光系统Ⅱ的影响

以对低温敏感的植物黄瓜（Cucumis Sativus L.)为材料,研究了冷害温度对光合作用的影响,冷害温度对光合作用中的光系统I无伤害,而抑制了光系统II的活性,使黄瓜叶片或叶绿体的可变荧光,放氧活性,DCIP光还原活性都受到明显抑制,加入人工电子供体可使受到抑制的可变荧光,DCIP光还原活性恢复到对照水平,表明冷害温度对黄瓜光系统II的抑制是发生在光系统II的氧化侧而对光系统II的反应中心无伤害。     

低温对黄瓜光系统Ⅱ的影响

以对低温敏感的植物黄瓜（Cucumis Sativus L.)为材料,研究了冷害温度对光合作用的影响,冷害温度对光合作用中的光系统I无伤害,而抑制了光系统II的活性,使黄瓜叶片或叶绿体的可变荧光,放氧活性,DCIP光还原活性都受到明显抑制,加入人工电子供体可使受到抑制的可变荧光,DCIP光还原活性恢复到对照水平,表明冷害温度对黄瓜光系统II的抑制是发生在光系统II的氧化侧而对光系统II的反应中心无伤害。     

牛血清蛋白对胰蛋白酶消化叶绿体膜的修补作用

1.牛血清蛋白对被胰蛋白酶消化过的叶绿体光还原 DCIP 的活性有恢复作用。洗涤对经牛血清蛋白修补的胰蛋白酶消化叶绿体的 DCIP 光还原没有影响。说明胰蛋白酶消化后,DCIP 还原位置的蛋白质受损,牛血清蛋白有修补作用。2.CCCP 对胰蛋白酶诱导产生的抑制特性变化可以被牛血清蛋白所逆转。3.牛血清蛋白对胰蛋白酶诱导的叶绿体基粒片层松散现象有部分恢复作用。4.牛血清蛋白对胰蛋白酶诱导的叶绿体光谱在500—640毫微米处吸收下降没有恢复作用。本文提出两个假设:(1)叶绿体膜上的蛋白质存在有微区域性的差异;(2)在类囊体膜上存在有由蛋白质构成的“门”和“通道”的组织。     

胰蛋白酶消化对菠菜叶绿体萤光影响的分析

用胰蛋白酶消化菠菜叶绿体,叶绿体的F_(684)相对萤光强度下降。在反应液中加入光系统Ⅱ的电子受体(DCIP或Fecy)和光系统Ⅱ的电子传递抑制剂—DCMU,可以改变叶绿体F_(684)的相对萤光强度,但不影响与胰蛋白酶消化有关的萤光强度下降。用不同波长的光(436nm和470nm)激发胰蛋白酶消化过的叶绿体,所测得的F_(684)变化、叶绿体中叶绿素含量变化以及吸收光谱变化的实验结果,说明用胰蛋白酶消化叶绿体后,使部分叶绿素从叶绿体上脱落,其中叶绿素b的脱落量较高。表明胰蛋白酶消化所诱导的萤光强度下降与色素蛋白复合体受损有关。     

胰蛋白酶消化对菠菜叶绿体萤光影响的分析

用胰蛋白酶消化菠菜叶绿体,叶绿体的F_(684)相对萤光强度下降。在反应液中加入光系统Ⅱ的电子受体(DCIP 或Fecy)和光系统Ⅱ的电子传递抑制剂—DCMU,可以改变叶绿体F_(684)的相对萤光强度,但不影响与胰蛋白酶消化有关的萤光强度下降。用不同波长的光(436nm 和470nm)激发胰蛋白酶消化过的叶绿体,所测得的F_(684)变化、叶绿体中叶绿素含量变化以及吸收光谱变化的实验结果,说明用胰蛋白酶消化叶绿体后,使部分叶绿素从叶绿体上脱落,其中叶绿素b 的脱落量较高。表明胰蛋白酶消化所诱导的萤光强度下降与色素蛋白复合体受损有关。     

木本植物阳生和阴生叶片叶绿体O2和NO2-光还原作用

在有PCR和PCO环活性抑制剂甘油醛和光合磷酸化解偶联剂NH4Cl存在下,比较了生长于3种光环境的乔木黧蒴和灌木九节幼苗阳生和阴生叶片叶绿体的O2和NO2－光还原速率,全自动光下两种植物阳生叶片的叶绿体O2的光还原速率最高,占总光合电子传递活性的66％－68％,NO2－光还原速率也有类似趋势,占总电子传递的11％－15％左右。36％和16％自然光下阴生叶片O2和NO2－光还原速率及O2光还原电子传递的比较显著降低,但NO2－光还原电子传递的比例不受影响,与NO2－光还原相关的叶片NiR和NR活性及NiR/NR活性比也因叶片接受光强度大小而异,随光强减弱,黧蒴的NiR活性降低,九节的NR活性增高,但黧蒴的NR活性和九节的NiR活性变化未达差异显著性。     

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。     

木本植物阳生和阴生叶片叶绿体O_2和NO_2~-光还原作用

在有ＰＣＲ和ＰＣＯ环活性抑制剂甘油醛和光合磷酸化解偶联剂ＮＨ４ＣＬ存在下,比较了生长于 ３种 光环境的乔木黧蒴和灌木九节幼苗阳生和阴生叶片叶绿体的Ｏ２和ＮＯ２光还原速率。全自然光下两种 植物阳生叶片的叶绿体Ｏ２的光还原速率最高,占总光合电子传递活性的６６％－６８％,ＮＯ２光还原速率 也有类似趋势占总电子传递的１１％－１５％左右。３６％和１６％自然光下阴生叶片Ｏ２和ＮＯ２光还原 速率及Ｏ２光还原电子传递的比例显著降低,但ＮＯ２光还原电子传递的比例不受影响。与ＮＯ２光还原 相关的叶片ＮｉＲ和ＮＲ活性及ＮｉＲ／ＮＲ活性比也因叶片接受光强度大小而异,随光强减弱,黧蒴的 ＮｉＲ活性降低,九节的ＮＲ活性增高,但黧蒴的ＮＲ活性和九节的ＮｉＲ活性变化未达差异显著性。     

玉米杂种及其亲本系叶绿体光化学活性和同工酶的研究

叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器。研究杂种F_1离体叶绿体的光化学活性和同工酶的表现,是杂种优势理论研究的一个重要方面。 我们选用玉米杂种及其亲本系共9个杂交组合、16个自交系作为研究材料。材料分三期播种,同一杂交组合及其亲本系取样时生育状态是一致的。叶绿体提取按Anderson和Boardmen的方法进行。叶绿体Hill反应活性(DCIP光还原)、叶绿体互补的测定应     

亚硫酸对ＰＳII颗粒活性的伤害及Ca2+的影响

PSⅡ1)颗粒的荧光产值依SO32-浓度和处理时间的增加而减少,pH7.3以上受害严重;SO32-对新鲜叶绿体的光化学活性不产生伤害,对老化叶绿体伤害严重,其叶绿素的分解速度低于DCIP2)光还原的降低速度。Ca2+能减轻或消除SO32-对叶绿体的伤害;对于PSⅡ颗粒则有加剧SO32-伤害的作用,其规律可用Logistic方程表示。     

叶绿体结构状态与光化学活性的关系

叶绿体被膜阻碍以Fecy为受体的电子传递,而对以DCIP为受体的电子传递无妨。被膜完整度越高则P/O值也越高。类囊体膜结构的完整度高,则电子传递速率和P/O值也比膜结构受到破损时高。类囊体膜结构的完整度对保持PS Ⅱ活性是必要的,随着完整度的降低,PS Ⅱ在电子传递中所占比重相应减少。     

亚硫酸对PSⅡ颗粒活性的伤害及Ca~(2 )的影响

PSⅡ颗粒的荧光产值依SO_3~(2-)浓度和处理时间的增加而减少,pH7.3以上受害严重;SO_3~(2-)对新鲜叶绿体的光化学活性不产生伤害,对老化叶绿体伤害严重,其叶绿素的分解速度低于DCIP光还原的降低速度。Ca~(2 )能减轻或消除SO_3~(2-)对叶绿体的伤害;对于PSⅡ颗粒则有加剧SO_3~(2-)伤害的作用,其规律可用Logistic方程表示。     

抑制剂K—23对菠菜光系统Ⅱ放氧活性和希尔反应的影响

研究了新的抑制剂K_2 3对波菜 (SpinaciaoleraceaMill.)PSⅡ放氧活性和 2 ,6_dichlorophenolindophenol (DCIP)光还原活性的影响。研究发现 :抑制剂K_2 3在低浓度时对PSⅡ放氧活性有明显促进作用 ,而对DCIP光还原活性的促进作用不太明显。在高浓度时抑制PSⅡ放氧活性和DCIP光还原。对K_2 3的抑制部位进行了初步探讨。