叶绿体膜的结构与功能——ⅩⅢ、发育完善和发育不完善的叶绿体膜的荧光特性比较

小麦发育完善和发育不完善叶绿体膜的低温荧光光谱有着明显的区别,发育完善的叶绿体膜的F_(685)/F_(735)比值为0.81,而发育不完善的叶绿体膜的F_(684)/F_(725)比值却为5.83。发育不完善的叶绿体含有很少或不含叶绿素b及类胡萝卜素。Mg~(2 )提高正常叶绿体F_(685)相对荧光产量,降低F_(735)的相对荧光产量,而对发育不完善的叶绿体膜的荧光发射几乎不发生影响。这和它缺乏捕光叶绿素a/b蛋白复合物及PSI外周天线或内侧天线有关。     

在两个品种大豆叶绿体膜中,Mg~(2+)诱导荧光改变与类囊体膜表面电荷的关系

用“冀北1号”和“丰收黄”两个品种大豆的叶绿体膜,测定了不同 Mg~(2+)浓度对它们的光诱导 chla 可变荧光及电泳速度的影响。虽然将这两种叶绿体膜悬于相同的低盐介质中,其光诱导可变荧光产率彼此不同,但它们的可变荧光产率与电泳迁移率则是彼此相关的,在这两种大豆的叶绿体膜中,Mg~(2+)诱导荧光产率增加和电泳迁移率下降的浓度曲线均呈现出类似的动力学变化。Mg~(2+)诱导上述两种现象所需要的最适浓度亦大抵相同。这些实验结果说明:Mg~(2+)诱导激发能在两个光系统之间分配的改变与其诱导类囊体膜表面静电性质的变化是密切相关的。文中讨论了膜表面蛋白质的羧基在 Mg~(2+)诱导效应中的可能作用。     

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。     

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。     

定位于类囊体膜的PPF1在转基因拟南芥中的表达影响叶绿体的发育

PPF1是一个与植物营养生长相关的基因.它编码的产物可能是一个膜蛋白并与拟南芥叶绿体中的类囊体蛋白ALB3有很高的同源性.免疫电镜分析表明PPF1蛋白同样主要定位于类囊体膜,而且在短日照G2豌豆开花两周后仍发育良好的叶绿体中有很高的表达,在长日照豌豆同时期非正常叶绿体中丰度非常低.对转基因拟南芥和野生型植株的叶片衰老进程比较发现, PPF1在拟南芥中的过量表达可以延缓叶片的衰老,而用PPF1反义mRNA抑制拟南芥中的同源基因ALB3则明显加快叶片衰老速度.对转基因拟南芥的超微结构分析显示,PPF1在拟南芥中过量表达时,转基因植株的叶绿体比野生型植株的叶绿体大并含有更多的基粒和基质类囊体膜;相反,反义PPF1表达抑制其在拟南芥中的同源物时,转基因植株的叶绿体比野生型植株的叶绿体小并含有较少的基粒和发育较差的类囊体膜系统.这些数据表明叶绿体的发育状况与PPF1或拟南芥同源物ALB3的表达水平呈正相关.我们的结果提示PPF1基因可能通过控制叶绿体的发育状况来调节植物的发育.     

类囊体膜的垛叠、松散与它的功能关系

菠菜完整叶绿体置于4mM MgCl_2或20 mM KCl低浓度介质中低渗10秒钟后,得到由Mg~(++)或K~+离子诱导的类囊体垛叠膜和松散膜。它们在功能上表现出明显的差异。垛叠膜有较高的毫秒级延迟光发射(ms-DLE),松散膜显著降低DLE的快相,垛叠膜比松散膜的9-AA荧光猝灭快,并保持稳定;而松散膜有H~+渗漏。在非循环或Fd催化的循环光合磷酸化中,垛叠膜比松散膜活力高。但是,若在同样的低渗介质中低渗1分钟以上,Mg~(++)离子诱导的垛叠膜,在显微结构上不同于低渗过10秒钟的垛叠膜,它垛叠较松,而且在磷酸化活力上也与松散膜差别不大。揭示了H~+传递速度受二个光系统、电子载体间的距离及偶联程度的限制。新鲜制备的垛叠或松散膜,在NADP~+还原系统中,具有相同的电子传递放O_2速度,说明电子传递速度在一定范围内不受膜间的距离和偶联程度的影响。但是松散膜不稳定,随着膜的老化而解联,牛血清白蛋白(BSA)能稳定松散膜的电子传递。     

寡霉素在叶绿体中的作用部位

寡霉索可抑制光下DTT激活的Mg~(2 )-ATP酶活力并促进质子流出,这两种效应对温度的反应相似,并受膜能化状态的影响。 寡霉素对在光下以胰蛋白酶激活的叶绿体膜上Mg~(2 )-ATPase和脱离了膜的Ca~(2 )-ATPase都有抑制作用,但对经NEM修饰的叶绿体膜上Mg~(2 )-ATPase活力没有影响,且其促进质子流出的效应也消失,在暗中经胰蛋白酶活化的Ca~(2 )-ATPase对寡霉素不敏感。由此推断寡霉素抑制光激活的ATPase和促进质子流出的效应是光引起膜能化导致CF_1变构,γ亚基暴露,而使寡霉素能与之结合的结果,因此寡霉素在叶绿体上的作用部位是在CF_1中,而与线粒体在F_0上有所不同。     

具有放氧活性的光系统Ⅱ颗粒的某些荧光特性

我们对具有放氧活性的光系统Ⅱ(PSⅡ)颗粒的某些荧光特性进行了研究.加Mg~(2+)后可使这种颗粒的叶绿素低温荧光发射中的F695相对提高,但不引起可变荧光的增加.这可能是Mg~(2+)促使捕光色素向PSⅡ反应中心传递更多的激发能.DCMU对PSⅡ颗粒荧光的作用与对叶绿体相反,它引起可变荧光淬灭;随后加入人工电子受体DMBQ可使可变荧光更加强烈地降低,看来在这种颗粒中在有DCMU的情况下可能存在一个环式电子流.电子受体DMBQ也可能参加了这个循环过程.     

定位于类囊体膜的PPF1在转基因拟南芥中的表达影响叶绿体的发育

PPF1是一个与植物营养生长相关的基因。它编码的产物可能是一个膜蛋白并与拟南芥叶绿体中的类囊体蛋白ALB3有很高的同源性。免疫电镜分析表明PPF1蛋白同样主要定位于类囊体膜 ,而且在短日照G2豌豆开花两周后仍发育良好的叶绿体中有很高的表达 ,在长日照豌豆同时期非正常叶绿体中丰度非常低。对转基因拟南芥和野生型植株的叶片衰老进程比较发现 ,PPF1在拟南芥中的过量表达可以延缓叶片的衰老 ,而用PPF1反义mRNA抑制拟南芥中的同源基因ALB3则明显加快叶片衰老速度。对转基因拟南芥的超微结构分析显示 ,PPF1在拟南芥中过量表达时 ,转基因植株的叶绿体比野生型植株的叶绿体大并含有更多的基粒和基质类囊体膜 ;相反 ,反义PPF1表达抑制其在拟南芥中的同源物时 ,转基因植株的叶绿体比野生型植株的叶绿体小并含有较少的基粒和发育较差的类囊体膜系统。这些数据表明叶绿体的发育状况与PPF1或拟南芥同源物ALB3的表达水平呈正相关。我们的结果提示PPF1基因可能通过控制叶绿体的发育状况来调节植物的发育。     

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。     

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。     

不同光质下生长的满江红叶绿体和共生者满江红鱼腥藻的吸收光谱和荧光光谱的研究

测定了不同光质下培养的满江红的叶绿体和满江红鱼腥藻的吸收光谱和荧光光谱。吸收光谱表明:对于前者叶绿体,红光和蓝光比白光和绿光更有利于Chl a的形成。对于后者光对其色素的影响比叶绿体更为敏感。在白光下其胆藻素含量最高,在红光下P_(330)含量最高,依次为蓝光、白光、绿光;而类胡萝卜素相对稳定。荧光发射光谱表明:红光下培养的满江红的叶绿体PS Ⅱ荧光发射最强,蓝光、白光、绿光依次减弱。这与我们在电镜下观察到叶绿体膜垛叠的结果是一致的。而在满江红鱼腥藻中,不同光质下的差异与叶绿体不同。从荧光光谱和类囊体膜垛叠的分析表明,我们从另一方面支持了Arntzen等(1977)关于系统Ⅱ颗粒主要分布在基粒膜上的观点。     

Clotrimazole对叶绿体ATPase功能的影响及其作用部位

clotrimazole能抑制 DTT+光激活的类囊体膜上Mg~(2+)—ATPase的活力。这种抑制属于可逆非竞争性抑制。进一步的实验还表明clotrimazole可以消除 9—AA光下荧光粹灭指示的正常类囊体及DCCD重组残缺膜的跨膜质子梯度。卵磷脂可以减缓 clotrimazole对9—AA荧光粹灭的抑制作用。clotrimazole还能抑制DTT加热激活的游离CF_1 Ca~(2+)—ATPase的活力。根据以上结果我们推测 clotrimazole在类囊体上可能有两个作用部位,一个在类囊体膜脂;另一个在CF_1。     

Mg~(2 )诱导 Chla 荧光,膜垛迭和膜表面电荷变化之间的关系

利用低盐介质分离的冀北1号大豆叶绿体膜,同时测定不同浓度 Mg~(2 )对 Chla 可变荧光产率,类囊体膜再垛迭和膜电泳速率的影响。现察到 Mg~(2 )抑制膜电泳迁移率与其刺激 Chla可变荧光产率及膜再垛迭之间,存在有良好的相关性,证实金属阳离子对激发能在两个光系统之间传递与分配的调节作用,与金属阳离子中和或屏蔽类囊体膜表面的净负电荷,促使膜再垛迭密切相关。     

青海高原矮嵩草和珠芽蓼的光合适应性比较(英文)

对生长在两个海拔地带 (3 2 0 0m ,3 980m)的矮嵩草 (KobresiahumilisSerg.)和珠芽蓼 (PolygonumviviparumL .)叶片的叶绿素荧光特性及其叶绿体超微结构进行了比较研究。海拔升高 ,矮嵩草和珠芽蓼叶片的Fv/Fo、Fv/Fm和Rfd值均增大 ,且矮嵩草的Fv/Fo、Fv/Fm 和Rfd值均大于珠芽蓼。叶绿体超微结构的结果显示 ,海拔升高 ,珠芽蓼和矮嵩草的叶绿体都表现出一定程度的变形 ,但珠芽蓼的叶绿体变形和类囊体膜肿胀现象更为显著。研究表明 ,矮嵩草和珠芽蓼光合作用对高山胁迫环境具有很强的适应性 ,且矮嵩草的适应能力比珠芽蓼强。     

水杨酸对高温强光下小麦叶绿体蛋白酶Deg5和PSⅡ功能的调节作用

以小麦(Triticum aestivum)矮抗58为材料,采用0.1mmol/L的外源水杨酸(SA)处理小麦叶片,以清水为对照,通过Western blotting蛋白质印记技术和叶绿素荧光分析,研究了高温强光胁迫(38℃和1600μmol m-2s-1)对小麦叶绿体Deg5蛋白酶、D1蛋白和叶绿素荧光参数的影响及SA的调节作用。结果表明,高温强光胁迫导致小麦叶绿体Deg5蛋白酶、D1蛋白含量和PSⅡ最大光能转化效率(Fv/Fm)降低,原初荧光(Fo)升高。和对照相比,外源SA处理可维持较高的Deg5蛋白酶、D1蛋白、Fv/Fm水平和较低的Fo。说明外源水杨酸可减轻高温强光对Deg5蛋白酶和D1蛋白的损伤,维持较强的PSⅡ功能。     

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。     

镉离子对菠菜叶绿体色素蛋白质复合物及激发能分配的影响

Cd~(2+)使叶绿体低温(77K)荧光发射光谱中 F686/F736及 F696/F736和激发光谱中F480/F436比值降低,说明 Cd~(2+)不利于激发能向 PSⅡ传递。SDS-PAGE 分析表明,Cd(2+)处理后叶绿体类囊体膜中光系统Ⅱ捕光叶绿素蛋白质复合物 LHCⅡ的部分寡聚体解聚成单体,且 LHCⅡ的总量也减少了。分析表明 Cd~(2+)使属于 LHCⅡ的多肽减少。已知LHCⅡ在光能吸收、传递以及激发能在两个光系统间的分配和调节方面起着重要作用,Cd~(2+)引起部分 LHCⅡ解聚和总量减少,必然导致由 LHCⅡ捕获和向光系统Ⅱ中心传递的能量减少。     

芜菁花叶病毒外壳蛋白在寄主植物叶绿体中的积累及其对光系统II活性的影响

分别以接种感染芜菁花叶病毒(TuMV)和健康对照的青菜苏州青品种(Brassica chinensis L. cv.Suzhou)和芥菜温州芥菜品种(B.juncea L. cv.Wenzhou)叶片为材料提取完整叶绿体,用胰蛋白酶消除其表面蛋白后,抽提总蛋白,经SDS-PAGE电泳和Western blot检测,发现TuMV的外壳蛋白(CP)存在于感病寄主的叶绿体中。免疫金标记电镜实验显示TuMV-CP定位在感病青菜和芥菜的细胞质和叶绿体中。对两种寄主植物叶片的叶绿素荧光动力学参数测定结果显示,青菜、芥菜的Fv/Fo、Fv/Fm、φPSII、qp值都有不同程度的降低,qN值增大。实验结果表明TuMV侵染后在寄主细胞叶绿体中积累的CP,抑制了光系统II(PS II)的光化学活性,这可能是影响寄主植物光合作用的一个重要原因。     

毛竹茎秆叶绿体超微结构及其发射荧光光谱特征

为了探讨毛竹（Phyllostachys pubescens）茎秆的光合特性,以1龄和3龄毛竹为材料,观察了茎秆和叶中叶绿体的超微结构,测定了光合色素含量以及发射荧光光谱。结果表明：茎秆中叶绿体发育完整,其类囊体垛叠程度高于叶,并含有淀粉粒。茎秆中叶绿素总含量、类胡萝卜素及Chla／b含量显著低于叶（FI〈O．05）。茎秆发射荧光光谱在735nm处没有明显的主峰,1龄和3龄毛竹茎秆光系统lI与光系统I的半峰宽比值分别比叶降低了7．0％和11．3％（P〈0．05）,峰高比值比叶分别增加了6．5％和18．3％（P〈0．05）。四阶导数光谱在650—800nm波长范围内出现了6个极大值,代表LHCII、CP43、CP47、RCI和ILHCI的发射荧光峰以及PSI和PSII的发射荧光副振峰：其中,茎秆中RCI和LHCI特征发射荧光峰与叶相比有不同程度的红移。表明毛竹茎秆叶绿体通过提高Chlb的相对含量和增加类囊体垛叠以及降低LHCI含量,来适应毛竹茎秆以红光为主的光环境。进而协调激发能在2个光系统间的分配。