高等植物光系统Ⅱ中强光照射产生地超氧阴离子自由基的ESR探索

利用自旋捕捉电子顺磁共振(ESR)的方法对从菠菜叶绿体中分离提纯的光系统Ⅱ(PSⅡ)颗粒产生Q2的机理进行了直接检测.通过对样品充氧、加入超氧化物歧化酶(SOD)抑制剂四氰乙烯(TCNE)以及原位光照检测ESR信号等手段,在PSⅡ中检测到O2与DMPO加合物的特征ESR信号.而在没有SOD抑制剂的情况下,光照时PSⅡ中O2与DMPO加合物浓度显著下降.进一步实验发现PSⅡ中O2产率与氧分子浓度直接正相关.O2产率还具有pH值依赖性,在pH值为6.0～6.5范围内,O2产率最高,大于此范围时则呈显著下降趋势.而PSⅡ颗粒的Tris处理也将导致O2产率的急剧减少.以上结果证实水裂解放氧十分活跃的PSⅡ也是高等植物叶绿体在光照下产生活性O2的主要部位,通常大部分的O2能被内源SOD清除,且O2的生成与PSⅡ的电子传递活性密切相关.     

高等植物光系统Ⅱ中强光照射产生超氧阴离子自由基的ESR探索

利用自旋捕捉电子顺磁共振（ESR）的方法对从菠菜叶绿体中分离提纯的光系统Ⅱ(PSⅡ)颗粒产生O₂^-_·的机理进行了直接检测.通过对样品充氧、加入超氧化物歧化酶（SOD）抑制剂四氰乙烯（TCNE）以及原位光照检测ESR信号等手段，在PSⅡ中检测到O₂^-_·与DMPO加合物的特征ESR信号.而在没有SOD抑制剂的情况下，光照时PSⅡ中O₂^-_·与DMPO加合物浓度显著下降.进一步实验发现PSⅡ中O₂^-_·产率与氧分子浓度直接正相关.O₂^-_·产率还具有pH值依赖性，在pH值为6.0～6.5范围内，O₂^-_·产率最高，大于此范围时则呈显著下降趋势.而PSⅡ颗粒的Tris处理也将导致O₂^-_·产率的急剧减少.以上结果证实水裂解放氧十分活跃的PSⅡ也是高等植物叶绿体在光照下产生活性O₂^-_·的主要部位，通常大部分的O₂^-_·能被内源SOD清除，且O₂^-_·的生成与PSⅡ的电子传递活性密切相关.     

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。     

钙离子对PSII颗粒放氧活性的影响

外加5 mmol/L Ca~(2 )可以使菠菜PSⅡ颗粒的放氧活性增高。PSⅡ颗粒经EGTA透析、低pH值、光照、2 mol/L NaCl等处理后,放氧活性下降,同时,这些颗粒的钙含量也相应降低。但当外加 5 mmol/L Ca~(2 )时,可使这些颗粒全部或部分地恢复放氧活性。PSⅡ颗粒中存在的钙对放氧起着重要作用;钙在PSⅡ颗粒中的结合位点不止一个,其结合状态有紧密和松散之别。     

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。     

UV-C对紫杉针叶叶绿体膜脂过氧化及PSⅡ电子传递活性的影响

在实验室条件下,用12W·m^-2剂量的紫外线C(UV-C,254nm)辐射紫杉针叶离体叶绿体．结果表明。随辐射时间的延长,活性氧清除系统中类胡萝卜素(Car)、谷胱甘肽(GSH)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性有不同程度的下降;脂质过氧化产物丙二醛(MDA)含量和膜相对透性有不同程度的增加;光系统Ⅱ(PSⅡ)电子传递活性显著下降,这种下降与光合活性光(PAR)强度呈反比;叶绿素对UV-C辐射不敏感．根据以上结果推测,UV-C辐射诱导叶绿体膜脂过氧化是导致PSⅡ电子传递活性下降的原因之一．     

Mn、Ca阳离子在菠菜PSII颗粒氧化水中的作用

用Triton X-100处理菠菜叶绿体,获得一个基本不含PSⅠ成分、而具放氧活性的PSⅡ颗粒。最适pH移至6.9,超过pH7.2就发生凝集,在照光下只形成很小或不形成H~+梯度,只有微弱的毫秒延迟荧光发射,老化和解联剂都不加速电子传递。 Mn、Ca阳离子促进PSⅡ颗粒的放氧和H~+释放,两者作用不能叠加。Mn离子只作用于活化的PSⅡ颗粒,对叶绿体和部分失活的PSⅡ颗粒无效。Ca离子对叶绿体、PSⅡ颗粒或部分失活的PSⅡ颗粒,都有相同程度的促进效应。     

模拟酸雨对龙眼叶片PSⅡ反应中心和自由基代谢的影响

酸雨对植物光合机构的伤害机理一直是生态学研究的热点之一,为了探讨叶面酸化导致的PSⅡ反应中心损伤和光合机构自由基累积之间的内在联系,以1年生龙眼(Dimocarpus longana Lour.)实生小苗为研究对象,采用盆栽试验,研究了模拟酸雨胁迫对龙眼叶片叶绿素荧光参数和自由基代谢的影响.结果表明:酸雨胁迫改变了龙眼叶片的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线形状,伤害PSⅡ反应中心;pH2.5酸雨胁迫5d后最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ反应中心活性(1/F0-1/FM)、反应中心含量(RC/CSo)急剧下降;有活性反应中心的关闭程度(VJ)、失活反应中心的比例(Non-QA和Non-QB)显著增加,QA迅速还原;放氧复合体(OEC)被破坏;PSⅡ受体侧电子传递体数(Sm)、电子转化效率(ψ0)和电子传递速率((φ)E0)明显降低,叶面酸化导致光系统线性电子传递受损.pH2.5酸雨胁迫5d后叶片超氧阴离子自由基(O2(-))、过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量显著增加;抗坏血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)转化为氧化型,还原型减少;超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性下降,叶绿体内自由基不能被及时清除,过多的自由基损伤光合器官,导致龙眼叶片PSⅡ受伤害.模拟酸雨胁迫伤害龙眼叶片PSⅡ反应中心供体侧和受体侧的电子传递体,造成同化力不足,清除自由基能力下降,导致叶绿体自由基累积,光合机构受到伤害.     

PSⅠ颗粒光抑制的可能机理(英文)

从菠菜 (SpinaciaoleraceaL .)叶绿体中提取的PSⅠ颗粒中加入不同浓度的组氨酸 ,利用光谱和SDS_PAGE技术研究了强光 ( 2 30 0 μmol·m-2 ·s-1)处理过程中外加组氨酸对色素和多肽光破坏进程的影响。强光处理可以使PSⅠ颗粒的光吸收减小 ,在照光 30min后外加组氨酸有效地抑制了光吸收减小的趋势。外加组氨酸在照光约 10min后对PSⅠ颗粒CD信号的下降也起到了明显的抑制作用。外加组氨酸对PSⅠ颗粒中色素保护作用的这种延迟现象表明 ,在强光照初期和后期PSⅠ颗粒光抑制的机理可能不同。外加组氨酸还可以有效地抑制光照过程中PSⅠ颗粒 77K荧光产量的下降。SDS_PAGE分析结果发现 ,外加组氨酸在光照过程中不但对PSⅠ颗粒的反应中心蛋白可以起到保护作用 ,对其他多肽组分同样有显著的保护作用     

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。     

UV-B辐射和Hg2+复合处理对黑小麦生理代谢和生长的影响

在室内,用1.35 w·m-2剂量的UV-B和1.29 mmol·L-1浓度的Hg2+对黑小麦幼苗进行复合处理.结果表明,随处理时间的延长,叶绿素(Chl)、类胡萝卜素(Car)含量和光系统Ⅱ(PSⅡ)电子传递活性下降,SOD活性下降不明鲜;根系TTC还原能力下降;而叶片细胞膜相对透性(El)、丙二醛(MDA)和H2O2含量增加;处理12天后植株高和鲜重下降.MDA和H2O2含量指标,UV-B+Hg2+的复合处理大于Hg2+的单独处理.     

强光及外源活性氧对莴苣叶绿素荧光的影响

莴苣叶绿体在强光处理下发生先抑制,主要表现为叶绿素荧光参数Fv／Fm和ΦPSⅡ降低;外源活性氧H2O2、O2·OH和1O2均能引起叶绿体PSⅡ光化学效率Fv／Fm不同程度的下降,其中以1O2影响最明显;H2O2在诱导叶绿体荧光猝灭过程中,引起荧光产量降低,而使qp、qN、ΦPSⅡ、KD上升;在H2O2诱导的叶绿体荧光猝灭过程中,Fe2 能使qN和KD低于对照;由于1O2的产生对PSⅡ反应中心造成了损伤,引起qp和ΦPSⅡ下降。     

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。     

大豆具放氧活性的光系统Ⅱ颗粒的光合特性

用去垢剂Triton X-100从大豆叶绿体制备出具放氧活性的光系统Ⅱ颗粒。放氧活性达208 μmol O_2 mg~(-1) Chl.hr~(-1)以吸氧表示的PSI活性以及低温荧光发射中代表光系统Ⅰ的F_(735)均比叶绿体明显下降。光诱导P_(700)吸收变化很难检测出来,用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳几乎分离不出属光系统Ⅰ的叶绿素蛋白质复合物带来。代表光系统Ⅱ活性的DCIP光还原活性很高。颗粒的Chl a/b值为1.9。以上结果表明这颗粒十分富含光系统Ⅱ和放氧系统,其光系统Ⅰ含量是可以忽略的。 在文中也叙及从菠菜和蓖麻叶绿体得到的相似颗粒的一些光合特性。     

NaCl(2 mol/L)处理PSⅡ颗粒的Ca~(2+)重结合

回加Ca~(2+)对 NaCl(2 mol/L)处理菠菜PSⅡ颗粒放氧活性的作用表现出有两种K_m值分别为 0.021和 0.545 mmol/L的高亲和与低亲和的Ca~(2+)重结合过程。高浓度NaCl和低 pH(3.0)处理去Ca的 PSⅡ颗粒的光抑制放氧活性半衰期(t_(1/2))明显减小。重结合Ca~(2+后,虽然大部办丧失的放氧活性可恢复,但PSⅡ颗粒放氧活性对光抑制的敏感性却并不随之恢复,t_(1/2)无明显改变。显然,重组Ca~(2+)的结合状态和作用与PSⅡ颗粒原有的结合Ca不完全相同。     

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.     

五节芒不同种群对Cd污染胁迫的光合生理响应

通过盆栽模拟试验,以分别来自粤北大宝山矿区和惠州博罗非矿区的两个五节芒种群为试验材料,比较研究了两个种群在Cd胁迫下的气体交换参数、叶绿素荧光特性、光合色素含量和叶绿体超微结构变化的差异。结果表明:(1)Cd胁迫下五节芒两种群叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、叶绿素含量(Chl)都有不同幅度的下降;叶绿体超微结构遭到破坏。矿区种群随Cd胁迫程度的加深,净光合速率下降较慢,叶绿体的外形及基粒结构受到的影响较小。(2)轻度Cd胁迫下气孔限制是五节芒非矿区种群Pn降低的主要因素,中度和重度Cd胁迫下非气孔限制是Pn降低的主要因素。(3)Cd胁迫下五节芒两种群PSⅡ反应中心最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、PSⅡ有效光化学效率Fv′/Fm′均有所下降。总体上矿区种群降幅较小,PSⅡ利用光能的能力及PSⅡ的潜在活性均较强。PSⅡ光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(NPQ)的变化表现为Cd胁迫下两种群qP值降低、NPQ值升高,总体上抗性强的矿区种群qP降低的幅度低且NPQ升高幅度大。随着Cd胁迫浓度增加,矿区种群实际光化学反应效率(ΦPSⅡ)和电子传递速率(ETR)变化幅度不大,而非矿区种群显著下降,表明矿区种群PSⅡ反应中心电子传递活性受到的影响小,光合机构的损伤程度低。研究表明,五节芒矿区种群对重金属Cd有较强的耐受能力,适合作为金属矿区植被恢复建设的禾本科先锋物种。     

状态转换在光强响应中的作用

在低于和高于400 μmol.m-2.s-1的光照下,苹果(Malus pumila Mill. cv. Tengmu No.1/Malus hupehensisRehd.)叶片稳态荧光(Fs)随光强增加而分别呈现升高和降低的变化趋势,但是光适应下的最大荧光(Fm′)和最小荧光(Fo′)在整个光照范围内一直表现为下降,而且更多的光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心(RC)处于关闭状态((Fs-Fo′)/(Fm′-Fo′))。这表明在高于400 μmol.m-2.s-1的光照下,Fs降低并不是PSⅡ反应中心关闭的结果,而主要是光能从PSⅡ聚光天线(LHCⅡ)向PSⅡ RC的传递减少所导致的。在引入状态转换抑制剂NEM的情况下,Fs在400 μmol.m-2.s-1至苹果叶片饱和光强700 μmol.m-2.s-1的范围内继续上升。另外,在叶黄素循环抑制剂DTT预处理下,Fs可在高于700 μmol.m-2.s-1的光照下继续升高。这些变化说明在饱和光强以下和以上的光照下,苹果叶片Fs变化分别受状态转换和叶黄素循环的影响。在NEM预处理下,PSⅡ表观光化学反应速率(P-rate)和光化学猝灭(qP)在600-800 μmol.m-2.s-1光照下显著降低,与此同时,非光化学猝灭(qN)在600-800 μmol.m-2.s-1光照下轻微上升,而在800 μmol.m-2.s-1以上光照下略微下降。这些现象说明状态转换对于苹果叶片在低于饱和光强的光照下主要起光化学作用,在高于饱和光强光照下主要起非光化学     

测定P700和P680差示光谱的实验条件和材料的选定

由叶绿体的光合膜与线粒体的嵴膜组成的复合体称之为融合膜。为了研究融合膜中的光合电子链与呼吸链的衔接位点,需要制备PSⅠ,PSⅡ颗粒复合体。但发现菠菜材料的不同对PSⅠ,PSⅡ颗粒的纯度和含量都有很大影响。为此,我们对菠菜材料的取样,以及代表PSⅠ和PSⅡ颗粒的特征光吸收信号P_(700)与P_(680)的氧化还原光谱测定条件进     

基于光合系统Ⅱ的生物传感器及其应用

光合系统Ⅱ(PSⅡ)是叶绿体中色素蛋白的超分子复合物,其活性容易受到除草剂、农药、重金属等光合抑制剂的影响,作为生物元件来构建生物传感器有其独特的优势。与不同的传导器结合构建的生物传感器可用于多种物质的检测。