植物磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的研究——Ⅷ.C_4植物PEP羧化酶的光诱导形成

连续照光可使玉米和高粱黄化叶切片PEP羧化酶活性提高,同时[~3H]一亮氨酸掺入蛋白质和叶绿素的含量也增加。 应用蛋白质合成抑制剂放线菌酮、放线菌素D和光合作用抑制剂DCMU所得资料表明光刺激黄化叶片PEP羧化酶活性的提高与光合电子传递无关而与叶片蛋白质的合成有关。放线菌酮和放线菌素D强烈抑制酶的活性,同时也抑制放射性标记化合物掺入转绿叶切片中。放射性同位素标记试验表明[~3H]一亮氨酸大量掺入转绿玉米叶切片的PEP羧化酶蛋白中。 应用PEP羧化酶抗血清进行双向免疫扩散和兔疫吸附测定得到的结果亦表明玉米、高粱等C_4植物绿色叶片的PEP羧化酶的形成受光的诱导。     

植物磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的研究——Ⅰ.PEP羧化酶同功酶的分离和变构特性的比较

本文报导高梁(C_4植物)和小麦(C_3)植物绿色和黄化叶片中PEP羧化酶的一些特性的比较研究。结果表明不同材料叶片的PEP羧化酶对一些代谢物的反应不同。高梁绿色叶片的PEP羧化酶为G6P、Gly和FDP所激活,为油酸和柠檬酸所抑制。G6P、Gly和FDP对小麦叶片(绿色和黄化叶)、高粱黄化叶片的PEP羧化酶则均无激活作用,油酸和柠檬酸的抑制效应也消失或者下降。 比较这些不同来源的PEP羧化酶在DEAE——纤维素柱层析的结果表明它们具有不同的离子特性。在高粱绿色叶片中分得两种具有不同物理学和动力学特性的PEP羧化酶同功酶(PCⅠ;PCⅡ)。它们的Km(PEP)值各为1.66毫克分子和0.181毫克分子。PCⅡ对G6P的反应较迟钝。从NaCl洗脱梯度、聚丙烯酰胺凝胶电泳和对变构效应剂的反应来看,PCⅡ的一些特性接近于小麦的PE羧化酶。     

叶龄对苋菜光合作用特性的影响

苋菜Amaranthus tricolor是生长期短的C_4双子叶蔬菜,叶片较易进行细胞器的分离,可作为研究C_4光合作用特性的一种好材料。我们前已报道,苋菜属于C_4双子叶的NADME亚类的范围。本文报道苋菜的光合速率,气孔传导性,细胞间CO_2浓度以及PEP羧化酶、乙醇酸氧化酶活性与叶片年龄的关系并确证其C_4途径亚类。     

C4光合作用植物名录（续）

缩写 C:光合最初~(14)C产物四碳酸;C_3～C_4:C_3～C_4中间型植物;Cold:耐寒植物;Crop:重要农作物;D:稳定碳同位素比率(-9‰至-16‰);Halo:盐生植物;Helo:沼生植物;Hydro:水生植物:Hygro:湿生植物;Hu:非饱和光强曲线;K:花环状(Kranz)解剖结构;L:低二氧化碳补偿浓度(0～10umol/mol);O:低氧浓度对于光合速率无影响;PEPE:PEP羧化酶检测,R/P:R(?)BP羧化酶/PEP羧化酶活性比率;Temp:温带分布:Umbro:耐阴植物;Xero:旱生植物;Xeroth:耐干热植物;Xylo:木本植物;Weed:恶性杂草。     

谷子生长过程中光合特性的变化

谷子是C_4植物,但叶片中核酮糖1,5-二磷酸羧化酶(RuBPCase,E.C.4.1.1.39)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEP Case,E.C.4.1.1.31)的活性变化,CO_2补偿点的变化与叶位和叶龄有关。其初生叶和衰老叶并不表现典型的C_4特征,与成熟叶比较,RuBP Case活性和CO_2补偿点都相对较高,而且,也存在着结构上的差别。本实验结果表明所测植物在生长过程中存在着光合特性的变化。     

几种C4和CAM植物光合亚途径的鉴别

C_4.植物鼠尾粟(Sporobolus indicus),金色狗尾草(Setaria glauca)、细叶结缕草(zoysia tenuifolia)、千金子(Leptochloa chinensis)和 CAM 植物芦荟(Aloe vera)属PEP 羧激酶亚型。C_4双子叶植物飞扬草(Euphorbia hirta)则为 NAD 苹果酸亚型。前面4种 PEP 羧激酶型的 C_4草本植物的维管束鞘细胞叶绿体呈均匀分布,与已知的该型的离心排列不同。认为这可为 C_4植物三种光合亚型的演化关系提供新的证据。     

水分胁迫对露花磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶表达水平及特性的影响

水分胁迫能引起露花叶片PEP羧化酶的活力、酶蛋白和mRNA水平的提高。复水后,叶片PEP羧化酶表达量降低;茎中的PEP羧化酶在水分胁迫和恢复水分供应过程中变化情况与叶片相似,兼性CAM植物的碳代谢类型转变发生在植物的绿色组织中。露花叶片中除了250kD的PEP羧化酶同功酶外,还有300kD同功酶;主茎的叶片叶位越低,PEP羧化酶活力越高。     

植物磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的多生理功能

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(简称PEPC)(正磷酸:草酰乙酸羧化酶,EC4.1.1.31)进行下列催化反,这一反应首先在C_3植物菠菜叶片中发现。后来的研究证明PEPC广泛存在于高等植物的所有组织、藻类及细菌中,但在动物组织中未测出此酶。一般认为,PEPC是一个胞质酶。但也有证据指出PEPC可能与叶绿体有联系。C_3植物组织的PEPC活性是C_4植物叶片的2～5％。从不同来源的植物以及组织中得到的纯化PEPC来     

低温对玉米叶片PEP羧化酶及其调节特性的影响

低温贮存期间,玉米叶片PEP羧化酶活性随贮存时间的延长而明显降低,对效应剂Gly的敏感性也减弱。多羟基醇(甘油和山梨醇)以及PEP羧化酶的正效应剂G-6-P在与Gly和甘油同时作用时,对PEP羧化酶在低温贮存期间的活性和对Gly的敏感性均有保护效应,且对两者的保护程度相一致,表明低温贮存期间PEP羧化酶对效应剂敏感性减弱与其低温失活有直接关系。     

C_3和C_4植物叶片内双磷酸核酮糖(RuDP)羧化酶之免疫荧光定位

我们用从菠菜提纯的RuDP 羧化酶制备兔抗RuDP 羧化酶抗体,用荧光免疫直接法在典型的C_3和C_4植物叶片横截面的冰冻切片内定位RuDP 羧化酶。抗RuDP 羧化酶抗体是用异硫氰荧光素(FITC)标记的。观察结果说明在C_4植物(玉米)叶切片中,特异荧光绝大部分集聚于维管束鞘细胞的叶绿体内。在C_3植物(小麦、大麦)叶切片中,特异荧光呈现在叶片叶肉细胞的叶绿体部位。两种植物中特异荧光分布的不同显示了它们的RuDP 羧化酶分布的不同。     

不同小麦品种叶片结构与 CO_2同化力的比较观察

关于叶片的结构与功能的关系,已有许多研究。如从植物叶片组织结构角度来研究C_3、C_4植物的划分,野生和栽培小麦的分类、籼、粳稻光合器官的差异及植物的适应等,都获得显著的结果。我们希望从小麦品种间叶片结构的比较观察中,指出不同小麦对不同环境条件的适应方式,表现在叶     

热带作物木瓜C~3/C_4属性的鉴别

林植芳等(1982)从光、CO_2等环境因素对木瓜光合作用的影响进行了研究,并认为某些性状近似于C_3植物,但迄今尚没有人从叶解剖结构、RuBP羧化酶分布角度进行研究来确定木瓜的C_3/C_4属性。我们用免疫荧光直接法研究木瓜叶片内RuBP羧化酶的分布,并用气体交换法测定CO_2补偿点,以鉴别它的C_3/C_4属性。     

用未标记免疫酶技术在甘蔗大豆叶片内定位RUBP羧化酶

RuBP羧化酶是绿色植物同化CO_2的关键酶。研究RuBP羧化酶在C_4植物叶片内的分布,有助于阐明C_4植物的光合作用结构和功能的特点,以及RuBP羧化酶对光合作用的调控功能。这种工作具有明显的理论意义和实用价值。     

盐分胁迫对大叶藻某些胞内酶耐盐性及其生理功能的影响

分别以3个盐度（100％、150％和200％人工海水）处理大叶藻（Zostera marina L.)植株5d,然后在体外测定了大叶藻叶片中两个胞内酶（PEP羧化酶和苹果酸脱氢酶）的耐盐性和在不同盐度介质中（100％、150％、200％、300％人工海水）经不同盐度（100％、150％和200％人工海水）海水预处理的大叶藻叶片光合速率以及一些生理指标的改变。结果表明在高于海水的盐度下,大叶藻叶片中丙二醛（MDA）、还原性糖和Na^ ,Cl^-含量及渗透势（绝对值）均随海水盐度的提高而增加,但K^ 和游离氨基酸的含量均降低。从处理5d的植株中提取的苹果酸脱氢酶在体外每一盐度下,其活性（A）大小依次为：A100％ASW＞A150％ASW＞A200％ASW（artificial seawater),并且其活性对盐度敏感（低盐度激活高盐度抑制）;但从100％及200％人工海水（ASW）处理的植株中提取的PEP羧化酶的活性在体外对盐度不敏感,而从150％人工海水处理的植株中提取的PEP羧化酶的活性对盐度具有很高的抗性。实验结果显示由150％人工海水处理的植株,在每一特定的盐度下其光合速率均高于另外两组处理（100％ASW和200％ASW）,并且3个处理的光合速率均与其PEPC在不同盐度下的活性表现相一致。但是,经150％ASW处理的大叶藻植株是否受到盐害还有待于进一步探讨。实验表明“大叶藻耐盐性在一定程度上是由于其代谢酶对盐度的耐性造成的”这一说法是不合适的;不存在蒸腾作用可能是大叶藻耐盐机理的重要组成部分。     

盐分胁迫对大叶藻某些胞内酶耐盐性及其生理功能的影响

分别以3个盐度(100%、150% 和200%人工海水)处理大叶藻(Zostera marina L.)植株5 d,然后在体外测定了大叶藻叶片中两个胞内酶(PEP羧化酶和苹果酸脱氢酶)的耐盐性和在不同盐度介质中(100%、150%、200%、300%人工海水)经不同盐度(100%、150% 和200%人工海水)海水预处理的大叶藻叶片光合速率以及一些生理指标的改变.结果表明在高于海水的盐度下,大叶藻叶片中丙二醛(MDA)、还原性糖和Na+, Cl-含量及渗透势(绝对值)均随海水盐度的提高而增加,但K+和游离氨基酸的含量均降低.从处理5 d的植株中提取的苹果酸脱氢酶在体外每一盐度下,其活性(A)大小依次为: A100% ASW>A150% ASW>A200% ASW(artificial seawater),并且其活性对盐度敏感(低盐度激活高盐度抑制);但从100%及200%人工海水(ASW)处理的植株中提取的PEP羧化酶的活性在体外对盐度不敏感,而从150%人工海水处理的植株中提取的PEP羧化酶的活性对盐度具有很高的抗性.实验结果显示由150%人工海水处理的植株,在每一特定的盐度下其光合速率均高于另外两组处理(100% ASW和200% ASW),并且3个处理的光合速率均与其PEPC在不同盐度下的活性表现相一致.但是,经150% ASW 处理的大叶藻植株是否受到盐害还有待于进一步探讨.实验表明"大叶藻耐盐性在一定程度上是由于其代谢酶对盐度的耐性造成的"这一说法是不合适的;不存在蒸腾作用可能是大叶藻耐盐机理的重要组成部分.     

德国景天扦插苗对干旱胁迫的生理响应

以耐旱性较强的德国景天(Sedum hybridum)扦插苗为材料进行干旱胁迫处理(60d),并测定其叶片相对含水量、丙二醛含量、细胞伤害率、光合参数(净光合速率、气孔导度、蒸腾速率)、荧光参数(F_v/F_m、q~P、PHiPS2),以及苹果酸含量、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)活性等生理指标。结果显示,干旱胁迫导致德国景天叶片相对含水量、光合参数、荧光参数降低,细胞伤害率、丙二醛含量升高;干旱胁迫30d时,各项生理指标变化幅度较小,但40d后变化幅度显著增加,并且德国景天叶片的苹果酸含量和PEPCase活性显著升高,表明C_3光合途径不断减弱,景天酸代谢(CAM)途径被激活,参与了德国景天对干旱胁迫的响应,提高了其耐旱性;当干旱胁迫达60d时,因超过其耐受范围,德国景天受损严重,逐渐死亡。这说明德国景天在生理上表现出极强的耐旱性,并且具有兼性CAM植物的特征,通过CAM途径活化提高植株耐旱性是德国景天重要的耐旱机理。     

如何快速鉴别C3与C4植物

在农业实践和科学研究中经常需要知道某种植物是C_3植物还是C_4植物,例如在干旱少雨的地区种植C_4作物就易获得较高的产量;用甲醇喷洒植物能使植物增产,但这种技术只适用于C_3植物而不适用于C_4植物等。从理论上讲,C_3植物光合作用固定CO_2的最初产物是三碳的3—磷酸甘油酸,C_4植物光合作用固定CO_2的最初产物是四碳的苹果酸或天冬氨酸。我们在研究农田杂草光合碳同化途径时,摸索了一些快速区分C_3植物与C_4植物的经验,介绍如下。 从植物进化方面区分 我们知道,C_3植物较原始,C_4植物较进化,实际上较原始的蕨类植物和裸子植物就没有C_4植物,只有较进化     

C_3植物的C_4光合途径

人类主要的粮食作物小麦、水稻、大豆等均为C_3植物,由于C_4光合途径显著优于C_3途径,因此,优化C_3作物拥有C_4光合途径特征的研究一直在探究中。综述了C_3植物的C_4光舍碳途径的发现、运行机制、诱发因素等,总结了改造C_3植物光合效率的方法并做了简单展望。     

光下无CO_2气体处理对叶片光合强度的影响

小麦等C_3植物的叶片在光下经无CO_2或低CO_2气体处理后,通入高CO_2气体,光合强度出现“升、降、升”的波动,而玉米等C_4植物无此现象。不同植物的光合波动幅度不同。强光、高CO_2、低O_2等能缩短第一次光合上升时间,增大光合下降幅度;而低CO_2、高O_2等则减少光合下降幅度。此现象与RuBP及ATP的含量变化有关。     

高粱叶片PEP羧化酶的溶液构象——近紫外圆二色性光谱研究

用近紫外CD光谱技术追踪了PEP羧化酶与各种配基的相互作用。底物PEP、必需金属离子Mg~( )、PEP-Mg~( )以及效应剂G6P、Gly、G6P-Gly,均可引起高粱叶片PEP羧化酶近紫外CD光谱各不相同的变化。这表明高粱叶片PEP羧化酶分子构象有较大的灵活性,不同的配基与酶相互作用可引起酶分子不同的构象变化,因而使酶分子表现出催化功能、调节特性、必需氨基酸残基的化学反应性以及稳定性诸方面的差异。