揭开小麦旗叶高光效的秘密：旗叶的超分子结构基础

一、为什么要继续探索小麦 旗 叶高光效的秘密 1978年,在小麦返青后,上海市川沙县面对13万亩小麦黄弱苗不知所措而发愁。县科委便组织大家讨论,要不要给小麦追施穗肥?有人认为小麦已度过了三分之二的生长期,再施肥也是瞎子点灯白费蜡！就在争论不休的时刻,《植物杂志》上发表了“揭开小麦旗叶高光效的秘密”一文,给他们找到了答案。原来,小麦生长后期的叶片,尤以旗叶的光合效率最高,对籽粒形成和产量的贡献最大。原因是旗叶中具有高比例的多环叶肉细胞,其细胞内的叶绿体     

CO2浓度倍增对小麦叶绿体超微结构、超分子结构及光谱特性的影响

超薄切片及冰冻撕裂电镜观察、吸收光谱及77 K低温荧光发射光谱的测定结果表明:CO2浓度倍增对小麦( Triticum aestivum L.)叶绿体的超微、超分子结构及光谱特性的影响均为正效应.具体反映在:(1)小麦叶绿体中除了比对照积累有较多的淀粉粒外,其基粒和基质类囊体膜发育较好;(2)叶绿体的光合膜系,无论是垛叠和非垛叠膜区,其镶嵌于内质膜撕裂面(EFs和EFu)及原生质膜撕裂面(PFs和PFu)的功能蛋白粒均比其对照的发育良好,尤其PFs 与EFs面较为突出,即它们除了所含蛋白粒的密度较大外,在EFs面上有时还呈现出密集有序的阵列结构;(3)叶绿体整个吸收谱带,尤其红区和蓝区的主峰均较其对照有较大的光吸收,表明对光能的捕获能力明显高于对照;(4)无论是以436 nm还是以480nm波长激发的,其叶绿体的F684/F733 (PSⅡ/PSⅠ)的比值均较对照的高,表明CO2浓度倍增条件下生长的小麦叶片叶绿体的PSⅡ相对荧光强度有所增强,这与叶绿体的超微、超分子结构及吸收光谱的测定结果相一致.以上结果可为小麦在高CO2浓度下增产提供理论依据.     

CO2浓度倍增对小麦叶绿体超微结构、超分子结构及光谱特性的影响

超薄切片及冰冻撕裂电镜观察、吸收光谱及 77K低温荧光发射光谱的测定结果表明 :CO2 浓度倍增对小麦(TriticumaestivumL .)叶绿体的超微、超分子结构及光谱特性的影响均为正效应。具体反映在 :(1)小麦叶绿体中除了比对照积累有较多的淀粉粒外 ,其基粒和基质类囊体膜发育较好 ;(2 )叶绿体的光合膜系 ,无论是垛叠和非垛叠膜区 ,其镶嵌于内质膜撕裂面 (EFs和EFu)及原生质膜撕裂面 (PFs和PFu)的功能蛋白粒均比其对照的发育良好 ,尤其PFs与EFs面较为突出 ,即它们除了所含蛋白粒的密度较大外 ,在EFs面上有时还呈现出密集有序的阵列结构 ;(3)叶绿体整个吸收谱带 ,尤其红区和蓝区的主峰均较其对照有较大的光吸收 ,表明对光能的捕获能力明显高于对照 ;(4)无论是以 4 36nm还是以 4 80nm波长激发的 ,其叶绿体的F684/F73 3 (PSⅡ /PSⅠ )的比值均较对照的高 ,表明CO2 浓度倍增条件下生长的小麦叶片叶绿体的PSⅡ相对荧光强度有所增强 ,这与叶绿体的超微、超分子结构及吸收光谱的测定结果相一致。以上结果可为小麦在高CO2 浓度下增产提供理论依据。     

低温诱导春性小麦获增产

中国科学院植物研究所光合室已经研究发现小麦叶片中的叶肉细胞、胞内的叶绿体类囊体膜、膜内各冰冻撕裂面上的功能蛋白颗粒。颗粒上所结合的捕获太阳光能的叶绿素 a/b 色素蛋白复合物的含量,及其相应的光合功能,均随叶位的逐渐上升而愈趋复杂和增高,至旗叶达到顶峰的规律之后,我们进一步采用不同时间40—65天的0—4℃低温诱导各性和春性小麦品种,进行秋播和春播的室内外试验中,发现     

CO2浓度倍增对谷子和紫花苜蓿叶绿体超微结构的效应

电镜观察结果表明,不同种类植物生长在相同倍增的高ＣＯ２ 浓度条件下,其叶绿体超微结构彼此呈现出明显的差异． 最醒目的特征是淀粉粒的积累比对照的增加很多;类囊体膜系发生异变． 总体上,（１）淀粉粒,Ｃ４ 植物谷子（Ｓｅｔａｒｉａ ｉｔａｌｉｃａ）叶绿体比Ｃ３ 植物紫花苜蓿（Ｍｅｄｉｃａｇｏ ｓａｔｉｖａ）积累的更多． （２）淀粉粒较小且较少时,紫花苜蓿叶绿体基粒类囊体膜增多,与基质类囊体膜相间排列有序;谷子叶绿体的基粒垛及基粒类囊体膜数均增多,但基粒变小,基质类囊体膜变长,且有些膜出现膨胀甚至破损． （３）淀粉粒较大且积累过多时,紫花苜蓿叶绿体中尚可隐约见到由４～８ 个类囊体膜组成的短小基粒零星分布于淀粉粒间;谷子叶绿体中几乎找不到可辨认的基粒和基质类囊体膜     

玉米类囊体膜的超分子结构及LHCP在个体发育中的变化

对玉米(Zea mays)营养生长期中的下位叶(第5叶)和生殖生长时期的中位叶(果穗叶)和上位叶(顶生叶)的成熟叶片的冰冻撕裂电镜观察,发现叶绿体类囊体膜所有撕裂面上各种功能蛋白颗粒的密度均以果穗叶中的最大,依次是顶生叶和第5叶的。以果穗叶与顶生叶相比,其类囊体膜中包含有绝大多数 LHCP 的 EFs 颗粒增加28%;包含有 PSI 反应中心与LHCP 相结合的 PFu 颗粒增加20%;包含有 PSII 反应中心与 LHCP 相结合的 EFs 颗粒增加19%。这一超分子结构的电镜观察结果与其 SDS-聚丙烯酰胺梯度凝胶板电泳解析的结果相一致。即 SDS-聚丙烯酰胺梯度凝胶板电泳解析的色素带上,同样是果穗叶类囊体膜上呈现的21kD(LHCP Ⅰ)和25 kD(LHCPⅡ)多肽的色素带相应地也比顶生叶的加宽,表明果穗叶叶绿体类囊体膜上镶嵌的叶绿素 a/b 蛋白复合体等比顶生叶的显著地增多,这有利于果穗叶光合作用中光能的吸收、传递、分配和转化。     

小麦叶片细胞的研究——冬小麦个体发育过程中叶肉细胞及其它类型细胞结构变化的观察

冬小麦农大183植株的主茎在其个体发育过程中共生长13—14片叶片。随着叶位的上升,各叶片的叶面积,叶鞘面积及各叶片所有各类型细胞的形态和结构互有差异,并反映出逐步复杂化的规律,尤其是叶肉细胞;在返青以前的低叶位叶片中,它们的叶肉细胞,三环以下的占80%左右,在高叶位的叶片中,随着叶位上升,多环细胞的类型随着增多。在旗叶中,四环以上的细胞占77%,并常看到多环而又有分枝的细胞。高叶位的叶鞘、小穗的护颖和稃片等绿色组织中的绿色细胞都有着和叶肉细胞相同的峰谷腰环(图1)形态。高叶位的表皮细胞形态也比低叶位的表皮细胞复杂。经过低温春化处理的冬小麦春播植株的第七叶片(旗叶)叶肉细胞类型的组合与秋播植株旗叶(第十三叶)一样。未经春化处理的春播植株第七叶虽然生长时间及生态环境和上述二种植株的旗叶相同,但其叶片细胞的形态和组合却和年前秋播植株的越冬前低叶位叶片相同。这说明了叶片细胞的组成主要决定于内在的生长发育规律。     

叶绿体膜的结构与功能——Ⅹ镁离子及钾离子对叶绿体光诱导pH变化的影响

研究不同阳离子和不同阴离子浓度对菠菜叶绿体光诱导pH变化的影响。结果如下:1)在以PMS或DCPIP为辅助因子时.镁离子和钾离子对菠菜叶绿体光诱导pH变化均有明显影响。阳离子对光诱导pH变化的影响随其浓度的增加而增大。2)DCMU对叶绿体光诱导pH变化有抑制作用,而镁离子可以完全恢复 DCMU这种抑制作用。3)Gramicidin D使叶绿体光诱导pH变化消失,镁离子可恢复受 Gramicidin D抑制的光诱导pH变化。这种恢复作用随镁离子浓度的增加而增大。4)电镜观察指出Gramicidin D破坏类囊体片层结构以及镁离子对结构的恢复可能是功能上失活和恢复的原因。     

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。