高溫和衰老對(duì)光合膜結(jié)構(gòu)與功能影響的研究.pdf

1、本部分研究以菠菜和水稻為材料，比較系統(tǒng)的研究了高溫對(duì)類(lèi)囊體膜、PSⅡ顆粒、PSⅡ外周捕光天線LHCⅡ、PSⅡ核心復(fù)合物和PSⅡ反應(yīng)中心等不同層次膜蛋白結(jié)構(gòu)與功能的影響，以探討高溫對(duì)光合膜蛋白的傷害機(jī)理。其主要結(jié)果如下：
　　 1.類(lèi)囊體膜結(jié)構(gòu)與功能的完整性對(duì)于維持PSⅡ的結(jié)構(gòu)與功能在高溫脅迫下的穩(wěn)定性具有重要作用。當(dāng)類(lèi)囊體膜的完整性受到破壞，當(dāng)與PSⅠ有關(guān)的一系列保護(hù)機(jī)制失去作用時(shí)，PSⅡ?qū)Ω邷孛{迫的敏感性會(huì)大大加強(qiáng)。
　

2、　 2.雖然PSⅠ的功能在高溫下保持相對(duì)穩(wěn)定，但PSⅠ的結(jié)構(gòu)在高溫脅迫下并不穩(wěn)定。本文的研究發(fā)現(xiàn)LHCⅠ對(duì)高溫非常敏感，在中度高溫脅迫下就開(kāi)始降解，但PSⅠ的核心在高溫下比較穩(wěn)定，所以PSⅠ介導(dǎo)的電子傳遞活性仍然維持在較高水平。
　　 3.高溫脅迫會(huì)對(duì)PSⅡ的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生多重破壞。這個(gè)過(guò)程首先應(yīng)該是放氧復(fù)合體的失活；其次是反應(yīng)中心的可逆失活；接下來(lái)可能是核心天線CP43和CP47的失活導(dǎo)致捕光天線同反應(yīng)中心的能量傳遞受阻；再

3、下來(lái)是QA到QB電子傳遞的受阻、反應(yīng)中心的不可逆失活、捕光效率下降等過(guò)程；最后是大范圍色素蛋白的變性和失活，PSⅡ的結(jié)構(gòu)和功能遭到徹底破壞。
　　 4.高溫脅迫下Fo顯著升高，F(xiàn)o的升高的原因可能源于少量捕光天線同反應(yīng)中心的分離和反應(yīng)中心的失活。
　　 5.高等植物體的類(lèi)囊體膜中存在多種Chla和Chlb的光譜吸收形式。這些代表不同的光譜吸收形式的組分在高溫脅迫下表現(xiàn)出不同程度的降解，其中C678和C684組分降解最快。

4、這些不同的光譜吸收形式組分可能以不同的比例存在于每一種色素蛋白復(fù)合物中。
　　 6.LHCⅡ的結(jié)構(gòu)與功能對(duì)于維持PSⅡ結(jié)構(gòu)與功能的熱穩(wěn)定性具有重要作用，LHCⅡ完全缺失的水稻突變體VG28及分離純化的PSⅡ核心復(fù)合物都大大增強(qiáng)了對(duì)高溫的敏感性。但一種LHCⅡ減少的水稻突變體249-Mutant反而增加了PSⅡ的熱穩(wěn)定性，進(jìn)一步的研究表明，類(lèi)囊體膜中LHCⅡ本身含量的多少對(duì)PSⅡ熱穩(wěn)定性的影響不是決定性的，關(guān)鍵性因素可能主要取決于

5、LHCⅡ含量改變而引起的膜脂組成和膜脂不飽和程度的改變，以及由膜脂變化引起的PSⅡ放氧復(fù)合體結(jié)構(gòu)與功能的變化。
　　 7.本研究首次發(fā)現(xiàn)，高溫可以促使分離純化的LHCⅡ的紅區(qū)吸收光譜發(fā)生顯著紅移，而680nm處的熒光發(fā)射降低，長(zhǎng)波長(zhǎng)熒光組分大大增強(qiáng)。綠膠電泳表明中度高溫脅迫能夠誘導(dǎo)LHCⅡ產(chǎn)生寡聚體，這種寡聚體可能在調(diào)節(jié)能量耗散方面具有重要生理意義；而嚴(yán)重高溫脅迫下LHCⅡ傾向于聚合產(chǎn)生大分子的非活性聚集體。
　　 8.

6、分離純化的反應(yīng)中心對(duì)高溫非常敏感，各種色素的結(jié)構(gòu)和功能在輕度高溫脅迫下就開(kāi)始受到破壞和抑制，各種色素變性和降解的順序由快到慢是：P680＞Pheo＞Chla＞β-Car。反應(yīng)中心的多肽組分在高溫脅迫下顯著減少，D1和D2減少的原因可能歸因于高溫脅迫導(dǎo)致大分子聚合物的產(chǎn)生，D2的減少顯著快于D1的減少。
　　 本研究通過(guò)77K熒光光譜、吸收光譜和綠膠電泳研究了兩個(gè)雜交稻(Ⅱ優(yōu)129與汕優(yōu)63)的劍葉在自然衰老過(guò)程中類(lèi)囊體膜色素蛋白

7、復(fù)合體的變化。在葉片衰老過(guò)程中，CO2同化速率，Rubisco羧化酶活性，PSⅠ和PSⅡ的電子傳遞活性，葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量及葉綠素a/b比值都顯著下降，但PSⅡ的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm))仍保持相對(duì)穩(wěn)定。類(lèi)囊體膜的77k熒光發(fā)射光譜有兩個(gè)峰分別在685和735m，它們分別來(lái)自于PSⅡ和PSⅠ的熒光發(fā)射。衰老過(guò)程中PSⅠ和PSⅡ的熒光發(fā)射強(qiáng)度都顯著下降，而且PSⅠ的熒光發(fā)射峰則隨著衰老表現(xiàn)出逐漸藍(lán)移，從剛成熟葉片中的735nm藍(lán)移

8、至嚴(yán)重衰老葉片中的726nm。為了進(jìn)一步揭示衰老過(guò)程中熒光強(qiáng)度下降及PSⅠ熒光發(fā)射峰藍(lán)移的原因，對(duì)熒光光譜進(jìn)行了Gaussian解析。解析出了680.5、684.5、695.5、726.8和740.5 nm等5種組分，它們分別來(lái)源于PSⅡ的外周天線LHCⅡ，PSⅡ核心天線CP43、CP47，PSI核心和PSⅠ外周天線LHCⅠ。衰老過(guò)程中PSⅠ的熒光產(chǎn)量的下降快于PSⅡ熒光產(chǎn)量的下降，這表明衰老過(guò)程中PSⅠ的降解可能快于PSⅡ的降解。所有