大麦叶绿素蛋白复合物的分离及其光谱性质

大麦叶绿体类囊体膜用 SDS 或 SDS 与 TritonX-100混合去污剂增溶,经温和的 SDS 聚丙烯酰胺凝胶电泳分离可以得到10条含叶绿素的带。按照迁移率增加的顺序分别命名为 CPIa,CPI,LHCPa,LHCPb,LHCP~1,LHCP~2,CPa,LHCP~3,CPx 和 FC。这比 Anderson(1978)等用同一材料多分离出3条带。它们是 LHCPa,LHCP~b 和 CPx。光谱性质表明 LHCPa 和 LHCPb 属于捕获光能的叶绿素 a/b 蛋白复合物,分子量大于其它3个 LHCP。CP_x 是一个新的叶绿素蛋白复合物。在温和的 SDS 聚丙烯酰胺凝胶柱上,它位于 LHCP~3和 FC 之间。它的光谱性质与 CPa 很相似,但又不完全相同。我们推测,CPx 属于光系统Ⅱ反应中心复合物,它的分子量小于 CPa。     

藻类叶绿素a/叶绿素b型捕光蛋白复合体结构与功能的研究进展

藻类的Chl a/Chl b型捕光蛋白复合体,结合叶绿素a和叶绿素b,主要存在于绿藻、裸藻、轮藻和黄藻中,具有3个α-螺旋的跨膜区,其中第一、第三螺旋的氨基酸序列在植物界中高度保守,是叶绿素a的结合位点;第二个跨膜区的保守的氨基酸序列则为叶绿素b的结合位点。LHC在捕获和传递光能,光保护和过剩能量耗散,调节光能在两个光系统中的分配,维持类囊体膜的结构等方面起着重要的作用。虽然对高等植物的LHC的研究日渐深入,但对藻类捕光色素蛋白复合体的认识远不及高等植物。本文通过比较藻类Chl a/Chl b型的LHC与高等植物LHC结构和功能的异同点,可为进一步加深对藻类LHC结构和功能的理解奠定基础。     

刚竹属3种重要散生竹光系统Ⅰ基因(Lhca 1)的克隆、序列分析和蛋白结构预测

光系统Ⅰ(PSⅠ)在植物光合系统中具有重要功能,Lhca1是编码PSⅠ复合物中最主要的捕光色素蛋白LHCⅠ的基因。该研究采用RT-PCR法,从毛竹中克隆了捕光叶绿素a/b结合蛋白基因LhcaPe01(GenBank EU035496)的全长,从红壳竹和角竹中克隆了长度分别为616、613 bp的捕光叶绿素a/b结合蛋白基因片段LhcaH01(GenBank EU513200)、LhcaJ01(GenBank EU513201)。运用生物信息学方法对其核苷酸序列、编码的氨基酸序列以及蛋白结构进行预测。结果表明,LhcaPe01基因序列从第39 bp开始到第779 bp含有1个开放阅读框和一个中止密码子,该基因全长1051 bp,在5′端有38 bp的非编码区,在3′端含有242 bp的非编码区和Poly(A)30 bp。对这3个基因的保守片段的序列分析表明,刚竹属3种竹种毛竹、红壳竹和角竹保守区内核酸序列同源性非常高,在禾本科内不同属之间毛竹与大麦序列同源性最高,玉米次之。编码的氨基酸序列同源性与核酸序列同源性一致,最高是毛竹与大麦,水稻次之。经推测LhcaPe01编码的蛋白质等电点和分子量分别为5.4000和22107.34 D。蛋白质结构预测表明,毛竹、大麦、水稻、玉米的LHCⅠ蛋白结构非常相似。     

刚竹属3种重要散生竹光系统Ⅰ基因（Lhca1）的克隆、序列分析和蛋白结构预测

光系统Ⅰ(PSⅠ)在植物光合系统中具有重要功能,Lhca1是编码PSⅠ复合物中最主要的捕光色素蛋白LHCⅠ的基因。该研究采用RT-PCR法,从毛竹中克隆了捕光叶绿素a/b结合蛋白基因Lhca-Pe01(GenBank EU035496)的全长,从红壳竹和角竹中克隆了长度分别为616、613 bp的捕光叶绿素a/b结合蛋白基因片段LhcaH01(GenBank EU513200、 LhcaJ01(GenBank EU513201)。运用生物信息学方法对其核苷酸序列、编码的氨基酸序列以及蛋白结构进行预测。结果表明,LhcaPe01基因序列从第39 bp开始到第779 bp含有1个开放阅读框和一个中止密码子,该基因全长1 051 bp,在5′端有38 bp的非编码区,在3′端含有242 bp的非编码区和Poly(A) 30 bp。对这3个基因的保守片段的序列分析表明,刚竹属3种竹种毛竹、红壳竹和角竹保守区内核酸序列同源性非常高,在禾本科内不同属之间毛竹与大麦序列同源性最高,玉米次之。编码的氨基酸序列同源性与核酸序列同源性一致,最高是毛竹与大麦,水稻次之。经推测LhcaPe01编码的蛋白质等电点和分子量分别为5.400 0和22 107.34 D。蛋白质结构预测表明,毛竹、大麦、水稻、玉米的LHCⅠ蛋白结构非常相似。      

毛竹cab-PhE11基因的克隆与序列分析

采用RT-PCR技术和RACE-PCR技术,从毛竹(Phyllostachys edulis)中分离了捕光叶绿素a/b结合蛋白基因cDNA编码区全长,命名为cab-PhE11(GenBank登记号:EU327783)。该基因全长1154 bp,编码区cDNA全长753 bp,编码250个氨基酸。生物信息学分析表明,在cab-PhE11编码的蛋白第62~239位包括典型的捕光叶绿素a/b结合蛋白功能域,还包含1个N-糖基化位点、1个酪氨酸激酶Ⅱ磷酸化位点、5个N-肉豆蔻酸化位点以及1个丙氨酸富集区。序列相似性分析结果表明,cab-PhE11编码的氨基酸序列与玉米、绿豆、拟南芥、烟草等的cab基因有较高的相似性,都在80%以上,该基因属于lhcb6类基因。     

毛竹茎秆快速生长期类囊体膜蛋白复合物BN-PAGE分析

  目的  探讨毛竹Phyllostachys edulis笋竹茎秆的光合特性和光系统的发育情况。  方法  以当年生毛竹叶片和笋竹茎秆为材料,采用蓝绿温和胶电泳(BN-PAGE)分析茎秆和叶片类囊体膜蛋白,同时测定了光合色素含量和77 K低温荧光发射光谱。  结果  茎秆叶绿素和类胡萝卜素质量分数显著低于叶片(P＜0.01),随着茎秆发育,叶绿素和类胡萝卜素质量分数显著升高。茎秆和叶片类囊体膜PSⅡ核心复合物较完整,捕光色素较多;叶片和茎秆基部PSⅠ核心复合物分离主要得到PsaA/B和PsaD亚基,茎秆中部得到PsaA/B,茎秆顶部未发现PsaA/B。叶片和茎秆77 K低温荧光发射光谱在685和745 nm处有2个明显主峰,四阶导数光谱出现6个极大值,主要是PSⅡ和PSⅠ核心复合物的荧光发射峰以及由PSⅡ外周捕光天线(LHCⅡ)、PSⅡ内周捕光天线(CP47)、PSⅡ内周捕光天线(CP43)、PSⅠ反应中心复合体(RCI)、PSⅠ捕光天线(LHCⅠ)的发射荧光峰引起的肩峰,其中茎秆顶部LHCⅡ和PSⅡ核心复合体的特征发射峰与叶片相比有明显蓝移现象。  结论  毛竹茎秆中PSⅡ核心复合体已形成,随着茎秆发育,笋衣逐渐脱落,色素大量合成,内周天线蛋白CP47和CP43以及外周捕光天线蛋白逐渐形成;同时,茎秆受到光照后PSⅠ核心蛋白PsaA和PsaB开始形成,逐渐组装合成PSⅠ核心复合体。图4表2参45     

小飞蓬捕光叶绿素结合蛋白基因CcLhca-J9克隆及表达分析

【背景】恶性杂草小飞蓬（Conyza canadensis）危害严重,有效治理手段匮乏。植物源羊脂酸可高效抑制小飞蓬光合作用,是一种具有开发潜力的灭生型植物源除草化合物。捕光叶绿素a/b结合蛋白（LHC）是光合系统I（PSI）中重要复合体蛋白,在植物进行光合作用中发挥关键作用。【目的】挖掘羊脂酸抑制小飞蓬的潜在靶标基因,为植物源羊脂酸除草剂的开发提供理论依据。【方法】采用同源克隆和RACE技术从小飞蓬叶片中克隆CcLhca-J9的全长序列,并利用DNAMAN分析其核酸序列特征。在NCBI中搜索LHC的高相似度氨基酸序列,采用邻接法构建系统进化树。利用SWISS-MODEL和ExPaSy在线预测分子量、等电点和蛋白结构。以同源建模结果作为模型,采用AutoDock 4.2软件分析羊脂酸与CcLhca-J9蛋白之间的亲和力。采用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）分析羊脂酸和对照药剂阿魏酸及清水处理小飞蓬叶片后CcLhca-J9表达差异。【结果】成功获得小飞蓬CcLhca-J9,基因编码区全长为744 bp,编码247个氨基酸,分子量为26.766 kD, 理论等电点为6.43,属于Chloroa_b-bind家族蛋白。系统进化分析表明,CcLhca-J9与除虫菊（GEW73959.1,Tanacetum cinerariifolium）和黄花蒿（PWA35049.1,Artemisia annua）Lhca蛋白进化程度最为接近,同处于菊科这一分支,一致性超过85%,表明该基因家族保守性较强。CcLhca-J9蛋白二级结构具有螺旋、β转角、延伸链、无规则卷曲;以4y28.1.O (2.80Á)为模板进行同源建模,三级结构是单分子物体,具有6个叶绿体a配体,是一个典型的捕光复合物I叶绿素a/b结合蛋白。分子对接显示,羊脂酸与CcLhca-J9蛋白的氨基酸残基Gly68、Phe67、Phe69和Arg197在结合过程中产生了氢键和p-π的作用力。RT-qPCR结果显示,羊脂酸胁迫处理小飞蓬叶片条件下,CcLhca-J9的表达量存在明显差异,药后0—8 h内随时间延长表达量表现出下降的趋势。与对照阿魏酸和清水处理相比,羊脂酸处理抑制了CcLhca-J9的表达。【结论】CcLhca-J9具有典型的捕光叶绿素a/b结合蛋白功能,可能参与了羊脂酸抑制小飞蓬叶片生长过程,是具有开发除草剂潜力的抑草靶标。     

水稻叶色突变体812HS蛋白质复合物和叶绿素合成特性的研究

以水稻叶色突变体812HS与野生型812S为材料,利用蓝绿温和胶电泳技术和生理方法对叶尖端类囊体膜蛋白质复合物含量以及叶绿素合成前体物质进行了比较。结果表明,和野生型812S相比,水稻叶色突变体812HS在分蘖盛期叶绿素含量开始明显减少,叶绿素a/叶绿素b比值增加,突变体的类囊体膜蛋白质复合物如光系统Ⅱ捕光色素蛋白(LHCⅡ)含量、光系统Ⅰ核心复合体(PSⅠcore)含量和F1-ATP合酶复合体和细胞色素b6/f复合体(F1-ATPaseCy tb6/f)含量显著减少。突变体812HS叶片叶绿素合成代谢中间产物5-氨基酮戊酸(ALA)、胆色素原(PBG)、尿卟啉原Ⅲ(UrogenⅢ)含量均显著高于野生型812S,而原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)、镁原卟啉Ⅸ(Mg-ProtoⅨ)、原脱植基叶绿素(Pchlide)、Chla、Chlb含量却显著低于野生型812S。即水稻叶色突变体812HS的叶绿素含量明显减少,一方面是由于囊体膜蛋白质复合物的减少影响了其对光的吸收和传递;另一方面通过测定叶绿素合成的前体物质初步认为是由于叶绿素合成过程中UrogenⅢ到ProtoⅨ合成过程受阻所致。     

10种园林植物的耐阴性

为给城市绿化植物的选择、配置提供实验依据,研究了10种常用园林植物的耐阴性。用LI-6400光合作用测定系统等仪器测定了所选植物的光合作用和光合—光响应曲线,包括:叶绿素含量(Ca Cb)、叶绿素a/b值(Ca/Cb)、净光合速率(A)、光补偿点(LC,P)、光饱和点(LS,P)和表观量子效率等生理指标,并对测定结果进行聚类分析,比较分析植物的耐阴程度。结果表明,植物耐阴性与光补偿点、表观量子效率、净光合速率、叶绿素a、b含量、叶绿素a/b值有关,其中光补偿点是最重要的指标。10种园林植物按耐阴性强弱分为4类:强耐阴——含笑、茶梅、贴梗海棠;较耐阴——黄馨、腊梅;中性——木芙蓉、金边黄杨、红花檵木;不耐阴——金钟,紫薇。     

高粱和大麦光系统Ⅰ叶绿素蛋白复合物的比较研究

采用 SDS——聚丙烯酰胺凝胶电泳方法分离了高粱(C_4植物)和大麦(C_3植物)光系统Ⅰ的叶绿素蛋白复合物(CPI)。它们各由两个分子量不相同的亚基组成的,它们的氨基酸组成和肽谱也不相同。两种植物的 CPI 的吸收光谱、荧光光谱和荧光激发光谱也都有一些不同,所有这些结构,组成和光学特性的差异,可能是形成高粱(C_4植物)和大麦(C_3植物)光合作用差异的原因之一。     

对不同植物叶绿素a和叶绿素b含量比的测定

对 14种植物的叶片进行了叶绿素 a和叶绿素 b含量的测定 ,结果表明 ,这 14种植物的叶绿素 a、叶绿素b的比值均为 1∶ 5左右 ,与以往有关教科书及参考资料介绍的植物叶片叶绿素 a∶ b为 3∶ 1的比值存在较大差异     

薇甘菊光能利用及叶绿素合成在不同光照强度下的响应

【目的】 光是植物进行光合作用的重要生态因素之一,光合色素对光的捕获和利用影响植物的生长发育进程,进而影响其在自然生态系统中的生存和适合度。明确薇甘菊（Mikania micrantha）光合生理特征与叶绿素生物合成途径的基因表达对不同光照强度的响应,以及薇甘菊光合能量与叶绿素转化的相互关系,为解析薇甘菊“快速生长”提供生理生态学证据。【方法】 以薇甘菊为研究对象,采用乙醇浸提法测定不同光照强度（0、20%、40%、100%）下各光合色素含量,分析其叶绿素a和b比值（Chl a/b）的变化规律,比较不同光合途径代表植物（C3、C4和CAM）光合特性;利用微量法和蒽酮比色法分别测定上述光照强度下薇甘菊叶片组织中ATP和淀粉含量;构建不同光照强度下薇甘菊cDNA文库并开展转录组测序;利用OrthoFinder、Blastp、HISAT2、StringTie和R包等生物信息学软件分析不同光照强度变化下薇甘菊叶绿素合成和捕光复合体（LHC）基因表达模式,阐述叶绿素合成途径相关基因表达变化规律。【结果】 在100%的光照强度下,薇甘菊叶绿素b和类胡萝卜素含量以及Chl a/b与C4植物玉米相近,并且薇甘菊和玉米叶片中Chl a/b显著高于C3（水稻和番茄）和CAM（芦荟）植物。不同光照强度下的薇甘菊叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量变化不显著,但Chl a/b呈现出随光照强度增加而显著增加的趋势;40%和100%光照强度下,薇甘菊叶片中ATP含量变化幅度较小,而淀粉含量随光照强度上升显著升高;当光照强度为0时淀粉含量急剧下降,此时ATP含量呈现升高趋势;薇甘菊叶绿素生物合成中HEMA、CHLH、CRD1和CAO基因家族的基因表达量受光诱导调控,高光照强度下捕光复合体（LHC）基因的表达量较高。【结论】 不同光照强度下薇甘菊叶片可能通过调节叶绿素a和b的合成,调控淀粉和ATP的相互转化,奠定了薇甘菊较高光合速率和较强光适应能力的基础。     

基于KEGG千针万线草光合代谢通路分析

千针万线草是一种药用植物，光合作用是植物最基本的代谢途径。本研究通过千针万线草种子转录组测序及功能注释，分析KEGG数据库注释功能并挖掘光合代谢通路基因。结果表明：比对到KEGG中的6 262条Unigenes被归类为6个类别，其中注释到代谢相关通路的Unigene数量最多，有3 051条，占比48.72%；同时，在代谢通路中千针万线草光合代谢通路涉及光合作用、光合作用-天线蛋白和碳同化3个代谢途径，其中光合作用途径涉及光系统Ⅰ反应中心亚基1个、5种光系统Ⅱ蛋白、1种细胞色素b6复合物、2种细胞色素b6-f亚基、1种铁氧化还原蛋白、1种铁氧还蛋白-NADP⁺还原酶、5种F-型H⁺-ATP酶亚基，光合作用-天线蛋白途径包括2种光系统Ⅱ结合蛋白，碳同化途径包括卡尔文循环、C4、景天酸代谢3个途径，分别涉及12种、12种、5种酶。本研究为开展光合作用分子机制研究奠定了基础。     

大麦叶绿体捕光叶绿素蛋白的结构和性质

本实验以 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的方法,从大麦叶绿体类囊体膜中得到了五条色素带,其中三条为捕光叶绿素蛋白 LHCP1,LHCP 2和 LHCP3。三种 LHCP 的室温吸收光谱的红区最大吸收在670nm 和654nm,蓝区吸收峰在439nm-140nm 和464-466nm。室温荧光发射在680nm 附近。它们的叶绿素 a/b的比值为0.7-1.0。LHCP 1由59KD 和27KD 的多肽组成,LHCP 2由59KD 和53KD 和27KD 的多肽组成。LHCP 3由33KD 和27KD 的多肽组成。三种捕光叶绿素蛋白(LHCP)经胰蛋白酶消化后所得到的肽谱十分相似,表明它们可能有非常相似的一级结构     

薹草的耐阴性研究及园林适用环境分析

以吉祥草作参照,对条穗薹草、仲氏薹草、栗褐薹草和三穗薹草进行遮光梯度为0、50%、75%、90%的遮光处理后,测定5种植物的叶宽、叶长、叶绿素a+b、叶绿素a/b、光-光响应曲线和叶绿素荧光特性值。结果表明:随遮光度增加,5种植物的叶宽无显著变化,叶长、叶绿素a+b含量、Fv/Fm、Fv/F0和Fv′/Fm′增加,叶绿素a/b、光补偿点和qN降低;仲氏薹草和三穗薹草的叶绿素a+b含量在遮光75%下达到最高,叶绿素a/b分别在遮光75%、50%下达到最低;栗褐薹草、仲氏薹草和三穗薹草的光饱和点在遮光50%下最大,条穗薹草和吉祥草分别在遮光0和75%下最大。综合分析表明:5种植物的耐阴能力由强到弱依次为栗褐薹草、吉祥草、条穗薹草、三穗薹草、仲氏薹草;条穗薹草和栗褐薹草对光照的适应范围较宽,而吉祥草、仲氏薹草和三穗薹草较窄。结合野外生境调查结果表明:条穗薹草适宜在水库边、河道旁的死水区和水位变化区等生态环境下栽种;栗褐薹草可用于林下、建筑北侧、桥梁下空地等荫蔽性较强处栽种;三穗薹草和仲氏薹草则因耐阴性弱,适宜于在常绿阔叶林林缘、路边坑边草丛中、山坡灌丛等环境下栽种。     

不同树形库尔勒香梨光能利用率的差异性研究

以15年生开心形和疏散分层形的库尔勒香梨树作为试验对象,测定其叶绿素含量、净光合速率—光响应曲线、光合速率日变化及光合有效面积等指标,分析了两种树形在光能利用效率上的异同。结果表明,库尔勒香梨两种树形树的叶片叶绿素a(Chl a)含量、叶绿素b(Chl b)含量、叶绿素a/叶绿素b和总叶绿素含量平均值之间的差异均不显著(P0.05)。两种树形的净光合速率—光响应曲线特征参数基本相近,开心树形和疏散分层树形的光饱和点分别为1 411、1 420μmol/(m~2·s),表观量子效率分别为0.044 1、0.043 9。两种树形的叶片净光合速率日变化趋势因中午的光抑制表现出双峰曲线,分别出现在11:30和17:30左右,光合有效辐射(PDF)大于光饱和点(LSP)是导致"光午休"现象的主要原因。疏散分层形树的光合有效面积始终大于开心形树,二者的光合有效面积平均值分别为23.8、21.6 m~2。库尔勒香梨在相同的栽植模式和田间管理条件下,疏散分层形树的有效见光面积明显大于开心形树,光能利用效率也较高。     

隶属函数值法对5种岭南乡土植物耐阴性的综合评价

采用隶属函数法对5种岭南乡土植物耐阴性进行综合评价,选取的耐阴性因子分别为MDA、SOD、可溶性糖、可溶性蛋白、叶绿素a/b、叶绿素含量。评价结果表明5种植物耐阴性的大小顺序是:小叶山龙眼香叶树黄果厚壳桂红鳞蒲桃黄牛奶树。     

施肥对毛竹叶片光合生理的影响

为了揭示毛竹Phyllostachys pubescens施肥增产的内部机制,进而确定毛竹合理施肥时期,以3种施肥模式的竹林（①近5 a内每年5月初施肥,②近5 a内每年8月底施肥,③连续10 a 未施肥）为对象,于2008年5 - 12月对毛竹叶片光合速率、光合色素、可溶性蛋白及相关酶活性等指标进行动态监测。结果表明：①毛竹叶片从展叶—成熟—休眠,其光合速率年动态变化呈双峰曲线型,光合色素质量分数于10月初达到峰值,可溶性蛋白及过氧化氢酶活性峰值均出现在8月底至9月初;②叶片光合速率与叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、可溶性蛋白及过氧化氢酶活性成正相关关系,与叶绿素a/b比值成负相关关系;③施肥能提高毛竹叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、可溶性蛋白、光合速率及过氧化氢酶的活性,其中5月施肥最高,8月底施肥次之,不施肥最低,而施肥降低了叶绿素a/b的比值;④8月底施肥延长了叶片的光合功能期,延缓了叶片的衰老进程。图8表1参14     

合肥市大气污染对植物叶绿素(a、b)含量比例的影响

研究了安徽省合肥市城市大气对该市的 5种常见城市绿化植物叶绿素 (a、b)含量比例的影响 ,结果表明 :污染严重的市中心叶绿素a/b值最高 ,无污染的对照区叶绿素a/b值最低 ;通过t测验等数据分析方法 ,测出了石楠、龙柏、海桐具有显著的抗污染能力 ;比较了 5种植物之间抗污染能力的大小 :石楠 >龙柏 >海桐 >紫叶李 >银杏     

天然赤枝栲林下几种植物的生理生态特性研究

本文通过对天然赤枝栲林林下的几种植物生理生态学特性进行了研究,结果表明:(1)大多数植物之间蒸腾强度的日变化有显著的差异,日进程分别为单峰、双峰形曲线。但在林下阴湿环境中,植物的蒸腾速率较小;叶片含水量低而日变化不大;调节水分平衡能力的大小为:光叶菝葜>芒萁>狗脊蕨>狗骨柴>木荷,且都较强,水分保持力高。(2)几种植物的叶绿素含量变化范围为3.573—4.225mg/dm~2,a/b的变化值为1.62—2.62。可以认为,该几种植物蒸腾速率低,失水缓慢,保水力强,叶绿素含量较高,而a/b值低,在赤枝栲的长期遮荫下,适于阴湿的生境,为较耐荫植物。