植物叶片中的RuBp羧化酶／加氧酶及光反庆机构衰老机理的研究进展

在作者及其实验室多年研究的基础上，针对今后的研究方向，对国内外在植物光合机构与功能衰老研究的进展进行综述和讨论。叶肉导度、ＲｕｂｉｓＣＯ含量、ＲｕＢＰＣａｓｅ活性及光系统活性是老化过程中光合速率的内部限制因素。在衰老过程中，１，５－二磷酸核酮糖羧化酶／／加氧酶活性降低，ＲｕｂｉｓＣＯ蛋白合成在转录和翻译水平上均受到抑制，同时ＲｕｂｉｓＣＯ蛋白也受到蛋白水解酶的分解；类囊体膜结构紊乱，膜上结合色素、     

一些栽培作物的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶动力学特征

在相同条件下,对C_2植物中的9种双子叶植物和3种单子叶植物的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)动力学特性进行了测定。K_m(CO_2)(K_c)和K_m(O_2)(K_(?))的变化范围分别为7.3～30μmol/L和300～1000μmol/L。变异系数分别为52％和38％。K_c值的变异明显高于K_o值。V_(max)(CO_2)(V_c)和V_(max)(O_2)(V_(?))分别为50～1500和16～500n mol/mg酶蛋白·min,变异系数相应为97％和87％。专一性因子的变化相对较小,为78～121,变异系数为15％。说明在C_3植物中,Rubisoo动力学特性的差异主要反应在V_(max)值上,核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisc)的动力学特性变化大于核酮糖-1,5-二磷酸加氧酶(Rubiso)。随着物种的进化,K_c、K_o值明显降低,而V_c、V_o值显著增加,致使Rubisco活性显著提高。Rubisco的羧化/加氧比也依物种的进化而上升。K_c与K_o、V_c与V_o之间具有显著的同步变化趋势,相关系数均超过极显著水平。     

营养对菜心核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶动力学的影响

对生长在高、中、低不同氮、钾营养条件下的菜心(Brassica parachinensis Bailey)叶片中的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)动力学特性及菜心产量进行了测定。不同营养处理之间,菜心产量差异极为显著,变化范围为0.57～4.38g(干重)/株;RubisCO动力学特性则无显著性差异。相关分析结果表明,氮素营养能显著增强RubisCO的羧化作用和加氧作用,与V_(max)(CO_2)(V_c)、V_(max)(O_2)(V_c)和V_e/K_m(CO_2)(K_c)、V_o/K_m(O_2)(K_o)值三间的相关关系数极显著(P<0.01)。钾素营养则能明显提高RubisCO的加氧作用,与K_o值之间存在极显著的相关,与V_o值间存在极显著的正相关。专一性因子V_cK_o/V_oK_c与菜心产量之间有极显著的直线回归关系。在适宜的氮、钾营养水平下、菜心的产量及RubisCO的专一性因子都最高。     

茶树叶片内核酮糖二磷酸羧化酶酶蛋白水平的研究

茶树叶片内核酮糖二磷酸羧化酶蛋白水平,随着新梢叶片的逐渐成熟而增加,当叶龄在33～48天,叶片完全成熟时,蛋白水平达最高值并持续稳定,以后随叶龄的进一步增大而呈下降趋势;叶位试验也表现出相同的变化规律,以芽下第4～6叶位叶中的蛋白水平为稳定最高;在年生育过程中,不同品种春梢叶在春、夏、秋三季中的蛋白水平均以夏季最低,但福鼎大白茶表现为春>秋,而龙井43与龙井长叶表现为秋>春;不同品种春、夏、秋三季新梢叶中的核酮糖二磷酸羧化酶蛋白水平差异,福鼎大白茶与政和大白茶表现为春>秋>夏的规律,龙井43、龙井长叶、迎霜、水古四品种则以秋季最高,春、夏差异不大.     

小麦叶片内1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶大亚基由53 000到50 000裂解反应的定位研究

研究了小麦叶片内1，5-二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶（Rubisco，EC 4．1．1．39）大亚基（LSU）由53000裂解为50000的反应。结果显示，成熟叶片的粗提液在pH5．5的条件下反应后能检测到50000的裂解产物，而暗诱导衰老叶片的粗提液在pH7．5的条件下也能发现LSU的这一降解。分别从成熟叶片和衰老叶片中提取叶绿体，以其裂解液为反应体系研究LSU由53000裂解为50000这步反应的细胞器定位。结果显示，衰老叶片中的叶绿体裂解液在pH7．5时反应1h后能检测到50000降解产物，而成熟叶片叶绿体裂解液在pH5．5和pH7．5的条件下反应后均未检测到LSU的50000裂解产物。上述结果表明：衰老叶片中ISU由53000部分裂解为50000的反应定位于叶绿体内，而成熟叶片中LSU由53000裂解为50000的反应可能定位于叶绿体外。     

小麦叶片胞间隙蛋白的提取与鉴定

采用真空渗入离心法,通过特定的装置并在不同的离心力和时间条件下分离小麦叶片胞间隙液,结合十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)技术,以胞内高含量的蛋白-Rubisco大亚基为胞内物污染的指示,利用高效价的兔抗Rubisco抗体进行Western-blotting检测分析。结果表明,在离心力为3 000g,离心时间为10,15和20 min所提的胞间隙液量最大,且均检测到Rubisco的污染。结合胞间隙液的产率确定小麦叶片胞间隙液提取最佳的离心条件应为离心力1 000~2 500 g,时间15~20 min。     

外部因素对小麦旗叶光合速率和Rubisco活性的影响

研究了小麦叶片光合速率和Rubisco 活性在不同温度、光照、源-库水平、氮素水平条件下以及在日变化中的变化情况,并分析了它们之间的关系。结果表明: ① 温度上升到22℃后,光合速率和Rubisco 初始活性下降,但Rubisco 总活性在45℃以下变化不大; ①叶片内可溶性糖含量高时,光合速率和Rubisco 活性低; ③中午Rubisco 初始活性和气孔导度下降可能是造成中午光合速率下降的原因。     

植物对大气CO2浓度升高的光合适应机理研究进展

近年来围绕大气CO2浓度升高下植物光合适应现象的研究不断深入,植物光合作用对CO2浓度升高适应的可能原因主要表现在以下几个方面：CO2浓度升高下所增强的光合作用导致碳水化合物的过量积累以及光合电子传递链中质体醌与过氧化氢（H2O2）的氧化还原信号对光合作用发生反馈抑制;核酮糖1,5-二磷酸羧化/加氧酶（Rubisco）的含量及其活性的下降;气孔状态的变化.此外,植物体内C/N平衡、生长调节物质和己糖激酶对光合基因表达水平的调控等多个方面也会对光合适应产生影响.     

小麦叶片中1种降解Rubisco大亚基的蛋白酶鉴定

[目的]探明小麦叶片衰老过程中1种降解1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase,Rubisco)大亚基蛋白酶的生化特性.[方法]通过天然梯度聚丙烯酰胺凝胶电泳后切胶回收的方法获得Rubisco全酶,采用离子交换层析、非完全变性十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳和切胶回收蛋白等方法分离目的蛋白酶,并采用含明胶的聚丙烯酰胺凝胶电泳研究其生化特性(主要是最适pH、最适温度、热稳定性、蛋白酶类型等).[结果]切胶回收的Rubisco全酶样品中存在降解大亚基的蛋白酶.在Mono-Q离子交换层析条件下,该蛋白酶与Rubisco不易分离.利用非完全变性十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳法分离出这种降解大亚基的蛋白酶;在聚丙烯酰胺凝胶中,该蛋白酶相对分子质量大于大亚基相对分子质量,位置在大亚基上方,其余部分没有检测到蛋白酶活性.该酶的最适温度为60℃;最适pH值为7.0,在pH 5.0～ 8.0均表现出较高的活性;该酶热稳定性一般,在50℃以上几乎完全丧失其活性;丝氨酸蛋白酶抑制剂AEBSF[4-(2-Aminoethyl) benzenesulfonyl fluoride hydrochloride]可以完全抑制蛋白酶活性,金属蛋白酶抑制剂1,10-phenanthroline可以部分抑制该蛋白酶的活性,酸性蛋白酶抑制剂pepstatin、半胱氨酸蛋白酶抑制剂E-64[transepoxysuccinyl-L-leucylamido(4-guanidino)butane]、金属蛋白酶抑制剂EDTA(ethylene diamine tetraacetic acid)和EGTA[ethylenebis (oxyethylenenitrilo) tetraacetic acid]以及丝氨酸蛋白酶抑制剂PMSF(phenylmethanesulfonyl fluoride)不抑制该蛋白酶的活性.[结论]在切胶回收的Rubisco全酶中发现了1种可以降解Rubisco大亚基的蛋白酶,其可能是1种需要金属离子的丝氨酸型蛋白酶.     

节瓜生育过程RubisCO活性与氮钾营养的关系

研究了节瓜生育过程中叶片核酮糖－１,５－二磷酸羧化酶／加氧酶（ＲｕｂｉｓＣＯ）活性的变化及其与氮钾营养的关系氮钾营养设置低氮低钾（Ｎ１２Ｋ９）、低氮中钾（Ｎ１２Ｋ１８）、低氮高钾（Ｎ１２Ｋ３６）、高氮低钾（Ｎ１８Ｋ９）、高氮中钾（Ｎ１８Ｋ１８）和高氮高钾（Ｎ１８Ｋ３６）等６个处理结果表明：在节瓜的生育过程,叶片的ＲｕｂｉｓＣＯ羧化活性和羧化／加氧活性比不断提高,加氧活性则不断降低盛收期植株第１１－２０节的低节位叶片的ＲｕｂｉｓＣＯ羧化活性和加氧活性都最高,羧化／加氧活性比较高;第２１－３０节的中节位叶片的羧化活性较高,加氧活性最低,羧化／加氧活性比最高;第３１－３５节的高节位叶片的羧化活性最低,加氧活性较高,羧化／加氧活性比最低无论氮水平高低,中钾比低钾和高钾都提高ＲｕｂｉｓＣＯ羧化活性和羧化／加氧活性比在３种钾水平下,高氮比低氮降低ＲｕｂｉｓＣＯ羧化活性和羧化／加氧活性比,提高加氧活性     

冬前深耘断根对小麦根系活性的垂直分布及旗叶衰老的影响

1996－1998年,用P2O5同位素示踪技术研究了冬前深耘断根对小麦群体根系活性的垂直分布及旗叶衰老的效应。结果表明,冬前深耘断根可显著提高生育后期的小麦群体根系活性,使群体根系活性的垂直分布下移,深层土训的群体根系活性相对提高,进而对延缓植株地上部的衰老和提高籽粒产量产生积极效应。     

根系提水作用的土壤水分变异及养分有效性 Ⅲ.土壤剖面中隔水层对作物吸收养分和土壤养分有效性的效应

研究表明,毛管水连续时的产量比断裂的平均增加２３．１９％;氮、磷、钾吸收量分别增加７４４％,３６．４４％和２２．３８％施氮方式对氮、钾吸收量的影响显著,对磷较小上均肥较上中肥的吸氮量多４７．３％、钾多３８．７％,而吸磷量仅多１４．０％随施氮量增加,能明显增加氮、磷、钾的作物吸收量高氮较低氮处理氮、磷、钾的吸收量分别多８０．１％,９８．１％和７６．５％有、无隔水层明显影响土壤速效氮、磷、钾含量,前者比后者,中室铵态氮、硝态氮之和（Ｎｍｉｎ）增加１４．７％,有效磷增加１４％;侧室有效钾增多２４．４％表明毛管水连续与否能明显影响土壤养分有效性,影响作物的吸收利用     

二系稻N31S／P40（F1）改变库／源比对叶片衰老及同化物分配的影响

在开花期，通过剪去１／２左右颖花和剑叶以下叶片来改变库／源比，研究了改变库／源比对二系稻Ｎ３１ｓ／Ｐ４０（Ｆ_１）剑叶光合速率，叶绿素、可溶性蛋白及的ＤＡ含量，光合同化物从剑叶的输出和在稻穗中的积累，茎鞘中糖含量的变化的影响。处理后７ｄ的光合速率差异明显，去１／２颖花量的降低光合速率，而剪叶的则提高光合速率，但处理１４ｄ后则处理间无差异。剑叶叶绿素、可溶性蛋白和ＭＤＡ含量处理间差异均不显著。因此，改变库／源比并不影响二系稻Ｎ３ＩＳ／Ｐ４０剑叶的衰老行为。但是，改变库／源比后茎鞘糖含量的变化差异明显。疏花的茎鞘可溶性糖含量高于对照，而剪叶处理的则低于对照。淀粉含量处理间差异不明显。剪叶提高乳熟期剑叶光合同化物在穗中的分配，疏花则降低在穗中的分配，但疏花提高了光合同化物在茎鞘中的分配。     

小麦矮秆基因Rht1、Rht2对中、美品种杂种F1生长习性的影响

1985～1986年用6个株高不同的中国品种(系)与3个含Rht₁、Rht₂基因的美国矮源杂交,连同亲本(P₁、P₂)和F₁共26个基因型,种植在美国爱达荷大学温室.每基因型5盆10株,测定了节间长、茎长、穗长、株高、每穗小穗数、每穗粒数和粒重,记载了抽穗期和开花期.结果表明,9个品种在研究的全部性状间存在显著差异;杂种F₁的茎长、株高、多数节间表现显性或超显性;第5节间(穗下节间)长与茎长、株高间、茎长与株高间、穗长与穗粒数间、抽穗期与开花期间,均呈高度正相关;但第5节间长与抽穗、开花期为负相关.