低温胁迫对木薯叶片叶绿素荧光参数及PSⅡ相关蛋白表达水平的影响

以木薯栽培种华南8号(cv.SC8)盆栽苗为材料,研究5℃低温胁迫7 d期间叶片叶绿素含量及荧光参数、光系统Ⅱ(PSⅡ)相关蛋白表达水平的动态变化。结果表明:随着胁迫时间的延长,叶绿素a和叶绿素b含量均先下降后缓慢升高,且均在处理2 d后达到最低;低温胁迫期间,最大光合效率(Fv/Fm)、光化学量子效率(ΦPSⅡ)、光化学淬灭系数(qP)、非光化学淬灭系数(NPQ)及光合电子传递速率(ETR)均显著下降,其中Fv/Fm持续下降,ΦPSⅡ、qP和ETR在胁迫2 d后达到最低后缓慢上升,NPQ在胁迫5 d后达到最低;叶绿素含量、叶绿素荧光参数显著下降表明,胁迫后PSⅡ反应中心捕光能力、开放程度及光化学转化效率显著下降,从而抑制了叶片的光合速率;PSⅡ中D1、D2、放氧复合体(OEC)及核酮糖–1,5–二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)的表达水平均在低温胁迫2 d后达到最低水平,且D1蛋白下调显著;PSⅡ中相关蛋白表达水平下调,也在蛋白质水平上验证了低温胁迫抑制叶片的光合速率。     

水稻RuBP羧化酶的提纯及电泳性质分析

RuBP(1、5—二磷酸核酮础)羧化酶,在绿色植物的光合过程中起着重要作用。我们采用Sephadex 柱层析法从水稻中分离和纯化了该酶,并获得了结晶。经电泳鉴定为一条酶带。该酶结品又经解聚,S—羧甲基化和聚丙烯酰胺凝胶等电聚焦电泳分析呈5条带,3条为大亚基肽链,2条为小亚基肽链。     

木薯叶片光合作用日变化的差异蛋白分析

以木薯(Manihot esculenta Crantz)栽培种ZM–QZ1为材料,采用蛋白质组学方法,研究一天中06:00、11:00、15:00、19:00和24:00共5个时间点叶片光合作用差异蛋白的变化。结果表明:叶片在15:00时的光合速率最高,在11:00的次之,在24:00的最低;以06:00的为对照,获得其余4个时间点平均差异表达量为对照±2.0倍以上的蛋白质点42个,这些差异蛋白群的功能涉及光合作用、碳代谢、能量代谢和分子伴侣等,其中参与光合作用、碳代谢和能量代谢的蛋白质约占54.8%。与光合作用相关的关键蛋白包括核酮糖–1,5–二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基、核酮糖–1,5–二磷酸羧化/加氧酶酶亚基结合蛋白α亚基、Rubisco活化酶和D1蛋白。这些蛋白表达水平与净光合速率在5个时间点的变化趋势一致,表明这些蛋白质的表达水平与光合作用强度密切相关。     

稻瘟菌激发子对油菜光合作用及菌核病抗性的影响

以甘蓝型油菜中双9号为试验材料,研究了稻瘟菌激发子溶液对油菜叶片光合作用、菌核病抗性以及叶片 蛋白质表达的影响.研究结果表明:用稻瘟菌激发子喷施油菜叶片能提高油菜的光合速率、增强油菜叶片对油菜菌 核病的抗性.该激发子的使用可诱导油菜叶片中至少5种蛋白质表达量的显著增加.经鉴定,5种蛋白分别为过氧 化物酶、核酮糖1,5 二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基、黑芥子酶、苹果酸脱氢酶和一个可能与分子伴侣10功能近似 的蛋白.     

花生RuBPCase小亚基基因的克隆与序列分析

根据已知植物的核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(RuBPCase)小亚基基因序列设计简并引物,采用RT-PCR技术从花生叶片中克隆得到RuBPCase小亚基基因,命名为AhrbcS,Genbank登录号为KF607110,该基因编码区长度为549 bp,编码182个氨基酸.序列比对结果表明,AhrbcS编码蛋白与绿豆、菜豆、大豆、短绒野大豆和烟豆等具有较高的相似性.     

桂糖11号Rubisco基因克隆、原核表达及纯化

[目的]通过原核表达及纯化获得甘蔗1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)的大、小亚基融合蛋白,为获得符合抗体制备条件的高纯度融合蛋白提供技术支持.[方法]以甘蔗品种桂糖11号(GT11)+1叶为材料,根据NCBI公布的甘蔗Rubisco大、小亚基基因(rbcL和rbcS)的编码域序列(CDS)设计特异性引物,PCR扩增rbcL和rbcS基因的CDS,然后连接至原核表达载体pET-30a(+),构建重组质粒后转入原核细胞(大肠杆菌Rosetta)中诱导表达,用镍亲和层析柱对融合蛋白进行纯化,并比较分析桂糖11号与其他甘蔗品种在rbcL和rbcS基因的CDS及编码蛋白序列方面的差异.[结果]rbcL和rbcS基因的CDS长度分别为1431和510bp,其中桂糖11号rbcL基因的CDS与Saccharumhybrid cultivar SP80-3280(GenBank登录号AE009947)、Saccharum hybrid cultivar Q155(GenBank登录号KU214867)的一致,桂糖11号rbcS基因的CDS与Saccharum hybrid cultivar GT28(GenBank登录号JN591757)的存在7个碱基差异,但仅有2个氨基酸发生错义突变.RbcL和RbcS融合蛋白以包涵体形式存在原核细胞中,用镍离子亲和层析纯化及超滤浓缩后其浓度均在1.0 mg/mL以上.[结论]从桂糖11号成功克隆Rubisco大亚基和小亚基基因的CDS,大亚基基因的CDS比小亚基的保守性更高,且均可在原核细胞中高度表达,经纯化浓缩获得的高纯度融合蛋白可用于制备Rubisco单克隆抗体.     

烟草叶片发育过程中FⅠ蛋白含量变化及与光合作用的关系

通过对2个烟草品种云烟87、云烟85 FⅠ蛋白含量及其与几种光合参数[叶绿素含量、光合速率和核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(简称Rubisco)活性]的相关性分析,研究烟草叶片发育过程中FⅠ蛋白含量变化特点及其与光合同化能力的关系。结果表明:在叶片发育过程中,FⅠ蛋白含量、叶绿素含量、光合速率和Rubisco活性均是先升高后降低,且各参数之间均显著相关,云烟85的FⅠ蛋白含量高于云烟87,但是光合速率却低于云烟87。由研究结果可知,FⅠ蛋白含量与Rubisco活性共同限制着光合速率,进而影响烟草叶片的生长发育。     

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     

钾元素对植物光合速率、Rubisco 和RCA 的影响

钾离子可提高叶肉细胞渗透势, 增加植物叶片水势, 减少气孔阻力, 增多叶绿体内基粒, 促进光合电子传递及光合磷酸化, 提高光合关键酶二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)和Rubisco 活化酶(RCA)的含量和活性, 明显降低量子需要量, 提高光合速率。Rubisco 是光合速率的关键酶, RCA 对Rubisco 活性有重要的调节作用。低钾主要导致Rubisco及RCA 含量均降低, 限制了体内Rubisco 的活化和Rubisco 总活性, 降低了Rubisco 的初始活性, 使CO2 固定作用低于Rubisco 的最大能力, 制约了光合速率和生物产量的提高。同时钾离子对Rubisco 和RCA 没有直接的活化作用。参50     

拟南芥SGR2基因参与叶绿素降解和衰老过程

[目的]研究拟南芥SGR2基因参与叶绿素降解和衰老过程。[方法]购得SGR2(stay green rice,水稻滞绿基因)基因的T-DNA插入突变体,并进行叶绿素荧光分析、叶绿素含量和可溶性总糖测定、qRT-PCR等试验以及生物信息学分析。[结果]突变体叶绿素a含量较WT(colo-0野生型)降低;可溶性糖含量高于WT;RBCS(Rubisco,核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶的小亚基)和CAB(Chl a binding protein,叶绿素a结合蛋白)基因表达下调。而突变体开花明显比野生型延迟。[结论]证明了SGR2基因参与了拟南芥叶绿素降解和衰老过程。     

热带远缘杂交水稻高光效后代在温带的光合特性观察

为了确定热带形成的水稻高光效材料在温带地区光合性能的表现 ,本研究在北京地区对从热带地区(国际水稻研究所 )筛选出的栽培稻与野生稻远缘杂交高光效后代材料 SHP1 (F2 代 ) ,SHP1 - 6(F3 代 ) ,SHP1 - 8(F3 代 )与亲本及另外 6个栽培稻 (Oryza sativa)品种、4个普通野生稻材料 (O.rufipogon)进行了光合速率(Pn)、比叶面积和 PS 活性等相关性能的测定。结果表明在热带地区选出的高光效材料在温带同样表现出很高的光合速率 ,其 3个后代材料的光合速率均大于 34μmol.m-2 . s-1 ,其中 SHP1 - 8比其父、母本分别高出61 .54,2 3.53个百分点 ,并且明显高于其他所有供试栽培稻、野生稻。同时 3个后代材料还表现出较高 PS 活性 (Fv/ Fo)、PS 原初光能转化效率 (Fv/ Fm)和相对较低的比叶面积 (SLA)。进一步研究还表明 ,水稻叶片SLA与 Pn存在负相关关系 (r2 =- 0 .65) ,Fv/ Fo和 Fv/ Fm与 Pn的相关性较高 (r2 ≥ 0 .85)。本研究证明了在热带地区获得栽培稻与野生稻的高光效杂种后代在温带也具有稳定的高光合特性     

水稻高光效种质资源筛选试验

以12个品种的水稻为材料,进行高光效水稻品种的筛选试验,测定了叶绿素含量、可溶性蛋白含量、光合速率和光合功能期等相关生理生化指标。结果表明:不同品种水稻在光合速率、光合功能期和可溶性蛋白含量方面均存在差异;武育粳1号、杨育粳1号、杨粳4227光合速率、光合功能期和可溶性蛋白含量显著优于其他品种;武育粳1号、杨育粳1号的叶绿素含量较高。武育粳1号、杨育粳1号、杨粳4227是较优的高光效品种。     

钾元素对植物光合速率、Rubisco和RCA的影响

钾离子可提高叶肉细胞渗透势，增加植物叶片水势，减少气孔阻力，增多叶绿体内基粒，促进光合电子传递及光合磷酸化，提高光合关键酶二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶（Rubisco)和Rubisco活化酶（RCA）的含量和活性，明显降低量子需要量，提高光合速率。Rubisco是光合速率的关键酶，RCA对Rubisco活性有重要的调节作用。低钾主要导致Rubisco及RCA含量均降低，限制了体内Rubisco的活化和Rubisco总活性，降低了Rubisco的初始活性，使CO2固定作用低于Rubisco的最大能力，制约了光合速率和生物产量的提高。同时钾离子对Rubisco和RCA没有直接的活化作用。参50     

桑树光合作用转录组研究

研究高产桑品种鄂桑1号(E1)和对照桑品种湖桑32号(H32)光合特性及光合相关基因表达变化,为桑树高光效育种以及种质资源筛选提供理论依据。利用LI-6400XT型便携式光合测定仪测定桑树叶片气体交换和叶绿素荧光参数,同时测定叶绿素含量和1,5二磷酸核酮糖羧化酶(RUBP)活性,在桑树光合日变化曲线峰值和谷底取样进行转录组测序,比较不同桑品种光合相关基因表达的差异。对E1和H32的光合日变化测定结果显示,桑品种E1叶片的Pn峰值显著大于H32峰值(P0.05),H32叶片Tr峰值显著大于E1峰值(P0.05);不同品种桑树叶片Pn-PAR和Pn-Ci的响应中,CE、CSP为E大于H32,AQY、LCP、LSP、CCP为H32大于E1。E1在较弱光强下实现光合产物积累的能力强于H32,E1对CO2低浓度的利用效率优于H32;不同桑品种叶片叶绿素荧光参数中,E1叶片ΦPSⅡ和qP显著大于H32(P0.05),H32的NPQ显著大于E1(P0.05),表明H32叶片吸收的光能较多的以热能的形式进行耗散;H32的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素含量均显著小于E1(P0.05),E1的RUBP活性大于H32(P0.05),表明E1光合能力优于H32。不同品种不同时段发现3 356个差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs),代谢通路分析显示共有1 136个DEGs注释到KEEG数据库,DEGs显著富集的光合作用相关代谢通路主要是光合作用固碳、碳代谢、卟啉和叶绿素代谢等3条光合相关代谢通路。在FC≥2且FDR0.01的高差异表达基因中筛选功能描述与光合作用相关的新基因共10个。其中Mulberry_newGene_3646、Mulberry_newGene_1405、Mulberry_newGene_2419和Mulberry_newGene_320共4个DEGs可能是造成H32和E1净光合速率和产量差异的关键基因,可重点研究。     

转PEPC基因水稻的抗逆性研究

为了研究转C4光合基因水稻的抗逆性,以稳定的转磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因水稻和未转基因水稻(对照)为供试材料,研究其在干旱、高温、高光等逆境条件下的光合速率及抗氧化酶(SOD、POD)活性变化。结果表明:在干旱和高温、高光条件下,转PEPC基因水稻和对照光合速率较正常水分条件下均下降,但对照分别下降39.1%和30.4%,转PEPC基因水稻只下降8.0%和12.0%,说明转PEPC基因水稻具有较稳定的光合速率;超氧阴离子(O-·2)产生速率均增加,对照增加的速度远快于转PEPC基因水稻,转PEPC基因水稻分别增加2.25倍和0.45倍,对照却相应增加3.73倍和2.10倍;对照中SOD、POD活性几乎没有变化,而转PEPC基因水稻中SOD、POD活性增强,比正常条件下分别增加0.34倍和1.20倍,说明转PEPC基因水稻清除O-·2能力增强,从而可有效减轻膜脂过氧化程度。     

高温胁迫下受小热休克蛋白26(sHSP26)影响的玉米叶绿体蛋白质的研究

以玉米(Zea mays L.)品种郑单958幼苗第2个新展开的叶片为试验材料,运用双向电泳(2-DE)和质谱分析等技术,确定高温胁迫下与s HSP26相关蛋白及其与叶绿体关系。质谱鉴定结果显示,胶上存在24个蛋白质差异点,属于14个蛋白质,归为6种功能类别,其中42%蛋白质参与光反应。与其对照相比,用s HSP26抗体(AT-s HSP26)处理后,与光合作用相关蛋白(ATP合酶α,β和γ亚基、放氧增强子蛋白(OEE1)、叶绿素a/b结合蛋白、细胞色素b6/f复合体铁硫亚基、光系统Ⅰ反应中心亚基Ⅳ和铁硫中心蛋白)表达下调。并且叶绿体PSⅡ的放氧速率明显降低。表明s HSP26通过调控光合作用相关蛋白,从而在一定程度上对叶绿体起到保护作用,最终影响玉米叶绿体的耐热性。     

弱光胁迫对分蘖期超级稻与常规稻叶片光合特性的影响

[目的]本文旨在探明超级稻与常规稻的光合特性对弱光胁迫的响应及其机制。[方法]以‘国稻6号’‘Ⅱ优084’(超级杂交稻)和‘扬稻6号’(常规稻)为试验材料,采用室内营养液培养,通过供应低强度(200μmol·m~(-2)·s~(-1))光照模拟弱光胁迫的方法,分析弱光胁迫对分蘖期超级稻及常规稻叶片光合特性的影响。[结果]弱光胁迫导致水稻生物量及叶片光合速率(P_n)显著降低,超级杂交稻的P_n显著高于常规稻;弱光胁迫下水稻叶片的光系统Ⅱ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、羧化效率(CE)及叶片叶肉导度均显著降低,且超级稻降幅大于常规稻;弱光导致超级稻及常规稻的1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/氧化酶(Rubisco)含量显著降低,且弱光胁迫下超级稻Rubisco活性(CE/Rubisco)显著高于常规稻。[结论]弱光胁迫对叶片光合速率的抑制主要是由于叶片ΦPSⅡ下降及暗反应过程中叶肉导度下降导致羧化效率下降造成的;超级稻弱光胁迫下光合速率高于常规稻主要是由于其具有更高的Rubisco活性及叶肉导度。     

甘蓝型油菜乙酰辅酶A羧化酶3个亚基基因的克隆及其表达

[目的]为构建乙酰辅酶A羧化酶的叶绿体表达载体奠定基础。[方法]以从甘蓝型油菜叶片中提取的叶绿体基因组DNA为模板进行PCR扩增,克隆羧基转移酶β亚基基因。以从开花20~29 d后油菜幼胚中提取的总RNA为模板进行RT-PCR扩增,克隆生物素羧化酶和生物素羧基载体蛋白的cDNA序列。最后,乙酰辅酶A羧化酶的3个亚基基因被克隆到大肠杆菌表达载体中。[结果]SDS-PAGE分析结果表明乙酰辅酶A羧化酶的3个亚基基因分别被克隆到大肠杆菌表达载体中。乙酰辅酶A羧化酶的3个亚基基因在大肠杆菌中的表达产物分别为76.6、44.0和81.5 kD,其融合蛋白分别占总菌体蛋白的12%、10%和6%。[结论]不同品种的甘蓝型油菜生物素羧基载体蛋白cDNA序列存在较大差异。     

除草剂对小麦光合特性及叶绿素荧光参数的影响

为了探讨除草剂对小麦叶片气体交换及叶绿素荧光参数的影响,在大田条件下以弱筋小麦扬麦13、强筋小麦烟农19两种冬小麦为材料,研究了苯磺隆、使它隆、异丙隆、骠马、绿麦隆5种除草剂对其光合特性的影响。结果表明,供试5种除草剂处理后,小麦叶片内光合色素含量显著降低,净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)及气孔导度(Gs)也均不同程度降低,说明除草剂显著影响了小麦的光合特性,且表现出一定的剂量-效应关系。叶绿素荧光分析表明,除草剂显著降低了原初光能转换效率(Fv/Fm)、PSⅡ的实际光化学效率(Ф)及光化学荧光淬灭系数(qP),非光化学淬灭(qN)则呈一定的上升趋势。表明在除草剂胁迫下小麦叶片发生了光抑制,PSⅡ复合体受到损伤伴随着光合电子传递受阻。小麦叶片自身具有一定的光合保护机制,用以减轻或消除除草剂胁迫。     

毛竹叶片发育过程中光合生理特性的变化特征

运用植物气体交换测定和叶绿素荧光测定等分析技术,测定分析毛竹Phyllostachys edulis叶片发育过程中的色素质量分数、光响应进程和叶绿素荧光参数的变化特征。结果表明:(1)毛竹叶片从幼叶生长到叶片成熟的各发育阶段,叶绿素质量分数和净光合速率不断增加而趋于稳定,叶片对光能的捕获和利用能力也随之增强。(2)叶片从伸出到成熟,叶片的最大光化学效率(φ_(Po))的变化不明显。(3)毛竹叶片经放叶、展叶至第15天,PSⅡ反应中心数不断增加,其数量约升高54.4%。(4)PSⅡ电子受体蛋白QA被还原的速率和还原需要的能量不断减少,用于推动QA下游电子传递的能量不断增加。因此,毛竹叶片光合功能从幼叶形成至第15天完全展叶,叶片发育趋于完善,表明毛竹叶片具备正常的光合生理功能,可以充分利用毛竹群落生境的光能资源。