[doc] Mg^2＋对生长在不同光强下的小麦叶绿体光合功能的影响

[doc] Mg^2＋对生长在不同光强下的小麦叶绿体光合功能的影响 Mg ，对生长在不同光强下的小麦叶绿体 光合功能的影响 广西植物Guihaia10(i):5;一61 Mg.对生长在不同光强下的小麦 叶绿体光合功能的影响 张其德 (中国科学院植物研究目于,北京) 摘襄研究结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明.Mg?对生长在不周光强度下的小麦叶绿体光台功能有不周影响.与生 长在低光强(2×10.勒克斯)下的小麦叶绿体相比.Mgi更加明显地降低从生长在高光强 (2×10?勒克斯)下的小麦所分离的叶绿体的吸收光谱在红区和蓝区的吸收峰值;但它更太幅度 地提高后者在低温(77K)下的PSI相对荧光产量(F日”)与PSI相对费光产量(Ft?.)的比 值.PsI活性和PsI原初光能转化效率.实验结果证明,更高的光强度可能有利于叶绿体形成更 多可流动的LHC—I和LHC—r. 关键诃吸收光谱:荧光发射光谱;光系统I;光系统I:激发能分配;原初光能转化效率 光合作用是绿色植物和光合细菌所特有的生命现象,然而离开了光,植物的光合作用就无 法进行.此外.植物的形态建成也受光的强烈影响,因为光不仅是植物光合作用的推动力,而 且是植物形态发生的触发者和调节者”关于植物生长环境的光强度和光质对光合器的 结构,组分和功能具有明显影响作用已有不少报道?”““““,但是.关于研究外加 因子对生长在不同光强下的植物光合作用特性的影响的报道尚不多见.因此,我们在研究生 长期间光强度对小麦幼苗一些光台特性和光谱特性(另文发表)影响的基础上.进一步 研究Mg对生长在不同光强度下的小麦叶绿体的吸收光谱变平效应,两个光系统之问的激 发能分配,PSI活性和PSI原初光能转化效率的影响. 枯拽s方法 按前文?的方法培养小麦幼苗和制备叶绿体.用UV一19O型分光光度计按Arnon【.的 方法测定叶绿素含量. 按照我们以前的方法分别用UV一30OO型分光度计测定吸收光谱和用MPF-4型荧光分 光光度计测定低温荧光发射光谱,测定吸收光谱时的ChI含量为 10~g/ml,测定荧光发射光 谱时.Chl~2.5~/m1.用双调制动力学分光光度计测定叶绿体的荧光诱导动力学参 数!. , 结果与讨论 一 ,Mg”对生长在不同光强度下的小麦叶绿体吸收光谱的髟噙 冯丽洁同志参加部分技柬工作.特此致谢. 缩写符号?Ch1.叶绿紊JPs?.光系统?-PSI.光系统I?LveIeaEfh(nm) Mg”对生长在高光强下小麦叶绿体的室温吸收光谱的 影响 +Mg?和一Mg”分别表示升彝体矗浮藏加与不加10m mo!/IMgaI 1.EffectofMg?onthe8bsorptlonspectrum ofchloroplastsofwheatgrownunderhigh Iightintensltyatloomtemperature. 4-Mg”Md--Mz”indicatedcMoroplastsus1)e=siom withOfwZt~out1o皿mol/lMq?respectively 它们吸收光谱的变平效应的影响有明显差异.在不同浓度的Mg.存在下,发育不完善叶绿体 的吸收光谱在蓝区的光吸收仅受到轻微抑制.其抑制程度明显低于 发育完善的叶绿体,而在 红区的光吸收几乎不受影响.Mg对生长在低光强下的小麦叶绿体吸收光谱的影响,恰好介 于发育完善和发育不完善的叶绿体之间.这进一步证实我们如下的看法.即阳离子对叶绿体 吸收光谱变平效应的不同影响,主要是由于它们的膜结构和成份上的差异I”,导致阳离子 诱导光台膜垛叠程度出现差异【|”】. :,啊g”对生长在不同光曩下的小蠢叶一体两个光系统之间光蟹分E的嚣? 已有许多研究结果表明.Mg”能够调节叶绿体两个光系统(PSI和PSI)之间的光能 分配在低温(77K)条件下.它提高PSI的相对荧光产量,而降低PSI的相对荧光产 量【|”“].使光能分配更有利于PSI.我们在研究Mg”对生长在不同光强上的小麦叶绿 体低温荧光发射光谱的影响时,同样观察到Mg.可以提高叶绿体的PSI相对荧光产量(用 Fs.表示).而降低它们的PSI相对荧光产量(用F表示)(图8和4),结果使它们的 iFls,Ft?4的比值提高.然而经lommol/lMsCll预处理后Mg.对两种不同来源的叶绿 1期张共德:Mg-对生长在不同光强下的,』,麦叶绿体光台功能的影响 波长Waveleagth(nm) 体的Fa/Ft比值的提高幅度有着 明显差别,它提高在高光强下生长的 小麦叶绿体的F./F.比值达 36?1%,丽生长在低光强下的小麦叶 绿体的相应比值投被提高23.9%.当 激发光波长为480rim酎得到十分类 似的结果.这说明不论激发光波长每 少,Mg”对生长在高光强下的小麦 叶绿体的两个光系统之间的激发能分 配都有更大的调节能力. 此外,我们在研究审还观察到叶 绿体类囊体膜蛋白碡酸化后.均提 高在不同光强度下生长的小麦叶绿体 PSI与PSt的相对荧光产量的比值 (结果另文发表),说明叶绿体娄囊体 蒺蛋白磷酸化作用参与两个光系统之 间的激发能分配使能量分配有利于 PSI.所不同的是.膜蛋白磷酸化 围2M蓉l+对生长在低光强下小麦叶绿体的室温暖收光谱的后对生 长在离光强下的小麦叶绿体的 影啊上述比值的提高幅度大于生长在低光一 ??分删亲示叶绿体悬浮蔽加与不加.m皿0?强下的小麦叶绿体这表明膜蛋白磷 ,…J?…………H— …t— Fi2.ElectofMglontheabsorptionspectrum酸化对生长在高光强下的小麦叶绿体 ofchloroplasts0theatgrOW?Z1underlow的激发能分配也像Mg”那样具有更 ?j竺.atroomMziacllcatedorpeo1)lastutsus.pensloas大的调节能力,结果在Mg”和瑛蛋+”nd—Mg”chI一………………?.…一 ithor-ithout10mmolllMt,fespellety白磷酸化的参与下可使这种叶绿体两 个光系统之间的激发能分配迅速达到平衡,丽这种平衡又是植物维持高的光合效率所需要的 内部状态,这与在高光强下生长的植物具有更高的光合速率”“的结果完全吻合. 已有的研究结果表明,在叶绿体中存在可流动的LHC—I”1.我们【”也观察到Mg” 可以促进部分的LHC—I和LHC—I从富含PSI的基粒片层向富含PSI的基粒片层移动,从 而增加PSI的截光面积.而叶绿体类囊体膜蛋白磷酸化则可促使部 分的LHC?I朝上述相反 的方向移动.结果增加PSI的截光面积.使激发能在两个光系统之同的分配发生改变?因 此,根据Mg”和膜蛋白磷酸化对生长在高光强下的小麦叶绿体两个光系统之同激发能分配 具有更大调节能力的实验结果.我们推铡较高的光强度有利于叶绿体形成更多可流动的 LHC-I和LHC-I.由于在较高光强下生长的植物,其叶绿体含有更高比佣的可流动的 LHC—I和LHC—I.因此,它们便可通过叶绿体在光下形成的ATP使膜蛋白磷酸化和叶绿 体中所存在的Mg”.实现对两个光系统之同激发能分配的高效调节,使两个光系统趟问能 量分配迅速达到平衡,使植物对所处的光环境具有更大的适应能力,同时还可以解释为什么 在高光强下生长的植物县有更高的光合作用速率, 暴_【0d0斟阳 ,阿植物10巷 波长Wavele~gth(?m)波长Wavelength(?m) 图3Mg针对生长在低光强下的小麦叶绿体低温 荧光发射光谱的髟响. +Mg?和一Mg?分踟衷示叶缘悻悬浮渡加与不 加MgcI激发光洼长为436nm Fig.3EffectofMgton77Kfl~otesce— neeemissinnspectrumofnhIOFO— plastsofwheatgrOWDnndefhib Iitintensity. +Mg”and—MgIindicatedeMoropIast Suspensions~rithorvritho~tM:I- respectively.Excltationat436nm 囤4Mg”对生长在低光强下的小麦叶绿体低温 荧光发射光谱的影噙 +Mg?和一Mgp分剐表示叶缘体悬浮波加与不 加M(_l}o激发光波长为436?m Fig.4EffectofMgtOn7rKfluorescence emissionspectrumofehloroptasts ofwh?tggownuader1O?Rrlightia— tensity. +Mg”and-Mg”indicatedeMoroplast s~spensionswithorwlthoCtMgClI respectively.Exci~atloaat436nm 三,Mg”对生长在不同光强下的小麦叶绿俸PSI原初光能转化效率的 嚣响 从表l可以看割,当激发光波长为440rim时,生长在高光强下的小麦叶绿体的F,,和 F/F的比值分剐为1.132和0.531,而生长在低光强下的小麦叶绿体这两个相应的比值分 别为0.985和0.496,这表明在较高光强度下生长的小麦.其叶绿体比在低光强度下生长的小 麦叶绿体其有更高的PSI性和PSI原初光能转化效率.因为在室温条件下.荧光完全 来自PSf.同时Fv的大小及其变化过程与光合作用过程.特别是与PSI原初电子受体Q的 氧化还原电位的高低密切相关.它可作为PSI反应中心活性大小的尺度(遁常可用F/F0 ;2雪20”I牲鲁罂 翌hgg冀苦三【】三岛科翟 1期张其德:Mg暑对生长在不同光强下的小麦叶绿体光台功能的髟响 表示).而F|T/F皿的比值刚可代表PSI原初光能转化效率”. 表1.Mg?对生长在不同光强下的小麦叶绿体F./F.和F./F比值的影响. TableI.EffectsofMgsonF/F口andF,/F.ratiosofchloroplastsof wheatgrownunderdifferentlightintensities? F./F.F,/F小麦幼苗生长期间的光强度 Lightintensityduringgrowthof比值相对的百分数比值相对百分数 RelatiYeRelative wheatseedlingsRatioRatiope rcenragepercentage — Mgl1.1321900.53llOO 2xll11X +Mgl1. 404I24.00.584110.0 , MglO.9851000.496lOO 2×10IlOx +Mgs4-1.089119.69.520104.8 ?+Mg.和一Mg?分别表示叶绿体悬浮液加与不加l0皿皿oI,IMIl.擞发光被长为IIOnm „+ . Mg”and--Mg”indicatedchloroplastsuspensloaswithorwithout10mmol/[ MEclirespectively. Exdt址io?矗t440am 从表1还可以看到,用lOmmol/1MgCIz预处理叶绿体肘,生长在高光 强下的小麦叶绿 体的F/F.和F?F的比值分剐为1.404和0.584.这两个荧光诱导动力学参效分别比不加 Mg”的样品的相应比值提高24.0和1O%l而生长在低光强下的小麦叶绿体的这两个比值 分脚为1.089和0.520,忧不加M”的样品仅分?提高IO.5和4.8%.这说明在Mg”的作用 下,与生长在低光强下的小麦叶绿体相比,生长在高光强下的小麦叶绿体的PSI活性和 PSI原初光能转化效率,在原有较高的基础上又有更大幅度的提高.其提高幅度比前一种 来源酌小麦叶绿体的提高幅度高达一倍以上.我们以激发光波长为48Ohm进行测定时,获得 十分类似的结果. Mg”还可以提高叶绿体的PSI和全链电子传递速率,以及活化PSI反应中心[】”】. 此外,Mg.在光合膜的垛叠中是必不可缺少的因素.综合本文的实验结果和我们过去的研究 结果”“““不难看出.ME对叶绿体的光能吸收,传递和转化以及电子传递的 作用是相当复杂的,它对叶绿体类囊体膜的作用可能是在分子水平上,维持捕光色素蛋白复 合物,,反应中心以及某些电子载体在膜上的一定构型和彼此的紧密联系,最后保证对光能的 最有效吸收,传递和转化.同时也说明,植物生长环境的较高光强度更有利于Mg?发挥上 述的各种作用.因此,在光往往成为限制因子的覆盖栽培(如温室和塑料大棚)中,为了提 高作物的光合效率和产量,努力为植物创造更好的光照条件是十分必要的 参考文献 (1)蕹其德等,1979t叶绿体膜的结构与功能I.钾离子和镁离子对两种类型叶绿体膜吸收光谱及光 系统I功能的髟响.植物.31t250—258. „2)张其德等,1982;叶绿体嚷的结构功能?.亚麻酸对小麦叶绿体膜结构,吸收光谱和费光谱的影 广西植物l0卷 响以及镁离子的调节作用.植物.24,326--332. (3)张其德等.1985叶绿体膜的结构与功能X1I.正常大麦和变种Chlorinafj光合特性的比较 研究.植物.27t46—56.. (4)张其德,1987t植物光合作用的光抑帝lJ.植物生理教学研究参考文集(北京植物生理学会等主编). 48--55页. (5)张其德等.1988t生长期间的光强度对小麦幼苗一些光台特性的影 响.植物.30t508一? 814. (6)林世青等.1980t叶绿体膜的结构和功能?.Mg.对叶绿体囊状体膜 的光能转化和相对量子产 量的影响.植物生理.6—856--869. (7)林世青等.1984:小麦叶绿体膜的发育.光合作用研究进展(第三集). 科学出版社. 40--53页. C8)唐崇钦等,1983一叶绿体膜的结构与功能一.发育完善和发育不 完善的叶绿体膜的荧光特性比 较.植物生理.9t275—282. (9)Andersloo,LM.11986{Ph0t0reguIationofthecomposition,?function,andstructure ofthylakoidmembranes.Ann.Rev.PlantPhysio1..37I93一l36. (103Aruon,D.I.t1949jCopperenzymesinisolatedchloroplasts.Polyphenoloxidase inBetavulgaris.PlantPhysio1.24lI--15. O13Bjrkmau,O.,eta1.1972lEffectoflightintensityduringgrowthofAtriplex stpatulaonthecapacityofphotosyntheticreactions.chloroplastcomponents andructure.InCarnegieInstitulonYearBook71w.Stanford,California.PP. 115—135. (12]DelaTorte,W.R.etn1..1987IAdaptationofbarleythylnkoldmembrnnest0 changinglightintensity.In.ProgressinPhotosynthesisResearch(Biggius…I ed.)Vo1.If,MartinusNi~hoffPublishers-Dordrecht.printedintheNetherlands. pp.343--346., (133Duyseus.L.MM.,1956tTheflatteningoftheabsorptionspectrumofsuspensioUS. ascomparedtothatofsolutions.Biochlm.Biophys.Aeta,19Il--12. (143Haworth,P.,eta1.,1982lChloroplastmembraneproteinphosphorylatlou.Photo— chem.PhotobioL.66j743—748. C15)Henklu.B.M.eta1..1977IMagnesiumioneffectsonchloroplastphotosystemII fluorescenceandphotochemistry.Photochem.Photobio1..26:277--286. (163Kuang.T.Y.(匡廷 云),eta1.,1987lReversalmovementofSnb—populntionof harvestingchlorophyl1protelncomplexesLHC-IIsadLHC-Ibetweengrauaand lightstromalamellaeunderdifferentconditions.fu.ProgressinPbotosynthes is , Research(Biggins.L,ed.)Vo1.II,Martin-sNi]hoffPublishers,Dordrecht. PrintedintheNetherlands.PP.729—732. (1)Lichtenthaler.H.K.,eta1.,1981lPhotosyntheticactivity.chloroplastuItfastrU tare.andleafcharacteristicsofhigh—lightandlow-lightplantsendofsunand sbadoleaves.Photosynth.Res*2Il15—141. C183Lichtenthaler,H-K.teta1.,1983IEffectofhighlightandhighIi~htstressoo l期张其德:Mgt+对生长在不同光强下的小麦叶绿体光台功能的影 响 composition,functionandstructureofthephotosy? theticapparatus.In.Effcts ofstressonPhotosynthesis(Marcelle,R..H.ClijstersandM.vanPoucke.eds.), TheHague.PP.353—370. (193Murata.N.,1971IEffectsofmonovalentcationsonIightenergydistribution betweentwopigmentsystemsofphotosynthesisinisolatdespinachchloroplasts. Biochlm.BioPhys.Aeta.226?422--432. (20)Wild.A.,eta1.1987{Theeffectofdifferentgrowthlightintensitiesonphotosy— stemIIcomponents.In”ProgressinPhotosy? esisResearch(Biggins,J.,ed.)Vo1. II,MartlnusNiihoffPub1ishers,Dordrecht.PrintedintheNetherlands,PP. 363—366. EFFECTSOFMG”0NPH0T0SYNTHETICFUNCTIONSOF CHL0R0PLASTSFR0I嚏WHEATSEEDLINGGROWN UNDERDIFFERENTLIGHTINTENSITIES Zhang,QiDe (InstituteofBotany,AcademiaSinlea) AbstractEffectsofMgSonphotosyntheticfanctlonsofchloroplastsfromwheat seedlinggrownunderdifferentIightintensitieswerestudied.Theexperimental resu1tsshowedthattheabsorptionpeakvalues8tboththeredandblueregionsof theabsorptionspectrumofchloroplastsofwheatgrownunderhighlightintensity eredecreasedbyMgsaccordingtoabiggermarginascomparedwiththoseof chloroplastsofwheatgrownunderlowlightintensity;nevertheless?theratio0t therelativefluorescenceyieldofPSI(F?”)tothatofPSI(F7?i),theactivity andefflnieneyofprimaryconversionofllghtenergyofPSIinhigh-lightwheat chloroplastswereraisedbyMgsaccordnigtoabiggermargin.Theexperimental rCSuItshowedthathigherlightintenstiywasprobablyadvantageoustochloroplasts toformmoremovableLHC—IandLHC—I. KeywordsAbsorptionspectrum;Fluorescenceemissionspectrum;PhotosystemI (PSI);PhotosystemI(PSI);Excitationenergydistribution;Efficiencyofprimary conversionoflightenergy