油菜叶绿素缺乏突变体Cr3529的光合作用特点及其叶绿素荧光的研究

摘要

叶绿素(Chlorophyll，Chl)是光合生物中含量最多也是最主要的一类光合色素，它不仅是光合器官许多色素蛋白复合物的主要组成，而且还参与了光合作用的许多生理生化活动。因此，叶绿素的改变会导致色素蛋白(如捕光色素复合物LMCs，内周天线复合物CP43、CP47和反应中心蛋白D1、D2等)的合成、转运和折叠等的变化，从而影响到光合作用器官的结构的改变。同时叶绿素在光合系统中承担了光能吸收，光能转化，激发能传递等生物学功能，所以，Chl的减少或成分改变也会引起光系统间激发能在的分配，光合作用效率和电子传递等的改变。研究表明特殊的色素缺乏突变体可以为研究光合作用提供有效的结果。 本研究以经快中子辐射和DES化学诱变获得的一种甘蓝型油菜(Brassica napus L.)幼叶叶绿素缺乏突变体(Cr3529)为材料。为探讨该突变体的突变机理与其他突变体的差异，揭示叶绿素缺乏对植物光合作用的影响。本文采用蓝绿温和电泳、Western杂交、低温荧光、叶绿素荧光和热致发光等方法研究了：油菜叶绿素缺乏突变体Cr3529叶片中叶绿素结合蛋白和光合结构的变化情况；并对叶绿素缺乏引起的植物光合机构的光能的扑获、电子传递、激发能的分配和光合作用效率等植物光合作用生理生化性质进行了分析。 通过实验得到以下主要结果： 色素分析显示，突变体的叶绿素α和b含量均有下降，而胡萝卜素的含量相对有所增加。用温和电泳、SDS-PAGE和Western杂交分析了叶绿体的主要色素结合蛋白组成和蛋白相对变化情况。突变体由于叶绿素缺乏，使得主要的色素结合复合体捕光天线复合物LHCs含量明显下降，Western检测发现外周天线蛋白亚基CP29含量下降。我们还检测到光系统I的反应中心蛋白PsaA含量也有所下降。SDS－PAGE分析还发现同样叶绿素含量的类囊体膜中核心天线色素结合蛋白CP43和CP47等蛋白含量相对增加。蛋白组分的变化引起了PSⅡ超级结构的变化，温和电泳分析发现突变体的PSⅡ/LHCⅡ聚合体和PSI/LHCI聚合体均明显减少，荧光分析进一步PSⅡ超级结构的改变，发现突变体a型光系统Ⅱ减少，B型有所增加。 该突变体幼叶的色素缺乏，单位面积的捕光天线和反应中心数都有所减少，进而使得单位面积的光能的捕获能力下降。突变体单位面积和单位反应中心所能利用的能量减少，但是光合机构通过LHCⅡ的磷酸化和能量利用率等方式改变了突变体中光能在两个光系统间的分配，使得光系统Ⅱ获得的激发能相对有所增加，可以认为这是植物自身调节的一种表现。进一步分析突变体的光合作用效率和电子传递等生理现象，发现突变体的最大光化学效率(Fv/Fm)和实际的光化学效率(ΦPSⅡ)均高于野生型。这些结果说明虽然突变体的色素减少结构改变，但是它的光化学效率并没有下降。进一步分析突变体的光化学悴灭也高于野生型，说明突变体通过开放较多的反应中心来补偿光能吸收的减少。而此时突变体的非光化学悴灭NPQ也表现出较高水平，这可能是由于突变体中类胡萝卜素的相对升高造成的。这些结果都暗示了突变体叶片的天线调节能力可能提高。突变体光系统Ⅱ的线性电子传递速度(ETR)在较高光强下高于野生型，而且荧光分析发现突变体Q<,A>原次数N多于野生型。Q<,A>氧化还原淬灭分析和热致发光分析结果显示，突变体叶片中Q<,A>向Q<,B>的电子传递速度较快，改变了PSⅡ供体侧的电子传递速度。这可能是叶绿素缺乏突变体的应对色素缺乏，光捕获能力下降的一种下游调控机制。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

1.引言

2.材料和方法

3.实验结果

4.讨论

参考文献

叶绿素荧光分析方法理论基础参数意义和其应用

致谢

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附录