发状念珠藻光合特征及其在复水－失水过程中能量传递变化的研究

IB-CAS > 中科院光生物学重点实验室

	发状念珠藻光合特征及其在复水－失水过程中能量传递变化的研究
	黄辉
学位类型	博士
导师	匡廷云 ; 卢从明 ; 钟泽璞
	2004
学位授予单位	中国科学院植物研究所
学位专业	植物学
关键词	发状念珠藻荧光发射光谱类囊体膜分离毛地黄皂甙亚麻酸藻胆体半圆盘状复水失水能量传递
摘要	摘要 "发状念珠藻（Nostoc flagelliforme Born. Et Flah.），俗名发菜，是生长于干旱、半干旱土壤表面的陆生蓝藻，具有极强的抗旱能力。发菜光合作用方面的研究大多处于整体细胞水平，且研究手段非常有限。本实验对发菜光合特征进行深入研究，并探讨了发菜在干湿交替过程中能量传递的变化情况。叶绿素和藻胆素是发菜细胞中两种主要的光合色素。发菜复水后光合活性完全恢复时，在室温（20℃）或低温（77K）下，其绝大部分的荧光是由于藻胆素被激发而产生。在室温下，大部分荧光来自藻胆体；当叶绿素被激发后，产生的荧光非常微弱。在低温下，藻胆素被激发后，荧光发射光谱中可分辨出藻胆蛋白、光系统Ⅰ和光系统Ⅱ的发射峰；叶绿素被激发后，荧光发射光谱包括光系统Ⅰ和光系统Ⅱ的荧光。相比之下，室温荧光发射光谱不适于用做发菜细胞光合作用方面的研究。我们设计了一种新方法，从野生发菜细胞中分离得到类囊体膜及细胞质膜，并对其性质进行分析。发菜细胞外复杂的胶质结构使得现有破碎其它蓝藻细胞的方法无法破碎发菜细胞。通过实验发现，联合使用细胞破碎仪和毛地黄皂甙（0.3%）可有效破碎发菜细胞；并且毛地黄皂甙在低浓度下（≦0.5%），对色素与蛋白的结合不会造成破坏作用。随后，通过蔗糖密度梯度离心可将细胞质膜与类囊体膜分离。发菜类囊体膜的光谱性质与其它蓝藻相似。细胞质膜除结合有类胡萝卜素外，还结合有少量叶绿素前体。类囊体膜和细胞质膜膜脂及脂肪酸组成相似。其中，十六碳烯酸[16：1(9)]和亚麻酸[18：3(9,12,15)]是含量最高的两种脂肪酸，分别占总脂肪酸含量的三分之一左右。高含量的多不饱和脂肪酸可能和发菜极强的抗旱能力有关。我们首次对发菜捕光色素蛋白复合物－藻胆体的组成和结构进行分析。发菜藻胆体为“3核＋6杆”的半圆盘结构。组成藻胆体的藻胆蛋白包括藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白。两个藻蓝蛋白六聚体通过连接肽组成藻胆体的“杆”结构。在“杆”结构中等量分布着两条连接肽（分子量分别为29kDa和34kDa）为杆连接肽和核杆连接肽。而“核”结构中核膜连接肽的分子量为103kDa。发菜在无霜期，几乎每天经历一次复水－干燥过程：夜间的结露使发菜在黑暗中复水，而清晨太阳升起后，在光照下迅速失水进入休眠状态。我们研究了发菜在黑暗中的复水过程及在光照下失水过程中藻胆体与光系统能量传递的变化情况。发菜在黑暗中复水后，光系统Ⅱ活性无法恢复。藻胆体内及藻胆体与光系统Ⅰ的能量传递在5分钟内恢复；而藻胆体与光系统Ⅱ的能量传递只能部分恢复。我们设想，发菜在复水过程中通过双扳机－水和光－控制光合活性的恢复，以及在黑暗中部分恢复藻胆体与光系统Ⅱ的能量传递，将减少不必要的能量消耗与通过光合作用储备尽可能多的化学能－这两个生存策略有机的结合起来。发菜在光照下的失水过程中，光合活性在含水量降至90％前基本保持稳定，随后迅速下降。而在含水量达到150％后，藻胆体内的能量传递便开始受到抑制，并且随着含水量的降低，该抑制现象逐步加剧。这样，发菜在干燥过程中，通过抑制藻胆体内的能量传递，减少了传递到光系统Ⅱ反应中心的能量，从而避免了在光合活性下降过程中过剩光能对光系统Ⅱ产生的破坏作用。"
页数	95
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ibcas.ac.cn/handle/2S10CLM1/14108
专题	中科院光生物学重点实验室
作者单位	中国科学院植物研究所
第一作者单位	中国科学院植物研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	黄辉. 发状念珠藻光合特征及其在复水－失水过程中能量传递变化的研究[D]. 中国科学院植物研究所,2004.

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200407.pdf（2680KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文