论文部分内容阅读
1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)既催化1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)的羧化又催化其加氧,是决定净光合速率高低的一个关键酶。它需要Rubisco活化酶对其进行活化。因此,Rubisco活化酶的研究具有重要的生理和生态意义。近些年人们发现,高温可以诱导Rubisco活化酶与类囊体膜结合,推测这种膜结合的活化酶对蛋白质合成机构具有保护作用。至于没有热胁迫的正常条件下这种结合的生理意义,尚未见到研究报告。本研究探讨了Rubisco活化酶与类囊体膜结合的普遍性及其可能的生理意义,获得的主要结果如下。
1.Rubisco活化酶与类囊体膜的结合是个普遍现象
研究结果表明:叶龄为两周和四周的水稻剑叶Rubisco活化酶的总量和膜结合的量都显著高于叶龄为一周和六周的剑叶,而两周和四周叶龄叶片之间这些指标没有明显的区别；从剑叶到倒二叶,Rubisco活化酶的总量和膜结合的量都呈现下降趋势,特别是膜结合的量降低更为明显；Rubisco活化酶的总量上午10:00比夜间22:00略多一些,有趣的是夜间22:00膜结合Rubisco活化酶的量显著高于白天10:00:不同CO2浓度下生长的水稻剑叶中Rubisco活化酶的总量没有差别,但是在高浓度CO2下生长的水稻剑叶膜结合的活化酶量极显著增加。显然,Rubisco活化酶与类囊体膜的结合是个普遍现象,而不是热胁迫下的特殊现象。
2.Rubisco活化酶与类囊体膜的结合可能是Rubisco活化总过程中的一个步骤在研究中发现,膜结合的Rubisco活化酶量与Rubisco活化有密切的关系:(1)与类囊体膜结合的Rubisco活化酶与该酶总量的比例和体内Rubisco活化水平呈负相关;(2)在Rubisco的体外活化过程中膜结合的Rubisco活化酶量显著增加；(3)由于非茄科的水稻Rubisco活化酶不活化茄科的烟草和辣椒的Rubisco,含有水稻Rubisco活化酶和水稻、菠菜(均为非茄科)Rubisco的体系中类囊体膜结合的Rubisco活化酶的量明显多于含有水稻Rubisco活化酶和烟草、辣椒Rubisco的体系。(4)在Rubisco体外活化的最适ATP浓度(没有ATP再生系统时,1mmol/L ATP)和偏碱性pH(7.5-8.0)条件下,膜结合的Rubisco活化酶的量最高。根据这些结果推测,这种活化酶与膜的结合很可能是Rubisco活化的一个步骤,并且结合在类囊体膜上的Rubisco活化酶处于最适ATP和pH水平下,有利于形成Rubisco活化所必需的与Rubisco结合的Rubisco活化酶环式聚合体。
3.ATP和pH水平及光合电子传递是Rubisco活化酶与类囊体膜结合的重要调节因子
实验结果表明,Rubisco活化酶与类囊体膜的结合受ATP和pH水平调节,与光合电子传递相关。体内实验证据如下:(1)在不同温度下叶片毫秒延迟发光(ms-DLE)的变化趋势与Rubisco活化酶与类囊体膜结合对温度的依赖性相一致;(2)与类囊体膜结合的Rubisco活化酶与该酶总量的比例和非光化学淬灭(non-photochemical quenching,NPQ)呈负相关；(3)围绕光系统Ⅰ循环电子传递严重受阻的水稻突变体△lut ATP的合成明显减少与膜结合Rubisco活化酶量的增加相一致。用光系统Ⅰ电子传递衰弱的水稻突变体△ndhCJK做实验获得相似的结果。在体外实验中,略微改变ATP水平和pH就可以引起膜结合的Rubisco活化酶量的显著改变。ANS荧光观测结果表明,较高的ATP浓度和偏碱性pH水平可以通过部分恢复Rubisco活化酶的天然结构减少其与类囊体膜的结合。