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水稻光合功能衰退与Rubisco结构与功能变化的研究

陆巍  
【摘要】: 水稻是我国最重要的粮食作物之一。提高其光合效率对于揭示光合作用机理、在 现有基础上大幅度增加单位面积产量具有极其重要的意义。 本文系统分析了两套杂交水稻(组合)剑叶光合功能衰退过程中光合参数的变化, 结果表明:叶片光合功能衰退过程中,瞬时光合速率表现为高值持续期(APD)和 速降期,叶绿素含量表现出相对稳定期(RSP)和速降期(SFP)。在各个光合参数下 降过程中,碳同化关键酶RuBPCase活性的下降明显快于光合全电子传递活性的下 降,提高RuBPCase的羧化效率成为提高光合效率的关键之一。 叶源量是叶片一生同化CO_2的总量。本文就水稻剑叶叶源量及其与产量性状关系 进行了研究。结果表明,水稻剑叶叶源量与单株产量、单穗重及每穗实粒数均呈极显 著正相关,证明叶源量与产量性状紧密相关。通径分析进一步说明,光合功能期对叶 源量的直接效应最大,其次为瞬时光合速率,叶面积的效应最小。结果还表明,叶源 量在水稻品种间存在极显著差异,因而存在遗传差异。说明通过育种手段选育叶源量 大的品种是可行的。与此同时,叶源量存在一定程度的变异,品种内变异系数为6.19~ 17.34%,表明可以通过栽培措施调节叶源量。 本文还对原有测定超氧阴离子方法进行改进:在关键试剂配制中加入冰醋酸提高 了检测灵敏度50%;在植物材料的O_2~-的提取过程中同时加入EDTA和羟胺,抑制SOD 活性并及时“固定”O_2~-,这样所测得得的O_2~-含量更能反映体内的实际情况;同时 发现O_2~-不由提取上清液产生,间接验证了O_2~-来源于光合膜系统。 提高Rubisco羧化效率对于提高光合效率具有重要的意义。本文研究了SDS滴定 对水稻Rubisco结构与活性的影响。SDS作为一种两性分子,在低浓度时具有与光合 膜类似的特性,研究其作用有助于了解光合膜同Rubisco可能的相互作用。结果表明, 低浓度SDS(0.4mM)下,Rubisco的羧化酶活性完全丧失,大部分巯基暴露出来; SDS浓度继续增大时,Rubisco小亚基先从全酶上解离。SDS处理使Rubisco的三级 结构也发生变化,但SDS对Rubisco的二级结构影响很小。比较酶的失活与构象变 化,发现酶的活性中,M铂臼以防臼℃纠咽姑寻的构象变化。 Hh是光合作用能量耗散的次生产物,本文研究了其窿闪郧碰口师用嗣讹矢 键酶历血曲oe活性的作用,发现在0一M…围侧处理时, 历山b叨的三级结构和二纫绪阉囱吠助,ND一IhGEE和缸田一wK田电泳图谱也证 明此时历凸b0和它的大J哑臼舵电泳位团脐d目氏咀昆图壮只有历比曲D的疏 水表面明硼多,在划血M阶鹏-。当叽… 20IDM时,RI.xaXi 8{l=seselq*[IMM,a一qot明显下降, 从天然酶的20%下蹦0(&him4 HA时):疏水表面不断下$但始终多于天然酶 的疏水表面含量 帆猢明R山色n大亚基之间发生二硫凶时勿陇RllmaXi分 一。 采用生物波僧学和生理相结合的手段研究了一种野9勤恻团U和K佚吸淋的 贝过由o在高温和氧化逆境下的结构和活性的变兀结果表明,正常的野生型水稻的 RllDIaXIM同浓度闪0AjWT,其结构与WhfigwtgM硼显豹两个阶段:在HA 浓度低于ZthllM时,绪闽动刮镣的服小;凤Q大于3)I’IM时,三骤软蚜汇潮路 构发生明显变化,粉地朔刮羹翌俺o郝制。突变付的&吐勿叨也表现同样的趋势, 但地醚囤骏颠涵,在l()IllMngTRM明显的结构与陇蜘。耐- 的蹦与活栓由朗融蚁幻侣峭捧现出相同:先辫惦列、。再急剧下降。野生型柳 k&#6{lffFrASBll为 50’C和 45C。n RubiSC。H$debe了 RUbiSC。 在氧化逆境和高温下的共性,其差异可能是由于其在叶片一生中蜜u不同修饰造成 的。


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