高級植物生理課件

1、第二講 光合作用生態(tài)生理 EcoPhysiology of photosynthesis 主講：趙會杰 第一章 光合作用機理進展 地球上生命活動的能量，基本上都是依賴于太陽能，光合作用是最主要的能將太陽能固定的生命過程。 可以說，通過光合作用的反應(yīng)系統(tǒng)，利用自然界最豐富而廉價的資源CO2和H2O提供了我們所需的有機物。 從光能吸收到碳水化合物形成，有50多個中間步驟。直接發(fā)生在光合膜上、由光驅(qū)動的反應(yīng)，叫做光反應(yīng)；而不依賴于光，由酶催化的反應(yīng)叫做暗（碳）反應(yīng)。 研究對象：從分子水平的激發(fā)態(tài)到植物群體； 研究課題：從光的吸收到生態(tài)系統(tǒng)； 時間跨度：從飛秒(fs)到世紀(jì)。 （s,ms,s, ns,

2、 ps, fs）一、光反應(yīng)同化力形成 （一）光能的吸收與傳遞 葉綠素的卟啉環(huán)上具有很多共軛雙鍵，正是這些共軛雙鍵能夠吸收可見光（400700nm）。 最穩(wěn)定的價電子處于基態(tài)，能量最低。當(dāng)光量子被一個基態(tài)的電子吸收，光量子的能量就被加到電子上，電子躍遷為能級較高的激發(fā)態(tài)。對于可見光，電子躍遷時間為1015s.1、葉綠素激發(fā)與去激 2、色素之間的能量傳遞 共振傳遞：在色素系統(tǒng)中，一個色素分子吸收光能被激發(fā)后，其中高能電子的振動會引起附近另一個分子中某個電子的振動(共振)，當(dāng)?shù)诙€分子電子振動被誘導(dǎo)起來，就發(fā)生了電子激發(fā)能量的傳遞，第一個分子中原來被激發(fā)的電子便停止振動，而第二個分子中被誘導(dǎo)的電子則

3、變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，第二個分子又能以同樣的方式激發(fā)第三個、第四個分子。這種依靠電子振動在分子間傳遞能量的方式就稱為“共振傳遞”。 激子傳遞：激子通常是指非金屬晶體中由電子激發(fā)的量子（激子是能量和動量相同的分子共有的電子激發(fā)態(tài)）。它能轉(zhuǎn)移能量但不能轉(zhuǎn)移電荷。其能量傳遞效率決定于兩個分子間的作用矩陣。 在由相同分子組成的聚光色素系統(tǒng)中，其中一個色素分子受光激發(fā)后，高能電子在返回原來軌道時也會發(fā)出激子，此激子能使相鄰色素分子激發(fā)，即把激發(fā)能傳遞給了相鄰色素分子，激發(fā)的電子可以相同的方式再發(fā)出激子，并被另一色素分子吸收， 這種在相同分子內(nèi)依靠激子傳遞來轉(zhuǎn)移能量的方式稱為激子傳遞。 天線色素吸收的光能，經(jīng)過色素

4、間的一系列傳遞，匯集到反應(yīng)中心，在那里引起光化學(xué)反應(yīng)。（二）原初光化學(xué)反應(yīng) 原初反應(yīng)是光合作用中將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的最初步驟，其反應(yīng)非?？欤趂sps之間。 反應(yīng)部位：光合膜（反應(yīng)中心） （三）葉綠體電子傳遞 1、光合電子傳遞的順序（1）兩個光系統(tǒng) 紅降現(xiàn)象： 雙光增益效應(yīng)： PSII和PSI： PSII：P680核心、捕光色素蛋白復(fù)合體(LHCII)、放氧復(fù)合體（OEC） PSI: P700核心、LHCI（2）Z鏈 （Z schem） 2、電子傳遞體在類囊體膜上的分布 類囊體膜上存在4中蛋白復(fù)合體： PSII復(fù)合體：PSII-：基粒中央 PSII-：間質(zhì)片層 Cytb/f復(fù)合體：基粒垛疊區(qū)、

5、基粒末端與邊緣 PSI復(fù)合體：PSI-：基粒外周 PSI-：間質(zhì)片層 ATP酶復(fù)合體（CF,coupling factor）： CF1:位于膜表面，起催化作用，ADP+Pi ATP CFo:插入膜內(nèi)，提供H+通道 OEC（放氧復(fù)合體）：膜內(nèi)表面P680的原初電子供體：位于膜內(nèi)側(cè)，原初電子受體 位于膜外測。PQ：可以在膜的疏水區(qū)移動。P700的電子供體（PC）位于膜內(nèi)表面，受體Fd位于 膜外表面。 這樣的空間排列，使得P680受光激發(fā)后，在類囊體的內(nèi)表面發(fā)生水的氧化，并向類囊體膜內(nèi)釋放O2和H+。在膜的外側(cè)發(fā)生PQ還原，并通過跨膜移動，把膜外質(zhì)子傳到腔內(nèi)。 PSI受光激發(fā)后，從類囊體內(nèi)側(cè)的PC接

6、受電子，并在膜的外側(cè)把電子交給Fd，從而在膜的外側(cè)進行NADP的還原。 電子傳遞體在類囊體膜上的這種分布，使電子在膜的內(nèi)外進行定向傳遞，形成跨膜質(zhì)子梯度，推動ATP形成。（四）PSII的結(jié)構(gòu)與運轉(zhuǎn)1、PSII復(fù)合體的結(jié)構(gòu) PSII反應(yīng)中心結(jié)構(gòu)模式圖 示意PSII反應(yīng)中心D1蛋白和D2蛋白的結(jié)構(gòu)。 D1很容易受到光化學(xué)破壞，會發(fā)生活性逆轉(zhuǎn)。 電子從P680傳遞到去鎂葉綠素（Pheo）繼而傳遞到兩個質(zhì)體醌QA和QB。P680+在“Z”傳遞鏈中被D1亞基中酪氨酸殘基還原。 圖中還表明了Mn聚集體(MSP)對水的氧化。 CP43和CP47是葉綠素結(jié)合蛋白。包括3個部分： （1）捕光天線系統(tǒng) 圍繞P68

7、0的CP43和CP47蛋白復(fù)合體組成的內(nèi)周天線（近側(cè)天線） 由LHCII復(fù)合體組成的外周天線（遠側(cè)天線） （2）D1-D2蛋白 D1-D2蛋白：由2個32KD蛋白組成，其中包括原初電子供體Yz（Tyr161殘基）。反應(yīng)中心電子傳遞鏈： YzP680PheoQA(D2蛋白)QB（D1蛋白）構(gòu)成反應(yīng)中心的電子傳遞鏈。 （3）水氧化放氧系統(tǒng) 包括：三種外周蛋白（33，23，17KD）, Mn簇, Cl, Ca2+2、PSII的運轉(zhuǎn) PSII是執(zhí)行光誘導(dǎo)電荷分離及電子傳遞的基本單位，P680中心色素是一個chla雙分子體(chlorophyll special pair)。 電子從放氧中心到P680是

8、很快的過程。Yz是D1蛋白上的第161位Tyr殘基。 原初的電荷從P680到Pheo只需幾個皮秒（ps）,Pheo-又立即被QA氧化，QA又被QB在100200微秒時間內(nèi)氧化。QB先形成半醌QB，然后又從另一個QA接受1個電子，形成還原型醌QB2。（這里QA是單電子受體，QB是雙電子受體）。 完全還原的QB2從間質(zhì)接受2個質(zhì)子，形成QBH2，并與PQ交換位置，隨后再向cytb/f傳遞。 D1蛋白亞基是QB的載體，故又稱為QB蛋白，它可被DCMU等除草劑結(jié)合，從而阻斷電子從QA向QB的傳遞。此外，許多逆境因子，如高溫、強光、高鹽等對電子傳遞的抑制部位，也是這里。 3、PSII的水裂解放氧 PSI

9、I的一個重要功能，就是參與水的裂解放氧。有關(guān)分子氧釋放的機理，依然是目前研究的重要問題。 （1）氧釋放動力學(xué) 光合放氧具有周期現(xiàn)象，在閃光誘導(dǎo)動力學(xué)研究中，發(fā)現(xiàn)氧的釋放伴隨著4個閃光周期的擺動，即每4次閃光出現(xiàn)一個放氧高峰。Kok等提出4個S態(tài)循環(huán)的模型（Kok鐘），OEC需要積累4個氧化當(dāng)量（正電荷），才能從2個水分子中奪取4個還原當(dāng)量，釋放一分子氧。 hv1 hv2 hv3 hv4S0 S1 S2 S3 S4 S0+4H+O2 這里，S0-S4代表放氧中心的不同氧化還原狀態(tài)，hv1-hv4表示閃光的順序。從S0到S4共積累4個氧化當(dāng)量，S4是不穩(wěn)定的，它釋放出分子氧后又回到S0狀態(tài)。這樣，

10、每次循環(huán)吸收4個光量子，氧化2個水分子，向PSII中心傳遞4個電子，釋放4個質(zhì)子，1個氧分子。 （2）Mn, Cl, Ca與放氧的關(guān)系 （1）Mn 直接參與水裂解積累4個氧化當(dāng)量的過程。 錳以不同的親和程度結(jié)合在PSII顆粒上，利用加熱或Tris溶液洗滌，把錳除去，放氧就受到抑制，回加錳后，放氧活性得到恢復(fù)。 （2）Cl與Ca Colema和Govindjee利用35Cl-NMR技術(shù)證明，氯和鈣與外周蛋白相互作用，會導(dǎo)致蛋白質(zhì)區(qū)域之間鹽橋的斷裂，從而在錳簇中取出質(zhì)子。（五）兩個光系統(tǒng)之間的電子傳遞 兩個光系統(tǒng)之間的電子傳遞，包括電子從PSII還原側(cè)的QA到PSI氧化側(cè)的PC，中間有PQ,cyt

11、b/f復(fù)合體，PC的參與。 1、從QA起到PQ的傳遞 QA的單電子載體行為轉(zhuǎn)換為QB的雙電子載體行為，這個轉(zhuǎn)化機理，是通過暗適應(yīng)葉綠體的閃光實驗認識的。e第一次閃光：QA QA（半醌離子） e 暗中：QA QB QB e 第二次閃光：QA QB QB22H PQQB2 QBH2 PQH2關(guān)于PQ庫： PQ是類囊體上含量最多的電子傳遞體，因此，認為存在一個PQ庫(PQ pool)。由于PQ是脂溶性的，它可以在類囊體膜的疏水區(qū)移動，使類囊體膜上的電子傳遞鏈之間連接通用，當(dāng)兩個光系統(tǒng)發(fā)生光能分配不均衡時，PQ庫可以起到調(diào)節(jié)與緩沖作用，從而保證兩個光系統(tǒng)的均衡運轉(zhuǎn)。 此外，PQ的移動性，也使得H向類囊

12、體腔內(nèi)釋放，造成跨膜質(zhì)子動力勢，推動ATP形成。2、cytb/f復(fù)合體 （1）組成4個多肽鏈組成（多亞基膜蛋白）： cytf, cytb6, Rieske鐵硫蛋白， 17KD蛋白（功能不詳） （2）電子傳遞順序 PQH2 FeSR Cytf PCcytb/f復(fù)合體結(jié)構(gòu)（3）cytb/f 復(fù)合體介導(dǎo)跨膜質(zhì)子轉(zhuǎn)移的機理Q循環(huán) 關(guān)于Cytb/f 復(fù)合體介導(dǎo)的跨膜質(zhì)子轉(zhuǎn)移的機理，Mitchell曾提出Q循環(huán)的假設(shè)：還原的PQH2將2個電子中的一個傳給 Cytb6/f 復(fù)合體中的FeSR，再交給Cytf，進而傳給 PC，與此同時，PQH2又將第二個電子交給低電位的b，并釋放2個H+到膜腔內(nèi)，電子由低電位

13、的b傳至高電位的b，再將電子傳至PQ。經(jīng)過兩次電子循環(huán)后，PQ兩次被還原，雙還原的PQ又從膜外結(jié)合兩個質(zhì)子，并將其貯入質(zhì)醌庫中。Q循環(huán)（第一次周轉(zhuǎn)）Q循環(huán)（第二次周轉(zhuǎn)） 放出的2個電子中，一個經(jīng)RFeS和Cytf傳遞給PC。另一個經(jīng)Cytb6的兩個b型血紅素bl（低電勢）和bh（高電勢）傳遞到類囊體基質(zhì)側(cè)的質(zhì)醌氧化位點Qn，將一個質(zhì)醌分子還原為半醌。 電子傳遞同第一次周轉(zhuǎn)，只是這次的電子傳遞將半醌還原成還原型質(zhì)醌。而后者再從基質(zhì)側(cè)接受2個質(zhì)子后，離開復(fù)合體進入質(zhì)醌庫。Q循環(huán)的結(jié)果： 一個質(zhì)醌分子被氧化生成一個醌分子（PQ，在Qn位點），兩個電子轉(zhuǎn)移給質(zhì)藍素，4個質(zhì)子從基質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)腔。3、PC（

14、質(zhì)藍素） 質(zhì)藍素(PC)是位于類囊體膜內(nèi)側(cè)表面的含銅的蛋白質(zhì)，氧化時呈藍色。它是介于Cyt b/f復(fù)合體與PS之間的電子傳遞成員。通過蛋白質(zhì)中銅離子的氧化還原變化來傳遞電子。 分子特點：Mr=10.5KD，含銅蛋白。在氧化還原時，在597nm處有可逆的吸收變化。 PS復(fù)合體存在類囊體非堆疊的部分，PS復(fù)合體存在堆疊部分，而Cyt b/f 比較均勻地分布在膜中，因而推測PC通過在類囊體腔內(nèi)擴散移動來傳遞電子。 電子傳遞順序： 綠藻：cytf PC P700 高等植物：cytf PC P700（六）PSI結(jié)構(gòu)與運轉(zhuǎn) 1、PSI復(fù)合體組成 反應(yīng)中心P700 電子受體 LHCI（捕光天線）2、PSI反

15、應(yīng)中心的運轉(zhuǎn) P700：chla雙分子體 A0：chla單分子體 A1：葉醌（維生素K1） FA, FB, FX: 三個鐵硫中心，含12個Fe，12個S。 Fd: 是2Fe2S鐵氧還蛋白P700A0A1FAFBFXfdNADP 假環(huán)式 cytb/f O2 PC O2-環(huán)式PSI電子傳遞體及其動力學(xué)NADPO2NADPHO-2（非環(huán)式）（假環(huán)式）（循環(huán)式）（七）光合磷酸化1、概念：在照光條件下，葉綠體把ADP與Pi形成ATP的過程。 2、機理： 3.ATP合成的部位ATP合酶 ATP合酶組成： 類囊體ATP合酶有兩部分組成： CF0：跨膜部分 CF1：位于基質(zhì)的親水部分 質(zhì)子通過CF0被轉(zhuǎn)運到酶

16、的催化位點，利用形成的質(zhì)子濃度梯度， CF1將ADP和Pi合成ATP。 ATP合酶在文獻中也被稱為CF0CF1復(fù)合體。4、光合磷酸化的抑制劑 (1)電子傳遞抑制劑 指抑制光合電子傳遞的試劑，如羥胺(NH2OH)切斷水到PS的電子流，DCMU抑制從PS上的QA到QB的電子傳遞；KCN和Hg等則抑制PC的氧化。一些除草劑如西瑪津(simazine)、阿特拉津(atrazine)、除草定(bromacil)、異草定(isocil)等也是電子傳遞抑制劑，它們通過阻斷電子傳遞抑制光合作用來殺死植物。 (2)解偶聯(lián)劑 指解除磷酸化反應(yīng)與電子傳遞之間偶聯(lián)的試劑。常見的這類試劑有DNP(二硝基酚)、CCCP(

17、carbonyl cyanide-3-chlorophenyl hydrazone,羰基氰-3-氯苯腙)、短桿菌肽D、尼日利亞菌素、NH等，這些試劑可以增加類囊體膜對質(zhì)子的透性或增加偶聯(lián)因子滲漏質(zhì)子的能力，其結(jié)果是消除了跨膜的H+電化學(xué)勢，而電子傳遞仍可進行，甚至速度更快(因為消除了內(nèi)部高H濃度對電子傳遞的抑制)，但磷酸化作用不再進行。 (3)能量傳遞抑制劑 指直接作用ATP酶抑制磷酸化作用的試劑，如二環(huán)己基碳二亞胺(DCCD)、對氯汞基苯(PCMB)作用于CF1，寡霉素作用于CFo(CFo 下標(biāo)的o就是表明其對寡霉素oligomycin敏感)。它們都抑制了ATP酶活性從而阻斷光合磷酸化。光合

18、電子傳遞鏈的三種抑制劑DCMU、DBMIB和百草枯的化學(xué)結(jié)構(gòu)葉綠體電子傳遞鏈的抑制劑作用位點： DCMU和DBMIB阻止電子傳遞反應(yīng)，而還原態(tài)的百草枯自動氧化為基本離子，導(dǎo)致超氧和其他活性氧種類的形成。二、碳同化1、C3途徑： 光調(diào)節(jié)酶： RuBP羧化酶NADP-磷酸甘油醛脫氫酶SBP酯酶 FBP酯酶 Ru5P激酶 Rubisco Activase2、C4途徑3、CAM途徑劍麻 龍舌蘭落地生根第二章 Rubisco and Rubisco Acitvase五、 展望 四、 RCA的基因工程 一、RubisCO的結(jié)構(gòu)與功能二、Rubisco的活化- Rubisco活化酶 三、Rubisco活化酶

19、、Rubisco與光合作用的關(guān)系 Contents 1, 5 - 二磷酸核酮糖羧化加氧酶簡稱為 Rubisco，它是在 l947年由 Wildmen和 Bonnor發(fā)現(xiàn) 的。1965年人們首次從菠菜中提純 了這個酶。 同時發(fā)現(xiàn)它具有催 化 CO2和 RuBP ( 即 1， 5 一 二磷酸核酮糖 ) 形成 P G A( 即 3磷酸甘油酸 的功能 ， 參 與光合成作用。 2 0世紀(jì) 7 0年代 ， Bowes 對此酶又有 了新 的發(fā)現(xiàn)， 即該 酶具有催 化 RuBP的氧化反應(yīng)的功能 ， 參 與光呼吸作用。 RubisCO存在于高等植物和自養(yǎng)細菌中，是所有光合生物進行光臺碳同化的關(guān)鍵性酶，它參與 了

20、光合作用和光 呼吸過程 , 調(diào)節(jié)兩者之間的 關(guān)系， 對凈光合速率起著決定性作用。 光合生物的RubisCO是一個重要的的酶，它是將 CO2 還原成有機碳的限速酶。地球上的光合生物每年約固定 5 1014 k g CO2 。CO2 是對“ 溫室效應(yīng)” 貢獻 最大的氣體( 大約占 5 O ) ， 同時又是地球上最豐 富的碳資源。成功 固定二氧化碳 既可降低溫室效應(yīng)，又可充分利用碳資源。同時 ， R u b i s C O酶活性 的高低 直接影 響植物的凈光合產(chǎn)量。 RubisCO本身是植物可溶性蛋白中含量最高的蛋白，約 占 50， 是植物 體內(nèi)重要 的儲藏蛋 白。因此， 對 RubisCO的深人研

21、究具有深遠的意義。 RubisCO的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 ，隨個體的不同差異較大。植物與微生物之間 、 不同植物之間 、 不同微生物之間的 RubisCO結(jié)構(gòu)不 同，甚至在同一微生物體內(nèi)的 RubisCO也存在兩種不 同的形式。 大亞基 ( rbcL) +小亞基 ( rbcS) LxLy 由單一大亞基( rbcL ) 組成的： Lx 大亞基分子量一般在 5060 kD之間 ， 是 由葉綠體 DNA編碼 、 由葉綠體核糖體翻譯。 小亞基分子量一般在 1218 kD之間， 是由核 DNA編碼 、 由細胞質(zhì)核糖體翻譯 。一、RubisCO的結(jié)構(gòu)與功能 高等植 物的 RubisCO是由8個大亞基和 8個小亞基

22、組成的 L8S8 。 不 同植物的大亞基之間同源性較高 小亞基 的同源性則較低。 原核光合生物的 RubisCO結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，有由單一大亞基組成的多聚體( 如 L2 、L4 、 L6 、L 8 ) ，有 由大亞基和小亞基共同組成的 L6 S6 及 L8S8 ， 在有的光合微生物中同時存在兩種不同形式的RubisCO。 RubisCO的立體結(jié)構(gòu)已由Andersson采用高 分辨率的 X射線分析給出了較為明確 的四級結(jié)構(gòu)模型 。模型認 為高等植 物的 RubisCO 外形呈 “ 桶狀”。以四對交互結(jié)合的L2 發(fā)生四聚化產(chǎn)生的 L8為核心 ，而 8個小亞基則平分成兩組分別位于核心的上 面和下面。 大亞

23、基是 由 N、 B和 C三個結(jié)構(gòu)域組成。N結(jié)構(gòu)域開始于 N端包括 I 3 7個氨基酸殘基 。并含有 5股折疊； B、C結(jié)構(gòu)域 由螺旋構(gòu)成。 同來源的 RubisCO大亞基是很保守的，氨基酸序列的同源性一般大于 80，而小亞基的序別變化較大。 RubisCO的活性中心位于大亞 基上，而不在小亞基上。 證據(jù)：由單一大亞基組成的多聚體( 如 L2、L4、L6、L8) 仍具有催化 RuBP的羧化和加氧活性。僅有小亞基組成的多聚體則無活性。 目前認為小亞基與 RubisCO的活性無關(guān)，而與 Rubisco的裝配有關(guān)。 二、Rubisco的活化- Rubisco活化酶 RubisCO必須處于活化狀態(tài)才能催

24、化底物RuBP的羧化和氧化反應(yīng) 。 它在體外和體內(nèi)的活化機制不同。 RubisCO的體外活化過程已經(jīng)被很好地了解， 活 化 作 用 依 賴 于 P H 值 、 CO2濃 度 、以 及Mg2+。 活化過程: 首先是 E RubisCO的氨基甲?；饔?， 即CO2與 酶活化位點內(nèi)的 Lys201結(jié)合，然后， 再與 Mg2快速形成一個有活性的三元復(fù)臺物，即活化型的酶 ECM。 （一）RubisCO的體外活化機制甲?；牟课唬捍髞喕腖ys201二、Rubisco的活化- Rubisco活化酶 RubisCO必須處于活化狀態(tài)才能催化底物RuBP的羧化和氧化反應(yīng) 。 它在體外和體內(nèi)的活化機制不同。 R

25、ubisCO的體外活化過程已經(jīng)被很好地了解， 活 化 作 用 依 賴 于 P H 值 、 CO2濃 度 、以 及Mg2+。 活化過程: 首先是 E RubisCO的氨基甲?；饔?， 即CO2與 酶活化位點內(nèi)的 Lys201結(jié)合，然后， 再與 Mg2快速形成一個有活性的三元復(fù)臺物，即活化型的酶 ECM。 （一）RubisCO的體外活化機制甲酰化的部位：大亞基的Lys201 Jordan和Chollet發(fā)現(xiàn) ，上述的體外活化的機制并不適用。因為在體內(nèi)高濃度的底物RuBP與 RubisCO緊密地結(jié)合 ， 阻止了氨基甲?；饔玫倪M行。 Ogren等發(fā)現(xiàn)一種核基因編碼的葉綠體蛋白具有激活 Rubisc

26、o的效應(yīng) ，命名為 RubisCO活化酶(Rubisco Activae, RCA). RCA激活 RubisCO 的過程需要合適的 CO2 、Mg2+、未被活化的 RubisCO以及 RuBP等條件。 （二）RubisCO的體內(nèi)活化機制Rubisco活化酶1、RCA的分子特性 RCA是一種核編碼的可溶性葉綠體蛋白，具有 ATPase 活性。RCA通常由(4547 k D) 、 ( 41 44kD) 兩種亞基組成，但不同植物亞基的種類和數(shù)量不同。 擬南芥、菠菜 、大麥 、水稻、棉花、小麥等植物RCA均含有 、兩種亞基，而煙草、玉 米和衣 藻( Chlamydomonas reinhardtii

27、 ) 僅含一種亞基。 但無論同種植物或不同種植物的亞基之間，其抗體都能發(fā)生交叉反應(yīng)。這為利用Western雜交檢測不同植物RCA的表達方式提供了方便。 亞基組成： Shen和 Ogren報道了菠菜RCA氨基酸序列和二級結(jié)構(gòu)，RCA前體多肽的N端含有58個氨基酸的轉(zhuǎn)運肽，當(dāng)前體肽跨膜運輸?shù)饺~綠體后，轉(zhuǎn)運肽立即在 Ser 和Thr豐富的區(qū)域被切除，形成成熟的亞基，它有2 個ATP結(jié)合部位。 對菠菜的RCA定點突變發(fā)現(xiàn)，Glu取代Gln109位點的突變，導(dǎo)致亞基活化 Rubis co的活性上升，而 ATPase活性下降，說明RCA活化Rubisco的活性和AT P a s e活性并非緊密偶聯(lián)； 用A

28、sp替換Gln109 也能增加活化Rubisco的活性，但用其它氨基酸替換則導(dǎo)致活性下降，說明酸性殘基( 如Glu和 Asp ) 在這一位點上能增加活化 Rubisco的活性。 結(jié)構(gòu)與活性： RCA本身雖然不是ATPase ，但具有ATPase活性。這是因為RCA的兩種亞基結(jié)構(gòu)均含 “ P - 環(huán)”序列 ( phosphate - binding loop ，G-X-X-X-X-G-K-ST) ，P-環(huán)是許多ATPa se具有的核苷酸結(jié)合序列,它能維持酶和ATP上的、 磷酸基團形成的氫鍵，穩(wěn)定ATP水解過程的中間狀態(tài)，因此RCA活化Rubisco依賴于ATP而為A D P抑制。 在菠菜 RCA

29、“ P環(huán)”處對Lys 進行定點誘變，得到的突變體與ATP的結(jié)合能力不及野生型的50，結(jié)果是突變體RCA的總活性下降，這說明Lys169 對于維持RCA活性具有重要作用；菠菜RCA N端的Trp11和隨后的Lys 殘基缺失時，活性幾乎完全喪失，這些殘基定位在酶的表面，RCA有可能在這一區(qū)域與 Rubisco相互作用。 ATPase活性：2、RCA對Rubisco的活化作用 RCA的活性與葉綠體的能荷有密切關(guān)系, 黑暗條件下RCA以失活態(tài)存在, 光照下, 隨著光合磷酸化的進行和ATP的增加, 與ATP的水解相偶聯(lián), 利用所提供的能量進行變構(gòu)形成活化態(tài)RCA, 當(dāng)活化態(tài)RCA 發(fā)生作用后即形成失活態(tài)

30、RCA。RCA催化Rubisco的活化 圖中上部的方框表示Rubisco ，下部的圓餅代表鈍化態(tài)RCA；帶缺口的正方形代表活化態(tài)的RCA。 目前，關(guān)于RCA如何活化RubiSCO的詳細機制尚不清楚，上圖 便是Jensen等提出的R CA作用模式。 已知 CO2 除了作為 Rubisco的底物之外，還具有Rubisco激活劑的功能。Rubisco只有先與作為激活劑的CO2 形成氨甲?；?Rubisco后，才能催化羧化/加氧反應(yīng)；此外，Rubisco在與另一個底物RuBP結(jié)合之前，還必須與 Mg2結(jié)合，才能被完全活化( 圖中步驟 1 ) 。該反應(yīng)還可以自發(fā)地逆轉(zhuǎn)，即氨甲?；腞ubisco能自發(fā)脫

31、掉CO2 ( 去氨甲?；? 和Mg2+ ，重新轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔罨瘧B(tài)( 步驟2 ) 。 然而，問題在于非活化態(tài)的Rubisco還能夠與RuBP結(jié)合，改變其構(gòu)象，形成鈍化態(tài)的終端復(fù)合物( 步驟3 ) ，這種復(fù)合物即不能再被CO2 和Mg2+所活化。 RCA的作用在于與這種鈍化的終端復(fù)合體結(jié)合( 步驟5 ) ，改變其構(gòu)象，使Rubisco與RuBP的結(jié)合變松弛( 步驟6 ) ，并將 RuBP從Rubisco活化區(qū)域解離下來( 步驟7 ) ，空出Rubisco中的CO2和Mg2+ 結(jié)合位點，RCA則轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔罨癄顟B(tài)( 步驟8 ) 。這樣，Rubisco便可以重新被CO2 和Mg2+激活，催化RuBP的羧化/

32、加氧反應(yīng)( 步驟 1 ) 。 至于RCA本身的活化，則需要與AT P的水解相偶聯(lián)，以提供變構(gòu)所需的能量( 步驟4 ) ，這就是RCA自身具有 ATPase活性的原因。也正因為如此 ，RCA的活性與葉綠體的能荷有密切關(guān)系，當(dāng)葉片從黑暗中轉(zhuǎn)移到光照下以后，隨著光合磷酸化的進行和ATP的增加，RCA和RubisCO活性有一個逐漸誘導(dǎo)提高的過程。 Rubisco regulation and its effectors (a) Regulation scheme of Rubisco. Inactive uncarbamylated Rubisco (E) iscarbamylated by addi

33、ng activator CO2 (C) through a slow, rate-etermining reaction to produce the EC form, and then the formis rapidly stabilized byMg2+(M) coordination to forman active ternary complex, ECM. The ECMformbinds the substrate RuBP (R) and reacts with either CO2 in the carboxylation or O2 in the oxygenation

34、reactions of Rubisco,respectively. The E form can also bind RuBP to form the non-catalytic ER complex. The ECM form can bind 2-carboxy-D-arabinitol 1-phosphate (c) to form ECMc in nocturnal conditions. During light illumination, light-regulated Rubisco activase interacts with the ER and ECMc forms a

35、nd releases RuBP and 2-carboxy-D-arabinitol 1-phosphate from the complexes. (b) Chemical structure of NADPH. (c) Chemical structure of 6PG. (d) Chemical structure of 2CABP. 三、Rubisco活化酶、Rubisco與光合作用的關(guān)系 不同環(huán)境條件特別是逆境條件下，作物的光合速率常會下降，Rubisco活性下降是引起光合下降的非氣孔因素之一。 1、溫度和CO2 離體Rubisco保持最高活性的溫度大于50 ，離體 RCA的ATP

36、ase活性最適溫為42 ，但葉內(nèi)Rubisco活性在葉溫超過35 時就會下降。Crafts , Brandner和 Salv uccim研究認為溫度升高到 3 5 - 4 0，RubiSCO活性下降是由于Rubisco失活的速率超過RCA的活化能力，也有可能是影響了RCA和Rubisco的結(jié)合過程，但決不是由于RCA的活性下降；當(dāng)溫度達到并超過42 時，RCA的活性下降，并促進 Rubisco的活性下降。 RCA結(jié)構(gòu)發(fā)生微小變化就會影響與Rubisco的有效結(jié)合。當(dāng)溫度升高到 35 時，植物葉片中RCA從Rubisco活化區(qū)域解離出來，亞基之間相互作用消失，Rubisco活性下降但可以恢復(fù)；

37、Western-blot分析表 明，當(dāng)溫度高于 42 時，RCA展開成單體，這些單體自身或與其它葉綠體蛋白結(jié)合成高分子量的不可溶的聚合體 ，這時Rubisco的活性下降加速且不能逆轉(zhuǎn)； 豌豆和菠菜、擬南芥2種亞基熱穩(wěn)定性和聚集方式相同。 小麥葉片經(jīng) 38 熱脅迫后，RCA的表達量明顯減少，經(jīng)24h緩解后，42 k D亞基數(shù)量增加，同時誘導(dǎo)產(chǎn)生一種新的41k D亞基。盡管C4植物光合的最適溫度比C3植物高，但玉米在葉溫升高超過 38 時的反應(yīng)與小麥相同。 許多植物在熱脅迫下會產(chǎn)生新的 RCA亞基，它和組成型RCA亞基的增加同時發(fā)生，這有可能是光合碳同化的一種適應(yīng)機制 。 有報道都支持 RCA 是

38、一種分子伴侶( molecular chaperone ) 的看法，但后來又遭到反對。不過，RCA雖然不能修復(fù)在體內(nèi)熱變性的Rubisco，但它的許多特征( 包括序列同源性、熱脅迫導(dǎo)致原有亞基增加和誘導(dǎo)新亞基的產(chǎn)生等都與分子伴侶相同。 2、光 光照度是一個重要的生態(tài)因子，Rubisco初始活性是影響光合速率的生理因子。 根據(jù)小麥光合日變化過程中Rubisco活性的變化規(guī)律，認為光合午休過程中，小麥光合磷酸化受阻而使ATP供應(yīng)減少，能荷降低，從而抑制 RCA對Rubisco的活化作用。 RCA對Rubisco 初始活性的調(diào)節(jié)主要發(fā)生在每天早晚及光暗轉(zhuǎn)換的初期，此時鈍化態(tài)Rubisco比較多。蘋果

39、、番茄、大麥和擬南芥中RCA都有明顯 的晝夜節(jié)奏 。 Rubisco的光調(diào)節(jié)是通過RCA起作用的。實驗表明，就基因轉(zhuǎn)錄受光誘導(dǎo)而 言，RCA基因比Rubisco大小亞基基因敏感。 光照度可能通過調(diào)節(jié)基質(zhì)的氧化還原勢，改變Trx.f 對亞基的調(diào)節(jié)作用，從而影響RCA的活性及Rubisco的活性。四、 RCA的基因工程 活化酶基因工程的工作已經(jīng)較深入，rca基因分離、表達、轉(zhuǎn)化等主要工作都已經(jīng)開展 ?，F(xiàn)在人們已經(jīng)克隆了菠菜、擬南芥 、大麥、玉米、水稻 、棉花等植物 rca基因的cDNA，并對轉(zhuǎn)基因( 主要是反義轉(zhuǎn)化) 植株的生理生化性狀進行了研究。 目前，主要采用體外定點突變和轉(zhuǎn)反義基因的技術(shù)，研

40、究植物RCA的結(jié)構(gòu)、功能及其對Rubisco的調(diào)控機制。 e.g: 分別將RCA的亞基或亞基基因轉(zhuǎn)入擬南芥突變體(rca)，結(jié)果表明，只轉(zhuǎn) 亞基或定點突變的 亞基(1個或2個Cys 被Ala代替)時，Rubisco不受光調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn) 亞基或兩者都轉(zhuǎn)的植株則受光調(diào)節(jié)，這證明Rubisco的光調(diào)節(jié)是基于R A的亞基受到氧化調(diào)節(jié)。 擬南芥、煙草、大豆的轉(zhuǎn)反義rca植株，RCA水平和Rubisco活性均下降，同時光合作用減弱，而且煙草轉(zhuǎn)反義rca基因在熱脅迫(42 )下與未經(jīng)熱脅迫的比較， 野生型光合作用幾乎完全能恢復(fù)，而轉(zhuǎn)基因植株則恢復(fù)很少。 五、 展望 從發(fā)現(xiàn)RCA至今,廣大研究者對其分子特性和調(diào)控機

41、理的認識已取得了重大進展。今后,RCA研究的主要方向為:利用基因工程技術(shù)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)技術(shù), 通過突變體(點突變)和轉(zhuǎn)反義RCA 技術(shù)研究RCA 亞基間相互作用、RCA 的活化機制、對Rubisco的調(diào)節(jié)機制以及RCA結(jié)構(gòu)中氨基酸殘基和結(jié)構(gòu)域?qū)ζ涔δ艿呢暙I,以完善RCA作用的分子基礎(chǔ)。 隨著全球氣候變化, 異常高溫經(jīng)常出現(xiàn), 關(guān)于溫度尤其是高溫對RCA調(diào)節(jié)Rubisco活性影響的研究將顯得更有實際意義, 將人工改造的具有更高熱穩(wěn)定性的RCA 基因?qū)胫参? 提高RCA 活性與熱穩(wěn)定性, 最終提高植物光合作用速率與效率將會是可行的策略。第三章 光合機構(gòu)對環(huán)境的響應(yīng)和適應(yīng) 光合機構(gòu)對環(huán)境的

42、響應(yīng)合適應(yīng)，是目前光合作用研究中的一個熱點，它不僅涉及光合機構(gòu)的調(diào)節(jié)控制，而且關(guān)系到作物的光合性能和生產(chǎn)能力，以及農(nóng)業(yè)、環(huán)境等一系列重大問題。 在植物的進化過程中，光合作用機構(gòu)也在不斷進化。從細菌光合到植物光合就是一個重大進步。但這不意味著光合功能就此穩(wěn)定下來一成不變了。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)，從水域到陸地，從寒冷的極圈到炎熱的赤道，從泥濘的沼澤到荒涼的沙漠，都可以發(fā)現(xiàn)靠自身光合作用而生存的植物，便會知道光合作用這一植物的基本功能是多么善于適應(yīng)環(huán)境的變化啊！ 適應(yīng)（adaptation）: 在長期（幾天、幾周、幾個月）變化了的環(huán)境中光合機構(gòu)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上的變化。 響應(yīng)（response）：在短期（最

43、多幾小時）變化的環(huán)境中，光合功能的變化。 但有時二者難以嚴格區(qū)分。一、光照（一）植物光合機構(gòu)對光照條件的適應(yīng)陰生植物與陽生植物光合機構(gòu)比較 部位參數(shù)陽生植物陰生植物葉綠體體積正常偏大基粒類囊體多少chla/chlb高低葉片厚度厚薄氣孔密度大小柵欄組織/海綿組織高低光合速率、光補償點、光飽和點高低整體R/T大小（二）植物光合機構(gòu)對光照條件的響應(yīng) 短時間內(nèi)光強的改變，光合機構(gòu)具有一定的調(diào)節(jié)功能： 1、酶活性變化：激活或失活（如C3途徑中的光調(diào)節(jié)酶：RuBP羧化酶、NADP-磷酸甘油醛脫氫酶、SBP酯酶、FBP酯酶、Ru5P激酶。） 2、類囊體垛疊程度改變 3、葉綠體運動 4、葉片伸展角度改變 但這

44、些調(diào)節(jié)是有一定限度的，當(dāng)光強突然增加，植物來不及調(diào)節(jié)適應(yīng)時，便會引起光抑制或光破壞。（三）強光對植物光合作用的影響光抑制1、光抑制現(xiàn)象 photoinhibition: 植物的光合機構(gòu)所接受的光能超過光合作用所能利用的數(shù)量時，光合功能降低的現(xiàn)象。（1）光抑制的基本特征 A量子效率下降 B光飽和光合速率下降 CPS2電子傳遞效率下降 其中，量子效率是用來測定光抑制程度的較好指標(biāo)。 葡萄（Vitis vinifera）：光強和量子效率日變化凌霄花（Campsis grandiflora):光強和量子效率日變化（2）植物對光抑制的敏感性 受植物遺傳因素和環(huán)境條件影響。 陰生植物比陽生植物敏感 C3植

45、物比C4植物敏感 當(dāng)高溫、低溫、干旱、營養(yǎng)不足等脅迫因素存在時，植物對光抑制的敏感性增加。原因： 逆境下不利于光合作用進行，光能過剩程度加大； 不利于光脅迫破壞的修復(fù)。2、光抑制的機理（1）光合機構(gòu)的破壞 部位：PSII反應(yīng)中心。按其發(fā)生的原初部位可分為： 受體側(cè)光抑制： 常起始于還原型QA的積累。還原型QA的積累促使三線態(tài)P680(P680T)的形成，而P680T可以與氧作用(P680T +O2P680 + 1O2)形成單線態(tài)氧(1O2)； 供體側(cè)光抑制： 起始于水氧化受阻。由于放氧復(fù)合體不能很快把電子傳遞給反應(yīng)中心，從而延長了氧化型P680(P680+)的存在時間。 680+和1O2都是強

46、氧化劑，如不及時消除，它們都可以氧化破壞附近的葉綠素和D1蛋白，從而使光合器官損傷，光合活性下降。 Mechanism of the photoinhibition of PSII. (a) The acceptor-side photoinhibition of PSII. (b) The donor-side photoinhibition of PSII. In the acceptor-side photoinhibition, excess illumination with visible light induces 1O2, which damages the D1 protei

47、n, whilein the donor-side photoinhibition, the cationic radicals formed at the donor side of PSII by the illumination damage the D1 protein.The fate of the light- or heat-damaged D1 protein.The fate of the light- or heat-damaged D1 protein. The PSIIcomplexes are enriched in the grana and present as

48、dimers. Whensubjected to light or heat stress, the PSII complexes suffer damageand are converted to a monomeric form. The damaged PSIIcomplexes migrate from the grana to the stroma thylakoids, andunstacking of the thylakoids may facilitate the diffusion of the proteincomplexes on the thylakoid membr

49、anes. The D1 protein in the PSIIcomplex is phosphorylated before the stress, but is dephosphorylatedwhen light or heat stress is applied. Phosphatases in the stromathylakoids are responsible for the dephosphorylation of the D1protein. The dephosphorylated D1 protein is recognized by FtsHproteases an

50、d degraded. By contrast, the PSII complexes that are located in the grana core and are not dephosphorylated formaggregates with the nearby polypeptides such as D2 and CP43.Accumulation of such protein aggregates leads to the dysfunction ofPSII. FtsH is also found in the grana (Komayama et al. 2007)

51、and istentatively depicted as a monomer （2）活性氧的破壞作用 通過Mehler反應(yīng)生成的活性氧，如果可被及時清除，則有防護作用；但是，如果不能被及時清除，會對葉綠體的膜蛋白、膜脂造成破壞。 （3）熱耗散的增加 這是一種不發(fā)生光合機構(gòu)破壞的光抑制。量子效率的降低是由于天線色素或反應(yīng)中心激發(fā)態(tài)葉綠素?zé)岷纳⒌脑黾右鸬?，反?yīng)中心復(fù)合體并不受到破壞。 這實際上也是一種對光合機構(gòu)的保護機理。3、光抑制后光合功能的恢復(fù) 光抑制引起的破壞與自身的修復(fù)過程是同時發(fā)生的，兩個相反過程的相對速率決定光抑制程度和對光抑制的忍耐性。 當(dāng)光抑制不太嚴重時，回到非脅迫條件下，幾分

52、鐘到幾個小時，光合功能可以恢復(fù)。光抑制嚴重時，則難以恢復(fù)。 研究表明，恢復(fù)光合功能，需要對光破壞部位的修復(fù)。這種修復(fù)需要從膜上去掉被破壞的部分，并用新的取而代之。研究表明，修復(fù)需要D1蛋白(QB蛋白)的從頭合成。 實驗證據(jù)：已知D1蛋白是由葉綠體基因(PsbA)編碼，并在葉綠體內(nèi)合成的蛋白質(zhì)。采用氯霉素（chloramphenicol）,一種葉綠體蛋白質(zhì)合成抑制劑處理，可以加劇光抑制，并且抑制恢復(fù)過程。 而采用環(huán)己亞胺（cycloheximide）,一種細胞質(zhì)蛋白質(zhì)合成抑制劑處理，不加劇光抑制，也不妨礙恢復(fù)過程。 此外，還有實驗證明，D1蛋白的合成需要有穩(wěn)定的mRNA庫，即：要以已經(jīng)存在mRN

53、A位模板，而不是從轉(zhuǎn)錄開始的。其實驗證據(jù)是： 采用利富平（rifampicin），一種質(zhì)體中的轉(zhuǎn)錄抑制劑處理，既不加劇光抑制，也不妨礙修復(fù)。 光合機構(gòu)的修復(fù)需要弱光和合適的溫度，以及維持適度的光合速率4、光抑制破壞的防御（1）減少光能吸收，增加光能利用能力（減輕過剩程度） 形態(tài)學(xué)變化：如強光下葉片變小、變厚，天線色素減少。（減少吸收） 提高電子傳遞與碳同化能力（增加利用能力） 葉片運動：改變?nèi)肷涔獾慕嵌?葉綠體運動：以窄面對著陽光，減少吸收（2）通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換，向PSI分配較多能量 高等植物的兩個光系統(tǒng)，既在空間上獨立，又在功能上相互聯(lián)系，它們串聯(lián)起來，才能完成Z鏈傳遞。任何一個系統(tǒng)效率降低，都

54、會導(dǎo)致整個光合效率的降低。因此，必需存在一套調(diào)節(jié)激發(fā)能分配的機制，來保證光合作用能夠高效進行，并且對環(huán)境變化作出響應(yīng)和適應(yīng)。 兩種光能分配狀態(tài)： 狀態(tài)I：激發(fā)能向PSII分配增加的狀態(tài)。（如用700nm，主要被PSI吸收的光照射小球藻，吸收的激發(fā)能向PSII分配比例增加） 狀態(tài)II：激發(fā)能向PSI分配增加的狀態(tài)。（如用650nm，主要被PSII吸收的光照射小球藻，吸收的激發(fā)能向PSI分配比例增加）。 機理天線移動假說： 當(dāng)LHCII磷酸化，誘導(dǎo)狀態(tài)II，激發(fā)能向PSI分配增加； 當(dāng)LHCII脫磷酸化，誘導(dǎo)狀態(tài)I，激發(fā)能向PSII分配增加。 強光下，LHCII磷酸化后，便從PSII分布的基粒類囊

55、體的垛疊區(qū)，向PSI分布的非垛疊區(qū)移動，擴大了PSI的捕光面積，使吸收的光能更多的向PSI分配。這樣，就對比較脆弱的PSII形成一種保護。 通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換來猝滅的程度，常用qT表示。 （3）圍繞PSII的電子循環(huán) Heber等1979年根據(jù)cytb559與PSII結(jié)合的特點及其氧化還原特性，提出了可能存在通過cytb559的圍繞PSII的電子循環(huán)傳遞，并認為這種循環(huán)可以保護PSII不受過量光的傷害。 Falkowski(1986)、Thompson(1988)等用生理學(xué)和物理學(xué)方法，證實了之一循環(huán)的存在。此循環(huán)是由醌提供電子給cytb559,后者把電子傳給chlz（聯(lián)接天線和PSII反應(yīng)中心的輔

56、助葉綠素），chlz再把電子傳給P680。 電子是從QB經(jīng)Cytb559，然后再回到P680。即： P680PheoQAQBCytb559ChlzP680 也有實驗指出PS中環(huán)式電子傳遞為： P680 Cytb559 Pheo P680 Falkowski估算，在飽和光照下，又15的電子走這條循環(huán)傳遞途徑。 此外，在光能過剩的情況下，圍繞PSI的循環(huán)電子傳遞，也可對PSII提供有效的保護。（4）形成跨膜質(zhì)子梯度類囊體膜能量化（類囊體腔酸化） 葉綠體在光下，由于水的裂解和跨膜質(zhì)子交換，在類囊體膜兩側(cè)可以產(chǎn)生高達3個pH梯度的質(zhì)子差，這種狀態(tài)叫做膜的能量化。 光合磷酸化所必需 耗散過量光能：這是保

57、護光合機構(gòu)免受光氧化破壞的重要機制，被稱為能量猝滅（qE），其程度常用chla的熒光參數(shù)NPQ來度量。 其機理是： 降低1chl的壽命，從而減少PSII反應(yīng)中心和LHCII中1O2的產(chǎn)生； 阻止類囊體膜的過度酸化和長壽命P680的產(chǎn)生； 降低PSI將O2還原為O2.的速率。 形成跨膜pH梯度，導(dǎo)致LHCII構(gòu)象變化，增加了chl之間、chl與葉黃素之間的相互作用，促進葉黃素循環(huán)，從而促進了猝滅作用。（5）葉黃素循環(huán) Yamamoto等（1962）報道了植物體內(nèi)存在著葉黃素循環(huán)，但其功能一直不清楚。直到1990年，Demmmig-Adams等，證明了這一循環(huán)與類囊體膜的能量化一起，共同調(diào)節(jié)能量耗

58、散過程。 葉黃素循環(huán)是指葉黃素的三個組分依光照及其它條件的改變而相互轉(zhuǎn)化。 當(dāng)出現(xiàn)過剩光能時，紫黃質(zhì)便會在環(huán)氧化酶的作用下，通過中間體環(huán)氧玉米黃質(zhì)轉(zhuǎn)化為去環(huán)氧的玉米黃質(zhì)。此過程為葉黃素循環(huán)的去環(huán)氧化。玉米黃質(zhì)可直接猝滅激發(fā)態(tài)葉綠素或通過改變類囊體膜的流動性及促進PS的LHC聚集來增加非輻射能量耗散。當(dāng)光能不再過剩時，則向相反的方向轉(zhuǎn)化，結(jié)果玉米黃質(zhì)減少，紫黃質(zhì)增加。非輻射能量耗散的增加不可避免地導(dǎo)致光能轉(zhuǎn)化效率的下降，但它卻能減輕甚至避免過剩光能對光合機構(gòu)的破壞，因此這種光抑制被認為是光合機構(gòu)為適應(yīng)強光所付出的必要代價，被稱為光合作用的下調(diào)（down regulation）。 高光強，低pH(

59、6.5),玉米黃質(zhì)環(huán)氧化酶 葉黃素循環(huán) 耗能機理：玉米黃質(zhì)是類胡蘿卜素的一種，各種類胡蘿卜素的單線態(tài)的能量高低，取決于其分子中共軛雙鍵的多少，共軛雙鍵多，則其單線態(tài)能量低。 紫黃質(zhì)（Vio） 環(huán)氧玉米黃質(zhì) 玉米黃質(zhì)共軛雙鍵： 9個 10個 11個能量： 高 中 低 葉黃素循環(huán)受底物抗壞血酸(AsA)的調(diào)節(jié)，被低濃度DTT特異抑制。 目前，人們常用antherxanthin+Zea /Vio+antherxanthin+Zea比值，來表示有機體中的脫環(huán)氧化狀態(tài)。（6）PSII的異質(zhì)化和反應(yīng)中心的失活周轉(zhuǎn) 近幾年的研究表明，植物體內(nèi)PSII反應(yīng)中心不是均一的，具有異質(zhì)性（多樣性），這些不同狀態(tài)的反

60、應(yīng)中心和PSII的失活周轉(zhuǎn)共同參與了過量能量的耗散。 PSII非均一性： PSIIQB-reducing: 可還原中心，具有電子傳遞能力，占7580?？呻S光強而變化。強光時減少，弱光時增多。 PSIIQB-nonreducing: 不可還原中心，不具有電子傳遞能力，即不能進行QAQB間的電子傳遞。占2025?？呻S光強而變化。強光時增多，弱光時減少。 目前認為，類囊體中存在一些無活性的PSII，不能進行QAQB間的電子傳遞，但它與周圍有活性的PSII有很好的連接，主要行使熱耗散功能，在過量光解除后，一部分失活的PSII可以復(fù)活。（7）光呼吸 C3植物的光呼吸具有很高的能量需求，可以耗去很多能量，