不同海拔珠芽蓼类囊体膜光系统复合物结构与功能的适应机理

西部地区是中国高山植物的主要分布地区，研究高山植物对高山环境光合适应的机理，对西部地区高山资源的保护利用和推动抗逆农业的发展具有重要意义。本研究选取我国西部天山乌鲁木齐河源区不同海拔的高山植物珠芽蓼叶片，通过叶绿素荧光参数、叶黄素循环活性和D1蛋白周转代谢速率，结合波谱测定LHCII色素和蛋白构象以及D1蛋白结构变化，探索PSII光保护机制；通过蓝绿温和胶电泳结合SDS-PAGE 和Western blot技术研究PSII和PSI色素蛋白复合体结构及捕光天线蛋白LHCII、CP43、CP47、LHCI和反应中心蛋白D1、PsaA/B变化，结合电子传递活性与PSII和PSI结构和功能的相关性，探索PSII和PSI光抑制程度以及PSI的降解方式。这些研究旨在阐明珠芽蓼类囊体膜光系统结构和功能对高山环境的适应机理,为深入揭示高山植物光合作用的逆境适应机理提供理论依据。

本研究项目基本上按照课题计划书有序进行，完成了规定的任务，达到了预期目标。通过测定三个不同海拔珠芽蓼叶片色素含量，叶黄素循环活性及光系统关键蛋白基因表达，叶绿素荧光参数以及电子传递活性，研究了随海拔升高PSII的光保护机制及功能变化。通过检测不同海拔珠芽蓼叶片类囊体膜光系统蛋白复合物聚合状态及主要蛋白亚基D1,D2,PasA/B,LHCII,LHCI含量变化，结合电子传递活性与PSII和PSI结构与功能的相关性，探索了PSII和PSI光抑制程度。我们将PSII的研究侧重点作了适当调整，消减了波普测定LHCII色素蛋白构相以及D1蛋白结构和代谢周转研究，增加了叶片解剖及叶绿体超微结构及次级代谢产物分析的研究。研究阐明了随海拔增加，高山植物珠芽蓼类囊体PSII和PSI的结构与功能变化，揭示了高山植物珠芽蓼光合作用逆境适应机理。主要结果如下：.1、随海拔升高，叶绿素总含量及叶绿素b含量降低，而叶绿素a/b，类胡萝卜素/叶绿素增加。Fv/Fm维持稳定，在3900米处有所降低，然后有所降低，NPQ显著升高。叶黄素循环库的含量增加，叶黄素循环活性增强。. 2、随海拔升高，PSII 超级复合体逐渐解聚，变为单体，CP43亚基缺失。LHCII的三聚体逐渐解聚。PSI复合体部分解聚，亚复合体出现。.3、随海拔升高，D1，D2 蛋白含量稳定，在3900米处有所降低。PsaA/B 蛋白含量逐渐降低。LHCII和LHCI蛋白含量随海拔升高而降低，但是后者降低的更显著。D1蛋白基因的转录丰度几乎未发生明显变化，而LHCII蛋白基因的转录明显降低。.4、随海拔升高，光合全链电子传递活性逐渐降低，光能的分配更加趋向于PSII，PSI较PSII的光抑制程度更加严重。.5、随着海拔升高，叶肉细胞的排列更加紧密，细胞间隙增大，叶绿体类囊体数目减少，基粒片层之间的间隙增大，类囊体膜降解。脯氨酸，可溶性糖，多糖和简单酚含量增加，单宁酸含量随海拔升高减少。.研究结果表明，除了光合器官形态上的适应外，光合机构内部分次级代谢产物的抗氧化保护及叶黄素循环依赖的热耗散，PSII超级复合体及LHCII三聚体的解聚减少了对光能的吸收，进一步保护了PSII反应中心。这些协同保护机制可能作为类囊体膜光合作用逆境适应机制，使植物度过极端环境胁迫。这些结果为深入揭示高山植物光合作用的逆境适应机理提供理论依据。.