光质对光敏核不育水稻叶绿素蛋白复合体的影响.pdf

占 j 第 1 4卷 第 3期 1 9 9,5年6月 华中农业大学学报 J o u m a o f Hu a z h o n g Ag r i c u l t u r a l Un i v e r s i t y Vo】_l 4 No3 J u n e 1 9 9 o 光质对光敏核不 育水稻 叶绿 素 蛋 白复合体 的影 响 丝堂 _ _ 一 一 (”华 中农 业 大学土化 系 武汉 4 3 0 0 7 0；华中农 业 大学农 学系，武汉 4 3 0 0 7 0)摘 要在 光敏 核 不育 水 稻(P GMR)农 垦 5 8 s光 敏 感期 内进 行 暗期 光 间断(R、R+F R、R+F R 十R)以及 暗期 无 间断(s D)处 理后，采 用 S D S 一 聚丙烯 酰胺 凝胺 电泳 方法，从 5 8 s的 叶绿 体 内分 离 出 6条 色 素带 依 其迁 移率 分别命 名 为 CP I L HCP 、CP a、L HCP C P a 、F C。经 R和 R+F R+R 间 断 暗期后，C P a 的吸 收峰 只有 痕迹，而 R+F R 和 S D处理，CP a 的吸 收峰 很 明显。在 同样条 件下，农垦 5 8无论 用何 种 光质 间断 暗期都 没有 出现 C P a 。因此，认 为CP a 是与 育性 表达 有关 并受 光敏 色素 调 节 的 叶绿 素蛋 白复合 体 R间 断暗期 后，CP a的 吸收峰 明显 偏 向短波光 L HCt“、L HC P 的吸 收光谱 在红 区和 蓝 区均为 双 峰 曲线 表 明其 叶绿 素 b含量 较高。、关 键 词 光 敏 核 不 育 !整P G M R)；雀 墼 鱼 塞 j 壁 塞 自 塞 盒 琏 袭 各 俄而 中图法 分娄 号S 5 1 1 1 0 1 光通 过光敏色素蛋白作 为受 体对植物 的光形态 建成起调节控制作用。古 谷雅 树 曾列 举了 2 0 0多种受光敏色素调控的生理过程，它们具有典型的R F R逆转效应现象，其中包括叶 绿素的含 量及叶绿素 a、b的生物合成。我们 曾反复研究过光敏色素对 P GMR农垦 5 8 s育性转 换的调控 作用及光敏色素的分离纯化 。光敏色素是否也参与了 P G MR农垦 5 8 s叶绿 素蛋 白复合体的建成未见报道。本文探讨 了不同光质通过光敏色素对 P GMR叶绿素蛋白复合体的 组成及吸收光谱特性的影 响。1 材料与方法 1，1 试验材料 P GMR农垦 5 8 s和农垦 5 8的种子经消毒、浸种，催芽育秧 后分别移栽于钵中。6叶期开始 短 日处理，每 日光照 1 0 h，暗期 1 4 h。当幼穗发育到第二 次枝梗 及颖花 原基分化期时开 始暗期 光 间断处理，至花粉母细胞减数分裂后期(剑叶抽出 2 4 c m)停止光 间断和短 日处理。随即取 剑叶及倒数第 2叶作为提取分 离叶绿 素蛋 白复合体 的材料。1，2光 间断处理 用检验 光敏色 素的经 典方法，即用红光(R)和远红光(FR)的逆 转效应，进行 了 R、R+FR、R+F R+R 暗期间断，以及暗期无 间断(S D)4种处理。光源见 文献 6 。收 稿 日期；1 9 9 4 1 1-2 8 *国家 自摅科 学基金 资助项 目 伍素辉，女 1 9 3 7 年生 j 教授工作单位：华中农业大学土化系 武汉 4 3 0 0 7 0 维普资讯 http:/ 第 3 期 伍 嘉辉 等：光 质对 光敏 棱 不育 水 稻叶 绿素 蛋 白复合 体 的影 响 2 2 7 1 3 叶绿体 的制备 参照文献 7 并稍加修改。1 4 S D S 一 聚丙烯酰胺凝胶 电泳 具 体方法参 照文献 7 并稍加修 改 1 5 光谱 分析 电泳后 凝胶上 的色带用 IE I 本 岛津 CS 一 9 1 0型双 波长薄层 层 析扫描 仪进行 原位 扫描，并测 定其 吸收光 谱。2 结 果与分析 2 1 光质与叶绿素蛋白复合体的种类 在本实验条件下，4种处理都可以使农垦 5 8 s 分离出 6 条含叶绿紊的带 其中 5 条为叶绿 紊蛋 白复 合体，一条 为游离色 素。根 据其 电泳 迁移率从慢 到快 分别命 名为 CP I、L HCP 、C P a、L HC P 2 C P a 、F C(图 1)。C P I 为苹果绿 色；LHC P 、LHC P 为黄绿色；C P a、C P a 呈绿 色；F c绿 黄色。将其 凝胶柱 在 6 6 2 n m 进行 光密度原 位扫 描，结果 显示：农 垦 5 8 s经不 同光质 处理 后，叶 绿紊蛋 白复合体 的组成成分 及其 含量有很 大的 差异(图 2)。经 R、R+F R+R 暗期 间断后，叶 绿紊蛋 白复合体 中 C P a 只有痕迹，而其 它色素 带 的吸收峰则 比 R+F R 和 S D处理 明显增 高 但是在经 R+F R和 S D处理后，可见到 C P a 有 一个 明 显 的小 峰。从 同一 个 光 处 理 来 看，在 6 6 2 n m和 4 2 0 i l m 扫描 出现 的规 律基 本相 同，只 是在 4 2 0 n m 的 吸收峰(图 略)比 6 6 2 n m 时 R R F R R F R R S D 高得多，说 明叶绿紊蛋 白复合物除含 叶绿紊外，圈 1 农量 5 8 s 叶缘素蛋白复合体的s D s _ 尸 G E柱 还含有较多 的类 胡萝 紊。以 R 和 F R 结尾 的 F i g 1 S D S-P A G E c o l u m o f c h l o r o p h，I I-p r o t e i n 暗期间断对叶绿紊蛋白复合体产生的影响可以 t o m p l e x o f N o n g k e n$8 s 相互 逆转，这 表明光 敏色 素参 与 了农 垦 5 8 s叶 1 t c P I|2：L H C P|3：C P a I 4：L H C P。，5：绿紊蛋 白复 合体的合成调节。P d I t F c 以下同T h e a。w s)在同样条件下，农垦 5 8无论在何种光质间断暗期下，都没有出现 C P a 。而经R和 R+F R +R处理 的，C P I 峰值 比R+F R和 S D 处理 明显地增 高(图 3)。在 6 6 2 n m 扫描 时 R和 R+F R +R处理 C P I 的峰值分别 占总吸收量的 1 3 8 7 和 1 2 5 O ；而 R+F R和 S D只占 5 0 9 和 5 2 0 。在 4 2 0 n m 扫描 时(图 略)，前 两 处理 分 别 为 1 2 3 9 和 1 0 1 O ，而 后 两处 理 只有 4 0 6 和 5 6 0 。R和 FR对 C P I的这种影 响是 可逆 的 这 表明，光敏色素参与 了农 垦 5 8 CP I 的合成调 节。2 2 光质与叶绿素蛋白复合体的吸收光谱 对农垦 5 8 s 凝胶柱 上 C P I、L HC P 、C P a、L HC P。等 4条明显的色素带从 7 2 0n m 至 4 O 0n m 进行 吸收光 谱扫描，从它们在红 区和蓝区的吸收峰可以看 出(图 4)，各 处理 C P I在红 区的 吸收 峰为 6 6 7 6 7 0 n m，在蓝区的为 4 3 0 4 3 3 1 2 m，为一单峰 曲线。从 它们的 电泳迁移率和 吸收光 维普资讯 http:/ 2 2 8 华 中农业 大 学 学报 第 1 4卷 固 2 农 垦 5 8 搴凝 胶柱 在 6 6 2 n m 下 的光 密度 扫描 Fi g 2 Phot o de ns i t o m e t r y s c a nni ng a t 662 nm o f PAGE ge l of No ngk en 58s 图 3 农 垦 5 8凝 胺 柱在 6 6 2 n m 下 的光 密度 扫描 Phot o den si t omet r y s c a nni n g a l 662 nm o f PAGE ge l o f Nong ke n 58 =兰 4 J_ R“维普资讯 http:/ 第 3期 伍 素 辉等：光质 对 光敏棱 不 育水稻 叶绿 素蛋 白复 合体 的影 响 2 2 9 图 4农 垦 5 e s叶 绿素 蛋 白复 台体 的 吸收 光谱 F i g 4 A b s o r b a n c e s p e c t r a o f l a l o r o o h y l l-p r o t e l n c 0 m p】e x e s o f N o n g k e n$8 s 谱来看，与李桐柱等 1 及 T h o r n b e r 等 报道的P o。一 叶绿素 a蛋白复合体相似，它主要含叶绿 素 a和类胡萝 b素。CP a的 吸收 光谱，R 间断暗期后(图 4 a)无 论在 红 区或蓝 区都 明显 地 向短波段偏 移，在红 区的吸收峰为 6 6 0 n m，蓝 区为 4 2 3 n m R+F R 和 S D处理 CP a的吸收峰与 C P I 相近。也是单 峰曲线。从它们的 电泳迁 移率 和吸收峰 的特 点判 断，与郝 遁斌等、An d e r s o n等 的 C P a带 相似，是属于 P 叶绿紊 a有关 的蛋 白复合体。主要含叶绿紊 a，亦含有类胡萝 素。从 图 4还 可看 出，R处理下，CP a在红 区和蓝 区的吸收峰均高于 L HC P ，而 S D处理 C P a在两 区均低 于 L H C P ，这说明R处理促进了叶绿紊a和类胡萝 b 素的合成。L H C P ，L H C P 的吸收光谱无论 何 种处理 在红区和蓝 区均为双 峰曲线 R及 R+F R 在红 区的吸收峰位于 6 7 0 n m，在6 5 2 n m有 一个肩。在 蓝区有两个 吸收峰，较大 的峰位于 4 3 3 n m，较 小的峰位 于 4 6 5 n m。S D 处理与 R 和 R+F R处理相 比，在红 区和蓝 区的吸收峰偏 向短波段，在 红区为 6 6 3 n m 和 6 4 5 I2 m；在蓝 区为 4 2 8 i l l 和 4 6 0 n m，而且小峰较 R 处理高。它们的吸收光谱特性表明含有叶绿紊 a和 b及类胡 萝 b 素。其中S D处理叶绿素 b的含量较 R处理高。L H C P 和 L H C P 的吸收光谱表明，它们 属于聚光叶绿素 a b蛋 白复合体。3 讨论 农垦 5 8 s的叶绿体 内存在 C P a ，它位于 L H C P 之后，F 之前，与郝遥斌等 的 C P a 相 同，是 属于与 P 。有关的叶绿紊蛋 白复合体。在 R 问断暗期条 件下 表达很 弱，在、F R 间断暗期 和 S D条件下表达 明显 王志强等嘲和毕学知等m 发现在农星 5 8 s 育性转换敏感期，叶片中出现的特异蛋白质与 育性转换的基 因表达有关。王 台等m 发现 在农 垦 5 8 s叶片叶绿体 内有 2 个特异 蛋白质点，而农 维普资讯 http:/ 2 3 0 华 中农 业 大学 学报 第】4卷 垦 5 8没有。并推测 这 2个特异蛋 白可能参 与了育性 转换 的调节。这些事实说 明农垦 5 8 s作 为 农垦 5 8的突变体，出现了特异蛋 白作 为基本 表达 的稳定产物是 确实存在的。那么本试验 中农 垦 5 8 s叶绿体 中的 C P a 与这 些特异蛋 白的出现有什，厶内在 联系?尚待进 步研究。1童哲 2李合 生 4 2 6 1 3李台 生 3 9 8 4李台生 参考文献 光形态建成植物生理生化进展(第五期 北京 科学 出版杜1 9 8 7 9 8 1 1 2 光敏色素与光形态建成见肖翊华主编 光敏桩不育水稻的光周期硬其生理学武汉 武汉太学出版社1 9 9 3 卢世峰期北光敏感棱不育水稻育性转换与光敏色素相关性的韧步研究华中农业太学学报1 9 8 7 6(4)：3 9 7 陈 吉平，卢 世 峰等暗期 光 间断 中光质 对湖北 光敏感 桩 育水稻育 性转换 的影 响湖 北农业 科学1 9 9 0 t 1：3 5 李台生，李荣伟 伍亲辉 湖北光敏感棱不育水稻黄化芽中光敏色素的提纯 华中农业 太学学报1 9 9 1 1 0(2 ：1 4 5 1 5 0 6 伍亲辉，郭良发，吴汉北等暗期光间断对光敏棱不育水稻生育特性及生理代谢的影响 见 肖翊华主编光敏按不育水 稻的 光周期 厦 其生 理学 武设武覆 大学 出版 社1 9 9 3 1 4 1 1 4 9 7 储钟稀，许春辉 毛大璋等 植物叶绿亲一 蛋白质复台 物的研究【阳生植物向日葵 阴生植物叶兰的叶绿亲一 蛋白质复 合物植物 生理学报1 9 8 0 6(2)：1 6 3 1 7 1 8 郝适斌 李桐柱 林世青等叶绿体膜的结构与功能 小麦囊状体膜上光系统 I 反应中心复合体的探讨植物生理学 报1 9 8 1 7(2)1 2 9 1 3 9 9 王志强 肖翊华 刘文芳光周期诱导的光敏棱不育水稻农垦 5 8 s叶蛋白变化及其效应研究遗传1 9 9 1 1 3(5 ：1 3 1 0毕 学知肖翊华 刘 文芳P GMR育性 转换 敏感期 叶 片蛋 白质的 理向 电泳研究-见肖翊华 主编光敏 棱不育 水稻 的光 周期 及其 生理 学武 汉：武汉 太学 出版 社1 9 9 3 9 3 1 0 2 1 1 王台 童哲光周期敏感棱不育水稻叶晕体的特异性蛋白质，植物学报 1 9 9 2 3 1(6)4 2 6 4 3 1 1 2 李桐柱 郝曾斌 娄世庆等 叶绿体碘的结构与功能 小麦叶姆体囊状体膜的叶绿亲置白复台体 植物学报1 9 8 0，2 2 (4)3 9 O 39 4 l 3 An de r s o n J M W a l d on J C Thor a e S W Chl o r op h yl l p r ot e i n c omp e x e 0f s p i n a c h a n d ha r l e y t h y l a k o i ds s p e c t r a l c h a r a e t e r i t i o n o f s i x c o n l e x e s r e s o l v e d b y H 丌i mp r o v e d e e t r o p h o e t i c p r o c e d u r e F EB S t t e s 1 9 7 8 9 2：2 2 7 2 3 3 1 4 Th or nb e t J P Ma r k we J PRe i nma m S P 1 a fl T c h l ot o p hy 一 p r ot ei n c o mp e x：e c e nt a d v a n c e s Ph o c c he m Ph o t o bi o】1 9 7 9 29-1 2 0 5 1 21 6 维普资讯 http:/ I 第 3期 伍案辉等：光质对光敏核不育水稻叶绿素蛋白复合体的影响 Z 3 1 EFFECTS 0F DI FFERENT LI GH T ON CHLOROPHYLL PROTEI N C0M PLEXES 0F PH0T0PER1 0D SENSI TI VE GENI C M ALE S TERI LE RI CE(PGM R)W u S h u h u i Li He s h e n g (H t a z h o n g Ag r i c u l t u r a l Un i v e r s i t y，Wuh a n 4 3 0 0 7 0)ABS TRACT P GM R No n g k e n 5 8 s wa s t r e a t e d wi t h l i g h t i n t e r r u p t e d d a r k p e r i o d(R，R+FR R+FR+R)a n d S D d u r i n g i t s l i g h t s e n s i t i v e p e r i o d S i x c h l o r o p hy l l c o n t a i n i n g b a n d s we r e s e p a r a t e d f r o m c h l o r o p l u s t s i n t h e t r e a t e d No n g k e n 5 8 s t h r o u g h S DS p o l y a c r y l a m i d e g e l e l e c t r o p h o r e s i s Th o s e b a n d s we r e s e p a r a t e l y d e s i g n a t e d，a c c o r d i n g t o t h e i r e l e c t r o p h o r e t i c mo bi l i t e s，a s CPI，L HCP1，CPa，LHCP CPa a n d FCTh e a b s o r p t i o n p e a k o l CP a c o u l d h a t d l y b e d e t e c t e d wh e n i n t e r r u p t e d b y R a n d R+FR+RHo we v e r，i t wa s s i g n i i c a n t i f t r e a t e d wi t h R+FR a nd S DOn t h e o t h e r h a n d，CP a c o u l d n ot b e s e p a r a t e d f r o m No n g k e n 5 8 o n t h e s a me c o n d i t i o nS o i t mi g h t b e c o n c l u d e d t h a t CP a wa s t h e c h l o r o p h y l l p r o t e i n c o mp l e x e s wh i c h wa s p r o b a b l y e o n t r o l e d b y p h y t o c h r o me a n d r e l a t e d t o t e r t d i t y Th e a b s o r pt i o n p e a k o f CPa a pp a r e n t l y t e n d e d t o s h o r t wa v e s Th e s p e c t r a o f b o t h L HCP a n d L HCP2 we r e d o u b l e p e a k c u r v e s i n r e d a n d b l ue r e g i o n s Th i s wa s p r o b a b l y b e c a u s e o f t h e h i g he r c o n c e n t r a t i o n o f c h l o r o p h yl Nb KEY W ORDS p h o t o p e r i o d s e n s i t i v e g e n i c ma l e s t e r i l e r i c e(PGM R)p h y t o c h r o me I c h l o r o p h y l 1 p r o t e i n c o mp l e x e s 维普资讯 http:/