納米氧化鈦促進(jìn)光合碳同化作用的機(jī)制研究.pdf

1、鑒于納米氧化鈦的光催化特性，我們?cè)芯孔C實(shí)這種光催化特性與菠菜的光合作用有密切關(guān)系，不僅能明顯促進(jìn)光能的吸收、光能轉(zhuǎn)換為電能及活躍的化學(xué)能，還能促進(jìn)CO<,2>的同化，但對(duì)于促進(jìn)碳同化的作用機(jī)制缺乏深入研究。因此我們利用一定濃度的納米氧化鈦處理菠菜這一研究光合作用的模式植物，從基因表達(dá)和蛋白結(jié)構(gòu)、含量及活性變化方面系統(tǒng)地研究了光合碳同化過(guò)程中關(guān)鍵酶Rubisco(ribulose-1，5-bisphosphate carboxylase

2、/oxygenase)以及調(diào)控其活性的Rubisco活化酶(rca)的變化，從分子水平闡述了納米氧化鈦促進(jìn)碳同化的主要機(jī)制，為納米復(fù)合肥的開(kāi)發(fā)利用提供了充分的理論依掘。 論文主要涉及以下幾個(gè)內(nèi)容： (1)利用RT-PCR和Northern-Blotting及蛋白電泳和Western-blotting分析手段研究納米氧化鈦處理后菠菜Rubisco活化酶及Rubisco酶基因表達(dá)和蛋白含量的變化。結(jié)果表明：納米氧化鈦能明顯促

3、進(jìn)mRNA表達(dá)，Rubisco小亞基mRNA和Rubisco大亞基mRNA表達(dá)量分別增加了32％和23％，rca的mRNA增加更顯著，約為51％。菠菜體內(nèi)Rubisco，Rubisco活化酶含量分別增加了40％和42％。 (2)研究了納米氧化鈦處理后菠菜體內(nèi)Rubisco活化酶結(jié)構(gòu)和活性的影響。酶活性分析表明納米氧化鈦處理后Rubisco活化酶活性有明顯的提高，為對(duì)照處理酶活性的2.7倍，而體相氧化鈦處理效果不明顯。吸收光譜和熒

4、光發(fā)射光譜強(qiáng)度也明顯高于對(duì)照的純Rubisco活化酶，圓二色(CD)光譜計(jì)算證實(shí)納米氧化鈦處理的活化酶二級(jí)結(jié)構(gòu)與對(duì)照有較大差異，α-螺旋、β-折疊和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)都有明顯的增加，分別為12％、18％和13％，無(wú)規(guī)則卷曲明顯下降，證實(shí)納米氧化鈦處理明顯改變了Rubisco活化酶的二級(jí)結(jié)構(gòu)。 (3)用納米氧化鈦處理菠菜后在國(guó)內(nèi)外首次證實(shí)納米氧化鈦的處理可誘導(dǎo)菠菜體內(nèi)形成Rubisco及Rubisco-Rubisco活化酶組成的超復(fù)合體

5、。從納米氧化鈦處理的菠菜體內(nèi)純化得到的蛋白其SDS-PAGE電泳分析證明除具有Rubisco的大小亞基(55kD，14.4kD)之外，在鄰近大亞基處還具有Rubisco活化酶的45和41kD的兩個(gè)大亞基：非變性PAGE電泳分析證明除具有Rubisco的一條帶(560kD)以外，還有一條分子量在1200kD左右的帶，經(jīng)過(guò)蛋白印跡證實(shí)為Rubisco和Rubisco活化酶的復(fù)合體；通過(guò)酶活性分析表明該超復(fù)合體的羧化活性是對(duì)照純Rubisco

6、羧化酶活性的2.67倍，同時(shí)還具有Rubisco活化酶水解ATP的功能。這種酶蛋白超復(fù)合體總巰基數(shù)比對(duì)照純Rubisco每mol多53個(gè)，表面巰基數(shù)多21個(gè)；吸收光譜和熒光發(fā)射光譜強(qiáng)度的增加顯示色氨酸殘基量明顯高于對(duì)照的純Rubisco，CD光譜計(jì)算表明酶蛋白超復(fù)合體的二級(jí)結(jié)構(gòu)與對(duì)照純Rubisco有較大差異，α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)明顯增加。 通過(guò)研究我們認(rèn)為納米氧化鈦促進(jìn)光合碳反應(yīng)的主要分子機(jī)制為：納米氧化鈦處理促進(jìn)Rubis