核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶活性的测定

Rubisco及其活化酶抗体的制备及其在作物中的应用研究生：陈相辉学号：01143 指导老师：王忠教授（扬州大学农学院农学系，扬州 225009）Rubisco（1,5-二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶，ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase）是光合碳代谢中的关键酶，处于光合碳还原和光合碳氧化这两个方向相反但又相互连锁的循环的交叉点上，调节着光合作用和光呼吸的代谢比例，其活性大小对光合速率起着决定性作用。

1、选题依据Rubisco和Rubisco活化酶的特性一直是光合作用研究的热点问题，如何提高作物中这两种酶的含量和活性也一直是个悬而未解决的难题。

目前，国内外多以烟草、菠菜作为研究Rubisco和Rubisco活化酶的材料，涉及小麦和水稻等作物方面的内容较少，尤其有关小麦Rubisco活化酶的研究仍然是国内外研究中的空白。

2、研究目的和意义本试验拟用小麦为研究对象，研究Rubisco及其活化酶的酶学特性和调节机制。

在研究方法上，酶的分离和提纯方法采用最新技术，并有所改进；而在含量测定上，将免疫学技术与植物生理生化技术相结合，采用抗体抗原特异性反应的原理来测定，这也为免疫学在植物上的进一步应用奠定了基础。

在研究内容上，不仅研究自然生长状态下，Rubisco及其活化酶的含量和活性，而且设置多重处理，研究不同处理条件下和C3、C4植株体内Rubisco，Rubisco活化酶含量、活性的变化，并结合光合速率、ATP、RuBP含量、叶绿素含量的测定，探讨它们之间的内在相关性。

本实验创新之处是利用免疫化学技术提供一个快速、准确而简易的定量测定Rubisco和 Rubisco活化酶的方法，从而可以预测光合潜力和估计由于矿质营养、水分供给、光照、植物生长调节素和基因调控发生变化而引起光合作用和产量的变化。

进一步对Rubisco和 Rubisco活化酶做深入的研究。

作者：段一盛（江西农业大学资环）（一）填空1．绿色植物和光合细菌都能利用光能将 ____合成有机物，它们都属于光养生物。

从广义上讲，所谓光合作用，是指光养生物利用 _把合成有机物的过程。

（CO2，光能，CO2）2．光合作用本质上是一个氧化还原过程。

其中 ___是氧化剂，是还原剂，作为CO2还原的氢的供体。

（CO2，H2O）3．1940年S.Ruben等发现当标记物为H218O时，植物光合作用释放的Ｏ2是 ___，而标记物为C18O2时，在短期内释放的Ｏ2则是 ___。

这清楚地指出光合作用中释放的Ｏ2来自于 ___。

（18O2，Ｏ2，H2O）4．1939年Robert.Hill发现在分离的叶绿体悬浮液中加入适当的电子受体，如铁氰化钾或草酸铁等，照光时可使水分解而释放氧气，这一现象称为 ___，其中的电子受体被称为 ___。

（希尔反应，希尔氧化剂）5．1954年美国科学家D.I.Arnon等在给叶绿体照光时发现，当向体系中供给无机磷、ADP和NADP时，体系中就会有 ___和 ___两种高能物质的产生。

同时发现，只要供给了这两种高能物质，即使在黑暗中，叶绿体也可将 ___转变为糖。

所以这两种高能物质被称为“___ ”。

(ATP，NADPH，CO2，同化力)6．20世纪初人们研究光强、温度和CO2浓度对光合作用影响时发现，在弱光下增加光强能提高光合速率，但当光强增加到一定值时，再增加光强则不再提高光合速率。

这时要提高温度或CO2浓度才能提高光合速率。

用藻类进行闪光试验，发现在光能量相同的前提下闪光照射的光合效率是连续光下的200%～400%。

这些实验表明光合作用可以分为需光的 ___和不需光的 ___两个阶段。

(光反应，暗反应) 7．由于ATP和NADPH是光能转化的产物，具有在黑暗中使光合作用将CO2转变为有机物的能力，所以被称为“___ ”。

光反应的实质在于产生“___”去推动暗反应的进行，而暗反应的实质在于利用“___”将 ___转化为有机碳(CH2O)。

北方园艺２０１３（０４）：５～８·试验研究·第一作者简介：单守明（１９７５－），男，博士，副教授，现主要从事果树生理的教学与科研工作。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｘｓｓｍ＠１６３．ｃｏｍ．基金项目：国家自然科学基金资助项目（３０９６０２３５）；农业部现代葡萄产业体系建设专项资金资助项目（ＣＡＲＳ－３０－ｚｐ－８）。

收稿日期：２０１２－１０－２５６－ＢＡ对染卷叶病毒葡萄光合作用和果实品质的影响单守明，平吉成，刘　晶，王振平（宁夏大学农学院，宁夏葡萄与葡萄酒研究院，宁夏银川７５００２１） 摘　要：以染卷叶病毒的“蛇龙珠”葡萄为试材，研究了６－ＢＡ处理对葡萄叶片光合作用和果实品质的影响。

结果表明：６－ＢＡ处理不影响葡萄新生叶片中病毒的含量，但可以提高叶片中叶绿素含量、１，５二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶（简称Ｒｕｂｉｓｃｏ）和Ｒｕｂｉｓｃｏ活化酶（ＲＣＡ）活性，延缓叶绿素的降解，提高叶片的光合速率。

４０ｍｇ／Ｌ的６－ＢＡ处理在花后９０～１２０ｄ可显著提高叶片的光合速率，最终提高果实的品质。

因此，适当浓度的６－ＢＡ处理可以通过延缓因病毒侵染造成的叶绿素衰老，促进同化物运输来提高染葡萄卷叶病毒－ＩＩＩ的酿酒葡萄叶片光合作用和果实品质。

关键词：葡萄卷叶病毒；葡萄；光合作用；果实品质中图分类号：Ｓ　６６３．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１－０００９（２０１３）０４－０００５－０４ 葡萄卷叶相关病毒ＩＩＩ（ＧＬＲａＶ－３）为酿酒葡萄卷叶病的主要病原［１］，主要聚集在果蒂穗梗、枝条和叶柄等的韧皮部组织内，通过嫁接、线虫或粉疥等传播［１－３］。

酿酒葡萄感染卷叶病毒后，维管束退化，筛管发生堵塞和坏死，线粒体、叶绿体退化以及形成泡状内含体等，光合作用下降［１－４］；导致树势衰退，葡萄品质下降，冬季易造成冻害［３－５］。

在我国西北地区，“赤霞珠”和“蛇龙珠”葡萄感染葡萄卷叶病毒严重，特别是老葡萄园，葡萄植株约８５％感染葡萄卷叶病毒，产量损失达４６％～８５％，给酿酒葡萄种植造成了极大的经济损失［５－７］。

光呼吸的名词解释一、光呼吸的定义光呼吸（photorespiration）是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。

它是植物的绿色细胞在光照下吸收氧气释放二氧化碳的过程，这种呼吸作用仅在光下与光合作用同时发生，与一般生活细胞的呼吸（暗呼吸）有所区别。

二、光呼吸的代谢途径1. 底物的产生- 在叶绿体中，Rubisco（核酮糖 - 1,5 - 二磷酸羧化酶/加氧酶）是光呼吸代谢途径的关键酶。

它既能催化核酮糖 - 1,5 - 二磷酸（RuBP）的羧化反应（这是光合作用卡尔文循环中固定二氧化碳的反应），也能催化RuBP的加氧反应。

当催化加氧反应时，就产生了磷酸乙醇酸，这是光呼吸底物的最初来源。

2. 光呼吸的过程- 磷酸乙醇酸在叶绿体中被磷酸酶催化脱去磷酸基团，生成乙醇酸。

乙醇酸从叶绿体转运到过氧化物酶体中。

- 在过氧化物酶体中，乙醇酸被氧化为乙醛酸，同时产生过氧化氢（H₂O₂），过氧化氢被过氧化氢酶分解。

乙醛酸经过转氨酶的作用转变为甘氨酸。

- 甘氨酸从过氧化物酶体进入线粒体，在线粒体中，两个甘氨酸分子发生反应，生成丝氨酸、二氧化碳和氨。

这个过程是光呼吸释放二氧化碳的主要来源。

- 丝氨酸再回到过氧化物酶体，经过一系列反应转变为羟基丙酮酸，羟基丙酮酸被还原为甘油酸。

- 甘油酸重新回到叶绿体，在叶绿体中被磷酸化成为3 - 磷酸甘油酸，3 - 磷酸甘油酸重新进入卡尔文循环进行代谢。

三、光呼吸的生理意义1. 防止光抑制- 在强光下，光反应产生的同化力（ATP和NADPH）会过剩，如果不及时消耗，会对光合机构产生破坏作用，光呼吸可以消耗过剩的同化力，从而保护光合机构免受光抑制的伤害。

2. 参与氮代谢- 光呼吸过程中涉及到甘氨酸和丝氨酸等氨基酸的合成与转化，这些氨基酸是植物体内重要的氮代谢产物，与蛋白质合成等过程密切相关。

3. 对二氧化碳浓度的调节- 在低二氧化碳浓度环境下，光呼吸虽然消耗了一定的能量和光合产物，但它可以释放二氧化碳，调节细胞内二氧化碳浓度，从而在一定程度上维持卡尔文循环的运转。

光呼吸插图1：光呼吸与光合作用。

其中C5代表1,5-二磷酸核酮糖。

从图中可见，光呼吸是光合作用的一个旁路。

插图2：光合作用和光呼吸过程中的碳流动示意图。

C左边的数字代表该物质的量，右边的数字代表该物质的碳原子数。

例如12C3代表12摩尔的三碳化合物。

其中两边的蓝色C5代表1,5-二磷酸核酮糖，红色C3代表3-磷酸甘油酸。

可见，在光合作用中很快可以生成的3-磷酸甘油酸在光呼吸中要经过很多步才能生成。

光呼吸是所有使用卡尔文循环进行碳固定的细胞[註 1]在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。

它是卡尔文循环中一个损耗能量的副反应。

过程中氧气被消耗，并且会生成二氧化碳。

如果光呼吸发生在进行光合作用的生物中，那么光呼吸会抵消约30%的光合作用。

因此降低光呼吸被认为是提高光合作用效能的途径之一。

但是人们后来发现，光呼吸有着很重要的细胞保护作用。

在光呼吸过程中，参与卡尔文循环的反应物1,5-二磷酸核酮糖（英文缩写为RuBP，本文中将简称为二磷酸核酮糖）和催化剂1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（英文缩写为Rubisco，本文中将简称羧化/加氧酶）发生了与其在光合作用中不同的反应。

二磷酸核酮糖在羧化/加氧酶的作用下增加两个氧原子，再经过一系列反应，最终生成3-磷酸甘油酸。

后者再经过部分卡尔文循环中的步骤，可再次重新生成为二磷酸核酮糖（插图1和插图2）。

换言之，在羧化/加氧酶的作用下，二磷酸核酮糖参与了两种过程：生成能量获得碳素的卡尔文循环，以及消耗能量释放碳素的光呼吸。

由此可见，光呼吸和卡尔文循环关系密切，它们之间的关系可以作一形象的理解：糖工厂内（行卡尔文循环的细胞）的葡萄糖生产线（卡尔文循环）因一部机器（1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶）构造不完善，一部分原材料（1,5-二磷酸核酮糖）不断被错误加工，产出次品（2-磷酸乙醇酸），虽然有一补救措施，可将次品重加工并再次投入生产线，但是整个过程却是非常费时费力的（参见下文）。

第四章光合作用（一）填空1．绿色植物和光合细菌都能利用光能将合成有机物，它们都属于光养生物。

从广义上讲，所谓光合作用，是指光养生物利用把合成有机物的过程。

（CO2，光能，CO2）2．光合作用本质上是一个氧化还原过程。

其中是氧化剂，是还原剂，作为CO2还原的氢的供体。

（CO2，H2O）3．1940年S.Ruben等发现当标记物为H218O时，植物光合作用释放的Ｏ2是，而标记物为C18O2时，在短期内释放的Ｏ2则是。

这清楚地指出光合作用中释放的Ｏ2来自于。

（18O2，Ｏ2，H2O）4．1939年Robert.Hill发现在分离的叶绿体悬浮液中加入适当的电子受体，如铁氰化钾或草酸铁等，照光时可使水分解而释放氧气，这一现象称为，其中的电子受体被称为。

（希尔反应，希尔氧化剂）5．1954年美国科学家，当向体系中供给无机磷、ADP和NADP时，体系中就会有和两种高能物质的产生。

同时发现，只要供给了这两种高能物质，即使在黑暗中，叶绿体也可将转变为糖。

所以这两种高能物质被称为“”。

(ATP，NADPH，CO2，同化力)6．20世纪初人们研究光强、温度和CO2浓度对光合作用影响时发现，在弱光下增加光强能提高光合速率，但当光强增加到一定值时，再增加光强则不再提高光合速率。

这时要提高温度或CO2浓度才能提高光合速率。

用藻类进行闪光试验，发现在光能量相同的前提下闪光照射的光合效率是连续光下的200%～400%。

这些实验表明光合作用可以分为需光的和不需光的两个阶段。

(光反应，暗反应)7．由于ATP和NADPH是光能转化的产物，具有在黑暗中使光合作用将CO2转变为有机物的能力，所以被称为“”。

光反应的实质在于产生“”去推动暗反应的进行，而暗反应的实质在于利用“”将转化为有机碳(CH2O)。

（同化力，同化力，同化力，CO2）8．量子产额的倒数称为，即光合作用中释放1分子氧和还原1分子二氧化碳所需吸收的。

(量子需要量，光量子数)9．类囊体膜上主要含有四类蛋白复合体，即、、、和。

Ch1-31.细胞生物学：研究细胞基本生命活动规律的科学，它从显微、亚显微与分子水平研究细胞结构与功能，细胞增殖、分化、衰老与凋亡，信号转导，基因表达与调控，起源与进化等。

2.细胞学说：一切动植物都是由细胞组成的，细胞是一切动植物的基本单位。

基本内容：①细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成。

②每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命有所助益。

③新的细胞可以通过自己存在的细胞繁殖产生。

（细胞只能来自细胞）3.原生质：构成细胞中的所有生命物质，由蛋白质、核酸等生物大分子和水、无机盐、糖类、脂类等生物小分子组成。

4.细胞膜：由磷脂双分子和镶嵌蛋白质构成的富有弹性的半透性膜，具有流动性和不对称性。

5.中膜体：又称间体或质膜体，由细胞质内陷形成，在G+更明显，有拟线粒体之称，可能起DNA复制起点的作用。

6.细胞器：细胞内具有特定形态和功能的显微或亚显微结构。

7.荚膜：位于细胞壁表面的一层松散的黏液物质，主要由葡萄糖和葡萄糖醛酸组成。

8.芽孢：内生孢子，是对不良环境有强抵抗力的休眠体，含水量较丰富的致密体。

9.中心质：蓝藻细胞中央遗传物质DNA所在部位，相当于细菌的核区。

10.细胞体积守恒定律：器官的大小主要决定于细胞的数量，与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关。

11.病毒：迄今发现的最小最简单的，活细胞体内寄生的非细胞生命体，仅有一种核酸和蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体。

12.亚病毒：仅由一个有感染性的RNA构成。

13.阮病毒：仅由有感染性的蛋白质构成。

14.分辨率：分开两个质点间的最小距离。

D=0.61λ／N*sin(α/2) N介质折射率α-物镜镜口角15.光学显微镜：光学放大系统，照明系统，机械和支架系统。

0.2μm16.相差显微镜：把光程差转换成振幅差，可用于观察未染色的活细胞。

17.微分干涉显微镜：以平面偏振光为光源，光线经棱镜折射后分成两束，在不同时间经过样品相邻部位，再经另一棱镜将其会和，将厚度差转化成明暗区别，立体感强。

（五2021徐汇二模）植物生理图10为香椿幼苗光合作用的部分过程示意图，A-F代表相关物质，Ⅰ、Ⅱ表示相关过程。

Rubisco酶（核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶）和SBP酶（景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶）是香椿幼苗光合作用过程中的关键酶。

图1047.据图10分析，字母A代表: __________；香椿幼苗夜间产生ATP的场所是:__________ 。

48.下列关于图10中的物质与过程的叙述，错误的是__________。

（多选）A.Rubisco酶可以催化E物质的还原过程。

B.CO2浓度可以影响Ⅱ过程中Rubisco酶和SBP酶的活性。

C.香椿幼苗光合作用产生的有机物可以参与糖类、氨基酸、脂质的合成。

D.光合作用过程中只消耗水分不产生水分子褪黑素（MT）是一种具有吲哚结构的小分子激素，参与多种生理过程。

科研人员以香椿幼苗为实验材料，开展在盐(150 mmol／L NaCl)胁迫下，不同浓度外源性MT对香椿幼苗生长等方面影响的研究。

部分实验结果如表1（其中气孔导度表示气孔开放程度）。

表1注：本实验设置6组，CK为对照组，其中只加入了1/4 Hoagland营养，实验组在1/4 Hoagland营养液依次分别加入NaCl和不同浓度的MT。

NaCl浓度为150 mmol／L NaCl，MT50、MT100、MT200和MT400分别代表50、100、200和400 µmol／L MT。

49.据表1分析，下列相关叙述正确的是。

（多选）A. 盐胁迫显著抑制了香椿幼苗的叶长和株高。

B. 与单一盐胁迫相比较，分别施加50～200 µmol/L 外源MT后，均可促进香椿幼苗的生长。

C. 400 µmol/L 的外源MT不能缓解盐胁迫对叶片叶绿素合成的抑制，提高光合色素水平。

D.使用外源MT可以改善气孔的功能。

50.为使实验结果更有说服力，需要增加一组特殊的对照实验。

若在下列浓度中进行选择，最为合理的是。

CO2的固定酶PEP羧化酶对CO2的亲和力植物通过光合作用将二氧化碳（CO2）转化为有机物，其中一个关键步骤是CO2的固定。

在C4途径中，PEP羧化酶在CO2的固定中发挥重要作用。

本文将详细介绍CO2的固定酶PEP羧化酶对CO2的亲和力，从而更好地理解C4植物如何适应不同的CO2浓度及温度。

在植物的光合作用中，C3和C4植物是两个典型类型。

C3植物主要通过Calvin循环来固定CO2，而C4植物则采用C4途径来进行CO2的固定。

C4途径中的一个关键酶是PEP羧化酶，它具有较高的CO2亲和力，能更有效地将CO2转化为有机物。

PEP羧化酶在C4植物中起到了至关重要的作用。

它将HCO3-（氢氧化碳酸根离子）与PEP（磷酮糖酸）反应，在PEP羧化的过程中生成OAA（草酰乙酸）。

OAA进一步转化为malate（苹果酸），随后malate进入束鞘细胞并释放CO2，通过RuBisCO（核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶）的催化作用被固定为有机物。

PEP羧化酶具有较高的CO2亲和力。

这种亲和力主要体现在具有高CO2亲和力的叶肉细胞中。

C4植物的叶片构造可以划分为外层鞘细胞和内层叶肉细胞。

外层鞘细胞具有较高的CO2浓度及较强的CO2亲和力，它们具有PEP羧化酶活性，将固定的CO2转化为OAA。

随后，OAA通过慢速转运到叶肉细胞，再次释放CO2，经过RuBisCO的催化作用进行固定。

PEP羧化酶对CO2的亲和力与一系列因素密切相关。

其中，CO2浓度和温度是两个重要的调节因素。

在高CO2浓度环境下，PEP羧化酶的亲和力降低，CO2的固定效率下降。

而在低CO2浓度环境下，PEP羧化酶的亲和力增加，CO2的固定效率提高。

这种调节机制使C4植物能够适应不同的CO2浓度，提高CO2的利用效率。

此外，温度对PEP羧化酶活性和亲和力也有影响。

在高温环境下，PEP羧化酶的活性降低，亲和力减弱，导致CO2的固定能力减弱。

而在较低的温度下，PEP羧化酶的活性和亲和力增加，有利于CO2的固定。