納米氧化鈦促進光合碳同化作用的機制研究.pdf

1、鑒于納米氧化鈦的光催化特性，我們曾研究證實這種光催化特性與菠菜的光合作用有密切關(guān)系，不僅能明顯促進光能的吸收、光能轉(zhuǎn)換為電能及活躍的化學能，還能促進CO<,2>的同化，但對于促進碳同化的作用機制缺乏深入研究。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碳同化的主要機制，為納米復合肥的開發(fā)利用提供了充分的理論依掘。 論文主要涉及以下幾個內(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酶基因表達和蛋白含量的變化。結(jié)果表明：納米氧化鈦能明顯促

3、進mRNA表達，Rubisco小亞基mRNA和Rubisco大亞基mRNA表達量分別增加了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)射光譜強度也明顯高于對照的純Rubisco活化酶，圓二色(CD)光譜計算證實納米氧化鈦處理的活化酶二級結(jié)構(gòu)與對照有較大差異，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％，無規(guī)則卷曲明顯下降，證實納米氧化鈦處理明顯改變了Rubisco活化酶的二級結(jié)構(gòu)。 (3)用納米氧化鈦處理菠菜后在國內(nèi)外首次證實納米氧化鈦的處理可誘導菠菜體內(nèi)形成Rubisco及Rubisco-Rubisco活化酶組成的超復合體

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)過蛋白印跡證實為Rubisco和Rubisco活化酶的復合體；通過酶活性分析表明該超復合體的羧化活性是對照純Rubisco

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