全 文 ：　收稿日期: 1999- 10- 25
基金项目:江苏省教育委员会自然科学基金 ( 99K JB18003)资助项目
作者简介:刘双 ,女 , 1976- ,南京师范大学生命科学院硕士研究生 ,从事植物生理的学习与研究 .
萍蓬草光合膜光化学活性及多肽组分分析
刘双1 , 陈国祥1 , 解凯彬 1 , 袁俊 2 , 施国新 1
( 1. 南京师范大学生命科学学院 ,南京 , 210097)　　　　　　　　　　　　
( 2. 南京教育学院 ,南京 , 210064)
[摘要 ]　研究了睡莲科植物萍蓬草 (Nuphar Pumilum DC. )类囊体 PSⅠ 、 PSⅡ 电子传递活性、吸
收光谱等光化学活性及类囊体膜的多肽组分 ,并与睡莲科植物睡莲 (Nymphaea alba L. )及陆生植
物青菜 (B . chinesis L. )进行比较 .结果显示: 相同条件下 ,萍蓬草类囊体膜 PSⅠ 、 PSⅡ电子传递活
性较睡莲高 ,较青菜低 ;室温吸收光谱与青菜相似 ,在蓝紫光区域 ( 430 nm)和红光区域 ( 680 nm)的
吸收峰都较睡莲高 ;类囊体膜多肽组分中高分子多肽含量低 ,低分子多肽含量高 ,和青菜较为相
似 ,体现了较为进化的特征 .
[关键词 ]　萍蓬草 ;类囊体膜 ;电子传递活性 ;吸收光谱 ;多肽组分
[中图分类号 ]Q949. 720. 5;　 [文献标识码 ] A;　 [文章编号 ]1001- 4616( 2000) 02- 0086- 04
萍蓬草 (N uphar Pumilum DC. )是睡莲科多年生水生草本植物 ,主要分布在我国华东、华
南、东北各省的湖泊、池塘中 [1 ] .萍蓬草属在睡莲科 (狭义 )中较为独特 ,在子叶形态 [11 ]、过氧化
物同工酶谱、酯酶同工酶谱 [ 2, 3 ]及染色体形态 [4 ]上都具有明显区别于其它各属的特征 ,被认为
有可能独立成一个科 .萍蓬草的形态解剖、胚胎发育、细胞学特征等在前人研究中已有涉及 ,而
对其光合生理特性方面的研究尚未见报道 . 本文以萍蓬草成熟叶片为材料 ,对其类囊体膜的
光化学反应活性、光谱特征及其多肽组分等方面进行探讨 ,并同时与睡莲科植物睡莲
(Nymphaea alba L. )及陆生被子植物青菜 (B . chinensis L. )作比较 ,以期揭示其光合生理的部
分特性及在分类演化上的地位 .
1　材料和方法
1. 1　材料和试剂
萍蓬草 ( Nuphar Pumilum DC. )、睡莲 ( Nymphaea alba L. )采自本系花房 ,青菜 ( B .
chinensis L. )采自郊外农田 . MV、 Tricine、 DCPIP、 DCMU、 Na-ascorbate、 Benzidine为美国
Sigma公司产品 , SDS-PAGE低分子标准蛋白为上海丽珠东风生物技术公司产品 ,其他电泳
试剂均为国产分析纯试剂 .
1. 2　方法
1. 2. 1　类囊体膜的制备
参照 Dunahay ( 1984) [12 ]的方法制备具光化学活性的类囊体膜 .
1. 2. 2　类囊体膜 PSⅠ 、 PSⅡ电子传递活性的检测
参照 Coombs,et al ( 1985) [13 ]的方法 ,采用薄膜氧电极和自动记录装置分段测定 PSⅠ还原
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第 23卷第 2期
2000年
南京师大学报 (自然科学版 )
JOU RNAL O F NAN JING NO RM AL UNIV ERSIT Y( Natu ral Science)
Vol. 23 No. 2
2000
能力及 PSⅡ放氧活性 .
1. 2. 3　类囊体膜室温吸收光谱的测定
用 UV- 754型分光光度计测定类囊体膜的室温吸收光谱 ,测定时 chl含量为 10μg /m L.
1. 2. 4　类囊体膜多肽组分分析
参照 Laemmli ( 1970) [14 ]的方法进行 SDS-PAGE分离多肽组分 (浓缩胶浓度为 5% ;分离
胶浓度为 12% ).电泳图谱由 GDS-8000系统分析扫描 ,并根据标准蛋白的迁移率采用对数回
归计算多肽的相对分子量 .
2　结果和讨论
2. 1　萍蓬草、睡莲及青菜类囊体膜 PSⅠ 、 PSⅡ电子传递活性
分别用 MV和 Fe3 ( CN) 6作为电子受体 ,分别测定 3种植物 PSⅠ 还原能力及 PSⅡ光合放
氧速率 .结果显示:萍蓬草 PSⅠ 还原能力和 PSⅡ光合放氧能力均高于睡莲 ,而低于青菜 ,分别
为睡莲的 1. 5倍和 1. 2倍 ,为青菜的 59%和 54. 8% (表 1) .
表 1　萍蓬草、睡莲及青菜类囊体膜 PSI、 PSII电子传递活性
电子传递速率
PSⅠ 吸氧活性 PSⅡ放氧活性
(μmol· mg- 1· h- 1) (μmol· mg l- 1· h- 1 )
萍蓬草 (N uphar Pum ilum ) 81. 86 34. 11
睡莲 (Nymphaea alba ) 54. 57 27. 96
青菜 (B .Chinensis) 138. 71 62. 04
PSⅠ react ion medium contain s chl 27μg /mL, 0. 5 mmol /L Sucrose, 50 mmol /L T ricine-NaO H( pH 7. 6) , 5 mm ol /L
MgCl2 , 0. 5 mmol /L MV , 5 mmol /L N H4Cl, 2 mmol /L Na-ascorbate, 0. 5 mmol /L DCPIP, 2 mmol /L DCM U.
PSⅡ react ion medium contain s chl 27μg /mL, 0. 5 mmol /L Sucrose, 50 mmol /L T ricine-NaO H( pH 7. 6) , 5 mm ol /L
MgCl2 , 5 mmol /L K3 Fe( CN) 6 , 1 mmol /L Benzidine.
Th e reaction mix tu re are s ti rred in a tem perature- regulated ves sel at 20℃ . Ligh t in tensi ty: 1 200μmol· m- 2· s- 1.
1　B . Chinensis; 2　N . pum ilum ; 3　 Nymphaea alba
图 1　萍蓬草、睡莲和青菜类囊体膜室温吸收光谱
2. 2　萍蓬草、睡莲及青菜类囊体膜室温吸收光谱
从图 1类囊体膜室温吸收光谱可看出 ,三者在
红光 ( 680 nm )和蓝紫光区域 ( 430 nm )均有吸收峰 .
相同叶绿素浓度下 ,萍蓬草和青菜叶片类囊体膜吸
收峰形相似 ,但萍蓬草在两区域的光吸收峰低于青
菜 ,而明显高于睡莲 .说明萍蓬草比睡莲有更大的光
能捕获和吸收能力 ,但仍小于陆生植物青菜 ,这与 PS
Ⅰ 、 PSⅡ电子传递活性的结果相一致 .
2. 3　萍蓬草、睡莲及青菜类囊体膜多肽组分分析
经三者类囊体膜的 SDS-PAGE分离 (图 2)后发
现 ,萍蓬草的类囊体膜含有相对分子量为 53 000、 37
000、 30 000、 19 000等二十几种多肽 ,与青菜的多肽
组成相近 ,高分子多肽含量较少 ,多肽的相对分子量
主要分布在 20 000～ 40 000之间的范围内 .睡莲类囊体膜的多肽组分与二者有所差异 ,其中相
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刘双 ,等:萍蓬草光合膜光化学活性及多肽组分分析
对分子量分别为 53 000、 76 000、 30 000、 15 000的多肽含量较高 ,占类囊体膜蛋白质的主要成
分 ,多肽从低分子量到高分子量之间皆有分布 .陈国祥 ( 1998) [5 ]指出睡莲叶片类囊体膜多肽组
成中高分子多肽含量较高 ,低分子多肽含量低 ,结构简单 ,反映了睡莲在被子植物进化中的原
始和低等性 .
a　Nymphaea alba; b　B .Ch inensis;
c　N . pumilum ; d　molecu lar weight marker s
图 2　萍蓬草、睡莲和青菜类囊体膜 SDS-PAGE图谱
萍蓬草是一类较特殊的水生植物 ,从其营养
器官的形态解剖特征上观察 ,它既具有十分明显
的水生植物的典型特征 ,又具有部分退化的陆生
植物特征 .因此有人提出 ,萍蓬草的祖先可能是陆
生的 ,在向水生生活的转化过程中 ,一方面 ,部分
器官产生了向水环境适应的演化结构 ,另一方面 ,
仍保留了一定的陆生特征 [6 ] .在睡莲科 (狭义 )植
物中 ,萍蓬草属在形态解剖、细胞、孢粉和古植物
特征上与睡莲等其它几属有许多共同特征 ,显示
出较近的亲缘关系 ,同时萍蓬草又具有维管束外
韧型、无假种皮、子叶二裂等自征 [7, 8 ];此外 ,经酯
酶、过氧化物酶同工酶谱和核型分析发现 ,萍蓬草
属显示出与其它属明显不同的独特性状 [2 , 3] .本文
通过对萍蓬草、睡莲及陆生高等植物青菜的光化
学活性及多肽组成进行比较 ,发现萍蓬草的光化
学活性和室温吸收光谱峰均高于睡莲 ,这反映出
萍蓬草的光合效率较高 ;类囊体膜多肽组分方面也与睡莲有较明显的差异 ,而与青菜的相似 ,
高分子多肽含量较低 ,低分子多肽含量高 ,反映出较为进化的特征 [9, 10 ] .结合萍蓬草在形态结
构上的特征 ,可以说明萍蓬草在分类地位上有其特殊性 ,即可能是睡莲科植物中较进化、较高
等的一个属 .
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Study on Photochemical Activity and Polypeptide Compositions
of Photosynthetic Membranes from Nuphar pumilum
LIUShuang
1 ,CHEN Guo -xiang
1 ,XIE Kai -bin
1 ,YUAN Jun
2 , SHI Guo -xin
1
( 1. The Col leg e of Life Science, Nan jing Normal Univ ersi ty, Nanjing, 210097, PRC)
( 2. Nanjing Educational College, Nanjing, 210064, PRC)
Abstract: 　 The elec tron transfer rates, r oom temperatur e abso rption spec trum and po lypeptide compositions
o f th ylako id membrane fr om Nuphar pumilum DC. we re observ ed and compared with tho se f rom Nymphaea
alba L. and B . Chinensis L. The r esults ar e as fo llow s : The elect ron transfer activity o f Nuphar pumilum
w as highe r than Nymphaea alba and low er than B . Chinensis; the ro om tempe ratur e absorption spectrum of
Nuphar pumilum had str onger ligh t abso rption at 430 nm and 680 nm than that o f Nymphaea alba, a nd was
less capable than that o f B . Chinensis; Analysis o f thy lakoid membrane po lypeptides using SDS - PAGE
show n that Nuphar pumilum had low er content o f high mo lecula r w eight polypeptide and highe r content of
low molecular w eight po lypeptide, w hich is a evolutionar y chara cter o f h ydrophy te.
Keywords: 　N uphar pumilum ; elec tron transfer ac tiv ity; abso rption spectrum; polypeptide composition
[责任编辑: 孙德泉 ]
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刘双 ,等:萍蓬草光合膜光化学活性及多肽组分分析