光合作用高效光能轉(zhuǎn)化機理及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

1、光合作用高效光能轉(zhuǎn)化機理及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用光合作用高效光能轉(zhuǎn)化機理及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用一、一、光合作用反應(yīng)中心光能轉(zhuǎn)化的微觀機理的研究1、該項目組利用飛秒及皮秒超快光譜技術(shù)，對光系統(tǒng)II顆粒、核心復(fù)合物及反應(yīng)中心三個層次的光合系統(tǒng)進行研究，首次測到2.9ps和20.1ps兩個組分，并證明它們與PSII的光化學(xué)反應(yīng)活性有關(guān)，從而提出光系統(tǒng)II反應(yīng)中心原初電荷分離兩步反應(yīng)的動力學(xué)新模型。并發(fā)現(xiàn)在RpsVirid細菌反應(yīng)中心中，原初電子轉(zhuǎn)移過程

2、是從原初電子給體經(jīng)輔助葉綠素分子到原初電子受體的二步電子轉(zhuǎn)移過程。2、首次發(fā)現(xiàn)紫細菌反應(yīng)中心色素置換和激發(fā)能在色素高激發(fā)態(tài)能級上的傳遞。3、測定了三種生長速度不同的植物菠菜、三七和水葫蘆葉綠體光系統(tǒng)II反應(yīng)中心的轉(zhuǎn)能效率，證明了生長慢的植物三七對于被它吸收的光子能量利用效率較低，而生長快的植物水葫蘆光能利用效率較高。4、成功地觀測到了視黃酸自由基正離子與TiO2表面束縛電子復(fù)合而形成的三線態(tài)視黃酸分子，并對其光譜和動力學(xué)過程進行了納秒時

3、間分辨光譜表征。5、建立了國內(nèi)第一套具有國際先進水平的THz遠紅外飛秒脈沖新型光源，以及相應(yīng)的時域光譜測量系統(tǒng)，將應(yīng)用于對光激發(fā)下蛋白質(zhì)的動態(tài)過程進行直接探測。二、捕光色素蛋白復(fù)合體結(jié)構(gòu)與功能的研究二、捕光色素蛋白復(fù)合體結(jié)構(gòu)與功能的研究1、提出光合細菌天線色素分子之間相互作用的新模型：根據(jù)已知的色素蛋白復(fù)合體的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，計入一維環(huán)形結(jié)構(gòu)中所有二聚體之間的偶極相互作用，而不是僅考慮近鄰相互作用。對葉綠素分子之間的激子偶合進行了理論計算，在

4、二能級近似下獲得一個解析解，并得到了在此模型下的吸收光譜和園二色光譜，與實驗觀察相吻合。2、首次建立光系統(tǒng)II外周天線葉綠素ab蛋白復(fù)合體II型基因Lhcb2表達產(chǎn)物與色素在體外的重組系統(tǒng)。經(jīng)功能分析證明，Lhcb2基因不僅影響光能的捕獲而且還可能參與激發(fā)能分配的調(diào)節(jié)作用。3、解析出了光系統(tǒng)II內(nèi)周天線葉綠素a蛋白復(fù)合體（CP43及CP47）的磁園二色光譜。4、提出了CP43和CP47中色素之間的能量傳遞機制。5、在國際上首次獲得了黃瓜

5、和菠菜膜蛋白捕光葉綠素ab蛋白復(fù)合體（LHCII）能進行衍射的三維晶體。三、光合放氧的機理研究：三、光合放氧的機理研究：1、提出了放氧中心結(jié)構(gòu)和放氧機理的新模型。放氧新機理首次引入水的不對稱氧化和結(jié)構(gòu)動態(tài)變化及H的間接傳遞等觀點。參考新模型，采用光合放氧中心存在的生物配體或仿生配體與簡單的錳化合物組成反應(yīng)體系，從中獲得了11個含有放氧中心結(jié)構(gòu)單元MnON或MnO的模型化合物。2、發(fā)現(xiàn)了光系統(tǒng)II33KD外周蛋白241Trp位于33KD外

6、周蛋白C端疏水區(qū)。3、發(fā)現(xiàn)光系統(tǒng)II氧化側(cè)存在碳酸酐酶的生化證據(jù)，說明241Trp對33KD外周蛋白的結(jié)構(gòu)與功能有特殊的意義。四、葉綠體四、葉綠體ATPATP酶結(jié)構(gòu)與功能的研究酶結(jié)構(gòu)與功能的研究1、提出了ε亞基抑制ATP酶水解和堵塞質(zhì)子通道的兩種功能可能是相互聯(lián)系的觀點。將菠菜葉綠體ATP合酶CF1的五種亞基基因分別插入到質(zhì)粒pGBT9和PGAD424，雙轉(zhuǎn)化入酵母菌株，用酵母雙雜交系統(tǒng)檢測菠菜葉綠體CF1各亞基間的相互作用。結(jié)果顯示：

7、γ與ε亞基有堅強的相互作用；α與β，α與ε，β與ε，β與δ亞基間也有穩(wěn)定的相互作用。2、闡明碳酸氫根促進PSII電子傳遞的機理。證明亞硫酸氫鈉促進光合作用與光合磷1、育出幾個較目前常規(guī)大豆品種的光合效率和產(chǎn)量都有大幅度提高的新品種。2、成功將玉米PEPC基因轉(zhuǎn)入水稻的工程植株的光合特性進行了全面的研究。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因水稻有明顯的C4植物光合特性。光飽和點比原水稻品種高，CO2補償點低，羧化效率高，凈光合速率增加，同時抗光抑制能力增強。首次通