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CO 浓度对条浒苔Rubisco 酶聚集蛋白核的影响1 2 尹顺吉，蔡春尔，孙诤，山梅，汪卿，何培民 上海海洋大学水产与生命学院，上海（201306 ） E-mail：pmhe@ 摘 要：以生长迅速、细胞具多个蛋白核的大型海藻条浒苔作为材料研究 CO2 浓度对条浒 苔 Rubisco 酶在蛋白核和叶绿体基质之间迁移的影响。应用金标免疫电镜分子定位技术对 Rubisco 酶集中蛋白核程度进行数值化分析。电镜下可观察到标记Rubisco 的金颗粒大部分 集中分布在蛋白核中。根据 Morita(1997)提出的方法，设定 PR-ratio 值（蛋白核内分布的 Rubisco 酶总量与蛋白核外类囊体基质中的Rubisco 酶总量之比）作为衡量Rubisco 集中蛋 白核程度的分析指标。结果发现，不同CO2 浓度对于Rubisco 酶分布的长期影响和短期影响 研究均显示CO2 浓度升高时，Rubisco 倾向于向叶绿体基质中扩散；CO2 浓度较低或无CO2 培养时，Rubisco 酶不断向蛋白核中集中。研究结果显示，蛋白核可能在光合作用和 CCM 机制中具有重要作用。 关键词：CO2 浓度；条浒苔；Rubisco 酶；蛋白核 中图分类号：Q-331 1．引言 目前大气中CO 浓度的升高对全球生物圈产生很大的影响。在植物方面，绝大多数的研 2 究均是关注于陆生植物对CO2浓度升高的响应。海洋占地球面积的三分之二，海洋所溶解的 碳总量为大气CO 碳量的50倍以上。海藻光合固碳所导致的由大气CO 向海洋溶解的生物泵 2 2 机制在调节大气CO 水平及全球变暖中起着很重要的作用。因此，近年来，对海藻与CO 浓 2 2 度升高关系的研究也日益引起人们的注意。研究表明，大气CO2浓度升高能提高海洋浮游藻 类的初级生产力。而大型海藻类广泛分布于沿岸，构成海洋初级生产力的10％左右，对近海 岸的碳循环起着重要的作用，并且许多大型海藻是具有经济价值的海水养殖种类。目前己在 几种红藻类与褐藻类中有关生理特征对高浓度CO2 的响应作了一些研究报道，但对大型绿藻 类的研究则少见。有关植物对环境CO2浓度渐增反应的早期研究，主要集中在生物量和光合 速率方面。不同植物对CO2浓度增加的短期响应和长期适应的差异很大，有时甚至完全相反。 为了研究植物对大气CO2浓度增加的响应的机理，现在不少学者已把注意力转移到研究光合 碳代谢关键酶 Rubisco上。Rubisco酶是参与植物碳同化的关键酶，控制着CO2 的固定，Rubisco 的蛋白含量及酶活性的大小直接影响光合作用的强度。 [1] 在80年代发现藻类存在CO 浓缩机制（ CO -Concentration Mechanism,简称CCM ） 。 2 2 目前普遍认为藻类CCM机制的主要组份为：胞外碳酸酐酶、胞内碳酸酐酶、叶绿体碳酸酐 酶和羧化体（原核）或蛋白核（真核）[2] 。然而到目前为止，蛋白核在CCM 中具体作用还不 [3] 清楚，争论也最大 。 关于莱茵衣藻的研究表明蛋白核的形成在低浓度CO 条件下被促进，而在高浓度CO 条 2 2 件下被抑制[4-5] 。最近国外研究则进一步揭示Rubisco在蛋白核中的分布比例与培养环境有关 [6-7]，CO 浓度高或处于黑暗培养时，只有部分Rubisco位