烯效唑对淹水胁迫下大豆光合生理及表型的影响

以大豆"垦丰14"为试验材料,采用盆栽方法研究叶面喷施烯效唑对淹水胁迫下大豆叶片光合速率、内禀特性、荧光参数以及表型的影响,探讨烯效唑作为植物生长调节剂对逆境的缓解效应。结果表明:始花期(R1期)淹水显著降低了鼓粒期(R6期)大豆的最大净光合速率(P_(nmax)),但对叶绿素含量(Chl)、最大电子传递速率(J_(max))、本征光能吸收截面(σ_(ik))、捕光色素分子处于激发态的最小平均寿命(τmin)等参数无显著影响;喷施烯效唑显著提高大豆叶片叶绿素含量,增加叶片有效光能吸收截面(σ'_(ik)),降低捕光色素分子处于激发态的最小平均寿命,使得捕光色素分子更多处于基态;而且应用烯效唑可增加淹水胁迫下大豆叶片电子利用效率、最大净光合速率以及电子传递速率,并分别较淹水处理高35.3%、79.0%和39.2%;淹水胁迫会降低PSⅡ的潜在光化学效率Fv/Fo以及PSⅡ最大光化学效率Fv/Fm,喷施烯效唑可提高光化学效率;淹水和烯效唑处理均会降低株高、叶面积以及数字生物量,喷施烯效唑可以提高大豆叶片色调值以及归一化植被指数,改善淹水胁迫下大豆的生长状况。综上所述,烯效唑可以有效缓解淹水对大豆的不利影响,提高其耐涝性。     

光合电子流对光响应的机理模型及其应用

光合电子流对光响应的机理可以揭示植物光合电子流与光强、植物捕光色素分子物理特性之间的关系。该文讨论了光合电子流对光响应的机理模型的特性以及捕光色素分子的物理性质, 并利用此模型拟合了山莴苣(Lagedium sibiricum)、一年蓬(Erigeron annuus)和紫菀(Aster tataricus)的光合电子流对光响应的曲线。由此模型不仅可以得到植物的最大光合电子流、饱和光强、初始斜率等参数, 还可以获得捕光色素分子有效光能吸收截面和处于最低激发态的捕光色素分子数对光的响应关系。结果表明: 随光强的增加, 山莴苣的捕光色素分子的有效光能吸收截面下降最快, 紫苑的下降速度最慢; 山莴苣处于最低激发态的捕光色素分子数增长速度最快, 紫苑的增长速度最小。捕光色素分子的有效光能吸收截面随光强增加而下降、处于最低激发态的捕光色素分子数随光强增加而增加的特性将减少其光能的吸收和激子的传递, 因而有利于减少强光对植物产生的光伤害。     

基于光响应机理模型的不同植物光合特性

为了研究不同植物的光合特性,用LI-6400-40B荧光仪同时测量了葎草(Humulus scandens)、白泡桐(Paulownia fortunei)、龙葵(Solanum nigrum)的电子传递速率和光合作用对光的响应曲线。利用植物光合电子流对光响应和光合作用对光响应的机理模型研究了这3种植物光合特性的差异及其产生的原因。结果表明:葎草的叶绿素含量最低,但其捕光色素分子的本征光能吸收截面最大;白泡桐的叶绿素含量是龙葵的1.2倍,但这两种植物的最大电子传递速率没有差异。产生这种差异的原因是:龙葵的捕光色素分子的本征光能吸收截面要比白泡桐大,而它处于激发态的最小平均寿命要比白泡桐短,且龙葵的电子利用效率要比白泡桐大。此外,捕光色素分子的有效光能吸收截面和处于激发态的捕光色素分子对光响应曲线的差异也有可能影响它们的光合特性。     

不同环境条件下光合作用对光响应模型的研究进展

光合作用对光的响应模型是研究植物在不同环境条件下光合特性的有力数学工具，可为定量描述植物光合速率对光合有效辐射的响应提供理论依据。本文基于植物光合作用对光响应经验模型的常用数学表达式特征，综述了这些模型的优势及其在实际应用中可能遇到的问题。在此基础上探讨了光合作用对光响应机理模型在描述植物的原初光反应以及光合生理生态方面的优势，并对该模型的发展进行了展望。光合作用主要由原初反应、同化力形成和碳同化构成，任何一个过程的变化均可直接影响植物的光化学效率和碳同化能力。原初反应主要涉及光能吸收、激子共振传递、量子能级跃迁和退激发等与光能吸收传递相联系的、纯粹的物理过程。光合作用对光响应经验模型难以解释植物的非光化学淬灭(NPQ)随光强的增加一直非线性增加，也难以回答植物的捕光色素分子吸收过量的光能且不能及时地用于光化学反应时，单线态叶绿素分子的寿命将延长等现象。与此同时，光合作用对光响应机理模型拟合得到的参数不仅可以反映植物的原初光反应特征，还可以描述植物捕光色素分子的物理特性，如处于激发态的捕光色素分子数(N_k)、捕光色素分子的有效光能吸收截面(σ_ik     

遮阴对闽楠一年生和三年生幼树叶绿素荧光特性及能量分配的影响

为探讨闽楠幼树对不同光环境的光合生理响应,本研究分析了不同光照条件(全光和88.3%遮光率)对闽楠1年生和3年生幼树叶绿素含量、叶绿素荧光参数、捕光色素分子内禀特性和光能分配的影响。结果表明:88.3%遮光率条件下生长的闽楠1年生和3年生幼树叶绿素a、叶绿素b、类葫芦卜素含量均显著大于全光照。遮阴导致闽楠1、3年生幼树初始荧光(Fo)、PSII最大光化学量子产量(Fv/Fm)和PSII有效光化学量子产量(Fv'/Fm')增加,光化学淬灭系数(qP)和非光化学淬灭系数(NPQ)下降。88.3%遮光率条件下生长的闽楠1年生和3年生幼树捕光色素分子有效光能吸收截面(σik')和天线热耗散(D)显著低于全光照,处于最低激发态的捕光色素分子数(Nk)和非光化学能量耗散(E)高于全光照。在全光照或88.3%遮光率条件下,闽楠1年生幼树叶绿素含量、类葫芦卜素含量、Fv/Fm、Fv'/Fm'、NPQ与3年生幼树无显著差异。在全光照条件下,闽楠1年生幼树qP、电子传递速率(ETR)、σik'、光化学耗散(P)显著小于3年生幼树,Nk和E高于3年生幼树。这说明闽楠1年生和3年生幼树适宜在遮阴条件下生长,全光照条件下会产生光抑制,闽楠3年生幼树对高光环境的抗性较1年生幼树强。     

光合作用对光和CO2响应模型的研究进展

光合作用对光和CO₂响应模型是研究植物生理和植物生态学的重要工具, 可为植物光合特性对主要环境因子的响应提供科学依据。该文综述了当前光合作用对光和CO₂响应模型的研究进展和存在的问题, 并在此基础上探讨了这些模型的可能发展趋势。光合作用涉及光能的吸收、能量转换、电子传递、ATP合成、CO₂固定等一系列复杂的物理和化学反应过程。光合作用由原初反应、同化力形成和碳同化3个基本过程构成, 任一个过程均可对光合作用速率产生直接的影响。光合作用对光响应模型只涉及光能的转换, 而光合作用的生化模型包含了同化力形成和碳同化这两个基本过程。把光合作用的原初反应, 即把参与光能吸收、传递和转换的捕光色素分子的物理参数(如捕光色素分子数、捕光色素分子光能吸收截面、捕光色素分子处于激发态的平均寿命等)结合到生化模型中, 可能是今后光合作用对光响应机理模型的发展方向。     

不同CO2浓度下大豆叶片的光合生理生态特性

CO₂是光合作用的原料和底物,影响着光合作用的进程和光合产物的数量.利用Li-6400-40B同时测量大豆叶片在不同CO₂浓度(300、400、500和600 μmol·mol^-1)下的光合电子传递速率和光合作用对光的响应曲线,并用构建的光合作用对光响应机理模型拟合这些光响应曲线,获得大豆叶片一系列的光合参数、生理生态参数和捕光色素分子的物理参数.结果表明: 电子利用效率、最大电子传递速率和最大净光合速率随CO₂浓度的升高而增加;光补偿点和暗呼吸速率随CO₂浓度的升高而下降;光能利用效率和内禀(瞬时)水分利用效率随CO₂浓度的升高而增加,不同CO₂浓度下的最大光能利用效率和最大内禀(瞬时)水分利用效率之间存在显著差异,但不同CO₂浓度下的最大羧化效率的差异不显著.CO₂浓度的大小对光合作用中原初光反应存在一定程度的影响,即高CO₂浓度有利于减小捕光色素分子处于最低激发态的最小平均寿命,以提高光能传递的速度及增加大豆光合电子流的利用效率.     

不同CO2浓度下大豆叶片的光合生理生态特性

CO₂是光合作用的原料和底物,影响着光合作用的进程和光合产物的数量.利用Li-6400-40B同时测量大豆叶片在不同CO₂浓度(300、400、500和600 μmol·mol^-1)下的光合电子传递速率和光合作用对光的响应曲线,并用构建的光合作用对光响应机理模型拟合这些光响应曲线,获得大豆叶片一系列的光合参数、生理生态参数和捕光色素分子的物理参数.结果表明: 电子利用效率、最大电子传递速率和最大净光合速率随CO₂浓度的升高而增加;光补偿点和暗呼吸速率随CO₂浓度的升高而下降;光能利用效率和内禀(瞬时)水分利用效率随CO₂浓度的升高而增加,不同CO₂浓度下的最大光能利用效率和最大内禀(瞬时)水分利用效率之间存在显著差异,但不同CO₂浓度下的最大羧化效率的差异不显著.CO₂浓度的大小对光合作用中原初光反应存在一定程度的影响,即高CO₂浓度有利于减小捕光色素分子处于最低激发态的最小平均寿命,以提高光能传递的速度及增加大豆光合电子流的利用效率.     

越冬期广玉兰阳生叶和阴生叶PSⅡ功能及捕光色素分子内禀特性的比较研究

捕光色素分子的内禀特性不仅决定了光能的吸收与传递,也将影响到激发能向光化学反应、热耗散和叶绿素荧光的分配。本文采用叶绿素荧光技术和光合电子流对光响应机理模型,研究了越冬期广玉兰（Magnolia grandiflora）阳生叶和阴生叶两种不同光环境下叶片PSⅡ功能及其捕光色素分子内禀特性的差异,以探索广玉兰越冬的光保护策略。结果表明：越冬期低温导致叶片轻微光抑制的发生,全光照加剧了阳生叶光抑制程度,而弱光环境有利于阴生叶光抑制的恢复。阳生叶可通过降低叶绿素含量和捕光色素分子数量以减少对光能的吸收,并且具有较强的光化学和热耗散能力以保护光合机构免受低温强光伤害。而阴生叶虽然其光化学反应能力相对较弱,但具有较强的热耗散能力,可有效地保护其免受短时曝露在强光下的伤害。     

濒危植物长序榆(Ulmus elongata)幼苗叶绿素荧光特性的初步研究

用Li-6400XT便携式光合作用仪对濒危植物长序榆幼苗的各叶绿素荧光参数的日变化和快速光响应曲线进行了测定。结果发现,光系统Ⅱ(PSⅡ)的实际光化学效率(ΦPSⅡ)、电子传递速率(ETR)在整个白天阶段较稳定,下午18:00显著下降。光化学淬灭(qP)先增大后减小。非光化学淬灭(NPQ)呈现出与光化学淬灭(qP)相反的变化趋势,中午最低,说明长序榆幼苗光能利用率较高。快速光曲线表明实际光化学效率(ΦPSⅡ)和光化学淬灭(qP)随着光合有效辐射(PAR)的增大而减小,电子传递速率(ETR)和非光化学淬灭(NPQ)随着光合有效辐射(PAR)的增大而增大。使用幂函数能够很好的拟合实际光化学效率(ΦPSⅡ)和电子传递速率(ETR)随光强的变化,而对数函数能较好的拟合实际光化学淬灭(qP)和非光化学淬灭(NPQ)随光强的变化。     

植被光能利用率:模型及其不确定性

光能利用率（Light use efficiency： LUE）指植物截获的光能转化为化学能的效率,表示为生产力和吸收光能之比。基于LUE概念的模型对模拟预测全球变化下碳循环、植被生产力及其潜力具有重要意义。全球变化和人类活动影响给植被生产力和碳循环的评估带来了巨大挑战。系统梳理了LUE模型的不确定性并分析其原因,以期提高生产力模拟预测的准确度。分析发现LUE模型准确度仅为62%-70%且模型间差异较大（32%）,误差随着植被类型、时间尺度和空间区域的不同存在显著差别。目前计算LUE的误差是模型不确定性的关键,原因主要在于LUE与影响因素尤其是水分的关系并不清楚。一方面不能准确区分水分胁迫指标对LUE的影响机制,另一方面无法准确模拟水分等影响因素与LUE关系的时空演变特征。未来该领域研究的重要方向是发展集成样地和区域尺度的叶绿素荧光、光化学指数等研究方法,厘定LUE与影响因素特别是的水分关系,并分析其时空演变特征。     

Light effects on cell development and secondary metabolism in Monascus

In nature, light is one of most crucial environmental signals for developmental and physiological processes in various organisms, including filamentous fungi. We have found that both red light and blue light affect development in Monascus, influencing the processes of mycelium and spore formation, and the production of secondary metabolites such as -aminobutyric acid, red pigments, monacolin K and citrinin. Additionally, we observed that the wavelength of light affects these developmental and physiological processes in different ways. These findings suggest that Monascus possesses a system for differential light response and regulation.     

Light sensitivity of Bifidobacterium longum in bioreactor cultivations

Bifidobacteria are gaining commercial significance due to their probiotic properties. However, little is still known about the production of these bacteria and their behavior in bioreactors. Two Bifidobacterium longum strains were sensitive to light when grown in a transparent (glass) bioreactor under microaerophilic growth conditions (i.e. no gases added and slow mixing). The sensitivity was less clear the more anaerobic the initial conditions were. In a darkened bioreactor in microaerophilic conditions, the two strains grew with maximum specific growth rates of 0.36 h(-1) and 0.48 h(-1). In an illuminated bioreactor neither strain grew. In comparison, Lactobacillus reuteri was not sensitive to light under the same conditions.     

Light responses ofBeggiatoa

Studies on nativeBeggiatoa demonstrated diel vertical migration into, and out of, sediments at the bottom of warm spring pools. Laboratory experiments withBeggiatoa in natural sediments suggested that high light was the cause of the downward movement. The nature of this presumed photomotion was clarified by microscopic observation of individual filaments of nativeBeggiatoa at light/dark boundaries where the light was varied in intensity and quality. Using white light, a negative photo-response was demonstrated, and a dose-response curve was constructed which indicates an increasing response to light over three orders of magnitude of intensity. A coarse action spectrum implicated a pigment with a peak in the blue region as the receptor. Pure culture studies showed the negative response to be a step-up phobic one. The light intensity increase necessary to invoke reversals was a smaller percentage of the initial intensity for higher initial intensities. The light intensity levels and gradient strengths necessary to evoke reversals in single filaments were consistent with the hypothesis that the step-up response accounts for the disappearance in the field. This response has adaptive significance since full sunlight was completely inhibitory toBeggiatoa growth, even when filaments were aggregated in tufts. Dilute suspensions were also inhibited by as little as 5000 lux (fluorescent lamps).     

亚热带常绿人工针叶林冠层内光能利用率

以我国南方主要造林树种湿地松(Pinus elliottii)、马尾松(P.massoniana)、杉木(Cunninghamia lanceolata)为研究对象,采用Li-6400便携式CO2/H2O红外气体分析仪测定生长中期(7月)和后期(10月)树冠内部不同层次(上层和下层)、方位(阳面和阴面)和叶龄(当年生和1年生)光环境、净光合速率(Pn),计算了光能利用效率(LUE)。结果表明:光合有效辐射(PAR)在树冠不同层次和方位间存在显著差异(P<0.05);当年生叶所处环境PAR高于1年生叶所处环境PAR,即在一定光环境之下发育的叶片往往被后来形成的新叶所遮荫。两时期3树种上层针叶的Pn均高于下层针叶;生长中期下层针叶的LUE高于上层叶,而生长后期层次间LUE相近或下层针叶不及上层针叶。不同方位针叶Pn因树种不同而不同,湿地松和马尾松阳面叶Pn高于阴面叶,而杉木阴面叶Pn高于阳面叶;两时期3树种阴面叶LUE均高于阳面叶。总体而言,叶片Pn和LUE对森林树冠内部光环境做出较强的可塑性。由于当年生针叶生理机能和光环境均优于1年生针叶,两时期3树种当年生针叶Pn均高于1年生针叶;生长中期湿地松和马尾松当年生...     

植被光能利用率研究进展

光能利用率是表征植物固定太阳能效率的指标,指植物通过光合作用将所截获/吸收的能量转化为有机干物质的效率,是植物光合作用的重要概念,也是区域尺度以遥感参数模型监测植被生产力的理论基础。传统的研究方法是通过生物量收获法分别确定植物生长和辐射量,求年或生长季比值;涡度相关技术作为目前直接测定植被冠层与大气间的CO2和水热交换量的唯一方法,使从冠层到景观水平的光能利用率估计成为可能。由于植被类型的差异和气候环境的综合影响使光能利用率表现出显著的空间异质性和时间动态性。在全球尺度上,利用耦合大气CO2观测、卫星遥感和大气辐射传输模型的反演模拟,发现净初级生产力的光能利用率存在明显的地理分异。影响光能利用率时空变异性的因子包括植物内在因素(如叶形、叶羧化酶含量)和外在环境因素。针对光能利用率的时空特征及其波动,建立在通量观测及模型分析基础上的跨尺度模拟,将成为今后该领域的研究重点。     

蓝光、紫外光的受体及其对CHS表达诱导的研究

植物在进化过程中形成了对环境信号反应的能力,光是植物生长发育中的一个重要的环境信号,综述了蓝光,紫外光的受体及蓝光,紫外光对编码植物类黄酮合成中的一个重要的限速酶－苯基苯乙烯酮合酶基因CHS的诱导作用,并介绍该反应信号转导的可能组分。     

不同光质对烟草组培苗生长及生理特性的影响

以‘云烟87号’生根组培苗为试材,以荧光灯为对照(CK),采用LED光源发射的单色光谱红光(R)、蓝光(B)、绿光(G)等不同光质配比组合光照处理,研究光质对烟草组培苗生长和生理特性的影响。结果显示:(1)与CK相比,红蓝绿(RBG)和红蓝白(RBW)组合光质使烟草组培苗植株株高、叶长、叶宽、叶面积、茎粗、根数、根长和干重显著增加,植株叶绿素含量也有提高但差异不显著。(2)RBW组合光质照射的植株可溶性糖含量和C/N比值显著高于其他光质处理,RBG组合光质处理植株的游离氨基酸含量显著高于其他光质处理,且各光质及其组合处理的烟草叶片可溶性蛋白含量显著高于对照,红蓝配光(1RB)使植株可溶性淀粉含量较对照显著提高。(3)各光质及其组合处理的烟草膜脂过氧化物MDA含量较对照均显著降低,而其SOD、POD和CAT活性较对照均显著提高;其中红光处理的植株膜脂过氧化物MDA含量最低,CAT活性最高。研究表明,LED光源不同光质及其组合光照均能够显著降低烟草组培苗的MDA含量,降低膜脂过氧化的伤害,促进烟草组培苗的生长,其主要通过调节抗氧化物酶活性的合成代谢来应对光氧化胁迫;LED光源的RBG和RBW组合光质可作为烟草组培苗生根阶段的最适光质。