光照对两种热带雨林树种幼苗光合能力、热耗散和抗氧化系统的影响

 研究了生长于不同光照条件下（100%、25%和8%光强）热带雨林冠层树种绒毛番龙眼（Pometia tomentosa）和中层树种滇南风吹楠（Horsfieldia tetratepala）幼苗的光合能力、热耗散、活性氧和保护性酶的活性。结果表明,绒毛番龙眼的最大光合速率随着生长光强的增加而提高,而滇南风吹楠在全光条件下的最大光合速率反比25%光照条件下的低。全光条件下两个树种光系统II的最大光化学效率（Fv/Fm）都显著降低,表明发生了长期光抑制。当把生长于遮荫条件下的幼苗移到全光下,从凌晨到中午随着光强的增加光抑制加剧,日落时生长于8%光照条件下的绒毛番龙眼及生长于8%和25%光照条件下的滇南风吹楠的光抑制不能完全恢复。非光化学猝灭对光强的响应曲线表明,随着生长光强的增加滇南风吹楠的热耗散能力增强,而生长在全光和25%光照条件下的绒毛番龙眼的热耗散能力都比滇南风吹楠的弱。两个树种叶片中O-[]·2、H2O2含量、SOD和CAT活性均随着生长光强的增加而提高;在同一光照条件下,绒毛番龙眼叶片中O-[]·2、H2O2含量、SOD和CAT活性显著高于滇南风吹楠。上述结果表明,在光抑制条件下,冠层树种绒毛番龙眼较大程度通过提高保护性酶的活性来保护光合机构免受损伤,而中层树种滇南风吹楠却较大程度通过增强非光化学猝灭来耗散过量光能;滇南风吹楠对强光的适应性差。     

绒毛番龙眼对生长光强的形态和生理适应

在100％、50％、25％和8％自然光强下栽培绒毛番龙眼幼苗并研究了其对光环境的适应。100％生长光强下绒毛番龙眼通过增大叶片悬挂角(midrib angle,MA)和比叶重(lamina mass per unit area,LMA),减少叶氮在捕光组分中的分配等降低光能捕获;通过增加类胡萝卜素含量增加热耗散。虽如此,还是发生了比较严重的光抑制,加之叶氮在光合机构中的分配最少,导致光合能力最低,长势最差。8％生长光强下绒毛番龙眼通过降低MA、LMA以及叶片技转,增加叶氮在捕光组分中的分配等提高光能捕获能力,光能转换及利用效率较高,热耗散水平较低,但由于环境光较弱,限制了光合碳同化,植株生长也较慢。50％和25％生长光强下绒毛番龙眼有较强的光能捕获、利用和耗散能力,在几种光处理中长势最好。     

生长环境光强对两种热带雨林树种幼苗光合作用的影响

以西双版纳热带雨林中演替后期种绒毛番龙眼和先锋树种山黄麻为材料 ,于雾凉季测定了不同光强下生长的 2种树苗叶片最大净光合速率 (Pmax)、叶绿素荧光参数以及光合色素含量和比叶重 (L MA) ,探讨了不同生态习性热带雨林树种幼苗对光强的适应及光保护机制。发现在一定光强范围内随生长环境光强的增加 ,2种树苗 L MA、荧光的非化学猝灭 (N PQ)、类胡萝卜素(Car)含量、Car与叶绿素 (Chl)之比升高 ,光饱和点和光补偿点也有随生长环境光强的增大而升高的趋势 ,Chl含量降低 ,2种树苗均能通过形态和生理特性的变化适应不同的光强环境。相同的生长光强下 ,绒毛番龙眼光抑制明显比山黄麻重 ,山黄麻适应强光的能力强。随生长环境光强的增加 ,山黄麻 N PQ增加不显著 ,热耗散较少 ,相同光强下其 Pmax显著高于绒毛番龙眼。绒毛番龙眼则相反 ,其热耗散随生长环境光强的升高显著增多 ,但 Pmax差异不显著。表明先锋种山黄麻主要通过提高 Pmax利用光能防止光合机构光破坏 ,而演替后期种绒毛番龙眼却较大程度通过增强非光化学猝灭来耗散过量光能。上午人为降低光强度对先锋种山黄麻影响不大 ,但可以明显缓解绒毛番龙眼的光抑制 ,表明上午一定程度的遮光 (如有雾 )可减缓绒毛番龙眼光抑制     

生长光强对4种热带雨林树苗光合机构的影响

于雾凉季研究了西双版纳热带雨林 4种植物幼苗对光抑制及光破坏的防御。发现不同光强下生长的玉蕊和滇南红厚壳日间光抑制均较团花树和滇南插柚紫重 ,在中光强下还发生了长期光抑制。中光强下生长的团花树和滇南插柚紫叶绿素含量降低 ,光合能力升高 ,同时增加热耗散量 ,维持光能平衡 ,避免了光破坏的发生。中光强下玉蕊和滇南红厚壳减少光能吸收、提高热耗散的同时 ,发生了光系统II光化学量子产量长期下调。中光强下生长的 4种植物叶片的类胡罗卜素的绝对含量并不高 ,但单位叶绿素的类胡罗卜素含量显著升高 ,相对保护作用增强。先锋树种团花树类胡罗卜素含量低于另 3种植物 ,这与其较低的热耗散速率相一致 ,光合能力的提高对其光破坏的防御有重要的作用     

七种热带雨林树苗叶片气孔特征及其可塑性对不同光照强度的响应

对生长在荫棚3种不同光照条件下和全自然光下的热带雨林4个冠层种(望天树、绒毛番龙眼、团花、红厚壳)和3个中层种(玉蕊、藤黄、滇南风吹楠)树苗叶片气孔特征以及它们的可塑性进行了研究、结果表明,这些植物的气孔全部着生在远轴面．7种植物中,玉蕊和绒毛番龙眼的气孔密度较大,滇南红厚壳和团花的保卫细胞最长．随光强的增大,气孔密度和气孔指数增大,单位叶气孔数在低光强下较大．除团花外,其它植物叶片气孔导度在50％光强处最大,而光强对保卫细胞的长度影响不显著．相关分析表明,气孔密度与植物单位叶的面积呈负相关。而与气孔导度的相关性不显著、尽管两种不同生活型植物气孔指数和单位叶气孔数在不同光强下的可塑性差异较小,但冠层树种气孔密度和气孔导度的可塑性显著高于中层树种．     

夜间低温对2种热带雨林树种幼苗叶绿素荧光的影响

研究了夜间低温(5℃±1℃,12h,连续3个晚上)对生长于3种光照条件下(100%、25%和8%光照)的热带雨林冠层树种绒毛番龙眼(Pometiatomentosa)和中层树种滇南风吹楠(Horsfieldiatetratepala)幼苗叶绿素荧光的影响。结果表明:低温处理使生长于全光下的绒毛番龙眼幼苗的Fv/Fm(PSII最大光化学量子产量)急剧降低,中午发生了强烈的光抑制,但随着低温胁迫的解除Fv/Fm能很快恢复,表明没有发生不可逆的光氧化损伤。低温使生长于全光和25%光照条件下2个树种幼苗的NPQ(非光化学猝灭,热耗散)受到抑制,但没有引起2个树种幼苗Fo(初始荧光)的升高,不会导致幼苗PSII反应中心的失活。2种热带雨林植物对低温的抗性可能与这些植物的地理分布和历史渊源有关。     

四种热带雨林树种幼苗比叶重,光合特性和暗呼吸对生长光环境的适应

雾凉季研究了西双版纳热带雨林4种植物幼苗对生长光环境的适应,其中两个树种幼苗喜光（团花和滇南插柚紫）,两个树种幼苗耐荫（滇南红厚壳和玉蕊）发现弱光环境中生长的4种植物比叶重、光合能力、光饱和点、光补偿点暗呼吸速度、叶绿素a/b比较低,叶绿素含量较高。玉蕊和滇南红厚壳幼苗的光合能力和呼吸速度 于团花树和滇南插柚紫。团花树和滇南插机紫的比叶重和光合作用的可塑性大于玉蕊和滇南红厚壳。高光强下生长的团花树和滇南插机紫增加叶氮分配给羧化酶的比较。减少分配给叶绿素的比例。滇南红厚壳和玉蕊适应弱光环境的能力略强于团花树和滇南插机紫,但适应强光的能力较差。研究结果支持树种的生理生态特性决定了其演替状况和生境选择的假说,单位干重叶的光合能力和呼吸速率并未表现出利于光适应的可塑性,表明4种植物生理适应能力较差,形态学上的适应在4种热带雨林树种幼苗光适应方面起到了重要的作用,叶氮分配也是它们光适应的策略之一。     

热带雨林蒲桃属3个树种的幼苗光合作用对生长光强的适应

 测定了生长于3种光强下（100％、42％和14％自然光强） 热带雨林演替早期（思茅蒲桃Syzygium latilimbum）、中期（乌墨S.cumini）和后期（阔叶蒲桃S. szemaoense）出现的蒲桃属 （Syzygium）3个树种幼苗叶片气体交换参数和叶绿素荧光参数的日变化、比叶重和叶绿素含量。发现演替早期树种光合能力和光合可塑性最大、中期树种次之,后期树种光合能力最弱且在强光下受到显著抑制。但是,生长在强光下,3个树种均未发生长期光抑制和光破坏。随生长光强增加,3个树种热耗散速率都升高。不过在强光下,中期和后期树种通过热耗散消耗的过剩光能较多,通过叶黄素循环的热耗散可能对于这两个树种在强光下避免光合机构的光破坏起到了重要作用。14％光强下,3个树种最大净光合速率、光合作用的光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率、比叶重降低,叶片单位干重叶绿素含量提高,对低光环境有了较好的形态学和生理学适应。但是,在4％光强下思茅蒲桃和乌墨幼苗全部死亡,只有阔叶蒲桃幼苗仍能存活,说明阔叶蒲桃幼苗适应弱光环境的能力高于思茅蒲桃和乌墨,与它们的演替状态一致。     

长柄双花木光合功能对光强的适应

在光强较高的纯林和阔叶林内,长柄双花木净光合速率呈“双峰曲线”,并伴随有胞间CO2的下降和气孔限制值的增大;随着日间光强的增大,叶片PQ还原程度和非光化学猝灭（NPQ）增加,ΦPSⅡ则下降,但后者午后随着光强的下降可得到完全恢复;叶片吸收光能分配于光化学反应的比例随着光强的增大而迅速减少;而天线色素热耗散部分及反应中心过剩的光能则显著增加,在午后光强减弱后两者均可恢复到早晨的初始水平。在低照度光的竹林内,净光合速率呈现“单峰曲线”,叶片PQ还原程度、NPQ以及ΦPSⅡ均无明显变化,叶片吸收光能也主要用于光化学反应,热耗散及过剩光能比例均较低。     

两种杜鹃花属植物对长期遮阴后全光照环境的生理响应及其光保护机制

植物通过提高光能利用能力和光保护途径以响应环境光强的增加, 但不同植物对环境光强增加的生理响应存在差异, 从而导致植物对光环境的适应性不一致。为探讨植物对光环境变化的生理响应及其适应机制, 该文以遮阴条件下培养1年的2种杜鹃属(Rhododendron)植物比利时杜鹃(R. hybrida)和杜鹃(R. simsii)为材料, 对其由遮阴后转入全光照下培养5天时的叶片叶绿素荧光参数及其快速光曲线变化进行了比较研究, 以期从叶片吸收光能分配和光保护机制的角度探讨这2种植物对光环境变化的适应机制。结果表明: 全光照降低了喜阴植物比利时杜鹃叶片的光化学反应和热耗散能力, 且其吸收光能分配于光化学反应和调节性能量耗散部分的比例减少, 导致光系统II反应中心过量激发能积累, 造成了叶片光抑制甚至光破坏。杜鹃作为耐阴喜光植物对光环境变化具有较强的适应性, 具有较高的光化学反应、热耗散和环式电子传递能力等内在生理特性; 在遮阴和全光照两种光环境下均能维持较高的吸收光能在光化学反应和调节性能量耗散部分的分配比例, 从而保护了光合机构的正常运行, 是其全光照强光未造成叶片光抑制的原因。     

4种木本植物叶片的光合电子传递和吸收光能分配特性对光强的适应

以气体交换和叶绿素荧光测定相结合的方法研究了亚热带自然林乔木荷树、黧蒴和林下灌木九节、罗伞幼苗的光合电子传递及激发能利用的分配对生长光强的适应特性。4种植物生长于100%、36%和16%的自然光下8个月,叶片的光化学速率和热能耗散速率随光强增大而提高,热能耗散占总的光能吸收的比例也因光强不同而改变,16%光下的相对热耗散率约为40%～45%,100%自然光下增大至50%～75%。叶片总的非环式电子流速率及其分配到光呼吸的比例在100%光强下最高。乔木和灌木的电子传递和光能分配特性在16%光下相似,在100%光下差别较明显。除灌木种有较高的热耗散比例之外,其余的参数皆比乔木的低。结果表明乔木与灌木皆可通过提高激发能热耗散比例和提高光合电子传递向光呼吸的比例来适应于高光强条件。     

夜间低温对不同光强下生长的两种沟谷雨林树苗荧光参数的影响

 于雾凉季测定了叶片叶绿素荧光参数,探讨了4～6 ℃夜间低温对4种相对光强下生长的两种西双版纳沟谷雨林树苗光系统Ⅱ（PSⅡ）活性的影响及雾对植物的可能保护机制。随夜间低温处理时间延长,不同光强下生长的团花树（Anthocephalus chinensis）和玉蕊（Barringtonia macrostachya）叶片日间和长期光抑制,以及PSⅡ反应中心的可逆失活或破坏加剧,生长环境光越强夜间低温的效应越明显,弱光下其效应不显著。间接表明雾使光强减弱利于缓解自然夜温降低对本区热带植物的影响。中光强下玉蕊对照植株发生了胁迫诱导的光抑制;相同处理条件下玉蕊的光抑制程度均比团花树重,表明玉蕊对夜间低温引起的光抑制更敏感。夜间低温处理后,中等和低光强下团花树的热耗散多于玉蕊,表明其光保护作用较强。夜间低温处理期间两种植物的光抑制与热耗散增多和PSⅡ反应中心的可逆失活或破坏的加剧有关。     

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。     

Fluorescence imaging of light acclimation of brazilian atlantic forest tree species

In the pursuit of knowledge on the biological behavior of Brazilian Atlantic Forest tree species, this study evaluated the susceptibility of the light-demanding species, Schinus terebinthifolia Raddi., Pseudobombax grandiflorum (Cav.) A. Robyns and Joannesia princeps Vell., and of the shade-tolerant species, Hymenaea courbaril L. var. stilbocarpa and Lecythis pisonis Camb, to photoinhibition and acclimation capacity. These species were first cultivated under two irradiance conditions, I₂₀ (20% direct sunlight radiation) and I₁₀₀ (all-sky or direct sunlight) and then transferred from I₂₀ to I₁₀₀. The effects of the sudden increase in light radiation intensity on photosynthetic activity were then evaluated through chlorophyll (Chl) fluorescence imaging, HPLC xanthophylls analysis, and cell membrane lipid peroxidation measurements. Light-demanding species were found to present a higher photochemical efficiency and higher acclimation capacity under high light irradiance than shade-tolerant species. The higher photoinhibition tolerance observed in light-demanding species was associated to their higher capacity for photochemical dissipation and dissipation of excess excitation energy via the xanthophyll cycle, leading to a lower ROS generation. The obtained results suggested that a knowledge of acclimation capacity, by means of Chl fluorescence imaging yields, is a useful indicator of species successional grouping.     

Interactive effects of nitrogen and irradiance on sustained xanthophyll cycle engagement in Eucalyptus nitens leaves during winter

Eucalyptus nitens is a species that is adapted to low temperature. This study examines xanthophyll-cycle engagement in E. nitens seedlings exposed to cold-induced photoinhibitory conditions under different levels of irradiance and nutrient status. Xanthophyll-cycle pool size indicated an increased requirement for light energy dissipation under high irradiance and low nutrient status. Greater sensitivity to photoinhibition of non-shaded seedlings indicated that sustained xanthophyll-cycle engagement may occur in response to damaged chlorophyll. Within irradiance treatments, fertilised seedlings had higher photochemical efficiency and faster recovery from photoinhibition than unfertilised seedlings. These results demonstrate that fertilised compared to unfertilised seedlings can utilise a greater proportion of incident light under cold temperature conditions     

光强对三七光合能力及能量分配的影响

通过研究生长于不同环境光强(29.8%、9.6%、5.0%、1.4%和0.2%全日照)下的2年生三七光合作用对光照强度、CO₂浓度、模拟光斑的响应及叶绿素荧光和能量分配特征,研究光照强度对阴生植物三七光合特征及光适应的影响.结果表明: 29.8%全日照(FL)下三七表观量子效率(AQY)、光系统Ⅱ(PSⅡ)潜在的量子效率(F_v/F_m)、PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)较低,最大净光合速率(P_{n max})、最大电子传递速率(J_max)、实际光化学量子效率(F/F_m′)、电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(q_P)和光能分配到光化学途径的比例(Φ_PSⅡ)较高,但非光化学淬灭系数(NPQ)并不是最高.9.6% FL和5.0% FL处理P_{n max}、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、暗呼吸速率(R_d)无显著差异,但它们的AQY、羧化效率(CE)、最大羧化速率(V_{c max})、F_v/F_m、F_v/F_o较高,NPQ也相对较高.生长环境光强低于5.0%FL时,P_{n max}、CE、V_{c max}、J_max、ETR、F/F_m′、q_P、NPQ和Φ_PSⅡ均随生长环境光强的降低呈下降趋势,而捕获的光能分配到荧光耗散的比例(Φ_f,D)逐渐增加.在500 μmol·m^-2·s^-1光斑诱导下,生长环境光强大于5.0%FL下的三七Φ_PSⅡ随诱导时间的延长缓慢增加,1.4%FL和0.2%FL下Φ_PSⅡ迅速达到饱和,且Φ_f,D迅速增加.三七在受到长期高光胁迫的环境下,通过适度的PSⅡ光抑制和保持较高光合电子传递速率,从而提高光能的利用来保护光合机构遭受不可修复的氧化伤害;适度的遮荫能够有效保持较高的非光化学热耗散能力;但过度遮荫会使其光合能力明显降低,捕获的光能更多地通过非光化学的途径耗散,且在接受到高光照射时较容易引发光氧化伤害.     

Physiological responses and photo-protective mechanisms of two Rhododendron plants to natural sunlight after long term shading

AimsResponses of plants to increased irradiance are governed by two strategies: an increase in the utilization of absorbed light and photo-protective mechanisms. Varied physiological responses to increased irradiance were observed in plant species with differing adaptabilities to light regimes. This research aims to explore the physiological responses and photo-protective mechanisms of two Rhododendron plants to changes in light regimes. MethodsChlorophyll fluorescence parameters and rapid light curves were measured for leaves of R. hybrida (a shade-tolerant species) and R. simsii (a light-loving and shade-tolerant species) following exposure to sunlight for five days after growing in the shade for one year.Important findings Natural sunlight decreased the efficiency of photochemical reaction by reducing the fraction of incident light in photochemical energy utilization and decreased thermal dissipation through regulating energy dissipation in photosystem II (PSII) in the leaves of R. hybrida. As a result, natural sunlight induced the accumulation of excess excitation energy in PSII, and caused photo-inhibition and even photodamage in the leaves of R. hybrida, which was suddenly transferred from long-term shading to sun exposures. The acclimation capacity to changes of growth light regimes was stronger in R. simsii than in R. hybrida, due to a higher capability for photochemical reaction, thermal dissipation and cyclic electron flows around photosystem I in the leaves of R. simsii. Rhododendron simsii could utilize a high fraction of incident light in photochemistry and regulate energy dissipation in PSII to protect the photosynthetic apparatus under both shading and natural sunlight condition. Therefore, high light intensity under natural sunlight did not cause photo-inhibition in R. simsii.