施氮和大气CO2浓度升高对小麦旗叶光合电子传递和分配的影响

采用开顶式气室盆栽培养小麦,设计2个大气CO2浓度(正常:400 μmol.mol-1;高:760 μmol·mol-1)、2个氮素水平(0和200 mg·kg-1土)的组合处理,通过测定小麦抽穗期旗叶氮素和叶绿素浓度、光合速率(Pn)-胞间CO2浓度(C1)响应曲线及荧光动力学参数,来测算小麦叶片光合电子传递速率等,研究了高大气CO2浓度下施氮对小麦旗叶光合能量分配的影响.结果表明:与正常大气CO2浓度相比,高大气CO2浓度下小麦叶片氮浓度和叶绿素浓度降低,高氮处理的小麦叶片叶绿素a/b升高.施氮后小麦叶片PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ反应中心最大量子产额(Fv'/Fm')、PSⅡ反应中心的开放比例(qr)和PSⅡ反应中心实际光化学效率(φPSⅡ)在大气CO2浓度升高后无明显变化,虽然叶片非光化学猝灭系数(NPQ)显著降低,但PSⅡ总电子传递速率(JF)无明显增加;不施氮处理的Fv'/Fm'、φPSⅡ和NPQ在高大气CO2浓度下显著降低,尽管Fv/Fm和qp无明显变化,JF仍显著下降.施氮后小麦叶片JF增加,参与光化学反应的非环式电子流传递速率(Jc)明显升高.大气CO2浓度升高使参与光呼吸的非环式电子流传递速率(J0)、Rubisco氧化速率(V0)、光合电子的光呼吸/光化学传递速率比(J0/Jc)和Rubisco氧化/羧化比(V0/Vc)降低,但使Jc和Rubisco羧化速率(Vc)增加.因此,高大气CO2浓度下小麦叶片氮浓度和叶绿素浓度降低,而增施氮素使通过PSⅡ反应中心的电子流速率显著增加,促进了光合电子流向光化学方向的传递,使更多的电子进入Rubisco羧化过程,Pn显著升高.     

高大气CO2浓度下氮素对小麦叶片光能利用的影响

关于氮素对高大气CO₂浓度下C₃植物光合作用适应现象的调节机理已有较为深入的研究, 但对其光合作用适应现象的光合能量转化和分配机制缺乏系统分析。该文以大气CO₂浓度和施氮量为处理手段, 通过测定小麦(Triticum aestivum)抽穗期叶片的光合作用-胞间CO₂浓度响应曲线以及荧光动力学参数来测算光合电子传递速率和分配去向, 研究了长期高大气CO₂浓度下小麦叶片光合电子传递和分配对施氮量的响应。结果表明, 与正常大气CO₂浓度处理相比, 高大气CO₂浓度下小麦叶片较多的激发能以热量的形式耗散, 增施氮素可使更多的激发能向光化学反应方向的分配, 降低光合能量的热耗散速率; 大气CO₂浓度升高后小麦叶片光化学淬灭系数无明显变化, 高氮叶片的非光化学猝灭降低而低氮叶片明显升高, 施氮促进PSII反应中心的开放比例, 降低光能的热耗散; 高大气CO₂浓度下高氮叶片通过PSII反应中心的光合电子传递速率(J_F)较高, 而且参与光呼吸的非环式电子流速率(J₀)显著降低, 较正常大气CO₂浓度处理的高氮叶片下降了88.40%, 光合速率增加46.47%; 高大气CO₂浓度下小麦叶片J_F-J₀升高而J₀/J_F显著下降, 光呼吸耗能被抑制, 更多的光合电子分配至光合还原过程。因此, 大气CO₂浓度增高条件下, 小麦叶片激发能的热耗散速率增加, 但增施氮素后小麦叶片PSII反应中心开放比例提高, 光化学速率增加, 进入PSII反应中心的电子流速率明显升高, 光呼吸作用被抑制, 光合电子较多地进入光化学过程, 这可能是高氮条件下光合作用适应性下调被缓解的一个原因。     

5-氨基乙酰丙酸对NaCl胁迫下番茄幼苗光合特性的影响

为探讨5-氨基乙酰丙酸（ALA）对NaCl胁迫下番茄光合特性的调控作用,以‘金鹏一号’番茄幼苗为试材,研究叶面喷施50 mg·L^-1或根施10 mg·L^-1 ALA对100 mmol·L^-1 NaCl胁迫下番茄幼苗光合及叶绿素荧光参数的影响.结果表明： NaCl胁迫下,番茄幼苗光合气体交换参数（净光合速率P_n、气孔导度g_s、胞间CO₂浓度C_i、蒸腾速率T_r）及叶绿素荧光参数（实际光化学量子产量F_v′/F_m′、F_m′、PSⅡ反应中心实际光化学效率Φ_PSⅡ、表观光合电子传递效率ETR、光化学淬灭q_P、光化学反应Pc）均显著降低,根施或叶施ALA均可以提高NaCl胁迫下番茄叶片的光合能力,但两种处理方式之间存在一定差异.叶面喷施50 mg·L^-1ALA或根施10 mg·L^-1ALA处理均显著提高了番茄叶片P_n、T_r、g_s和C_i,提高了水分利用效率（WUE）,显著增加了NaCl胁迫下叶片的最大净光合速率,减轻了光抑制.根施ALA对叶绿素含量的作用效果较好,而叶施ALA对光合参数的作用效果较好,两处理叶绿素荧光参数差异不显著.叶面喷施或根施ALA可以提高番茄幼苗的耐盐性,其调控作用与促进叶绿素合成与稳定、维持正常气孔开闭、降低气孔限制,进而提高NaCl胁迫下番茄叶片的光合能力和PSⅡ光化学效率有关.
     

大气CO2浓度升高对绿豆叶片光合作用及叶绿素荧光参数的影响

利用FACE系统在大田条件下通过盆栽试验研究了大气CO₂浓度升高\[CO₂浓度平均为（550±60) μmol·mol^-1\]对绿豆叶片光合生理和叶绿素荧光参数的影响.结果表明： 与对照\[CO₂浓度平均为（389±40）μmol·mol^-1左右\]相比,大气CO₂浓度升高使花荚期绿豆叶片净光合速率(P_n)和胞间CO₂浓度(C_i)分别升高11.7%和9.8%,气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)分别下降32.0%和24.6%, 水分利用效率(WUE)提高83.5%;在蕾期,CO₂浓度升高对绿豆叶片叶绿素初始荧光(F_o)、最大荧光（F_m）、可变荧光（F_v）、F_v/F_m和F_v/F_o没有显著影响;在鼓粒期,CO₂浓度升高使绿豆叶片F_o增加19.1%,F_m和F_v分别下降9.0%和14.3%,F_v/F_o和F_v/F_m分别下降25.8%和6.2%.表明大气CO₂浓度升高可能使绿豆生长后期光系统Ⅱ反应中心结构受到破坏,叶片的光合能力下降.     

不同浓度Ni、Cu处理对骆驼蓬光合作用和叶绿素荧光特性的影响

以骆驼蓬幼苗为材料,采用盆栽试验研究不同浓度（0、50、100、200、400 mg·kg^-1）Ni、Cu处理对骆驼蓬叶片光合作用、叶绿素荧光特性及生长状况的影响.结果表明： 随着Ni浓度的增加,骆驼蓬幼苗叶片的光合色素含量、净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）、PSⅡ最大光化学效率（F_v/F_m）、PSⅡ电子传递量子产率（Φ_PSⅡ）、光化学猝灭系数（q_P）及各项生长指标均呈显著下降趋势,而细胞间隙CO₂浓度（C_i）和非光化学猝灭系数（q_N）呈显著增加趋势,其中P_n的下降主要是由非气孔限制所致;骆驼蓬幼苗叶片的光合色素含量、P_n、G_s、T_r、C_i、F_v/F_m、Φ_PSⅡ、q_P及各项生长指标均在50 mg·kg^-1 Cu处理时达到峰值,叶绿素a和b、P_n、G_s、T_r、C_i、F_v/F_m及各项生长指标值在100 mg·kg^-1 Cu处理时仍微高于对照,而后随Cu浓度的增加,光合色素含量、P_n、G_s、T_r、C_i、 F_v/F_m、Φ_PSⅡ、q_P及各项生长指标均呈下降趋势,q_N呈增加趋势,其中P_n的下降主要是由气孔限制所致.     

大气CO2浓度升高对干旱条件下冬小麦叶片光合适应的影响

大气CO₂浓度升高是全球气候变化的主要特征,但大气CO₂浓度长期升高条件下冬小麦叶片发生光合适应的机制尚不十分清楚。本研究以盆栽冬小麦‘郑麦9023’为试验材料,在人工气候控制室内设置2个CO₂浓度(400和600 μmol·mol^-1)、2个水分条件(田间持水量的80%±5%和55%±5%),测定拔节期和抽穗期的光合特征曲线、叶绿素荧光动力学参数、叶氮含量和收获后的籽粒产量等指标,探讨干旱条件下库源关系改变对叶片光合适应的影响。结果表明: 在小麦拔节期,干旱条件下CO₂浓度升高处理的小麦PSⅡ实际光化学效率没有显著增加,但通过提升最大电子传递速率和电子向光化学方向的传递比例,增强了Rubisco的羧化速率,从而提高了最大净光合速率;在抽穗期,功能叶最大电子传递速率和电子向光化学方向的传递比例虽然较高,但PSⅡ实际光化学转换效率降低,Rubisco羧化速率和丙糖磷酸利用效率下降,以致最大净光合速率降低。干旱条件下,CO₂浓度升高增加了小麦单茎生物量、单穗粒数和穗粒重,降低了不孕小穗数,提高了籽粒产量。土壤干旱条件下,CO₂浓度升高对收获期小麦单茎籽粒产量的促进作用可能主要来自于生长前期的光合产物积累。生长后期光合适应发生的主要原因是功能叶PSⅡ实际光化学转换效率和丙糖磷酸利用效率的降低,而不是最大电子传递速率、光化学方向的电子传递比例和新叶库强的变化。     

外源Ca2+对高温强光胁迫下小麦叶绿体D1蛋白磷酸化及光系统Ⅱ功能的影响

用10 mmol·L^-1 CaCl₂溶液预处理灌浆期小麦叶片,以水预处理为对照,然后将预处理植株进行高温强光（35 ℃,1600 μmol·m^-2·s^-1）胁迫,测定胁迫处理过程中小麦旗叶光合电子传递速率、净光合速率、叶绿素荧光参数及D₁蛋白的变化,以研究外源Ca²⁺对高温强光胁迫下小麦叶片类囊体膜D₁蛋白磷酸化和PSⅡ功能的影响.结果表明：CaCl₂溶液预处理使小麦叶片在高温强光逆境下PSⅡ反应中心发生可逆失活,有效抑制了高温强光下D₁蛋白的净降解,保持了较高的D₁蛋白磷酸化水平,暗恢复后PSⅡ反应中心活性迅速恢复,全链电子传递速率和PSⅡ电子传递速率恢复至对照水平,维持了较高的PSⅡ原初光化学效率（F_v/F_m）、实际光化学效率(Ф_PSⅡ)、光化学猝灭系数（q_P）和净光合速率（P_n）.表明外源Ca²⁺通过调节小麦叶绿体D₁蛋白的周转,促进了PSⅡ的正常运转,减轻了高温强光胁迫对叶片光合机构的损伤.     

氮素对高大气CO2浓度下小麦叶片光合作用的影响

通过测定小麦拔节期叶片的光合气体交换参数和光强-光合速率（P_n）响应曲线,研究了氮素对长期高大气CO₂浓度（760 μmol·mol^-1）下小麦叶片光合作用的影响.结果表明：在长期高大气CO₂浓度下,增施氮肥能提高小麦叶片P_n、蒸腾速率（T_r）和瞬时水分利用效率（WUE_i）;与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i增加,气孔导度（G_s）和胞间CO₂浓度(C_i）降低.随光合有效辐射的增强,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i均高于正常大气CO₂浓度处理,G_s则较低,而C_i和T_r无显著变化.高氮水平下小麦叶片G_s与P_n、T_r、WUE_i呈线性正相关,G_s与C_i在正常大气CO₂浓度下呈线性负相关,但高大气CO₂浓度下二者无相关性;低氮水平下小麦叶片的G_s与P_n、WUE_i无相关性,而与C_i和T_r呈线性正相关,表明高大气CO₂浓度下低氮水平的小麦叶片P_n由非气孔因素限制.     

氮素对高大气CO2浓度下小麦叶片光合作用的影响

通过测定小麦拔节期叶片的光合气体交换参数和光强-光合速率（P_n）响应曲线,研究了氮素对长期高大气CO₂浓度（760 μmol·mol^-1）下小麦叶片光合作用的影响.结果表明：在长期高大气CO₂浓度下,增施氮肥能提高小麦叶片P_n、蒸腾速率（T_r）和瞬时水分利用效率（WUE_i）;与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i增加,气孔导度（G_s）和胞间CO₂浓度(C_i）降低.随光合有效辐射的增强,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i均高于正常大气CO₂浓度处理,G_s则较低,而C_i和T_r无显著变化.高氮水平下小麦叶片G_s与P_n、T_r、WUE_i呈线性正相关,G_s与C_i在正常大气CO₂浓度下呈线性负相关,但高大气CO₂浓度下二者无相关性;低氮水平下小麦叶片的G_s与P_n、WUE_i无相关性,而与C_i和T_r呈线性正相关,表明高大气CO₂浓度下低氮水平的小麦叶片P_n由非气孔因素限制.     

交替呼吸途径对CuCl2胁迫下菜豆叶片光系统Ⅱ的保护作用

以“农普”12号菜豆幼苗为材料,采用1mmol·L^-1的水杨基氧肟酸（SHAM）抑制交替呼吸途径活性,探讨了在CuCl₂胁迫下交替呼吸途径对菜豆幼苗叶片光系统Ⅱ的保护作用。结果表明,随着CuCl₂胁迫浓度的增加,菜豆幼苗叶片潜在最大光化学效率F_v/F_m、光适应下叶片的最大光化学效率F_v'/F_m'、PSⅡ的实际光化学效率Y（Ⅱ）以及光化学猝灭系数qP、叶绿素含量均呈下降趋势,而非光学猝灭系数NPQ和交替呼吸途径的容量水平则呈上升趋势。较之在CuCl₂处理下的菜豆幼苗,用交替呼吸途径抑制剂预处理后的菜豆再置于CuCl₂的胁迫下,则会导致F_v/F_m、F_v'/F_m'、Y（Ⅱ）、qP以及叶绿素含量的进一步下降和NPQ的进一步上升。上述观察表明,在CuCl₂胁迫下交替呼吸途径可以缓解PSⅡ光化学效率的下降、维持PSⅡ反应中心的开放程度、减少天线色素的热耗散以及缓解叶绿素含量的降低,从而保护菜豆叶片光系统Ⅱ免受CuCl₂胁迫的伤害。     

γ-氨基丁酸（GABA）对低氧胁迫下甜瓜幼苗光合作用和叶绿素荧光参数的影响

采用营养液水培方法,研究了低氧胁迫下外源γ-氨基丁酸（GABA）对甜瓜幼苗光合色素含量、光合作用及叶绿素荧光参数的影响.结果表明：低氧胁迫导致甜瓜幼苗光合色素含量显著下降,光合作用降低;外源GABA能显著提高正常通气和低氧胁迫下甜瓜幼苗的光合色素含量、净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度、CO₂羧化效率、最大光化学效率、光化学猝灭系数、表观光合电子传递速率和PSⅡ光合电子传递量子效率,而气孔限制值、初始荧光和非光化学猝灭系数显著降低,GABA在低氧胁迫下的提高效果更明显;同时添加GABA和GABA转氨酶抑制剂γ-乙烯基-γ-氨基丁酸（VGB）处理显著降低了低氧胁迫下GABA对甜瓜幼苗光合特性的缓解效果.     

不同光强下细胞外三磷酸腺苷对菜豆叶片光化学反应特性的影响

三磷酸腺苷(ATP)不但分布在细胞内部, 而且广泛存在于动物和植物细胞的细胞外基质中。细胞外ATP (eATP)可与细胞膜表面相应的受体结合并激发细胞内的第二信使, 从而调节细胞的多种生理学功能。但目前对于eATP是否也能对植物的光合作用产生影响则研究较少。该文以菜豆(Phaseolus vulgaris)叶片为实验材料, 研究了在不同光强下eATP对菜豆叶片叶绿素荧光特性和光合放氧速率的影响。结果显示, 随着光强的增加, 叶片的光适应下最大光化学效率(F_v′/F_m′)、光系统II (PSII)实际光化学效率(Y(II))、光化学猝灭系数(q_P)均呈现下降趋势, 而电子传递速率(ETR)、非光化学猝灭系数(q_N)以及调节性能量耗散的量子产量(Y(NPQ))随着光强的增加呈上升趋势。与对照相比, eATP的处理可以显著提高菜豆叶片PSII的潜在最大光化学效率(F_v/F_m)、Y(II)、q_P、ETR和光合放氧速率; 但eATP的处理对F_v′/F_m′、q_N以及Y(NPQ)没有显著影响。AMP-PCP (β,γ-亚甲基三磷酸腺苷, eATP细胞外受体的抑制剂)的处理显著降低了F_v/F_m、F_v′/F_m′、Y(II)、ETR和光合放氧速率, 同时也显著增加了q_N以及Y(NPQ)的水平。以上结果显示, 植物eATP水平的变化对植物光合作用的光化学反应有着重要的影响。     

外源Ca2+对高温强光下西葫芦幼苗形态特征、光合特性及荧光参数的影响

选用西葫芦(Cucurbita pepo)品种“阿兰”一代为试验材料,研究了外源Ca²⁺处理对高温强光交叉胁迫下西葫芦幼苗生长特征、光合特性及叶绿素荧光参数的影响.结果表明：高温强光胁迫下,5～20 mmol·L^-1 Ca²⁺处理的西葫芦幼苗具有较高的株高和较大的叶面积,其叶绿素、类胡萝卜素含量及光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ实际光化学效率(Φ_PSⅡ)和光化学猝灭系数(q_P)均较高,而胞间CO₂浓度（C_i）和非光化学猝灭系数（NPQ）较低,其中以10 mmol·L^-1Ca²⁺处理效果最好.说明5～20 mmol·L^-1Ca²⁺处理能有效缓解高温强光对西葫芦光合机构的不可逆伤害,使其保持较快的光合电子传递速率和较高的PSⅡ电子传递活性.Ca²⁺处理浓度超过40 mmol·L^-1时对高温强光胁迫没有缓解效应.     

外源GSH对NaCl胁迫下番茄幼苗光合特性及碳同化关键酶基因表达的影响

对NaCl胁迫下番茄幼苗叶片分别喷施还原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)和谷胱甘肽合成抑制剂(BSO)构建不同氧化还原水平的番茄植株,研究外源GSH介导的氧化还原状态对NaCl胁迫下番茄幼苗光合作用的影响.结果表明: 外源喷施GSH诱导NaCl胁迫下番茄幼苗叶片的还原力水平提高,叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)及最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Ф_PSⅡ)、光化学猝灭系数(q_P)、非光化学猝灭系数(NPQ)值均提高,核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)活性及大亚基(RbcL)、小亚基(RbcS)和Rubisco活化酶(RCA)的基因表达水平上调,从而有效保护了光合系统,促进了(光系统Ⅱ)PSⅡ光化学反应活性、降低了NaCl胁迫对光合暗反应的抑制,缓解了NaCl胁迫对番茄植株的危害.喷施GSSG显著降低了NaCl胁迫下番茄幼苗叶片还原力水平,造成叶片光损伤和光抑制加剧,但RbcS和RbcL的基因表达水平上调可能是导致NaCl+GSSG处理下叶片P_n未下降的原因.喷施BSO对NaCl胁迫下番茄幼苗叶片氧化还原状态、CO₂传导能力和PSⅡ反应中心无显著影响,但BSO上调碳同化关键酶Rubisco初始活性、总活性及RCA和RbcS表达水平是导致P_n提高的原因.     

棉花幼苗叶片光合特性对低温胁迫及恢复处理的响应

为研究低温逆境及恢复处理下棉花幼苗光合特性响应机制, 丰富棉花苗期在不同胁迫水平下的抗寒机制及为应对自然条件下突发的低温冷害提供理论依据, 以‘新陆早33号’ (冷敏感)及‘中棉所50号’ (高耐寒)两个品种为试材, 采用人工模拟低温方法, 研究不同温度和处理时间下棉花幼苗光合气体交换参数、光能转化及传递的表现和恢复能力, 并通过测定胁迫解除后叶片的光合光响应曲线来分析叶片对光环境的适应能力。结果表明, 在较低强度低温逆境(15 ℃或24 h胁迫)中, 叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、气孔限制值、胞间CO₂浓度、最大光化学效率、光适应下最大光化学效率、实际光化学效率、相对电子传递速率变化幅度较小, 且胁迫解除后可恢复正常, 此时叶片光系统II (PSII)光反应中心受损可逆, P_n下降主要因气孔闭合引起。随着胁迫强度增加, 各测试指标变化显著, 且恢复表现较差, 此时叶片PSII光反应中心光能吸收、转化和电子传递受到严重阻碍, P_n下降原因由气孔限制因素转变为非气孔限制因素。低温胁迫导致叶片对光辐射的利用能力下降, 随着胁迫温度降低, 叶片最大净光合速率、表观量子效率及光饱和点快速下降, 光补偿点及暗呼吸速率则呈上升趋势。低温胁迫可导致棉花幼苗叶片对光环境适应能力降低, PSII反应中心对激发能捕获、活跃化学能转化及光合电子传递速率快速下降, CO₂固定能力降低, 最终导致光合能力下降。强耐寒品种则能在低温逆境中保持较高的光能转化、电子传递和弱光利用效率, 亦可通过减少暗呼吸消耗和调整G_s降低幅度和速度来保持较高的光合速率, 提高恢复能力, 增强植株抗逆性。     

短期UV-B辐射对青藏高原美丽风毛菊PSⅡ光化学效率的影响

通过短期增补UV-B辐射模拟试验,研究了青藏高原典型天气(晴天、多云、阴天)下高山植物美丽风毛菊叶片的叶绿素荧光参数变化.结果表明: 随天气由晴变阴,美丽风毛菊叶片暗适应3 min的PSⅡ最大光化学量子效率(F_v/F_m)显著升高,实际PSⅡ光化学效率(Φ_PSⅡ)和光化学猝灭系数(q_P)也升高,而非光化学猝灭系数(NPQ)则降低,可见光辐射（PAR）是影响PSⅡ光能转化效率的主要因素.增补UV-B辐射后,3种典型天气下,美丽风毛菊叶片的F_v/F_m和NPQ略有降低,Φ_PSⅡ和q_P略微增加,但对光合气体交换过程没有产生负影响.叶片净光合速率P_n和Φ_PSⅡ的增高趋势与增补UV-B辐射下相对较多的UV-A成分有关,同时也得益于叶片厚度的增加. UV-B辐射对叶片光合机构具有潜在负影响.