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（P_n）-胞间CO₂浓度（C_i）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（F_v/F_m）、PSⅡ反应中心最大量子产额（F_v′/F_m′）、PSⅡ反应中心的开放比例（q_p）和PSⅡ反应中心实际光化学效率（Φ_PSⅡ）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（J_F）无明显增加;不施氮处理的F_v′/F_m′、Φ_PSⅡ和NPQ在高大气CO₂浓度下显著降低,尽管F_v/F_m和q_P无明显变化,J_F仍显著下降.施氮后小麦叶片J_F增加,参与光化学反应的非环式电子流传递速率(J_C)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/J_C）和Rubisco氧化/羧化比（V₀/V_C）降低,但使J_C和Rubisco羧化速率（V_C）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,P_n显著升高.     

大气CO2浓度倍增和施氮对冬小麦光合及叶绿素荧光特性的影响

采用开顶式气室,通过土培盆栽实验研究了不同大气CO2浓度(背景空气浓度375μmol·mol-1和倍增浓度750μmol·mol-1)和氮素水平(不施氮和施氮0.25 g/kg)下两个冬小麦品种(小偃6号和小偃22)主要生育期(拔节、孕穗、扬花、灌浆期)叶片叶绿素含量和荧光动力学参数的变化.结果显示,与背景CO2浓度相比,在不施氮条件下大气CO2浓度倍增处理的小麦叶片出现明显的光合下调现象,而施氮时变化不明显;同时,CO2浓度倍增后小麦各主要生育期叶片叶绿素含量均有不同程度地下降,荧光参数初始荧光(F0)值明显提高,最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、最大光能转换效率(Fv/Fm)和PSⅡ潜在活性(Fv/F0)值均显著降低.施氮可提高冬小麦各个时期叶片叶绿素含量、Fm、Fv、和Fv/F0值,降低F0值;不施氮条件下,大气CO2浓度倍增对冬小麦各主要生育时期叶绿素含量和荧光参数的影响明显,而施氮后影响微弱.研究表明,大气CO2浓度升高对冬小麦光合速率、叶绿素含量和光系统Ⅱ(PSⅡ)的光合电子传递和潜在活性具有一定抑制作用,通过施氮可以有效地缓解其负面效应.     

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。     

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。     

高大气CO2浓度下小麦旗叶光合能量利用对氮素和光强的响应

采用开顶式气室盆栽培养小麦,设计2个大气CO₂浓度、2个光照强度和2个氮水平的组合处理,通过测定小麦叶片光合速率-胞间CO₂浓度响应曲线和叶绿素荧光参数,来测算小麦叶片光化学速率、光合电子传递速率以及叶绿体磷酸丙糖利用效率(TPU)等参数,研究施氮量和光强对高大气CO₂浓度下小麦旗叶光合能量传递与分配的影响,以阐明全球气候变化下植物光合能量分配对光合作用适应性下调的作用机制及其氮素调控。结果表明,大气CO₂浓度升高后小麦叶片的光呼吸电子传递速率(J₀)和Rubisco氧化速率(V₀)显著下降;光合电子流的光化学传递速率(J_C)、Rubisco羧化速率(V_C)和TPU则明显升高,而且施氮后变化幅度加大;小麦叶片J_C/J_F(PSⅡ反应中心总电子流速率)和TPU/V_C显著增加,经过PSⅡ反应中心的电子流更多地进入碳同化过程,表现较高的光合速率(P_n)。遮荫提高了叶片光化学速率和PSⅡ反应中心总电子流速率(J_F),这一作用在低氮叶片尤为突出,但使得J₀和V₀明显升高,并显著降低J_C/J_F,所以P_n明显下降。正常光照条件下,增施氮素可提高小麦叶片的J_F、J_C、V_C和TPU,并使高大气CO₂浓度下J₀和V₀较正常大气CO₂浓度处理显著降低,有效地提高了植物叶片对光能的利用效率;遮荫后高大气CO₂浓度下小麦叶片J_C、V_C、TPU、J_C/J_F和TPU/V_C显著高于正常大气CO₂浓度处理,而且这一变化不受氮素水平的显著调节。因此,氮素在高大气CO₂浓度下对小麦叶片光合能量利用的调节因光强而异,正常光照下可显著改善小麦叶片对光合能量的利用状况,而遮荫后这一作用减弱。     

南城淮山脱毒苗移栽驯化期的光合生理

为了解南城淮山脱毒苗移栽驯化期的光合生理,本研究对其移栽驯化期的叶绿素含量以及其光合特性和叶绿素荧光参数进行测定和统计分析。结果表明,南城淮山脱毒苗在移栽驯化初期具有较高的叶绿素含量;随着移栽驯化时间延长,脱毒苗的叶绿素含量也显著提高;当移栽驯化时间达到10 d时,脱毒苗的叶绿素含量达到最高值;但当移栽驯化时间超过10 d时,脱毒苗的叶绿素含量则显著下降。脱毒苗在移栽驯化期间的叶绿素含量显著高于其带毒苗。脱毒苗移栽驯化期内的净光合速率(Pn)、气孔限制值(Ls)、水分利用效率(WUE)、瞬时羧化速率(CUE)、初始荧光(Fo)、暗适应下最大荧光(Fm)、暗适应下PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在光化学效率(Fv/Fo)、光适应下PSⅡ实际光化学效率(ФPSⅡ)、光适应下PSⅡ最大光化学效率(Fv'/Fm')、光化学荧光猝灭系数(q P)先增后降;蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)显著下降;胞间CO2浓度(Ci)和非光化学猝灭系数(q N)先降后升。脱毒苗的Pn、Tr、Gs、Ls、WUE、CUE、Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo、ФPSⅡ、Fv'/Fm'、q P均显著高于带毒苗,而其Ci和q N显著低于带毒苗。因此,南城淮山脱毒苗老叶在移栽驯化期第10天具有较强的光合效率,随后其光合效率随着移栽驯化时间的延长而显著下降,并逐渐由新生叶的光合作用所代替。南城淮山脱毒苗的光合效率显著高于带毒苗,有利于积累更多的光合产物,从而实现增产。本实验结果为南城淮山脱毒苗的移栽驯化及其大田种植提供了理论基础。     

夜间低温后日间光照对海桐和榕树叶片的光抑制以及光系统Ⅱ功能的影响

夜间低温导致海桐和榕树叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ光合电子传递量子效率(φPSⅡ)、天线转化效率(F'v'/Fm')、非光化学猝灭系数(NPQ)降低,其后日间光照先引起海桐叶片Fv//Fm、ΦPSⅡ、F'v'/Fm'稍微降低,其后又逐渐得到恢复,但NPQ却表现出相反趋势;夜间低温及随后的日间光照并未对海桐叶片光化学猝灭系数(qP)和初始荧光强度(Fo)产生影响.夜间低温后日间光照进一步引起榕树叶片Fv/Fm、ΦPSⅡ、Fv'/F'm、qp、NPQ下降,在午后光照减弱后仍不能得到恢复.     

不同遮阴条件下麦冬光合和叶绿素荧光特性研究

不同植物具有不同的生理特征,其对光照的应激性也不相同。因此,在进化过程中植物形成了特有光照需求量来适应自身生长。利用LI-6400XT型便携式光合作用测定仪测定5种光强处理(透光率分别为95%、72%、48%、24%和8%)下麦冬叶片的光合指标及叶绿素荧光参数指标。随相对光强的增加,表观量子效率(AQE)随着光照强度的增大表现出先升高后减小的趋势,麦冬叶片的色素含量和初始荧光强度(F0)增加,叶绿素ab值呈现先增加后减小的趋势;荧光参数PSⅡ最大光能转化效率升高,作用光下实际的PSⅡ光化学效率(ΦPSⅡ)、PSⅡ有效光化学量子效率(Fv'/Fm')、电子传递速率(ETR)和光化学淬灭系数(q P)在相对光强72%-48%处理下呈现升高趋势。在相对光强72%-48%的条件下,麦冬的PSⅡ反应抗逆性更加强大,该条件有利于麦冬的生长发育,大规模种植中应对麦冬采取适当遮阴措施。     

典型城区与郊区环境大叶黄杨气体交换及叶绿素荧光特性比较

采用Li-6400便携式光合作用测定系统对夏秋季典型城区与郊区环境下大叶黄杨的气体交换和叶绿素荧光特性进行了现场实验比较研究.研究显示,叶片净光合速率的大小由总光合速率(光合能力)和呼吸速率共同决定,城区环境温度较高、相对湿度较低、大气CO2浓度较高, 不同月份城区和郊区样点大叶黄杨的净光合速率差异显著性存在不同.城区环境下大叶黄杨的胞间CO2浓度、叶面水气压亏缺、蒸腾速率高于郊区环境.城区环境中温度、大气CO2浓度等的变化会影响叶片呼吸作用,造成呼吸速率升高或是降低,城区环境中污染物浓度变化也会损伤叶片光合结构从而导致总光合能力降低,这两者都会引起净光合速率的变化.通过大叶黄杨叶片叶绿素荧光指标的进一步对比分析发现,城区大叶黄杨叶片叶绿素总量、叶绿素a/b、Fv/Fm、Fv/Fo、qP、ΦPSⅡ、ETR降低,但qN升高.表明叶片叶绿体PSⅡ的功能受到负面影响.城区大叶黄杨叶片荧光参数的变化,从微观机制上表明城区环境中污染物浓度的上升导致叶绿素及叶绿体光合结构受损的确是叶片光合能力下降的主要原因之一.     

水稻剑叶生长过程中光合电子流传递分配及其与光合作用的关系

以气体交换和叶绿素荧光测定相结合的方法研究了水稻剑叶生长过程中光合电子传递分配以及与光合速率和叶绿素含量之间的关系。两种高产水稻品种‘培矮 6 4S/E3 2’和‘特三矮 2号’的剑叶总的光合电子流JF 和净光合速率Pn在移栽后 5 0～ 70d较高而相对稳定 ,在 80d后急剧下降。参与碳还原的非环式光合电子流Jc的降低比JF 和Pn早。JF 与Jc和光合速率与叶绿素含量之间存在正相关性。非环式光合电子传递分配于光呼吸的电子流的比例Jo/JF 在 5 0～ 70d和 80d后约有 3 5 %～ 5 0 %的电子流分配到光呼吸     

两种化感物质对茄子幼苗光合作用及叶绿素荧光参数的影响

采用基质栽培,研究不同浓度的2,6-二叔丁基苯酚及邻苯二甲酸二甲酯对茄子幼苗光合作用及叶绿素荧光参数的影响.结果表明,两种化感物质使茄子叶片叶绿素含量、光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）下降,细胞间隙CO₂浓度（C_i）先降低后升高;使茄子叶片的初始荧光(F_o)增加,PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、光系统Ⅱ光合电子传递量子效率(Ф_PSⅡ)、光化学猝灭系数(q_P)、天线转化效率(F_v^' /F_m^′)降低.2,6-二叔丁基苯酚使茄子叶片非光化学猝灭系数(q_N)先升高后降低,邻苯二甲酸二甲酯使q_N低于对照,对茄子叶片光合机构造成了伤害.     

Responses of Photosynthetic Electron Transport in Stomatal Guard Cells and Mesophyll Cells in Intact Leaves to Light, CO2, and Humidity

High-resolution images of the chlorophyll fluorescence parameter Fq'/Fm' from attached leaves of commelina (Commelina communis) and tradescantia (Tradescantia albiflora) were used to compare the responses of photosynthetic electron transport in stomatal guard cell chloroplasts and underlying mesophyll cells to key environmental variables. Fq'/Fm' estimates the quantum efficiency of photosystem II photochemistry and provides a relative measure of the quantum efficiency of non-cyclic photosynthetic electron transport. Over a range of light intensities, values of Fq'/Fm' were 20% to 30% lower in guard cell chloroplasts than in mesophyll cells, and there was a close linear relationship between the values for the two cell types. The responses of Fq'/Fm' of guard and mesophyll cells to changes of CO2 and O2 concentration were very similar. There were similar reductions of Fq'/Fm' of guard and mesophyll cells over a wide range of CO2 concentrations when the ambient oxygen concentration was decreased from 21% to 2%, suggesting that both cell types have similar proportions of photosynthetic electron transport used by Rubisco activity. When stomata closed after a pulse of dry air, Fq'/Fm' of both guard cell and mesophyll showed the same response; with a marked decline when ambient CO2 was low, but no change when ambient CO2 was high. This indicates that photosynthetic electron transport in guard cell chloroplasts responds to internal, not ambient, CO2 concentration.     

Effects of gamma-aminobutyric acid on the photosynthesis and chlorophyll fluorescence parameters of muskmelon seedlings under hypoxia stress

By the method of hydroponic culture, this paper studied the effects of exogenous gamma-aminobutyric acid (GABA) on the photosynthetic pigment contents, photosynthesis, and chlorophyll fluorescence parameters of muskmelon seedlings under hypoxia stress. Hypoxia stress induced a significant decrease of photosynthetic pigment contents, resulting in the decrease of photosynthesis. Applying GABA could significantly increase the photosynthetic pigment contents, net photosynthetic rate (P(n)), stomatal conductance (G(s)), intercellular CO2 concentration (C(i)), carboxylation efficiency (CE), maximal photochemical efficiency of PS II (F(v)/F(m)), photochemical quenching (q(P)), apparent photosynthetic electron transfer rate (ETR), and quantum yield of PS II electron transport (phi(PS II)), and decrease the stomatal limitation value (L(s)), minimal fluorescence (F(o)), and non-photochemical quenching (NPQ) under both hypoxic and normal conditions. The alleviation effect of GABA on photosynthetic characteristics was more obvious under hypoxia stress. However, simultaneously applying GABA and VGB could significantly decrease the alleviation effect of GABA under hypoxia stress.     

Development of leaf photosynthetic parameters in Betula pendula Roth leaves: correlations with photosystem I density

The global modelling of photosynthesis is based on exact knowledge of the leaf photosynthetic machinery. The capacities of partial reactions of leaf photosynthesis develop at different rates, but it is not clear how the development of photoreactions and the Calvin cycle are co-ordinated. We investigated the development of foliar photosynthesis in the temperate deciduous tree Betula pendula Roth. using a unique integrated optical/gas exchange methodology that allows simultaneous estimation of photosystem I and II (PS I and PS II) densities per leaf area, interphotosystem electron transport activities, and ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) kinetic properties. We combined these measurements with in vitro determinations of Rubisco, soluble protein and chlorophyll contents. We observed a strong increase in leaf photosynthetic capacity in developing leaves per leaf area, as well as per dry mass, that was paralleled by accumulation of leaf Rubisco. Enhanced mesophyll conductance was the outcome of increased carboxylation capacity and increased CO(2) diffusion conductance. However, Rubisco was only partly activated in the leaves, according to in vivo measurements of Rubisco kinetics. The amount of active Rubisco increased in proportion with development of PS I, probably through a direct link between Rubisco activase and PS I electron transport. Since the kinetics for post-illumination P700 re-reduction did not change, the synthesis of cytochrome b(6)f complex was also proportional to PS I. The synthesis of PS II began later and continued for several days after reaching the full PS I activity, but leaf chlorophyll was shared equally between the photosystems. Due to this, the antenna of PS II was very large and not optimally organized, leading to greater losses of excitation and lower quantum yields in young leaves. We conclude that co-ordinated development of leaf photosynthesis is regulated at the level of PS I with subordinated changes in PS II content and Rubisco activation.     

低温弱光胁迫对日光温室栽培杏树光系统功能的影响

以温室栽培的金太阳杏为材料,测定了金太阳杏叶片光合速率(P_n)、光系统Ⅱ(PSⅡ)光下实际光化学效率(Φ_PSⅡ)、光化学猝灭系数(q_P)和开放的PSⅡ反应中心的激发能捕获效率(F_v^′/F_m^′), 探讨了低温弱光(7 ℃、200 μmol·m^-2·s^-1 PFD)对叶片光系统Ⅰ(PSⅠ)和PSⅡ的抑制作用.结果表明：温室栽培的金太阳杏叶光合作用的最适温度在25 ℃左右.光下7 ℃的低温可使叶片净光合速率(P_n)大幅下降,造成激发压(1-q_P)增大,进而引起光抑制.低温弱光条件使PSⅠ和PSⅡ功能受到破坏,与单纯低温胁迫(7 ℃,黑暗)处理相比,经低温、弱光(7 ℃, 200 μmol·m^-2·s^-1PFD)胁迫2 h后,PSⅠ活性下降了28.26%,而PSⅡ最大光化学效率（F_v/F_m）没有发生显著变化,表明低温弱光条件下PSⅠ比PSⅡ 更易发生光抑制.     

模拟酸雨胁迫下硅对髯毛箬竹光合特性的影响

以髯毛箬竹为试验材料,研究了模拟酸雨胁迫(pH 3.0)下硅对髯毛箬竹叶片叶绿素相对含量、光合作用日变化以及叶绿素荧光特性等的影响.结果表明:20和100 mg·L^-1 Na₂SiO₃预处理可以不同程度地抑制酸雨胁迫下髯毛箬竹叶片叶绿素含量的显著下降,且以100 mg·L^-1浓度处理效果最佳,叶绿素含量可提高22.7%,而高浓度(500 mg·L^-1)预处理则无缓解作用-酸雨胁迫下,髯毛箬竹光合“午休”现象加重,日平均净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)和气孔限制值(L_s)明显降低,而胞间CO₂浓度(C_i)增大,经过20～100 mg·L^-1硅预处理后,P_n、G_s、L_s不同程度增加,而C_i有所降低,且以100 mg·L^-1硅预处理效果最佳,日平均P_n增加39.2%.酸雨胁迫下,箬竹PSⅡ最大荧光(F_m)、最大光化学效率(F_v/F_m)、潜在活性(F_v/F_o)、有效光化学效率(F_v′/F_m′)、最大荧光产额(F_m′)、光化学淬灭系数(q_P)、非光化学淬灭系数(q_N)、PSII实际光化学效率(Φ_PSⅡ)降低,暗适应和光适应下的最小荧光产额F_o、F_o′ 则升高;而100 mg·L^-1硅预处理明显抑制了胁迫下各荧光参数的变化,F_v/F_m、F_v/F_o、F_v′/F_m′和Φ_PSⅡ分别增加35.2%、146.2%、55.0%和24.3%.说明外源适宜浓度硅预处理能有效地缓解酸雨胁迫导致的髯毛箬竹光合活性下降和光合系统损伤,从而提高胁迫下植物的光合能力.