关于光呼吸与光合作用关系的研究——Ⅲ.小麦叶片CO_2猝发及其与光合作用的关系

小麦叶片断光后CO_2猝发强度随断光前光强增加而增强。在空气中,小麦叶片CO_2猝发时间在1.5分钟左右,断光后0.5分钟内猝发最强。在无CO_2气流中,小麦CO_2猝发量显著增强,约为空气中猝发量的5～6倍。体外供给乙醇酸,能增加猝发量和延长猝发时间。随氧浓度提高,光合受抑,而猝发量增强,旺盛期猝发时间缩短。氧浓度对猝发的影响只有在断光前才起作用。氧浓度在2％以下,观察不到猝发。CO_2浓度虽可增加光合,增强猝发之势,但也有抑制光呼吸,降低猝发的效应,而后者一般是主要的。光呼吸,暗呼吸释放的CO_2都能在光下被光合作用再固定,再固定数量随外界CO_2浓度提高而增高,随氧浓度提高而下降。     

光合能量代谢对C_3植物光呼吸的调节作用

C_3植物光呼吸与光合作用关系受光合能量代谢状况的调节。在外界无CO_2和照光条件下,贮藏性光合产物经某种转化途径能“回迁”光合与光呼吸碳循环并显著地受到光合能量代谢的影响。在无CO_2或低CO_2浓度、高光强条件下,此碳素“回迁”过程对协调光合能量代谢与光合碳素代谢平衡,可能起重要作用。     

关于光呼吸与光合作用关系的研究——Ⅳ.光合滞后期

整体叶片、叶碎片、叶肉细胞、叶原生质体、叶绿体等不同层次的光合组织都有光合滞后期。一般整体叶片的光合滞后期与光呼吸滞后期相同,约30—60分钟,而排除气孔影响的去表皮叶片、细胞、原生质体等光合组织的滞后期仅为10分钟左右。叶片暗处理,滞后期延长;预照光,滞后期缩短;增加温度可提高滞后期的光合强度。滞后期产生的主要原因是光对酶的诱导以及光合碳循环中间产物增生需要一个准备过程。滞后期与光反应无直接关系。气孔开启时间是整叶滞后期比细胞滞后期延长的根本原因。     

光呼吸对光合过程中磷代谢的影响

与光呼吸受抑制的 2％O_2浓度下相比,在 21％O_2浓度下.离体甘薯叶细胞光合作用最适介质无机磷浓度较低.另外,在21％O_2浓度下,降低甘薯叶细胞介质 NaHCO_3浓度,叶细胞光下吸收介质~(32)Pi的量减少;降低完整菠菜叶绿体介质 NaHCO_3浓度,乙醇酸形成相对加强,而介质~(32)Pi掺入到有机磷化合物的量则相对减少.这些结果表明,有利于光呼吸的条件,可降低光合对外界Pi的需求量.     

光呼吸对光合过程中磷代谢的影响

与光呼吸受抑制的 2％O_2浓度下相比,在 21％O_2浓度下.离体甘薯叶细胞光合作用最适介质无机磷浓度较低.另外,在21％O_2浓度下,降低甘薯叶细胞介质 NaHCO_3浓度,叶细胞光下吸收介质~(32)Pi的量减少;降低完整菠菜叶绿体介质 NaHCO_3浓度,乙醇酸形成相对加强,而介质~(32)Pi掺入到有机磷化合物的量则相对减少.这些结果表明,有利于光呼吸的条件,可降低光合对外界Pi的需求量.     

光呼吸

光呼吸(photorespiration)是六十年代在光合碳代谢方面的一个重要发现。它是指植物的绿色部分在光的刺激下,引起氧的消耗与二氧化碳释放的过程。它与暗呼吸(线粒体呼吸)不同,只在光下才能进行,与光合作用的C_3循环关系密切;而暗呼吸在光下和暗中都能进行。现已证明:叶绿体中不含有线粒体中所含的那套呼吸酶,低氧(20％以下)浓度可抑制光呼吸,但不能抑制暗呼吸,这些都是光呼吸和暗呼吸的重要区别。     

低温与水分胁迫对黄瓜和豌豆叶圆片光合作用的影响及与光的关系

黄瓜幼苗在照光下遭受低温(5℃),光合作用量子效率和叶绿素荧光迅速受到抑制,并随处理时间的延长而加重。在暗中遭受低温,光合器官的伤害则明显减轻。豌豆幼苗不论在暗或光下低温处理,其光合作用量子效率和叶绿素荧光均无明显变化。 持续温和的水分胁迫(-0.95MPa)对光合作用量子效率只有轻微影响,但光-CO_2饱和下的最大光合速率对胁迫却较敏感。光合滞后期与水分胁迫程度也有密切关系。     

大豆和玉米光呼吸的控制

本文根据RuDP(1,5-二磷酸核酮糖)羧化酶的动力学特性测定了大豆光合作用和光呼吸的相对速率。在该羧化酶上,CO_2和O2对RuDP进行着争夺。高浓度的CO_2和低浓度的O_2,有利于RuDP羧化为三磷酸甘油酸,因而促进光合作用。低浓度的CO_2和高浓度的O_2则有利于RuDP的加氧反应而成为P-乙醇酸,因而促进光呼吸。在玉米上,PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)羧化酶-苹果酸酶偶起了增加维管束鞘细胞中CO_2浓度的作用。四碳植物的维管束鞘细胞是RuDP羧化酶存在的场所。玉米的RuDP羧化酶对O_2也敏感,所以在维管束鞘内提高CO_2的浓度就能促进光合而减弱光呼吸。由于在800ppmCO_2和21％O_2的标准大气条件下,光呼吸及其相伴随的氧对光合的抑制作用,会明显地抑制大豆的净光合,同时由于迄未证明光呼吸有何重要的生理功能,因而正在试图设法减少或消除大豆和其他三碳植物的光呼吸。     

光呼吸与作物生产的关系

自从1955年Decker发现烟草叶CO_2猝发现象之后,人们对光呼吸的认识迄今已有30余年的历史。其研究取得较大进展,已经基本证明,光呼吸是绿色植物(C_3、C_4、CAM)普遍存在的现象,在不同光合代谢类型中光呼吸速率不一,尤其C_3植物表光呼吸速率可达光合速率的25—50％,引人注目。从某种意义上说,可否对光呼吸适当调节控制加以应用,是值得探索的课题。本文试图结合自己一点工作简述光呼吸的特性、光呼吸的代谢过程、光呼吸的生理功能和光呼吸的调节控制。     

矮嵩草光合作用与环境因素关系的比较研究

 以青海高原不同海拔地区生长的矮嵩草(Kobresia humilis)为材料,研究高山植物光合作用随海拔梯度的变化特征及对生长环境和低温胁迫的反应。随海拔升高矮嵩草叶绿素含量有降低的趋势,而叶绿素a／b值和类胡萝卜素含量则随海拔升高而增高。生长地区海拔越高矮嵩草光合速率、光补偿点、光饱和点越高;而光合表观量子产额则随海拔升高而降低。光呼吸强度有随海拔升高而降低的趋势。矮嵩草光合作用特性受生长环境因素的影响。低温胁迫导致矮嵩草光合速率、表观量子产额降低,低温下的光照加剧了光合作用抑制的程度。     

关于光呼吸的化学控制的研究

水稻、小麦施用光呼吸抑制剂NaHSO_3经三年研究结果证明,在100～300 ppm范围内能使净光合率提高4～18％,通过低氧(2％)与光强的验证指出,净光合提高主要系光呼吸被抑制的结果,一般光呼吸抑制率在20％左右,而且光呼吸抑制与乙醇酸含量的增加等有关参数均表现一致。 NaHSO_3对光呼吸及光合作用似都有影响,不过对光呼吸抑制率远大于对光合作用不利效应,故净光合率仍表现提高。 采用~(35)S标记NaHSO_3叶面喷施证明,稻、麦对外用抑制剂能很快地吸收,这为抑制剂的田间施用提供了可能。     

干旱胁迫下景天植物光合作用与超微弱发光的关系

该试验以德景天幼苗为试材,设计PEG、PEG+H_2O_2、PEG+苯甲酸钠、蒸馏水(CK)4个处理,分析20%PEG模拟干旱胁迫、以及活性氧调控干旱胁迫下超微弱发光(UWL)和光合作用参数的变化特征及其两者的关系,为揭示UWL的产生及其来源提供理论依据。结果表明:(1)在PEG模拟干旱胁迫过程中,CK和PEG处理的德景天叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、气孔导度(Gs)和叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素总量(Chl)以及UWL强度均随处理时间呈下降趋势,但PEG处理的以上所有指标的下降较CK更快、降幅更大。(2)H_2O_2和苯甲酸钠调控PEG干旱胁迫过程中,PEG+H_2O_2、PEG+苯甲酸钠处理的Pn、Tr、Gs、Ci、Chla、Chlb、Chl以及UWL强度的变化趋势与PEG处理基本一致,均随处理时间呈下降趋势,但PEG+H_2O_2处理的上述光合指标和UWL强度均低于PEG处理,PEG+苯甲酸钠处理的光合指标和UWL强度却均高于PEG处理。说明苯甲酸钠处理具有缓解干旱胁迫并提高UWL强度的作用。(3)相关分析显示,干旱胁迫及活性氧调控干旱胁迫下UWL强度均与各光合指标呈显著正相关关系。研究发现,在干旱胁迫和活性氧调控干旱胁迫下德景天光合作用参数较CK均明显下降,UWL强度也随之明显降低;德景天叶片UWL强度随着光合作用效率的下降而降低,说明植物UWL的产生与其光合作用的强弱显著相关,植物UWL强度能够反映植物受到的逆境胁迫的程度。     

不同磷营养水平对烟草叶片光合作用和光呼吸的影响

随着磷营养水平的提高,烟草叶片的CO_2补偿点下降、光合速率上升。光呼吸在缺磷时最高。用光呼吸抑制剂处理烟草叶片后,光合的最适磷浓度提高。当CO_2浓度为560μl/L时,缺磷的烟草叶片在从21％O_2转入2％O_2时出现光合振荡,表明光呼吸与磷营养有密切关系。光呼吸在形成乙醇酸时所释放的磷,有回补叶绿体进行光合作用所需的磷的作用。     

对光呼吸在C3植物中的一种功能的探讨

小麦不离体叶片在无 CO_2气流中,预照3小时2000μmol·m~(-2)·s~(-1)强光后,叶片光合作用受光照抑制的百分率随气流中氧浓度的不同而不同。气流氧浓度在0—10%范围内,随氧浓度升高,光抑制程度减小。在10—50%氧浓度下,叶片光合强度几乎没有不可逆下降。高于50%氧浓度,叶片所受光抑制程度反而随氧浓度提高而加重。预照光强度增加,时间延长,叶片的光抑制程度也增加。在高于2%氧的无 CO_2气流中,叶片在强光下的 CO_2猝发并非都能长时间存在。在8—11%氧浓度下,叶片的 CO_2猝发仅可持续15—30分钟。氧也可使破碎叶绿体免受强光伤害。叶片无论在高氧还是低氧条件下,强光总是只影响叶绿体 PSⅡ活性。     

叶角、光呼吸和热耗散协同作用减轻大豆幼叶光抑制

研究了大豆叶片逐步展开过程中的色素组成、气体交换、荧光动力学以及叶片角度等特性。随着叶片展开程度的增加 ,叶绿素含量和叶绿素 a/ b比值增加 ;光合速率 (Pn)也增加 ,揭示叶片展开过程中光合机构是逐步完善的。自然状态下 ,不同展开程度的叶片均未发生明显的光抑制 ;但将叶片平展并暴露在 12 0 0μmol/ (m2 · s)光下时幼叶发生严重的光抑制 ,伴随叶面积的增加光抑制程度减轻。强光下 ,尽管幼叶光呼吸 (Pr)的测定值较低 ,但幼叶光呼吸与总光合之比 (Pr/ Pm)较高。将叶片平展置于强光下时 ,幼叶的实际光化学效率 (ΦPSII)明显下调 ,非光化学猝灭 (NPQ)大幅增加 ;幼叶叶黄素库较大 ,光下积累较多的脱环氧化组分 ,揭示幼叶依赖叶黄素循环的热耗散增强。自然条件下测量叶片角度 ,观察到在叶片展开过程中叶柄夹角逐渐增加 ;日动态过程中幼叶的悬挂角随光强增加而明显减小 ,完全展开叶的悬挂角变化幅度很小。叶片角度的变化使实际照射到幼叶叶表的光强减少。推测较强的光呼吸、依赖叶黄素循环的热耗散以及较大的叶角变化可能是自然状态下幼叶未发生严重光抑制的原因     

虉草光合作用日变化及其与环境因子的关系

对镇江北固山湿地优势植物——虉草的光合作用进行了试验研究。结果表明,春夏季晴天虉草净光合速率(Pn)的日变化为双峰曲线,有明显的光合“午休”现象;多云天虉草的Pn主要受光强制约,随光合有效辐射(PAR)变化而变化。经统计学验证,虉草的Pn与PAR、气孔导度(Gs)有显著正相关关系,而与细胞间隙CO_2浓度(Ci)呈显著负相关。用一元二次方程拟合了虉草的光响应曲线,得到光补偿点为38.572μmol·m~(-2)·s~(-1),光饱和点为2087.5μmol·m~(-2)·s~(-1)。     

不同氮素营养对黄麻叶片的光合作用、光呼吸的影响及光呼吸与硝酸还原的关系

不同硝态氮水平对黄麻叶片的光合强度、光呼吸强度、乙醇酸氧化酶及硝酸还原酶均产生显著的影响:除了光合强度以外,其余三者均随氮水平的增高而显著地增高;在低至正常氮水平范围内(1/4～1N),光合强度随氮水平的增高而增高,但在高硝态氮水平范围内(2～4N),光合强度有随氮水平的增高而略为下降的趋势。氨态氮水平的增高对光合强度、光呼吸强度、乙醇酸氧化酶活性也有影响:三者均随氮水平的增高而有所提高,但不如硝态氮处理的那样明显。在用氨态氮处理的植株中测不出硝酸还原酶的活性。用光呼吸抑制剂亚硫酸氢钠,α-羟基-2-吡啶甲烷磺酸(HPMS)及异烟肼(INH)真空渗入黄麻叶圆片以抑制光呼吸时,硝酸还原亦同时部分受抑。因此认为在乙醇酸途经中的甘氨酸氧化脱羧反应可能为硝酸还原提供还原剂NADH。     

8种城市绿化攀缘植物的光合作用和水分关系特性

研究了华南地区有较好开发利用前景的8种城市绿化攀缘植物禾雀花(Mucuna birdwoodianauna)、炮仗花(Pyrostegia venusta)、鸡蛋果(Passiflora edulis)、使君子(Quisqualis indica)、蒜香藤(Pseudocalymma alliaceum)、小花青藤(Illigera paviflora)、龙吐珠(Clerodendron thomsonae)和砾叶粉藤(Cissus rhombifolia)盆栽植株叶片的光合速率-光强响应曲线,叶片部分形态特征和水分关系参数。结果表明,8种植物的Pmax(最大光合速率)、LSP(光合作用光饱和光强)、LCP(光合作用光补偿点)均较低,但在光合有效辐射(PAR)强度达1700μmolm-2s-1下未出现光抑制现象,显示其光合机构具有应对低光及高光强的可塑性。光强的提高会改变ILUE(瞬时光能利用效率)、Gs(气孔导度)、Tr(蒸腾速率)和Ci(细胞间隙CO2浓度)值,高光强下(PAR>500μmolm-2s-1)的Pn(净光合速率)与Gs呈正相关。低Gs和Ci是强光下限制Pn的主要因子。LT(叶片厚度)与水分关系参数(RWC相对含水量,IWUE瞬时水分利用效率,AWLR平均失水速率和RR复水率)之间没有明显的相关性。不同植物的Pmax,ILUE,LA,LT,IWUE和光合色素(Chl叶绿素,Car类胡萝卜素)含量等皆有显著的差别。禾雀花、炮仗花和鸡蛋果的光合作用和水分关系特性优于其余种类,而蒜香藤和小花青藤的这些参数的水平最低。     

低温弱光对辣椒幼苗光合特性与光合作用启动时间的影响

以辣椒(Capsicum annuumL.)幼苗为试材,研究了偏低温弱光(19℃/12℃昼/夜,90μmol?m-2?s-1)和临界低温弱光(15℃/8℃昼/夜,90μmol?m-2?s-1)胁迫10 d后的光合特性与光合作用启动时间的变化.结果表明:无论是在偏低温弱光还是在临界低温弱光下,辣椒幼苗的光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、光饱和时的光合速率(Amax)和表观量子产额(AOY)下降;CO2补偿点(CCP)升高,而CO2饱和点(CSP)、CO2饱和时的光合速率(Amax)以及羧化效率(CE)下降;温度补偿点(TCP)降低;光合作用启动时间(STP)延长.在偏低温弱光下,辣椒幼苗有着更高的光与CO2利用能力和利用效率,光合作用启动时间较短,但温度补偿点较高.     

根据光合作用能量代谢测定光呼吸的方法研究

本文根据光合作用和光呼吸途径能量代谢,通过改变外界CO2和O2浓度,计算卡尔文循环固定的CO2和光呼吸消耗的O2。结果表明,可以通过3种方法计算。方法1,测定在CO2饱和点（A）和正常CO2（A＇）浓度下吸收的CO2,得出光呼吸消耗的O2为：18／19（A-A＇）,卡尔文循环固定的CO2为：1／19（6A＋13A＇＋19Rd）。方法2,测定在不含O2的空气中（O）和正常O2（O’）浓度下释放的O2,得出光呼吸消耗的O2为：-13／5O-O＇-18／5Rd,卡尔文循环固定的CO2为：13／18（O＇—O）。方法3,测定在正常情况下吸收的CO2（A）和释放的O2（O＇）,得出光呼吸消耗的O2为：18（O＇—A＇）,卡尔文循环固定的CO2为：6O＇-5A＇＋Rd。测定在CO2饱和点和正常CO2浓度下吸收的CO2计算出水稻光呼吸释放的CO2占光合作用固定的24％-40％。