温度升高对高光强环境下蛋白核小球藻(Chlolorella pyrenoidosa)光能利用和生长的阻抑效应

以蛋白核小球藻（Cholorella pyrenoidosa）为实验材料,研究了温度变化对不同光照水平下蛋白核小球藻的光能利用和生长的影响,以明确光照强度对微藻的光能利用和生长的影响是否因温度不同而发生变化。实验中共设置了3个光照强度水平（50,150,300μmol·m^-2s^-1）和2个温度水平（15℃,25℃）。实验结果表明,不同光照水平下小球藻叶绿素荧光的非光化学淬灭（NPQ）大小与温度有关,光照强度为150,300μmol·m^-2s^-1时,温度升高使小球藻叶绿素荧光NPQ提高,并且光照强度越高小球藻叶绿素荧光NPQ增大越多,50μmol·m^-2s^-1光照强度下温度升高对叶绿素荧光NPQ没有影响。实验发现,25℃培养温度下小球藻的光合电子传递速率（ETR）随光照强度增高而上升的速率要低于15℃时小球藻ETR上升的速率;随着光照强度增高,温度升高使小球藻ETR降低程度增大。实验结果还表明,15℃时小球藻培养液叶绿素a浓度随光照强度升高而增高,300μmol·m^-2s^-1培养光强下具有最高的叶绿素a浓度。但在25℃时,光照强度升高叶绿素a浓度并不一定增高,300μmol·m^-2s^-1光照强度下的叶绿素a浓度比150μmol·m^-2s^-1光照强度下要低。本研究表明,温度升高增大了高光照水平下蛋白核小球藻对光能的热耗散,使光照增强对小球藻生长的促进作用减弱。由于温度升高对小球藻光能利用和生长的阻抑作用,小球藻生长的适宜光照水平因温度升高而降低。     

通量的初步研究

该文利用涡度协方差法和生理生态学方法（不同分量的累积和）获得的通量观测数据,对老山落叶松(Larix gmelinii)林(45°20′N, 127°34 ′E)的碳收支进行了分析。通过对每0.5 h所测数据进行的分析表明,能量平衡达到75％,说明涡度协方差法适应于本站的研究。较阴天气情况 下,林分光照利用效率显著高于晴朗天气,可能归因于阴天较多的散射光。以单位土地面积计算发现,通过涡度协方差法计算的落叶松林生态 系统的总初级生产力在20～50 μmol•m^-2•s^-1之间,远高于冠层叶片的总光合速率9.8～23.4μmol•m^-2•s^-1 (平均值16.2μmol•m^-2•s^-1 ),而 当综合考虑冠层光合和林下植物光合作用时,两种方法测定结果吻合性较好,说明林下植物对落叶松林碳平衡有重要影响。在估计森林生态系 统呼吸方面,以有风夜晚净生态系统交换量（NEE）来代表生态系统呼吸总量（3～9μmol•m^-2•s^-1）低估了生态系统呼吸总量,粗略估计较生 理生态学方法（不同呼吸分量的累积和）低估了50%左右（14.2μmol•m^-2•s^-1）。结果发现两种方法在估计森林碳平衡方面存在一定的差异, 呼吸量的估计差异应是今后研究的重点。     

盐度、温度和光照强度对针叶蕨藻的生长及光合活性的影响

为探究环境因子对针叶蕨藻（Caulerpa sertularioides）生长的影响,对不同盐度、温度和光照强度下针叶蕨藻的生长和叶绿素荧光参数进行了研究。结果表明：藻体日特定生长率（SGR）、最大光量子产量（F_v/F_m）、实际光合效率（Yield）、电子传递速率（ETR）和光化学淬灭（qP）随盐度升高呈先上升后下降的变化趋势,非光化学淬灭（qN）则呈相反的变化趋势,藻体光合活性和固碳效率在盐度27.5‰时达到最高,且与25‰和30‰盐度的差异显著（P<0.05,n=3）。藻体SGR、F_v/F_m、Yield、ETR和qP随温度升高而下降,qN则相反,藻体光合活性和固碳效率在26℃下达到最高,且与28℃和30℃的差异显著（P<0.05,n=3）。藻体的SGR、F_v/F_m、Yield、ETR和qP随光照强度升高呈先上升后下降的变化趋势,qN则相反,且在18.75 μmol/（m²·s）弱光照下出现轻微光抑制,藻体生长、光合活性及固碳效率在光照强度25.00 μmol/（m²·s）时达到最高,但与18.75和31.25 μmol/（m²·s）的差异不显著（P>0.05,n=3）。因此,针叶蕨藻在27.5‰盐度、26℃和25.00 μmol/（m²·s）光照强度下生长最快且光合作用能力最高。     

青藏高原高寒湿地生态系统CO2通量

依据涡度相关系统连续观测的2005年CO₂通量数据,对青藏高原东北隅的高寒湿地生态系统源/汇功能及其部分环境影响因素进行了分析。结果表明,高寒湿地生态系统为明显的碳源,在植物生长季（5~9月份）吸收230.16 gCO₂•m^-2,非生长季（1~4月份及10~12月份）释放546.18 gCO₂•m^-2,其中净排放最高在5月份,为181.49 gCO₂•m^-2,净吸收最高在8月份,为189.69 gCO₂•m^-2,年释放量为316.02 gCO₂•m^-2。在平均日变化中,最大吸收值出现在7月份12:00,为（0.45±0.0012） mgCO2•m^-2•s^-1,最大排放速率出现在8月份0:00,为（0.22±0.0090） mgCO₂•m^-2•s^-1。生长季中6~9月份表现为明显的单峰型日变化,非生长季的变化幅度较小。净生态系统交换量（NEE）和生态系统总初级生产力（GPP）与气温、空气水气饱和亏和地表反射率等环境因素呈现相似的相关性,与地上生物量和群落叶面积指数则为线性负相关,生态系统呼吸（Res）则与上述因子的相关性呈现相反的趋势。     

不同光强下交替氧化酶基因修饰的两种拟南芥叶片叶绿素荧光特性的变化

采用叶绿素荧光测定系统,研究在不同光强下交替氧化酶(alternative oxidase; AOX)基因超表达突变体(XX-2)和野生型(WT)拟南芥(Arabidopsis thaliana)叶片的叶绿素荧光参数的变化。结果表明:两种拟南芥叶片的最大光化学效率(Fv/Fm)没有显著差别; 而不同光强下两种拟南芥叶片的实际光量子效率(Y(II))、光化学猝灭系数(qp)均随光照强度的增加呈下降趋势; 同光强下XX-2叶片的上述参数均高于WT。非光化学猝灭系数(NPQ)与调节型能量耗散的量子产额(Y(NPQ))均随着光照强度的增加呈上升趋势; 同光强下XX-2叶片的NPQ与Y(NPQ)均低于WT。非调节型能量耗散的量子产额(Y(NO))均随光照强度的增加呈下降趋势; 当光强超过165 μmol·m^-2·s^-1后,同光强下XX-2叶片的Y(NO)高于WT; 表观电子传递速率(ETR)随着光照强度的增加均表现出先上升后下降的趋势; 同光强下,XX-2叶片的ETR高于WT。以上结果表明,交替氧化酶超表达体在不同光照条件下具有更加优化的叶绿素荧光性能。     

铜毒对海州香薷（Elsholtzia splendens）不同种群光合作用和蒸腾作用的影响

通过水培实验,对种子分别来自湖北省铜绿山、赤马山铜矿区和红安非矿区的海州香薷种群在铜胁迫下的光合作用和蒸腾作用进行了比较研究。结果发现, 矿区两个种群在铜胁迫下的光合能力明显比非矿区种群强,尤其在高Cu(100μmol/M)处理更为显著：如铜绿山和赤马山叶片净光合速率分别为13.15μmol CO₂ m^-2 s^-1和12.59μmolCO₂ m^-2 s^-1,为红安种群(1.07μmol CO₂ m^-2 s^-1)的13倍;铜绿山和赤马山种群的光能利用效率分别为0.0221μmol CO₂ μmol^-1和0.0224μmol CO₂ μmol^-1 photon,为红安种群(0.003μmolCO₂ μmol^-1 photon)的7倍。表观量子产额在两个矿区种群中没有明显的变化,低Cu (5和20μmol/L)处理促进了矿区种群叶绿素（Chl a 和Chl b）含量的增加,而非矿区种群的这两个指标则随处理浓度的增加而迅速下降。来自矿区两个种群的蒸腾速率受铜的胁迫影响较小,而来自非矿区种群随处理浓度的加大而明显降低,其叶片的蒸腾速率在5、20μmol/L和100μmol/L浓度处理时迅速下降为对照的62.74%、50.96%和42.6%;水分利用效率在矿区两个种群中随处理水平的增大而提高,在100μmol/L处理时铜绿山和赤马山种群分别是对照的161.83%和130.41%,而非矿区种群随处理浓度的增加而急剧降低。另外,矿区两个种群的呼吸速率和气孔阻力随处理浓度的降低和升高的幅度明显比非矿区小。总之,在铜污染胁迫下,矿区种群保持的这种生理生态特性是其能在这种环境中正常生长定居的重要原因,是其长期进化的结果。     

通量的影响

东北地区森林生态系统因其面积大,碳贮量高而在本地区和我国碳平衡中占有重要的地位。土壤表面CO₂通量(RS)作为陆地生态系统向大气圈释放的主要CO₂源,其时空变化直接影响到区域碳循环。该研究采用红外气体分析法比较测定我国东北东部次生林区6个典型的森林生态系统的RS及其相关的土壤水热因子,并深入分析土壤水热因子对RS的影响。研究结果表明：影响RS的主要环境因子是土壤温度、土壤含水量及其交互作用,但其影响程度因生态系统类型和土壤深度而异。包括这些环境因子的综合RS模型解释了 67.5%～90.6%的RS变异。在整个生长季中,不同生态系统类型的土壤温度差异不显著 ,而土壤湿度的差异显著(α= 0.05)。蒙古栎(Quercus mongolica)林、红松(Pinus koraiensis)林、 落叶松(Larix gmelinii)林、硬阔叶林、杂木林和杨桦(Populus davidiana_Betula platyphylla)林的RS变化范围依次为：1.89～5.23 µmol CO₂•m^－2•s^－1,1.09～4.66µmol CO₂•m^－2•s^－1,0.95～3.52µmol CO₂•m^－2•s^－1,1. 13～5.97µmol CO₂•m^－2•s^－1,1.05～6.58µmol CO₂•m^－2•s^－1和1.11～5.76µmol CO₂•m^－2•s^－1。RS的季节动态主要受土壤水热条件的驱动而呈现单峰曲线,其变化趋势大致与土壤温度的变化相吻合。Q₁₀从小到大依次为：蒙古栎林2.32,落叶松林2 .57,红松 林2.76,硬阔叶林2.94,杨桦林3.54和杂木林3.55。Q₁₀随土壤湿度的升高而增大;但超过 一定的阈值后,土壤湿度对Q₁₀起抑制作用。该研究结果强调对该地区生态系统 土壤表面CO₂通量的估测应同时考虑土壤水热条件的综合效应。     

龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)的生长、光合作用及其对扇贝排泄氮磷的吸收

研究了不同温度、光照条件下大型藻类龙须菜 (Gracilaria lemaneiformis)的生长和光合作用特性,及其对扇贝排泄氮、磷的吸收作用。结果表明温度与龙须菜的生长和光合作用显著相关,在本实验条件下,15～25℃都适宜龙须菜生长,其中20℃龙须菜具有较高的生长率(SGR),为2.8%/d;光合作用速率随温度升高和光照的增加而升高,30℃和120 μmol/(m^２•s)时最高,最大光合作用速率（Pmax）为5.0 mg O₂/(g dw•h)。龙须菜对扇贝排泄氮、磷有较强的吸收作用,其吸收率和去除效率与放养密度和养殖时间有关。对NH4-N和PO4-P的最大去除效率分别为83.7%和70.4%,最大吸收率分别为9.9 μmol/(g ww•h)和4.3 μmol/(g ww•h)。实验证明龙须菜生长温度范围和光照范围适合中国北方海区养殖,并且能有效吸收和去除扇贝排泄氮、磷,可以作为生物滤器与贝类及其他养殖动物进行综合养殖。     

三江平原草甸湿地土壤呼吸和枯落物分解的CO2释放

利用静态箱-碱液吸收法研究了三江平原草甸湿地土壤呼吸和枯落物分解的CO₂释放速率,讨论了影响CO₂释放的环境因素,估算了枯落物分解的CO₂释放对于总释放的贡献。结果表明,生长季,小叶章沼泽化草甸和小叶章湿草甸各部分CO₂释放均具有明显的时间变化特征,温度和水分是重要制约因素。两类草甸湿地的平均土壤呼吸速率分别为4.33g•m^-2•d^-1和6.15g•m^-2•d^-1,枯落物分解的CO₂平均释放速率分别为1.76g•m^-2•d^-1和3.10g•m^-2•d^-1,枯落物分解的CO₂释放占总释放量的31%和35%,说明在碳素由地上植物碳库转移到地下土壤碳库的过程中,湿地枯落物是一个不可忽略的碳损失源。     

外源一氧化氮对NaCl胁迫下黄瓜幼苗生长、活性氧代谢和光合特性的影响

采用营养液水培的方法,研究了外源一氧化氮（Nitric oxide, NO）对50mmol•L^-1NaCl胁迫下黄瓜幼苗生长、活性氧代谢和光合特性的影响。结果表明：10~400μmol•L^-1 NO供体硝普钠（Sodium nitroprusside, SNP）能显著缓解NaCl胁迫对黄瓜植株造成的伤害,100μmol•L^-1 SNP缓解效果最好,可提高幼苗的生长量,增强幼苗叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性,提高了叶片叶绿素和脯氨酸（Pro）含量、净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）及气孔导度（Gs）;降低了叶片丙二醛（MDA）和过氧化氢（H₂O₂）的含量、超氧阴离子（O^•-₂）的产生速率、质膜透性和胞间二氧化碳浓度（Ci）。     

Shedding a little light on light chains

Myosin II regulatory light chains have an important role in the organization and function of the contractile machinery at cytokinesis. Two recent reports provide new insights into these important proteins.     

Geometrical similarity analysis of photosynthetic light response curves, light saturation and light use efficiency

Light absorption and use efficiency (LAUE mol mol⁻¹, daily gross photosynthesis per daily incident light) of each leaf depends on several factors, including the degree of light saturation. It is often discussed that upper canopy leaves exposed to direct sunlight are fully light-saturated. However, we found that upper leaves of three temperate species, a heliophytic perennial herb Helianthus tuberosus, a pioneer tree Alnus japonica, and a late-successional tree Fagus crenata, were not fully light-saturated even under full sunlight. Geometrical analysis of the photosynthetic light response curves revealed that all the curves of the leaves from different canopy positions, as well as from the different species, can be considered as different parts of a single non-rectangular hyperbola. The analysis consistently explained how those leaves were not fully light-saturated. Light use optimization models, called big leaf models, predicted that the degree of light saturation and LAUE are both independent of light environment. From these, we hypothesized that the upper leaves should not be fully light-saturated even under direct sunlight, but instead should share the light limitation with the shaded lower-canopy leaves, so as to utilize strong sunlight efficiently. Supporting this prediction, within a canopy of H. tuberosus, both the degree of light saturation and LAUE were independent of light environment within a canopy, resulting in proportionality between the daily photosynthesis and the daily incident light among the leaves.     

Blue light regeneration of bacteriorhodopsin bleached by continuous light

Photobleaching of bacteriorhodopsin (BR) by continuous light has recently been demonstrated. This bleaching consists of at least two subsequent product states. One of them is absorbing maximally in the blue spectral region. Our present study shows that upon illumination of the bleached sample with blue light a back photoprocess appears, resulting in regeneration of the original BR state. From a technical point of view, the observed phenomenon is similar to the reverting effect of blue light on the photocycle. An important difference is that the photobleached state of BR is much more stable than any of the photocycle intermediates, and may provide an advantage for several technical applications.     

Analysis of light regime in continuous light distributions in photobioreactors

Maximum photobioreactor (PBR) efficiency is a must in applications such as the obtention of microalgae-derived fuels. Improving PBR performance requires a better understanding of the "light regime", the varying irradiance that microalgal cells moving in a dense culture are exposed to. We propose a definition of light regime that can be used consistently to describe the continuously varying light patterns in PBRs as well as in light/dark cycles. Equivalent continuous and light/dark regimes have been experimentally compared and the results show that continuous variations are not well represented by light/dark cycles, as had been widely accepted. It has been shown that a correct light regime allows obtaining photosynthetic rates higher than the corresponding to continuous light, the so-called "flashing light effect" and that this is possible in commercial PBRs. A correct PBR operation could result in photosynthetic efficiency close to the optimum eight quanta per O(2).     

The ever-flickering light

To date, ecologists involved in global change have focused on the consequences of changes in air temperature. Concurrently, the amount of sunlight reaching the surface of the Earth has been declining, resulting in so-called 'global dimming'. Now, Wild et al. and Pinker et al. have reported a reversal in this trend in some regions that has occurred over the past 15 years or so. These new findings, combined with earlier work, show that the transparency of the atmosphere can vary substantially over periods of at least 20-50 years. Thus, the ecological consequences of sustained trends in the occurrence of sunlight at the surface of the Earth need a more careful assessment than was previously thought.