光叶眼子菜响应夏季高温的模拟研究

为探讨南四湖优势物种光叶眼子菜在夏季浅水区的衰亡原因, 用25℃、30℃、35℃和40℃的恒温水浴模拟夏季高温处理光叶眼子菜(Co. Potamogeton lucens L.)3h。生化结果显示, 在35℃及以上高温下, 光叶眼子菜的蛋白质含量、可溶性糖含量和叶绿素含量显著下降, 丙二醛含量显著上升, 说明35℃以上高温对光叶眼子菜产生了显著伤害。光叶眼子菜的光合系统对高温更为敏感, 在高温胁迫下标准化的叶绿素荧光动力学曲线上J相和K相显著隆起, 但并未发现明显的L-band。进一步解析叶片的叶绿素荧光动力学参数, 结果显示: 随着处理温度的升高, 反应中心的初始关闭速率(dVG/dt_o, dV/dt_o)变慢, 但到达P相的所需时间(T_fm)变短; 光系统Ⅱ (Photosystem Ⅱ, PSⅡ)的光化学效率(F_v/F_m)减小, 非光化学效率(K_n)、J相相对可变荧光强度(V_j)和热耗散(DI_o/RC、DI_o/CS_o、F_o/F_m)增大; 尽管高温下质体醌周转次数(N)、还原速率(S_m/T_fm)和I相相对可变荧光强度(V_i)变化不显著, 但质体醌库(S_m)明显减小; 单个反应中心光能的吸收(ABS/RC)和捕获效率(TR_o/RC)增加, 电子传递效率(ET_o/RC)却呈下降趋势; 单位激发态面积的光能捕获(TR_o/CS_o)和电子传递效率(ET_o/CS_o)均降低, 反应中心数目(RC/CS_o)显著减少。上述高温胁迫效应导致整个叶片的结构功能指数(SFI_abs)、性能指数(PI_abs)以及光合驱动力(DF)显著降低。高温对光叶眼子菜的伤害主要是导致其光系统II放氧复合体失活、反应中心数目减少和反应中心的光化学效率下降, 进而诱导活性氧的产生, 对细胞造成伤害。因此, 光叶眼子菜属于对高温敏感的水生植物。     

春、夏季土壤水分对连翘光合作用的影响

在全球气候和环境变化的背景下,我国华北地区表现出平均气温升高和降水时空格局变化的趋势,导致华北地区春、夏季土壤水分变化加剧,从而一定程度上制约了植物的光合作用和生物生产力。为探索植物光合作用对土壤水分变化以及所处生长发育季节的响应特点,以华北地区为研究区,利用Li-6400光合作用测定系统,通过受控温室内盆栽控水的方法,测定和分析了春、夏两个季节2年生连翘叶片在多级连续土壤水分梯度下的光合作用光响应过程。研究结果表明:1) 弱光 (光合有效辐射PAR≤200 μmol m^-2 s^-1) 下,净光合速率 (Pn)、气孔导度 (Gs)、水分利用效率 (WUE) 光响应过程对季节不敏感,强光下Pn-PAR、Gs-PAR过程与土壤水分和季节同时有关,春、夏两个季节Pn、Gs对强光响应的差异更多表现在阈值:土壤相对含水量 (SRWC) >40%范围。2) 春、夏两个季节表观量子效率 (φ)、 Pn、WUE、Gs、 胞间CO₂浓度 (Ci)、气孔限制值 (Ls) 对SRWC具有相似的响应过程,但两个季节各个参数达到阈值时的SRWC不同,说明水分阈值是不同季节植物光合作用响应土壤水分产生差异的关键。3) 春、夏两个季节连翘光合作用较适宜的土壤水分分别是春季51.84%≤SRWC≤58.96%,夏季52%≤SRWC≤83.34%;此SRWC范围内,春、夏两个季节连翘光合作用适宜的PAR范围相似,为1000 μmol m^-2 s^-1≤PAR≤1400 μmol m^-2 s^-1。因此,为适应未来气候和环境变化,有必要根据植物所处的物候期确定环境因子(土壤水分、光照、温度等)的适宜范围和关键阈值,更好地为区域适应性措施的探索提供科学依据。     

O3胁迫对冬小麦籽粒果皮光合能力及灌浆的影响

为揭示高浓度O3对冬小麦籽粒发育和干物质累积的影响,通过OTC设置了活性碳过滤空气(CF,4—28 n L/L)、不通风(5H,15—68 n L/L)、环境空气(NF,7—78 n L/L)、100n L/L O3(CF100,96—108 n L/L)和150n L/L O3(CF150,145—160n L/L)等5种O3熏蒸处理,测量了籽粒干物质累积、光合色素含量及果皮的叶绿素荧光特性(IMAGING-PAM)。结果显示,CF100和CF150处理显著降低了冬小麦籽粒的长度、最大宽度、最大厚度、10粒体积、穗粒数、灌浆持续时间和灌浆高峰结束前的平均灌浆速率,其千粒重在整个灌浆过程中均显著低于NF,收获时分别下降了10.7%和17.8%;CF100和CF150的光合色素含量在扬花后8—16d内显著高于其余3组(伴随着较强的光合能力),扬花16d后迅速下降18d后差异达到显著水平。穗粒重下降的主要原因是籽粒体积缩小、灌浆持续时间缩短和穗粒数下降;高浓度O3在灌浆前期延缓了冬小麦的生育进度,在灌浆后期使得植株迅速衰老,灌浆持续时间大幅缩短;籽粒果皮的最大光合能力在灌浆初期受到一定抑制,在灌浆中期表现出较好的适应性,在中后期由于籽粒衰老提前而迅速下降。高浓度O3条件下,果皮绿色层在籽粒干物质累积和营养物合成过程中发挥着更加重要的作用。     

沼泽、盐化沙丘过渡带和沙丘生境下芦苇的光合及生理生化特性

对于田地区3种不同生境(沼泽、盐化沙丘过渡带和沙丘顶)芦苇的生长环境特征、光合特性、渗透调节及抗氧化系统的特征进行研究。结果表明:芦苇叶片的Pn日变化在沼泽生境呈单峰曲线,在盐化沙丘过渡带和沙丘顶部均为双峰曲线,光合"午休"现象明显,气孔导度降低是其主要原因。脯氨酸和可溶性糖含量随根区土壤水分减少和盐分加剧增加显著,其中可溶性糖含量变化剧烈,对抵御干旱和盐渍化危害的贡献较大。芦苇叶片超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性随干旱及盐分加剧增加显著,两者对水分亏缺的响应较盐分敏感,且可有效缓解沙丘生境由于缺水所造成的氧化损伤,使丙二醛(MDA)含量维持在相对较低水平。过氧化物酶(POD)活性在沙丘和盐渍化生境内都比较高,对抵抗盐渍化和干旱起着同样重要的作用。     

海洋玫瑰杆菌类群研究进展

海洋玫瑰杆菌类群(Roseobacter lineage)是属于α-变形菌纲中的一类系统发育相近,但生理代谢功能多样的细菌类群,包含40多个不同的细菌种属。它们在海洋中丰度较高,且分布极为广泛,尤其在近海与极地海洋中,其丰度约占整个浮游细菌群落的15%—25%。玫瑰杆菌类群通过其多样化的生理代谢功能(如好氧不产氧光合作用、一氧化碳氧化、硫化物降解等)在海洋碳、硫循环和全球气候调节中发挥着重要作用。此外,玫瑰杆菌类群还能产生多种具生物活性的次生代谢物质。简要综述了海洋玫瑰杆菌类群的生态分布特征、生存方式、生理代谢功能、基因组特征等的一些研究进展,并结合作者的工作对未来的研究进行了展望。     

贵州山区3种木本植物无机碳利用特性的比较

以生长在喀斯特高原地区玉舍国家森林公园内的成熟银鹊树(Tapiscia sinensis)、白栎(Quercus fabri)和亮叶桦(Betula luminifera)为实验材料,通过对光合作用、叶绿素含量、叶绿素荧光参数、羧化效率(CE)、呼吸速率(Resp)、碳酸酐酶活性(WA)以及稳定碳同位素组成(δ13 C)等指标的测定,分析3种植物不同的无机碳利用特性,为该区生态环境修复选择合适的建群植物种提供依据。结果显示:(1)银鹊树、白栎和亮叶桦分布都较为广泛,银鹊树生长的最佳土壤pH是4.5~5.5,而白栎更倾向于中性到弱酸性土壤,肥沃的酸性土壤则更有益亮叶桦生长;白栎和亮叶桦都能忍受干旱和贫瘠,但是银鹊树不能忍受干旱和高温。(2)银鹊树叶片的Pn、Tr和Gs显著大于白栎和亮叶桦,亮叶桦和白栎的Pn、Tr和Gs分别是银鹊树的69.5%、48.2%、66.7%和28.6%、21.7%、22.2%;亮叶桦叶绿素含量均为银鹊树和白栎的2倍,但3种植物间的WUE则无显著差异。(3)3个树种叶片净光合速率均随着CO2浓度升高呈持续上升的趋势,但它们之间的CO2补偿点和饱和点明显不同。其中,银鹊树和亮叶桦的CO2补偿点均低于50μmol·mol-1,而白栎的则在250~300μmol·mol-1之间;银鹊树的CO2饱和点在1 200μmol·mol-1左右,亮叶桦则在2 300μmol·mol-1左右,而白栎的CO2饱和点明显高于2 300μmol·mol-1。(4)3个树种的CE、Resp和WA均为银鹊树>亮叶桦>白栎;而δ13 C值则以银鹊树最低,亮叶桦和白栎较高。其中,白栎和亮叶桦的CE、Resp、WA分别为银鹊树的5.1%、25.7%、4.0%和45.3%、54.6%、6.8%,且树种间差异显著;白栎和亮叶桦的δ13 C值显著高于银鹊树。研究表明,银鹊树能够吸收大气中的CO2或者在高活性碳酸酐酶作用下转化利用细胞内的HCO3-,它拥有较高的CO2利用能力及无机碳同化效率,因而能够拥有较高的产能;亮叶桦只能获取大气中的CO2作为无机碳源,但它对CO2的利用能力也较高,其产能仅次于银鹊树;白栎同样只能获取大气中的CO2作为无机碳源,同时它对大气中CO2的捕获、利用能力均低于银鹊树和亮叶桦,因而白栎生长非常缓慢,造成其本身对无机碳的需求也最低,所以其产能最低。     

遮荫对短梗大参苗木光合作用及生长的影响

以盆栽短梗大参为试验材料,探讨不同遮荫处理(全光日照、70%光日照及40%光日照)对短梗大参苗木叶绿素含量、光合作用和生长的影响,为耐阴植物引种栽培及在园林上的应用提供理论依据。结果表明:在遮荫处理下短梗大参生长良好,叶色浓绿,植株的冠幅和复叶数显著高于全光日照(P0.05);遮荫处理下叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素的含量显著高于全光日照(P0.05),且随着遮荫程度增强而增加,而叶绿素a/b则呈下降趋势。与全光日照相比,遮荫处理提高了短梗大参表观量子效率(AQY)和最大净光合速率(Pmax),同时明显降低了光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)。遮荫处理提高了PSⅡ原初光能转换效率(Fv/Fm)和潜在活性(F0/Fm),尤其是40%光日照下Fv/Fm和F0/Fm均显著高于全光日照(P0.05)。遮荫处理下非光化学猝灭系数(NPQ)显著低于全光日照(P0.05),并随着遮荫程度的增加而进一步降低,以减少热耗散等途径来提高PSⅡ光能转化效率,但光化学猝灭系数(q P)受遮荫处理影响不大。因此,作为喜阴植物,短梗大参具有较强的弱光利用能力,适宜生长于适度荫蔽的环境。     

低镁胁迫对低温下黄瓜幼苗光合特性和抗氧化系统的影响

以‘津优3号’黄瓜幼苗为试材,以Hoagland全营养液处理为对照(CK),研究低镁(30％Mg)胁迫对低温(昼/夜温度12℃/8℃)下黄瓜幼苗光合特性和抗氧化系统的影响.结果表明:低温下30％Mg处理黄瓜幼苗叶片Mg含量显著低于CK,而根中Mg含量与CK差异不显著.随着低温胁迫时间的延长,黄瓜幼苗叶片的叶绿素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)和羧化效率(CE)逐渐降低,胞间CO2浓度(Ci)趋于升高.与CK相比,低温下30％ Mg处理叶片叶绿素含量、Pn、gs和CE显著降低,C-变化不大,叶绿体膜损伤严重,叶绿体数、基粒数和片层数较少,淀粉粒数增加,淀粉粒较长,丙二醛(MDA)含量升高,而超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性降低.可见,低温下镁运输受阻引起的缺镁是叶片失绿的主要原因;低温引起Pn降低的主要原因是非气孔限制,低镁胁迫会加大低温对黄瓜Pn的影响,而由此引起的Pn降低的主要原因是气孔限制.     

高温强光胁迫下外源钙对甜椒(Capsicum fructescens L.)幼苗光合生理特性的影响

为探讨钙(Ca2+)对甜椒幼苗生长的影响,以甜椒品系156为试材,分别喷施清水(对照)、5 mmol·L-1(T5)和10 mmol·L-1Ca Cl2(T10),研究了高温(37℃)强光(1 200μmol·m-2·s-1)胁迫下甜椒幼苗叶片光合作用及叶片中活性氧(ROS)清除酶活性的变化。结果表明,高温强光胁迫条件下,与对照植株相比,外源施钙可维持较高的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)及较低的胞间CO2浓度(Ci)。甜椒幼苗功能叶在高温强光胁迫处理后,T5和T10叶片的1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)活性及叶片PSII最大光化学效率(Fv/Fm)较高,表明Ca2+有利于减轻胁迫条件下甜椒幼苗叶片的光抑制现象。另外,高温强光胁迫条件下,植株叶片活性氧清除酶活性和可溶性蛋白含量明显增加,且Ca2+处理(T5和T10)的植株高于对照植株,丙二醛(MDA)含量和相对电导率则明显低于对照,这些结果均表明胁迫条件下外源施钙可以通过提高幼苗叶片ROS清除酶活性和渗透调节物质含量来保护光系统反应中心,从而减轻外界胁迫对植物的伤害。     

光合作用与呼吸作用中的[H]

光合作用与呼吸作用所涉及的[H]指NADH、FADH2与NADPH中的还原性氢。光合作用与呼吸作用中产生和利用的[H]不同,光合作用产生及利用NADPH,而呼吸作用产生与利用的[H]主要是NADH与FADH2。