叶黄素循环和D1蛋白周转在毛竹叶片光保护中的作用

利用叶绿素荧光技术,对强光胁迫下以及叶黄素循环抑制剂-二硫苏糖醇(DTT)和D1蛋白合成抑制剂-硫酸链霉素(SM)处理后毛竹(Phyllostachys edulis (Carr.) Lehaie)的光抑制特征进行研究。结果显示:在夏季中午强光或人为强光胁迫下,毛竹叶片最大光化学效率Fv/Fm均显著降低;在下午光强减弱或黑暗、弱光条件下,Fv/Fm可有效恢复。DTT和SM均可抑制毛竹叶片非光化学淬灭(NPQ),且DTT效果明显优于SM。另外,在强光下,DTT和SM处理均能使毛竹叶片Fv/Fm、实际光化学效率Y(Ⅱ)和光化学淬灭qP等荧光参数下降幅度增大。研究结果表明毛竹叶片具有完善的光破坏防御机制,NPQ与叶黄素循环和D1蛋白周转紧密关联,在叶片光保护机制中具有重要作用。     

新一代遥感技术助力生态系统生态学研究

随着气候变化和人类活动的加剧, 生态系统正处于剧烈变化中, 生态学家需要从更大的时空尺度去理解生态系统过程和变化规律, 应对全球变化带来的威胁和挑战。传统地面调查方法主要获取的是样方尺度、离散的数据, 难以满足大尺度生态系统研究对数据时空连续性的要求。相比于传统地面调查方法, 遥感技术具有实时获取、重复监测以及多时空尺度的特点, 弥补了传统地面调查方法空间观测尺度有限的缺点。遥感通过分析电磁波信息从而识别地物属性和特征, 反演生态系统组成、能量流动和物质循环过程中的关键要素, 已逐渐成为生态学研究中必不可少的数据来源。近年来, 随着激光雷达、日光诱导叶绿素荧光等新型遥感技术以及无人机、背包等近地面遥感平台的发展, 个人化、定制化的近地面遥感观测逐渐成熟, 新一代遥感技术正在推动遥感信息“二维向三维”的转变, 为传统样地观测与卫星遥感之间搭建了尺度推绎桥梁, 这也给生态系统生态学带来了新的机遇, 推动生态系统生态学向多尺度、多过程、多学科、多途径发展。因此, 该文从生态系统生态学角度出发, 重点关注陆地生态系统中生物组分, 并分别从生态系统类型、结构、功能和生物多样性等方面, 结合作者在实际研究工作中的主要成果和该领域国际前沿动态, 阐述遥感技术在生态系统生态学中的研究现状并指出我国生态系统遥感监测领域发展方向及亟待解决的问题。     

基于Sentinel-2A影像干旱区棉花叶片SPAD数字制图

植被叶片叶绿素是农业遥感反演的重要参数,叶绿素含量的变化与植被生长环境的胁迫程度、生理变化密切相关,故将植被叶绿素进行实时、动态监测对农业生产极为重要。然而,传统经验模型及叶绿素精准测量存在困难。基于高分辨率的Sentinel-2A数据,在机器学习框架下,利用光谱信息、最适光谱指数和基于PROSAIL辐射传输模型的生物协变量构建3种建模方案（方案1：光谱信息和最适光谱指数联合,方案2：光谱信息和物理模型生物协变量联合,方案3：光谱信息、最适光谱指数和物理模型生物协变量联合）。最终基于优选出的建模方案进行棉花叶片叶绿素相对含量的空间数字制图。结果表明：（1）红边波段参与的最适光谱指数比值植被指数（RVI）与棉花叶片SPAD值相关性最高r=0.767,P^**=0.195;（2）将构建的17个变量进行重要性分析可知,构建的最适光谱指数比值植被指数（RVI）与物理模型生物协变量LAI-Cab对估算模型的精度贡献率较大;（3）建模方案构建植被指数时红边波段被确定为最优波段,在增加精度方面起到决定性作用;通过模型评价标准来分析3种方案可知,预测精度大小顺序为模型方案3 > 模型方案1 > 模型方案2,其中方案3的决定系数R²最高为0.826,即估算模型方案3对棉花叶片SPAD值具有最好的预测能力,可以为干旱区农作物的生理参数反演提供新的思路,为农业安全监测,合理水肥配置提供科学数据支持。     

叶面喷施亚精胺对高温胁迫下番茄叶绿素合成代谢的影响

以设施番茄栽培品种‘金棚朝冠’幼苗为试验材料,研究叶面喷施0.25 mmol·L~(-1)亚精胺(Spd)对高温胁迫下(38℃/28℃,昼/夜)番茄幼苗生长及叶绿素合成过程中前体物质含量、关键酶活性和叶绿素含量的影响,探讨Spd缓解番茄高温胁迫伤害的生理机制。结果表明:(1)高温胁迫显著抑制了番茄幼苗的生长,叶面喷施Spd可有效缓解高温胁迫对番茄幼苗地上部生长的抑制作用,但对于地下部的生长无显著缓解作用。(2)高温胁迫下番茄叶片叶绿素合成前体物质δ-氨基酮戊酸(ALA)和胆色素原(PBG)的含量显著提高,而尿卟啉原Ⅲ(UroⅢ)、原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)、镁-原卟啉Ⅸ(Mg-protoⅨ)和原叶绿素酸(Pchl)的含量显著降低,证明叶绿素前体由PBG向UroⅢ的转化受阻,导致叶绿素a(Chla)、总叶绿素(Chlt)含量和Chla/Chlb显著降低。(3)叶面喷施Spd能增强高温胁迫下胆色素原脱氨酶(PBGD)活性,有效缓解了高温胁迫对PBG到UroⅢ转化的阻碍作用,促进PBG之后叶绿素合成前体物质的合成,Chla含量和Chla/Chlb显著增加。研究发现,高温胁迫显著抑制番茄幼苗的生长,叶面喷施Spd可通过显著增强PBGD活性来缓解由PBG向UroⅢ的受阻程度,促进高温胁迫下番茄叶片的叶绿素前体合成,提高叶绿素含量和番茄植株的生长量,减轻高温胁迫对番茄幼苗生长的伤害。     

17个建兰品种光合特性分析

以17个建兰(Cymbidium ensifolium)品种为材料,采用改良的丙酮法提取叶绿素,再通过Arnon丙酮法公式计算光合色素含量,利用捷克FluorCam开放式叶绿素荧光仪测定不同品种的叶绿素荧光参数。结果表明,17个建兰品种的光合色素和叶绿素荧光参数具有不同程度的差异,其中‘铁骨素’(C. ensifolium ‘Tiegusu’)、‘逸红双娇’(C. ensifolium ‘Yihongshuangjiao’)和‘闽南黄蝶’(C. ensifolium ‘Minnanhuangdie’)的光合色素含量高于其他品种,表明这3个品种具有良好的光合效率,吸收光能的能力较强;‘铁骨素’最大荧光产量(Fm)、Kautsky诱导效应最大荧光(Fp)、PS Ⅱ原初光能转化效率(Fv/Fm)和非光化荧光淬灭系数(NPQ)均为最高。综上可知,‘铁骨素’的光合生理特性优于其他品种,可作为优良建兰品种进行种植推广。     

饱和白光引起的光系统II 捕光复合体(LHCII ) 从反应中心复合体脱离不同于弱红光引起的状态1 向状态2 的转换

我们观测了不同光照预处理对拟南芥、小麦和大豆叶片光合作用和低温( 77K) 叶绿素荧光参数F685、F735 和F685􊄯F735 的影响。野生型拟南芥叶片光合作用对饱和光到有限光转变的响应曲线是V 型,而缺乏叶绿体蛋白激酶的突变体STN7 的这一曲线为L 型。饱和白光可以引起拟南芥叶片F685􊄯F735 的明显降低, 但是F735 没有明显增高, 而弱红光可以导致拟南芥叶片F685􊄯F735 的明显降低和F735 的明显增高, 表明弱红光可以引起状态1 向状态2 的转变, 同时伴随从光系统II 脱离的LHC II 与光系统I 的结合, 而饱和白光只能引起LHC II 从光系统II 反应中心复合体脱离。并且, 低温叶绿素荧光分析结果证明, 饱和白光可以引起大豆叶片LHC II 脱离, 但是不能引起小麦叶片LHC II 脱离, 而弱红光可以引起小麦叶片的这种状态转换, 却不能引起大豆叶片的这种状态转换。因此, 饱和白光引起的野生型拟南芥和大豆叶片的LHC II 脱离不是一个典型的状态转换现象。     

玉米黄化幼苗生理生化特性的研究

以玉米品种'户单26'为材料,研究了黑暗条件下生长的玉米黄化幼苗内光合色素、可溶性蛋白含量和抗氧化酶活性的动态变化.结果表明,与正常条件下生长的对照组相比,黄化幼苗的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均明显降低,特别是叶绿素a含量大幅度降低;黄化幼苗的抗氧化酶SOD、POD和CAT活性显著提高,可溶性蛋白含量也显著增加.研究发现,黑暗条件下的玉米幼苗叶绿素a的合成受到了显著影响而表现出黄化现象,黄化幼苗能主动提高其自身抗氧化酶活性和可溶性蛋白含量,减轻黑暗逆境对植物细胞的伤害.     

镉对茶条槭和五角槭光合作用和叶绿素荧光特性的影响

以北方阔叶树种茶条槭(Acer ginnala)和五角槭(Acer mono)2年生苗木为材料,采用土壤和风化砂混合物作为盆栽基质,设置0(CK)、10、50、100、200 mg·kg-1 5种土壤镉浓度,研究了土壤镉胁迫对苗木叶片光合作用和叶绿素荧光特性的影响.结果表明:随着土壤镉胁迫浓度增加,茶条槭净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)先升后降,胞间二氧化碳浓度(Ci)则先降后升,且均在10 mg·kg-1 Cd2+时达到峰值或谷值;同时五角槭的Pn逐渐降低,Ci持续升高,Gs和Tr则先升后降且均在10 mg·kg-1 Cd2+时达到峰值.随土壤镉处理浓度的增加,茶条槭和五角槭的Fv/Fm、Fv/F0和qN均呈先升后降趋势,ΦPSⅡ则均持续下降;qP在茶条槭表现为先升后降,而在五角槭则逐渐下降.所有指标(除Ci外)在随镉浓度的变化过程中,其上升幅度均为茶条槭大于五角槭,而下降幅度则为五角槭大于茶条槭.研究发现,重金属镉通过破坏或抑制光合作用过程来影响茶条槭和五角槭的生长,高浓度镉导致的Pn下降是由非气孔限制因素所致;茶条槭对土壤镉的耐性大于五角槭,100和50 mg·kg-1 Cd2+可能分别是茶条槭和五角槭对土壤镉污染的耐受极限.     

Nd：YAP激光的不同功率和时间组合对亚心形扁藻的影响

采用同一剂量不同功率和时间组合的Nd:YAP激光(波长1 341nm)辐照亚心形扁藻,辐照组分为8W 69 s、10 W 55 s和12 W 46 s三个组合,通过藻细胞生长速率和叶绿素含量测定研究激光对扁藻的影响.实验结果表明,即使同一照射剂量,不同的辐照时间与辐照功率的组合,辐照效果仍不相同,本实验中以辐照时间55 s,辐照功率10 W 为最佳组合.