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1.
2.
3.
C4 photosynthesis is a biochemical pathway that operates across mesophyll and bundle sheath (BS) cells to increase CO2 concentration at the site of CO2 fixation. C4 plants benefit from high irradiance but their efficiency decreases under shade, causing a loss of productivity in crop canopies. We investigated shade acclimation responses of Setaria viridis, a model monocot of NADP-dependent malic enzyme subtype, focussing on cell-specific electron transport capacity. Plants grown under low light (LL) maintained CO2 assimilation rates similar to high light plants but had an increased chlorophyll and light-harvesting-protein content, predominantly in BS cells. Photosystem II (PSII) protein abundance, oxygen-evolving activity and the PSII/PSI ratio were enhanced in LL BS cells, indicating a higher capacity for linear electron flow. Abundances of PSI, ATP synthase, Cytochrome b6f and the chloroplast NAD(P)H dehydrogenase complex, which constitute the BS cyclic electron flow machinery, were also increased in LL plants. A decline in PEP carboxylase activity in mesophyll cells and a consequent shortage of reducing power in BS chloroplasts were associated with a more oxidised plastoquinone pool in LL plants and the formation of PSII – light-harvesting complex II supercomplexes with an increased oxygen evolution rate. Our results suggest that the supramolecular composition of PSII in BS cells is adjusted according to the redox state of the plastoquinone pool. This discovery contributes to the understanding of the acclimation of PSII activity in C4 plants and will support the development of strategies for crop improvement, including the engineering of C4 photosynthesis into C3 plants.  相似文献   
4.
Despite the importance of understanding plant growth, the mechanisms underlying how plant and fruit growth declines during drought remain poorly understood. Specifically, it remains unresolved whether carbon or water factors are responsible for limiting growth as drought progresses. We examine questions regarding the relative importance of water and carbon to fruit growth depending on the water deficit level and the fruit growth stage by measuring fruit diameter, leaf photosynthesis, and a proxy of cell turgor in olive (Olea europaea). Flow cytometry was also applied to determine the fruit cell division stage. We found that photosynthesis and turgor were related to fruit growth; specifically, the relative importance of photosynthesis was higher during periods of more intense cell division, while turgor had higher relative importance in periods where cell division comes close to ceasing and fruit growth is dependent mainly on cell expansion. This pattern was found regardless of the water deficit level, although turgor and growth ceased at more similar values of leaf water potential than photosynthesis. Cell division occurred even when fruit growth seemed to stop under water deficit conditions, which likely helped fruits to grow disproportionately when trees were hydrated again, compensating for periods with low turgor. As a result, the final fruit size was not severely penalized. We conclude that carbon and water processes are able to explain fruit growth, with importance placed on the combination of cell division and expansion. However, the major limitation to growth is turgor, which adds evidence to the sink limitation hypothesis.  相似文献   
5.
6.
以两种常见园林观赏草:白穗狼尾草(Pennisetum alopecuroides ‘White’)和拂子茅(Calamagrostis epigeios)作为试验材料,利用开顶箱(OTCs)模拟法,研究了不同高浓度臭氧(O3,EO):80 nmol/mol(EO-80)、120 nmol/mol(EO-120)和160 nmol/mol(EO-160)下两种观赏草叶片逆境生理特征的变化规律。结果表明:(1)短期(7 d)内随O3浓度增加,白穗狼尾草叶绿素和类胡萝卜素含量较对照呈下降趋势,拂子茅较对照无显著变化。(2)在EO-120、EO-160下处理7 d时,两种观赏草叶片的净光合速率(Pn)和气孔导度(gs)较对照显著下降,且白穗狼尾草下降的幅度均大于拂子茅。(3)不同高浓度O3胁迫下,两种观赏草叶片丙二醛(MDA)含量较对照均有所升高,其中在EO-160下处理21 d时白穗狼尾草和拂子茅叶片MDA含量分别增加30.2%(P<0.05)和13.5%(P>0.05),表明在EO-160浓度胁迫下白穗狼尾草受到的膜脂过氧化伤害大于拂子茅。(4)在EO-120和EO-160下处理21 d时,白穗狼尾草叶片可溶性蛋白含量较对照分别显著下降24.2%和43.1%,而拂子茅较对照分别下降19.0%和22.9%(P<0.05)。(5)与对照组相比,高浓度O3下两种观赏草叶片的过氧化物酶(POD)活性随胁迫时间延长呈下降趋势,超氧化物歧化酶(SOD)活性呈先升后降。(6)综合以上生理特征比较及主成成分分析表明,佛子茅比白穗狼尾草更耐O3,前者在O3高污染地区可能会有更高的应用价值。  相似文献   
7.
为了探明典型荒漠灌木优势物种黑沙蒿(俗名油蒿, Artemisia ordosica)光合过程能量中分配对环境波动的相对变化及其长期调节机制, 该研究于2018年4-10月在宁夏盐池毛乌素沙地, 同时使用MONITORING-PAM多通道荧光监测仪和LI-6400XT便携式光合测量仪对黑沙蒿叶片的最小荧光产量(Fo)、最大荧光产量(Fm)、稳态荧光产量(Fs)、光下最大荧光产量(Fm′)、净光合速率(Pn)、暗呼吸速率(Rd)、蒸腾速率(E)和叶片气孔导度(gs)进行现场测定, 在实验室内计算比叶面积(SLA)、单位面积氮含量(Narea)、叶绿素含量(CChl)和叶绿素a/b (Chl a/b), 分析黑沙蒿光合过程能量分配中固碳耗能占比(ΦA)、光呼吸耗能占比(ΦPR)、调节性热耗散耗能占比(ΦNPQ)和非调节性热耗散耗能占比(ΦNO)与环境参数和叶性状参数之间的关系以及能量分配各组分之间的相对变化。结果表明, 光化学反应组分(ΦAΦPR)和热耗散组分(ΦNPQΦNO)之间呈负相关竞争关系, 两组分内部呈正相关协同关系, EΦAΦPR正相关, 和ΦNPQΦNO负相关。在低土壤含水量(SWC)和高饱和水汽压差(VPD)环境条件下, 黑沙蒿ΦAΦPRSLA显著降低, ΦNPQΦNO显著增加。研究认为, 在长期干旱或高蒸散条件下, 黑沙蒿通过降低SLA等途径避免水分的过度流失, 同时将部分过剩光能由光呼吸代谢途径转移到热耗散组分进行耗散。波动环境下黑沙蒿形态性状的变异和光合过程能量分配的长期调节机制, 反映了其利用形态与生理的协同可塑性对逆境的适应。  相似文献   
8.
阴生植物突然暴露在强光下造成光损伤的情况时有发生, 但其对高光敏感的潜在机制尚不十分清楚。为阐明阴生植物无法在自然全光照环境下生存的相关机制, 该研究以典型阴生植物三七(Panax notoginseng)为材料, 将遮阴环境下(10%透光率)生长的植株转移到全日光环境下3天, 研究其相对叶绿素含量(SPAD值)、光合参数以及叶绿素荧光参数的变化。结果表明, 全光环境下三七光合日变化呈现“双峰”曲线特征, 且净光合速率在处理期间逐日降低。全日光下三七叶片SPAD值、水分利用率和光能利用率显著降低; 叶片光系统I (PSI)反应中心P700最大荧光信号、光系统II (PSII)电子传递速率、暗适应下PSII最大量子效率和光下PSII最大量子效率显著低于遮阴环境下的植株, 且至傍晚不能完全恢复。而参与调节性能量耗散的量子产量、PSI受体侧限制引起的非光化学量子产量、环式电子流则显著高于遮阴环境下的三七。此外, 生长环境光照强度骤增导致荧光诱导动力学曲线发生明显变化, 并显著升高了PSII供体侧和受体侧的荧光产量。当阴生植物三七突然暴露于全光环境下时, 强烈的光照会导致PSII供体侧的放氧复合体活性受损, 抑制受体侧的电子传递, 过度还原PSI的受体侧进而引发PSI光抑制。该研究结果揭示, 全日光导致的PSII不可逆损伤和PSI光抑制可能是典型阴生植物三七为什么不能在全日照光环境下存活的重要原因。  相似文献   
9.
蓝细菌是重要的光合自养微生物,也是最具潜力的光合微生物底盘之一,被广泛应用于光驱固碳细胞工厂的开发。糖原是蓝细菌最重要的天然碳汇物质,糖原代谢对蓝细菌光合碳流的分配和调控具有重要意义。为了优化蓝细菌光合细胞工厂的合成效能,驱动更多的光合碳流重定向至目标代谢产物的合成,已经有多种策略和方法被成功开发用于调控蓝细菌的糖原代谢和糖原含量。然而,作为具有全局效应的重要碳汇机制,针对糖原代谢的调控往往对蓝细菌底盘藻株的光合生理和代谢网络造成复杂的影响,在不同光合细胞工厂合成效能优化上取得的效果也不尽相同。文中梳理了蓝细菌糖原代谢工程的最新进展,对糖原代谢调控造成的生理、代谢影响进行了介绍和分析,进而对通过糖原代谢调控来优化光合细胞工厂效能的研究前景进行了展望。  相似文献   
10.
The conversion of the Brazilian savannas for pastures and agricultural use has caused the species Dimorphandra wilsonii (Fabaceae-Caesalpinioideae) to become isolated and restricted to areas occupied by African grasses of Urochloa sp. This highly endangered tree species was cultivated in the presence of Bradyhizobium japonicum (symbiont 1), Glomus etunicatum (symbiont 2), and Urochloa decumbens in low nitrogen (N) availability in order to evaluate its growth in these experimental conditions. Even though the nodulation and mycorrhization was of low occurrence, the inoculated plants with symbionts had the greatest nitrogen and chlorophyll content, photosynthetic radiation use efficiency, and biomass accumulation in relation to the plants which had not been inoculated and/or cultivated in the presence of U. decumbens. The results suggest effective N2 fixation, independent of the localization of bacteria, whether in the root tissue interior or free in the rhizosphere. Therefore, the presence of N2-fixing bacteria can benefit the early growth of D. wilsonii, whereas the occurrence and aggressive persistence of U. decumbens can limit this development, increasing the threat of extinction of this species in their habitat.  相似文献   
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