短期生长环境光强骤增导致典型阴生植物三七光系统受损的机制

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。     

顽拗性三七种子后熟过程超微结构和抗氧化酶变化

该研究以3年生三七成熟种子为材料,通过对三七种子种胚切片观察、抗氧化酶活性测定及相关基因表达量的变化分析,从生理、形态及转录组3个层面了解顽拗性三七种子的内在机理.结果表明:三七种子后熟0~40 d,超氧化物歧化酶(SOD)、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)的活性先升高后降低,过氧化物酶(POD)的活性升高.后熟40 d时SOD、POD、CAT、APX相关差异表达基因的FPKM值分别为28、13、356、105,皆处于较高水平,此时观察到完整的细胞结构,种胚完成形态成熟,丙二醛(MDA)含量达到了最高值,说明三七种子内部抗氧化系统抵御氧化伤害最激烈,对水分胁迫造成的氧化伤害最为敏感.伴随后熟时间的延长,膜脂过氧化作用加剧造成细胞膜的降解,导致细胞功能丧失和畸形死亡,抗氧化系统酶活性降低不能有效抵御氧化伤害可能是导致顽拗性三七种子脱水敏感的重要原因之一.     

阴生植物三七稳态和动态光合特性对氮水平的响应

氮(N)对植物光合作用至关重要。阴生植物在自然生长条件下,接受的是高度动态的光照。然而,探讨N水平对阴生植物动态光照下的光合调控作用的研究相对较少。为了阐明N对阴生植物动态光合作用的调控机制,该研究以典型阴生植物三七(Panax notoginseng)为材料,设置了低氮(LN, 112.5 kg·hm^–2)和高氮(HN,450.0kg·hm^–2)2个N水平,研究动态光和稳态光条件下植株叶片的光合气体交换参数及卡尔文循环酶蛋白的活性和数量。结果表明单位叶面积氮含量(Narea)与光照60s的诱导状态(IS60)负相关,与达到光合作用稳态90%所需的时间(tP90)和达到光合作用稳态100%所需的时间(tP-steady)正相关,表明Narea并不是通过影响核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)的总活性来调控光诱导反应。短时间的低光间隔对Rubisco活性影响不显著,但明显降低了果糖-1,6-二磷酸酶(FBPase)和景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶(SBPase)的活性;当高光照光斑突然出现时, Rubisco活性不受影响,但是S...     

三叶橡胶光合作用能力和抗氧化系统以及单萜类物质对茉莉酸的响应

用茉莉酸(JA)处理三叶橡胶，分别在JA处理1、24、48、72、96、120小时后，分析三叶橡胶光合作用能力和抗氧化系统活性以及单萜类物质的变化。结果发现，与对照相比，用JA处理的三叶橡胶的叶片最大净光合速率和气孔导度显著下降，光系统II潜在最大光化学效率和内在光化学效率也明显下降。光合作用能力的下降可能是由于JA处理导致的叶绿素、类胡萝卜素、可溶性蛋白质含量逐渐下降的结果。然而，JA处理却导致过氧化氢含量逐渐增加，过氧化氢含量的增加激活了抗氧化系统，结果导致超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶活性上升，抗坏血酸-谷胱甘肽循环加强。但是，α-蒎烯、β-蒎烯、桧烯以及总单萜这些潜在的抗氧化物的含量却先增加，而后逐渐下降。     

三七(Panax notoginseng)根残体化感自毒效应研究

为研究三七(Panax notoginseng(Burk)F.H.Chen)采收过程中残留须根的化感自毒效应,采用土培和水培2种方法,按不同比例添加三七须根粉碎物,检测根残体作用下土培三七土壤中皂苷的动态变化及水培三七根部形态结构变化。结果显示,土培条件下,随着须根粉碎物处理时间的延长,土壤中皂苷成分种类增加、总皂苷含量减少。水培条件下,随着处理时间的延长,添加须根粉碎物处理后的三七根尖细胞壁增厚,细胞中出现菌丝体;随着处理时间及处理浓度的增加,细胞开始皱缩甚至破碎,细胞中无完整细胞器结构,三七根部细胞结构差异明显。研究表明三七采收过程中残留在土壤中的须根腐解释放的化学物质可能是导致三七自毒效应的因素之一。     

不同光照条件下喜阴植物谢君魔芋对稳态和动态光源的响应特征

谢君魔芋(Amorphophallus xiei)是起源于云南西南地区热带雨林的典型喜阴植物,近年来得到了广泛种植和推广,在种植过程中,谢君魔芋需要采用遮荫栽培模式。为了揭示谢君魔芋对光照强度的适应策略,该研究探讨了生长在不同光照强度下(透光率为50%、29%、17%、7%)谢君魔芋叶片的光合作用特征、光合诱导特征、光合色素含量以及叶片氮素(N)含量和N分配。结果表明:随着生长环境光照强度的降低,单位叶面积和单位叶质量最大净光合速率、光合色素含量、最大羧化速率、最大电子传递速率及比叶面积均增大,而暗呼吸和光补偿点均减小。在光合诱导过程中,生长在透光率为17%光环境中的谢君魔芋完成50%光合诱导所需的时间最短,约为81.4 s;在光诱导进行10 min时,诱导状态最高,为87.3%。完成50%和90%光合诱导所需的时间与低光下初始气孔导度呈负相关关系。随着生长光照强度降低,叶片中的N分配到羧化组分和生物能转化组分中的比例先增大后减小,在透光率为17%的光环境下具有最大值;而叶片中的N分配到捕光色素组分中的比例随着生长环境光照强度降低而增加。该研究结果表明,喜阴植物谢君魔芋通过加强对低光和动态光源的利用能力及有效的N资源分配策略来适应低光照环境。     

哀牢山湿性常绿阔叶林及不同类型次生植被的幼苗更新特征

采用"空间代替时间"的方法,对云南哀牢山徐家坝地区湿性常绿阔叶林及不同类型次生植被中木本植物幼苗的种类组成、数量及更新方式等进行了调查.结果表明:在所有调查样地中,共记录到木本植物幼苗46种,其中乔木31种、灌木15种.荒草地、滇山杨林、栎类萌生林、原生林4种不同植被类型的幼苗密度分别是(421.9±59.5)、(34.4±8.1)、(31.6±7.2)、(18.5±6.6)株·25 m-2.随着演替的进行,灌木的比例逐渐减小,乔木的比例则逐渐增加.在森林恢复演替过程中,处于演替初期的荒草地灌木萌生更新占优势,到了演替后期则以乔木萌生幼苗更新为主.随着群落演替进程的增加,幼苗密度逐渐减少,幼苗生活型和木本植物的幼苗更新方式均发生变化.     

不同光照条件下三七幼苗形态及生长指标的变化

用遮阳网设置不同透光率(自然全光照的1%、3%、8%、12%和22%)处理,对不同光照条件下三七〔Panax notoginseng(Burk.)F.H.Chen〕幼苗形态指标(株高、冠幅、块根长、主根长、块根直径、茎基径、单株须根数和单株须根长)、干物质积累(不同器官干质量)和分配以及叶片性状(单株叶面积、比叶面积和叶绿素相对含量SPAD值)的变化进行了研究。结果表明:在透光率不同的条件下三七幼苗的形态指标、不同器官干质量及分配以及叶片性状均有明显变化。其中,块根直径、单株须根长、单株须根数、不同器官(块根、须根、根、叶片和茎)干质量和植株总干质量均随透光率增大逐渐提高;株高在透光率22%条件下最高;冠幅和单株叶面积在透光率3%条件下最大;主根长、茎基径、根冠比、根质比及SPAD值均在透光率8%条件下最高;茎质比和叶质比在透光率3%和1%条件下较大;比叶面积随透光率增大逐渐降低。综合分析结果揭示:三七是一种典型的喜阴植物,种植过程中适当遮阳有利于其生长和干物质积累,其中透光率8%对三七幼苗生长较为适宜。     

云南岩陀及其近缘种质资源群体表型多样性

为有效保护和持续利用药用植物云南岩陀及其近缘种质资源提供基础数据,采用巢式方差分析和聚类分析等方法对岩陀及其近缘种质资源共4个种(包括变种)的15个居群150个单株16种表型性状进行表型多样性分析.结果表明:不同种间表型性状变异均超过20％,变异由大到小依次为光腹鬼灯檠、岩陀、羽叶鬼灯檠、七叶鬼灯檠;居群间表型性状变异较高,其地上部分干重、单株根状茎数变异较大,变异系数均超过50％;小叶表面毛被状态变异系数为100％、小叶背沿脉柔毛色变异系数为0,因此这些性状为种和变种分类的重要依据;4个种的居群内变异系数均大于居群间,变异主要来源于居群内.种的表型多样性指数相对较高,其中根粗最高,叶表面毛被状态和叶背面沿脉柔毛色最低,总体平均多样性指数为1.39;不同种间表型多样性指数变化在1.23-1.44,岩陀最高,七叶鬼灯檠最低;通过聚类分析可将15个居群分为4类.结果暗示:岩陀及其近缘种质资源的遗传改良应适当地减少抽样居群数,增加居群内的家系数,重视居群内优良单株的选择;种质资源的保护应尽量保护一个居群的完整性.     

光强对三七光合能力及能量分配的影响

通过研究生长于不同环境光强(29.8%、9.6%、5.0%、1.4%和0.2%全日照)下的2年生三七光合作用对光照强度、CO₂浓度、模拟光斑的响应及叶绿素荧光和能量分配特征,研究光照强度对阴生植物三七光合特征及光适应的影响.结果表明: 29.8%全日照(FL)下三七表观量子效率(AQY)、光系统Ⅱ(PSⅡ)潜在的量子效率(F_v/F_m)、PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)较低,最大净光合速率(P_{n max})、最大电子传递速率(J_max)、实际光化学量子效率(F/F_m′)、电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(q_P)和光能分配到光化学途径的比例(Φ_PSⅡ)较高,但非光化学淬灭系数(NPQ)并不是最高.9.6% FL和5.0% FL处理P_{n max}、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、暗呼吸速率(R_d)无显著差异,但它们的AQY、羧化效率(CE)、最大羧化速率(V_{c max})、F_v/F_m、F_v/F_o较高,NPQ也相对较高.生长环境光强低于5.0%FL时,P_{n max}、CE、V_{c max}、J_max、ETR、F/F_m′、q_P、NPQ和Φ_PSⅡ均随生长环境光强的降低呈下降趋势,而捕获的光能分配到荧光耗散的比例(Φ_f,D)逐渐增加.在500 μmol·m^-2·s^-1光斑诱导下,生长环境光强大于5.0%FL下的三七Φ_PSⅡ随诱导时间的延长缓慢增加,1.4%FL和0.2%FL下Φ_PSⅡ迅速达到饱和,且Φ_f,D迅速增加.三七在受到长期高光胁迫的环境下,通过适度的PSⅡ光抑制和保持较高光合电子传递速率,从而提高光能的利用来保护光合机构遭受不可修复的氧化伤害;适度的遮荫能够有效保持较高的非光化学热耗散能力;但过度遮荫会使其光合能力明显降低,捕获的光能更多地通过非光化学的途径耗散,且在接受到高光照射时较容易引发光氧化伤害.