低温处理葡萄根系对叶片PSII活性的影响

以美乐葡萄(Vitis vinifera cv. ‘Merlot’)幼苗为试材, 对叶片进行霜冻胁迫的同时控制土壤降温过程, 造成根系冷胁迫(2°C)和冻胁迫(0°C)。测定霜冻胁迫后和恢复期间叶片的快速叶绿素荧光参数, 并分析低温胁迫不同根系对叶片霜冻害程度的影响。结果表明, 根系在不同低温胁迫下会影响叶片对霜冻的反应, 根系冻胁迫造成叶片严重的霜冻伤害, 光系统II (PSII)反应中心活性难以得到恢复; 根系冷胁迫能避免叶片严重的低温伤害, 低温胁迫后PSII的活性也能很快恢复。     

气温和根区温度对葡萄叶片光合荧光特性的影响

为探究气温和根区温度对葡萄(Vitis vinifera)叶片光合荧光特性的影响,以一年生巨峰葡萄为试材,设置对照、高气温、高根区温度和两者交叉作用共4组处理。结果表明,相较于对照和高气温,高根区温度以及交叉处理叶片最大光化学效率(Fv/Fm)降低更明显;与对照相比,高根区温度以及高气温与高根区温度交叉处理下光系统II (PSII)实际光化学效率Y(II)显著降低,非调节能量耗散的量子产量Y(NPQ)及QA氧化还原状态(1–qP)值显著上升。同时,高根区温度以及高气温与高根区温度交叉处理显著增加了J点的可变荧光(Vj),而用于电子传递的量子产额(φEo)及性能指数(PIABS)显著降低。此外,高根区温度以及高气温与高根区温度交叉处理下单位面积有活性的反应中心数目(RC/CSm)也显著下降,K点相对可变荧光(Wk)明显上升。综上所述,高根区温度是高气温与根区高温交叉胁迫的主导因子, PSII受体侧是主要的伤害位点,高气温加剧了高根区温度对PSII造成的伤害。     

乙草胺对葡萄叶片光合和叶绿素荧光特性及叶绿体结构的影响

以沙培1年生巨峰葡萄为材料,研究土施乙草胺对葡萄叶片光合、叶绿素荧光特性和叶绿体结构的影响.结果表明：喷施初期(处理后第13天),上部叶片净光合速率和气孔导度显著下降,PSII最大光化学效率和实际光化学效率显著低于对照,快速叶绿素荧光诱导动力学曲线中J点和K点荧光显著上升,性能指数PI_ABS显著下降,其PSII反应中心和放氧复合体受损伤程度显著高于中部叶片,但随着处理时间的延长,受损伤的程度减轻.在喷施后期(处理后第60天),上部叶片与中部叶片各指标之间的差距变小;下部叶片对除草剂的响应滞后,PSII反应中心和放氧复合体受到较大损伤,J点和K点荧光上升及PI_ABS下降的幅度高于中、上部叶片.乙草胺处理后第60天,葡萄叶片可溶性糖和淀粉含量增加,中、上部叶片色素含量显著下降,叶绿体膜受损,叶绿体变小,片层结构模糊或间隙增大.表明土施乙草胺可传导至葡萄地上部,导致叶片光合机构损伤、PSII活性下降和光合速率降低.     

夜间低温后日间光照对海桐和榕树叶片的光抑制以及光系统II功能的影响

夜间低温导致海桐和榕树叶片光系统II(PSII)最大光化学效率(Fv/Fm)、PSII光合电子传递量子效率(ΦPSII)、天线转化效率(Fv'/Fm')、非光化学猝灭系数(NPQ)降低,其后日间光照先引起海桐叶片Fv/Fm、ΦPSII、Fv'/Fm'稍微降低,其后又逐渐得到恢复,但NPQ却表现出相反趋势;夜间低温及随后的日间光照并未对海桐叶片光化学猝灭系数(qP)和初始荧光强度(Fo)产生影响。夜间低温后日间光照进一步引起榕树叶片Fv/Fm、ΦPSII、Fv'/Fm'、qP、NPQ下降,在午后光照减弱后仍不能得到恢复。     

光化学反射指数在比较葡萄叶片耐霜冻能力中的应用

以12个葡萄(Vitis vinifera)品种为试材,在秋季采集叶片,进行霜冻处理,测定了霜冻过程中叶片光化学反射指数(PRI)的变化。提取有效参数,采用隶属函数法比较了不同叶片的耐霜冻能力。结果表明,随着温度的降低,叶片光化学反射指数呈下降趋势。在–8–0°C范围内,PRI及其相对值Rt与温度都存在显著的线性关系;叶片PRI在0°C、–8°C时的相对值R0、R–8,以及–8–0°C范围中,Rt与温度的回归直线斜率SLP都具有品种特异性,可以反映不同品种的耐霜冻能力。隶属函数法结合聚类分析结果显示,在12个候选品种中,抗霜冻能力最好的是Cabernet Sauvignon,其R0、R–8和SLP分别为72.3%、50.19%和2.78。     

不同干旱胁迫对山葡萄的光合作用和光系统II活性的影响

以山葡萄品种中抗性较强的‘左山一’和抗性较弱的‘双丰’品种为材料,利用气体交换分析和叶绿素荧光诱导动力学分析手段,研究了干旱胁迫对不同抗性山葡萄品种的光合作用和PSII活性的影响。结果显示,2种山葡萄叶片的净光合速率均随着干旱胁迫的加重而下降,并且细胞间隙CO2浓度升高,证明非气孔限制是干旱胁迫造成山葡萄光合速率下降的主要原因。JIP-test分析发现,干旱胁迫导致‘双丰’叶片相对荧光诱导动力学曲线中J点和I点相对可变荧光上升,同时出现了明显的K点,‘左山一’叶片的相对荧光诱导动力学曲线没有明显变化,说明干旱胁迫对‘双丰’叶片PSII电子供体侧和受体侧造成的伤害要显著大于对‘左山一’叶片的伤害,且干旱胁迫对‘双丰’叶片的最大光化学效率(Fv/Fm)、吸收光能为基础的光化学性能指数(PIABS)、单位面积有活性反应中心的密度(RS/CS)及单位面积用于电子传递的光能(ETo/CS)的改变幅度显著大于‘左山一’。干旱胁迫通过干扰山葡萄叶片PSII电子供体侧、受体侧以及电子传递链的功能,严重的伤害了叶片光合机构的正常功能。干旱胁迫对抗旱性较强的‘左山一’PSII活性的影响显著小于对抗旱性较弱的‘双丰’葡萄。     

高温胁迫下不同光强对‘赤霞珠’葡萄PSII活性及恢复的影响

本文研究了高温与不同光强结合处理对‘赤霞珠’葡萄叶片PSII活性及恢复的影响。结果表明,高温黑暗处理（40℃,0μmaol·m-2．s-1）导致叶片PSII最大光化学效率（Fv/Fm）、反应中心吸收的光能用于电子传递的量子产额（ψEo）与单位反应中心光能的传递（ETo/RC）降低明显,且无恢复趋势,K点相对荧光（Vk）、单位反应中心光能的吸收（ABS／RC）与捕获（TRo／RC）显著升高。高温弱光处理（40℃,200μmol·m-2．s-1）后的叶片PSII活性明显恢复,ETo／RC降低明显,TRo/RC无显著变化。高温强光（40℃,1600μmol·m-2．S-1）处理导致单位面积有活性反应中心数量（RC/CSm）抑制程度最大,恢复程度较低。实验结果说明,高温处理下黑暗对葡萄PSII功能活性及恢复均会造成抑制,而弱光可以显著缓解高温对葡萄叶片的胁迫作用,并促进PSII的恢复,强光导致胁迫下的PSII功能抑制最明显。     

樟树幼苗机械损伤叶片对挥发性有机化合物及叶绿素荧光参数的影响

为探讨植物在机械损伤后C₆-C₁₀醛类化合物的释放机理, 及C₆-C₁₀醛类化合物对叶片光系统II (PSII)的影响, 以樟树(Cinnamomum camphora)为材料, 采用动态顶空气体循环法和热脱附/气相色谱/质谱联用技术(TDS-GC-MS), 对樟树幼苗叶片损伤后释放的C₆-C₁₀醛类化合物进行采集与分析, 并同步测定了脂氧合酶活性和损伤叶片的叶绿素荧光动力学参数。结果表明: 樟树幼苗叶片损伤后, 其挥发性有机化合物中己醛、庚醛、辛醛、壬醛和癸醛的释放量比损伤前分别增加了2.47、0.99、1.34、0.91和28.38倍(p < 0.01); 同时新增4种醛类化合物, 分别是: 2-己烯醛、2,4-己二烯醛、(E)-2-辛烯醛和(E)-2-壬烯醛。脂氧合酶活性比损伤前增加1.2倍(p < 0.01)。PSII单位反应中心复合体吸收的能量和被核心捕获的能量分别比损伤前下降12.8%和9.8% (p < 0.01)。单位面积反应中心的数量、电子传递量子产额、捕获激子能导致电子传递效率和叶片性能指数分别比损伤前增加23.3%、24.4%、22.6%和82.7% (p < 0.01)。损伤24 h后, 醛类化合物的种类、释放量、脂氧合酶活性及叶片叶绿素荧光动力学参数基本恢复到损伤前水平。说明机械损伤使PSII供体侧受损、脂氧合酶活性升高, 致使C₆-C₁₀醛类化合物大量释放, 樟树幼苗通过增加单位面积反应中心的数量来提高光合效率应对胁迫。     

部分根区灌溉与合理密植对旱区棉花产量和水分生产率的影响

为揭示部分根区灌溉与合理密植在棉花产量和水分生产率上的互作效应及其生理学机制,探索旱区节水灌溉植棉的新途径,在内蒙古自治区西部大田条件下,采用两因子试验设计研究了灌溉方式(常规灌溉、亏缺灌溉、部分根区灌溉)和种植密度(13.5万、18.0万、22.5万株·hm^-2)对棉花生长发育、产量、水分生产率和相关生理指标的影响.结果表明: 灌溉方式和种植密度及其互作对棉花生物产量、籽棉产量、产量结构和收获指数有显著影响.常规灌溉条件下,提高密度能显著提高生物产量和单位面积铃数,但铃重和收获指数显著降低,高密度与中等密度下的经济产量相当,并显著高于低密度处理;部分根区灌溉可显著提高棉花叶片中脱落酸(ABA)含量,并显著降低吲哚乙酸(IAA)含量,促进同化物向生殖器官的分配,提高收获指数.随着种植密度的提高,部分根区灌溉下单位面积铃数增加、铃重基本不变,高密度较中、低密度籽棉分别增产6.7%和11.5%.高密度下,部分根区灌溉与常规灌溉的籽棉产量相当,霜前花率提高22.5%,节水30%,水分生产率提高49.3%.种植密度对主茎功能叶光合速率没有显著影响,灌溉方式对光合速率有显著影响,亏缺灌溉显著降低了主茎功能叶的光合速率,而部分根区灌溉的叶片光合速率与常规灌溉相当.部分根区灌溉灌水侧根系茉莉酸(JA)含量和水通道蛋白基因(PIP)表达量显著高于常规灌溉,表明部分根区灌溉下,JA作为信号分子参与了灌水侧根系水分吸收的调控,PIP基因上调表达,根系吸水能力增强,保障了地上部叶片的水分平衡,进而维持了较高的光合速率.部分根区灌溉配合适当密植(22.5万株·hm^-2)是旱区节水植棉的重要技术途径.     

UV-B对设施桃叶片光合功能及叶绿体超微结构的影响

对温室栽培的油桃中油5号(Prunus persica var. nectarina cv.‘Zhongyou5’)适量补充UV-B,分析其对桃叶片光合功能及叶绿体超微结构的影响。结果表明,UV-B处理下各色素含量均有不同程度的增加,其中叶绿素b的含量和净光合速率(P_n)提升幅度较大。相较于未补充UV-B的桃树(对照), UV-B处理的F_v/F_m无显著变化, F_v’/F_m’比值、光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(qN)以及PSII实际光化学量子效率(Φ_PSII)均有显著或极显著升高。透射电镜结果显示,UV-B处理下叶绿体基质片层空隙小,堆叠紧密,叶绿体外膜边缘清晰。可见,温室内适量补充UV-B可快速改善叶片叶绿体的超微结构,提升叶绿素分子捕获光能及向PSII传递的能力,增大PSII反应中心的开放程度,提高实际光能转化效率和PSII电子传递量子效率,提高叶片的光合功能。该研究为设施果树光合性能改善和UV-B合理利用提供了理论依据。     

NaCl处理下两种引进红树的光合及抗氧化防御能力

在长期盐胁迫(28天, NaCl浓度从100 mmol·L^-1升至400 mmol·L^-1)下, 比较研究了引进的无瓣海桑(Sonneratia apetala)和拉关木(Laguncularia racemosa)幼苗叶片的气体交换、叶绿素含量、最大光化学效率(F_v/F_m)、O₂^-_· 产生速率以及抗氧化酶的活性, 探讨了两种红树幼苗光合、抗氧化防御能力的差异与耐盐性的关系。结果显示: NaCl处理没有明显地影响两种红树幼苗的生长, 表明盐生植物对盐环境的适应性, 但两种红树的生理反应对NaCl处理存在较大的差异。在实验的第28天(苗木的NaCl累计处理浓度递增到400 mmol·L^-1)时, 与对照相比, 无瓣海桑叶片的净光合速率、水分利用效率增加, 气孔导度、蒸腾速率和胞间CO₂浓度/大气CO₂浓度(C_i/C_a)相应降低; 然而, 拉关木叶的净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率均回落到对照的水平, 而气孔导度和C_i/C_a均增加, 表明同样的NaCl浓度处理对拉关木叶的净光合速率影响大于无瓣海桑。在NaCl处理期间, 无瓣海桑F_v/F_m一直保持在0.8以上, 而拉关木的F_v/F_m为0.75以下, 说明无瓣海桑具有高于拉关木的潜在最大光合能力。在实验的第7天(NaCl浓度为100 mmol·L^-1)和14天(苗木的NaCl累计处理浓度递增到200 mmol·L^-1)时, 两种红树O₂^-_· 产生速率迅速增加, 在实验的第28天(苗木的NaCl累计处理浓度递增到400 mmol·L^-1)时, 无瓣海桑O₂^-_· 产生速率是对照的5.3倍, 差异极显著, 此时, 拉关木叶中O₂^-_· 产生速率已降低到低于对照的水平。盐处理诱导了两种红树叶中抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)、过氧化物酶(POD))活性增加, 但拉关木增加的幅度大于无瓣海桑, 表明拉关木能响应盐胁迫并上调抗氧化酶活性, 降低盐诱导的膜脂过氧化, 提高耐盐的能力, 无瓣海桑通过提高水分利用效率来保持体内的水分, 同时, 保持PSII的最大光化学量子产量, 使得无瓣海桑在高盐处理时仍能保持高于对照水平的光合速率。     

A new technology of modulated Chl a fluorescence image: In vivo measurement of the PSII maximum photochemical efficiency and its heterogeneity within leaves

The spatial photosynthetic heterogeneity within leaves is an important prerequisite for the studies on the photosynthetic model, the mechanism(s) of photoinhibition and light protection, etc. However, currently the in vivo measurement of the spatial photosynthetic heterogeneity within leaves is difficult. The present study improved the device assembled by Vogelmann & Evans (2002), thereby acquired the photosystem II (PSII) maximum photochemical efficiency (F_v/F_m) images within leaves. Finally, these images were processed and data of F_v/F_m and its spatial variations could be obtained, with the aid of MATLAB software. Based on the innovative technique, an investigation of the effects of strong light on the F_v/F_m and its spatial heterogeneity within leaves has been carried out. It was found that F_v/F_m within leaves was not homogonous. Strong light led to a general decrease of F_v/F_m (PSII photoinhibition) across leaf section, and the palisade tissue close to the epidermis layer had high tolerance to photoinhibition. Compared with control, short-term photoinhibition caused a larger spatial variation of F_v/F_m within leaves, which may be related to the chloroplast-avoidance response induced by high-fluence. On the contrary, long-term light inhibition led to a smaller spatial variation of F_v/F_m within leaves, indicating such mechanism is no longer effective. Compared to other types of chlorophyll fluoremeter, the device in the present study can in vivo obtain the panoramic picture of F_v/F_m within leaves, providing a powerful tool for the studies on the mechanism(s) attributed to the spatial heterogeneity of photosynthetic capacity of leaf, which is critical for the understanding on several hot spots in the research field of photosynthesis.     

天山雪莲SiSAD基因与拟南芥AtFAB2基因转化 烟草的抗寒性分析

通过转基因烟草(Nicotiana tabacum)验证天山雪莲(Saussurea involucrata) Δ9硬脂酰-ACP脱饱和酶基因SiSAD与拟南芥(Arabidopsis thaliana)中同源基因AtFAB2的抗寒性功能。利用农杆菌介导法将植物表达载体P_SiSAD:AtFAB2和P_SiSAD:SiSAD导入烟草, 然后将2种转基因和野生型烟草分别置于20°C、10°C、5°C、0°C及-2°C下处理2小时, 检测其相对电导率、丙二醛(MDA)含量、叶绿素荧光参数(F_v/F_m)及脂肪酸含量。将-2°C处理2小时后的植株置于25°C培养1周进行生长恢复实验。结果表明, 生长恢复实验中转SiSAD基因烟草的恢复效果显著优于转AtFAB2基因和野生型烟草。在0°C和-2°C处理2小时后, 转SiSAD、AtFAB2基因型和野生型烟草的相对电导率和丙二醛含量呈现显著递增趋势; 转SiSAD、AtFAB2基因型烟草的F_v/F_m显著高于野生型烟草, 其中, 转SiSAD基因烟草的F_v/F_m显著高于转AtFAB2基因烟草。转AtFAB2基因型和野生型烟草的油酸(C18:1)含量随着温度的降低逐渐升高后降低并在0°C时达到最高值; 而转SiSAD基因型烟草C18:1含量持续升高, 并在-2°C时达到最高值, 其含量分别是转AtFAB2基因型和野生型烟草的1.58倍和1.7倍。以上结果表明, 天山雪莲Δ9硬脂酰-ACP脱饱和酶基因SiSAD与拟南芥中同源基因AtFAB2均可以显著增强非低温驯化烟草的抗寒性, 但是SiSAD基因效果显著优于AtFAB2。     

邻苯二甲酸二丁酯对绿色巴夫藻的生长毒性和干扰效应

采用批次培养的方法研究了邻苯二甲酸二丁酯(DBP)对绿色巴夫藻(Pavlova viridis)的生长毒性和干扰效应。实验设置了0 mg·L^-1、2.5 mg·L^-1、3.0 mg·L^-1、3.5 mg·L^-1、4.0 mg·L^-1、5.0 mg·L^-1和7.5 mg·L^-1 共7个质量浓度梯度的DBP暴露处理组,测定了绿色巴夫藻的细胞密度、光合色素含量、叶绿素荧光特性及丙二醛(MDA)含量等指标,试图揭示DBP对绿色巴夫藻的生态毒性影响规律及机制。结果表明:DBP暴露对绿色巴夫藻的生长具有显著抑制作用,高质量浓度(5.0 mg·L^-1和7.5 mg·L^-1)DBP暴露下绿色巴夫藻细胞10 d内全部死亡;随着DBP暴露质量浓度增加,藻细胞叶绿素a和类胡萝卜素含量均显著降低;DBP暴露使光系统Ⅱ(PSⅡ)的最大光能转化效率(F_v/F_m)、潜在光化学活性(F_v/F_o)、实际光能转化效率(Yield)和光合电子传递速率(ETR)等指标也显著降低;DBP暴露还能够使绿色巴夫藻的细胞MDA含量显著增加。该研究进一步证实了DBP污染物对微藻光系统和酶类生理生化过程的干扰作用。     

稻镰状瓶霉对水稻白叶枯病的生物防治

本文研究了野生稻暗色有隔内生真菌稻镰状瓶霉与水稻的共生关系,通过根部接种DsRED荧光标记菌株,观察稻镰状瓶霉在水稻根系内的定殖,并对其抗白叶枯病特性进行调查,结果发现：经叶部接种白叶枯病菌后,对照组发病严重,病级集中在7级和9级,分别占比43.33%和34.67%,病情指数为79.26;相比之下,接种了稻镰状瓶霉的水稻植株发病较轻,叶片病斑面积小,并伴随零星黑色过敏性坏死斑出现,未发病植株占8%,72%的植株病级为1级,病情指数仅为15.26。稻镰状瓶霉对水稻白叶枯病的防治效果达到80.75%。稻镰状瓶霉的定殖能够引起叶片中超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶活性极显著提高,分别是对照组的5.26、12.08和10.53倍;诱导PR1a和PR1b显著上调表达8.71和3.37倍,AOS、OsSAUR2和EL5基因显著下调表达0.28、0.57和0.65倍。利用野生稻内生真菌防控水稻白叶枯病,在国内外尚属首次,可为水稻白叶枯病的生物防治提供新途径。     

滨海滩涂地带乌哺鸡竹和淡竹离子含量变化及其与生长及光合作用的关系

在沿海滩涂防护林带低盐区(0.1%)、中盐区(0.2%)和重盐区(0.4%) 3个盐分梯度下,研究了栽植10年的乌哺鸡竹和淡竹Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺含量变化及其与生长和光合作用的相关关系.结果表明: 从低盐区到重盐区,乌哺鸡竹的立竹密度和地径分别下降30.4%和28.8%,降幅低于淡竹的44.1%和31.2%;两竹种单株生物量下降,地上器官生物量降幅均显著高于地下器官;乌哺鸡竹和淡竹净光合速率(P_n)和PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)分别下降57.6%和67.7%、6.1%和7.4%,乌哺鸡竹耐盐能力比淡竹强.随着土壤含盐量的增大,乌哺鸡竹和淡竹各器官Na⁺含量逐渐增加,K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺含量逐渐降低.两竹种根Na⁺积累较多,而地上部分K⁺含量较高.盐胁迫环境导致乌哺鸡竹根Ca²⁺含量与淡竹叶片Mg²⁺含量明显下降.两竹种的生物量、P_n、F_v/F_m与Na⁺含量呈显著负相关,与K⁺、Ca²⁺含量呈显著正相关.     

Effects of shading on photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence parameters in leaves of Hydrangea macrophylla

Aims The objectives were to investigate the effects of different light intensities on photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence parameters, to clarify the physiological responses and photo-protective mechanisms of Hydrangea macrophylla to changes in light regimes in view of the distribution of energy absorbed and photosynthetic characteristics.Methods Three light regimes including natural and shade (shading rate 50% and 75% of natural light) were applied to plants for 60 days. After the treatment, the gas-exchange, chlorophyll a fluorescence and photosynthesis-light curves were measured by a portable leaf gas exchange system (LI-6400).Important findings The results showed that the weak light intensity treatment reduced dark respiration rate, light compensation point and light saturation point of plant, but increased apparent quantum yield, suggesting that plants had the physiological strategy to utilize the weakening light by reducing respiration. The net photosynthetic rate, intercellular CO₂ concentration, transpiration rate and water use efficiency of plants grown below 50% of natural light showed significant difference compared with natural and shading rate 75% of natural light. There were significant difference between natural and shade treatments in the maximal quantum efficiency of PSII (F_v/F_m), as indicated that it was significantly less at full light than that at 50% of natural light. Initial fluorescence intensity (F_o) of plants was higher at full light than that at 50% of natural light, suggesting that photoinhibition occurred in natural light. The non-photochemical quenching (NQP) decreased with the aggravation of shade stress, indicating that shading decreased the efficiency of photochemical reaction by reducing the fraction of incident light in photochemical energy utilization and decreased thermal dissipation through regulating energy distribution in photosystem II (PSII) in the leaves of Hydrangea macrophylla. In general, the 70% of incident light in photochemical energy utilization was distributed to thermal dissipation, 20% was distributed to non-regulated energy dissipation and 4% was distributed to effective photochemical reaction. In conclusion, responses of plants to increased irradiance are governed by strategy: to utilize a high fraction of incident light in photochemistry and regulate energy dissipation in PSII and weaken the accumulation of excess excitation energy in PSII to protect the photosynthetic apparatus in the leaves of H. macrophylla under saturated radiation.