胡杨异形叶光合系统Ⅱ叶绿素荧光特性

以塔里木盆地胡杨3种典型异形叶(条形叶、卵形叶与锯齿阔卵形叶)为材料,利用光合与叶绿素荧光测定技术测量胡杨异形叶气体交换与叶绿素荧光动力学参数,探讨异形叶光合机构对太阳辐射光能的利用、能量分配与耗散特性及影响其光合能力的主要因素,揭示胡杨异形叶光合生理功能的差异与生理生态适应机制。结果表明:(1)晴天正午胡杨异形叶净光合速率(P_n)、PSⅡ有效光化学量子效率(F_v′/F_m′)、实际光化学量子效率(Φ_(PSⅡ))、光化学猝灭系数(qP)显著降低,而PSⅡ激发能压力(1-qP)、光合功能相对限制(L_(PFD))则显著增大,至傍晚F_v′/F_m′、Φ_(PSⅡ)、qP与光化学反应能量(P)恢复,表明荒漠强太阳辐射导致正午胡杨异形叶光合作用发生了光抑制,但并未造成PSⅡ反应中心的不可逆破坏。(2)3种异形叶采取了不同的适应方式来适应荒漠强光环境。卵形叶通过提高光能捕获与转化效率、光化学反应能量来保持叶片高光合能力以消耗多余能量、降低过剩激发能对光合机构的影响;锯齿叶通过保持高光合电子传递能力来缓解光合膜上的还原态压力并以热耗散清除过剩激发能,二者协同保护光合机构免受强光损伤从而维持较高的P_n;条形叶不耐强光,但可以通过降低光能捕获与转化效率并将吸收的光能更多用于热能和荧光辐射耗散过剩激发能来适应强光环境。(3)逐步回归分析表明,锯齿叶光合能力主要受PSⅡ反应中心光合电子传递速率和非光化学猝灭过程中的非辐射能量耗散的影响;卵形叶、条形叶分别受PSⅡ反应中心光能捕获与转化效率和非光化学猝灭过程中的过剩激发能耗散的影响。综上所述,胡杨异形叶在生长发育过程中采取了不同的生态策略来适应荒漠环境。     

胡杨、灰叶胡杨光合及叶绿素荧光特性的比较研究

比较研究了两年生胡杨和灰叶胡杨叶片的光合及叶绿素荧光特性.结果表明:胡杨和灰叶胡杨均表现出净光合速率(Pn)日变化呈单峰曲线,只是在12:00时胡杨的Pn略微降低;气孔导度日变化均呈单峰型曲线;胞间CO2浓度日变化呈近“V”字型曲线.相同的试验条件下,胡杨的净光合速率、气孔导度高于灰叶胡杨,净光合速率与气孔导度峰值出现在上午10:00时;胡杨胞间CO2浓度低于灰叶胡杨,胞间CO2浓度最低值均出现在中午14:00时.经充分暗适应后的叶片叶绿素荧光参数初始荧光、PSⅡ原初光能转换效率和PSⅡ潜在活性均为胡杨显著大于灰叶胡杨.以太阳光为光化学光,测定的叶绿素荧光参数日变化显示,胡杨PSⅡ实际的光化学反应量子效率、非循环电子传递速率、光化学猝灭系数均大于灰叶胡杨,而非光化学猝灭系数却较灰叶胡杨小.胡杨与灰叶胡杨在光合与叶绿素荧光特性上的差异,是胡杨更能适应干旱荒漠区高光、高温与低相对空气湿度环境,从而表现出高净光合速率的部分生理学原因之一.     

胡杨异形叶的蛋白质组学研究

通过探索不同的裂解液成分配比和优化2-DE条件,建立了适合胡杨叶蛋白质组学研究的技术体系,同时以同一小枝上的异形叶为试验材料寻找异形叶间差异表达的蛋白质。结果表明：使用含7mol/L尿素、2mol/L硫脲、2% CHAPS、60mmol/L DTT、0.2% 载体两性电解质的裂解液复溶蛋白沉淀的效果好。通过对差异蛋白点的串联质谱鉴定,发现异形叶在光合及呼吸作用方面存在差异。本研究为了解异形叶产生的分子调控机制,揭示胡杨的耐逆性积累了有价值的信息。     

高温胁迫下苋菜的叶绿素荧光特性

为了探明高温胁迫对苋菜(Amaranthus tricolor L.)光合过程的影响,用不同温度(25、30、35、40、45℃)处理苋菜植株1h后,随即测定了其叶绿素荧光动力学参数和快速光响应曲线特征参数的变化.结果表明:40℃以上高温胁迫下,苋菜叶片的光系统Ⅱ(PSⅡ)潜在光化学效率(Fv/Fo)、最大光化学效率(Fv/Fm)下降;最大荧光(Fm)、光合电子传递速率(ETR)、PSⅡ实际光化学效率(Yield)、光化学淬灭系数(qP)也均有所下降;而初始荧光(F.)和非光化学淬灭系数(NPQ)在40℃以上高温胁迫下显著上升.叶绿素荧光快速光响应曲线测定结果表明,初始斜率α、最大相对电子传递速率ETRmax和半饱和光强Ik在40℃以上高温胁迫下有所下降.研究表明,40℃以上高温胁迫对苋菜的光能的吸收、转换、光合电子传递和强光耐受能力等均有一定的影响.     

胡杨异形叶结构型性状及其相互关系

胡杨在个体生长发育过程中,叶形不断发生变化,植株上会逐年依次出现条形、披针形、卵形和阔卵形叶,且在同时具有这4种叶形的植株上,叶片在树冠中分布的顺序自上而下分别是阔卵形、卵形、披针形和条形。通过实验的方法对胡杨4种叶形叶片厚度、叶面积、比叶面积、叶片干重和干物质含量等5个结构型性状指标进行分析,研究不同叶形叶片的结构型性状与叶形(叶长/宽比值)之间的关系,以及各结构型性状指标间的相互关系。结果表明:叶片厚度、叶片干物质含量、叶面积和叶片干重与叶长/宽比值之间均呈明显负相关(P0.05);比叶面积随着叶长/宽比值的减小而逐渐减小,但二者相关性不明显,表明胡杨在个体发育过程中通过增加叶面积、叶厚度,减小比叶面积等方式来提高适应环境的能力。各结构型性状指标间相关性表现为:比叶面积与叶干物质含量和叶干重之间均呈明显负相关(P0.05),与叶厚度间呈极明显负相关(P0.01);叶片干重与叶厚度间呈明显正相关(P0.05);叶厚度与叶干物质含量之间、叶干重与叶面积之间均呈极明显正相关(P0.01),其它指标间无明显相关性。     

渗透胁迫对绿豆叶圆片叶绿素荧光的影响

绿豆叶圆片用0、-0．3、-0．6、-1．2、-1．8、-2．4MPa等6个渗透梯度处理24h后,其叶绿素荧光的反应表明：光系统Ⅱ的潜在量子产量(FD／Fm)和电子传递受体(QA)的库容(pool size)均随胁迫强度的增大而减小,但QA库容的下降明显比Fg／Fm的下降缓和。结合原初荧光Fo和最大荧光Fm的变化,分析认为本实验中渗透胁迫并未导致明显的光系统Ⅱ反应中心的失活或破坏。造成光系统Ⅱ潜在量子效率降低的原因主要是通过光系统Ⅱ反应中心到Ⅱ的电子传递受到阻抑。     

胡杨异形叶光合作用对光强与CO2浓度的响应

胡杨(Populus euphratica)叶形多变, 随个体生长发育, 植株出现条形、卵形和锯齿阔卵形叶。在新疆塔里木河上游人工胡杨林内选择具有此3种叶形的成年标准株, 将枝条拉至同一高度, 通过活体测定, 比较其光合作用-光与CO₂响应及叶绿素荧光响应特征。结果表明: 胡杨异形叶光合速率对光强/CO₂浓度与电子传递速率对光强的响应曲线均可用直角双曲线修正模型来拟合, 得出的主要光合参数与实测值较吻合。胡杨卵形叶、锯齿阔卵形叶光合速率-光响应参数与生化参数及快速光响应参数与条形叶差异显著, 而光合速率-CO₂响应参数则无显著差异。胡杨异形叶CO₂饱和浓度下的最大净光合速率(P_nmax)较饱和光强下的P_nmax高, 表明胡杨强光下光合速率在很大程度上受CO₂供应和1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)再生能力的限制。卵形叶、锯齿阔卵形叶的初始量子效率(α)、初始羧化效率(CE)、P_nmax、光合能力(A_max)与最大羧化速率(V_cmax)均显著高于条形叶; 锯齿叶光饱和点(LSP)、最大电子传递速率(ETR_max)与光呼吸速率(R_p)高于卵形叶, 条形叶光补偿点(LCP)与LSP、α、CE最低。表明荒漠干旱环境下胡杨锯齿叶最耐强光, 高R_p可能是其耗散过剩光能、保护光合机构免于强光破坏的重要途径; 卵形叶高的α、CE、磷酸丙糖利用效率(TPU)、PSII实际光化学效率(Φ_PSII)与低LCP及叶氮分配策略是其保持高光合速率的原因; 条形叶Φ_PSII、ETR、P_n低, 因其制造光合产物不足而难以满足树体生长逐渐减少并处于树冠下部。可见, 胡杨条形叶光合效率低、抗逆性差, 主要以维持生长为主; 随着树体长大, 条形叶难以适应荒漠环境来维系其生长, 出现了卵形叶; 卵形叶光合效率高, 易于快速积累光合产物而加快树体生长, 但其LSP低和耐光抑制能力弱, 逐渐被更耐强光、高温与大气干旱的锯齿叶所取代, 从而使胡杨在极端逆境下得以生存, 这是胡杨从幼苗到成年叶形变化及异形叶着生在树冠不同高度的原因。     

高温胁迫对新疆榛光合参数和叶绿素荧光特性的影响

在5个温度梯度处理下,研究高温胁迫对4种新疆榛光合参数和叶绿素荧光特性的影响.结果表明:随着温度从25℃持续升高至45℃,新疆榛叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、水分利用效率和光能利用效率逐渐降低,且在35～ 45℃之间降幅最大;光系统Ⅱ的实际光化学效率、电子传递速率和光化学猝灭系数随温度的升高缓慢上升,至35℃后急速下降;蒸腾耗水和热耗散随温度的升高而增大.4种新疆榛品种中,新榛3号的光合作用对高温的耐受力较高,属耐热性品种.     

高温胁迫对葡萄幼树叶绿素荧光特性和抗氧化酶活性的影响

为了探讨短期和长期高温处理后葡萄生理应答反应,本研究在人工气候室环境中模拟夏季高温发生时间段(10:00~16:00)对一年生盆栽葡萄‘夏黑’进行25°C、35°C、45°C温度处理,测定处理6 h时(短期)和150 h时(长期)功能叶片的叶绿素荧光动力学及抗氧化酶活性。结果显示:在35°C处理6 h时‘夏黑’叶片ΨEo、ΦEo、ETo/RC显著上升;45°C处理6 h时‘夏黑’各荧光参数表现出显著性差异,而在150 h时主要荧光参数恢复至原初水平;高温处理下‘夏黑’的叶绿素含量和SOD酶活增长趋势较不明显;35°C/45°C处理均导致抗氧化酶活性POD和CAT以及过氧化物产物MDA(丙二醇)表现出较强的增长趋势。综上可知,短期高温处理(6 h)‘夏黑’叶片PSII活性遭到破坏,但是长期高温处理(150 h)‘夏黑’的PSII活性得到恢复,推测‘夏黑’有较强高温逆境适应能力;高温逆境打破‘夏黑’氧化还原平衡,MDA含量增加。这些结果对于了解葡萄在高温胁迫下的耐受能力具有参考价值。     

遮阴对堇叶紫金牛光合特性和叶绿素荧光参数的影响

堇叶紫金牛是一种特产于浙江和台湾的珍稀濒危植物.为了解堇叶紫金牛对光的需求及适应规律,本文研究了不同光照强度(遮阴率90%、60%、25%及全光照)对其光合特性和叶绿素荧光参数的影响.结果表明： 全光照条件下堇叶紫金牛净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)日变化曲线均呈“双峰型”,出现光合“午休现象”,而遮阴处理下均呈“单峰型”.随遮阴率的增加,堇叶紫金牛叶片P_n和表观量子效率(AQY)均呈先升高后降低的趋势,光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)均呈降低趋势,g_s、蒸腾速率(T_r)、原初光能转换率(F_v/F_m)和PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)均呈升高趋势.遮阴造成叶绿素总量、类胡萝卜素(Car)含量的增加和Chl a/b的降低.遮阴率25%条件下,堇叶紫金牛根冠比(R/T)和比叶重(LMA)均达到最大值.堇叶紫金牛对不同光环境表现出较强的适应性和可塑性,表明光照不足不是其野外种群致濒的主要原因.     

塔里木河下游地下水埋深对胡杨气体交换和叶绿素荧光的影响

为了分析干旱环境下地下水埋深变化对胡杨(Populus euphratica oliv.)光合作用的影响,对塔里木河下游3个地下水埋深(4.91,6.93m和8.44m)环境下胡杨叶片的气体交换日变化、光响应曲线、PN-C_i曲线以及叶绿素荧光特性等进行了比较研究。研究结果表明:当地下水埋深从4.91m增加到6.93m和8.44m,胡杨光合速率(P_N)(10:00),初始荧光(F₀)、最大荧光(F_m)、以及PSⅡ实际光化学效率(Ω_PSⅡ)、电子传递速率(ETR)、非光化学猝灭系数(NPQ)和正午叶水势(Ψ_midday)等都发生了明显变化,其中胡杨NPQ增加了109% 127%,Ω_PSⅡ,ETR和Ψ_midday分别减小了24% 29%,17% 22%和31.6% 45.6%,表明胡杨受到的干旱胁迫程度在增加;而当地下水埋深在6.93 8.44m之间时,上述参数无显著变化,表明胡杨很可能处于相同干旱胁迫程度;并且在地下水埋深4.91 8.44m范围内,最大光化学效率(F_v/F_m),表观量子效率(φ),Rubisco羧化速率(V_cmax), 等参数都未发生明显变化,表明即使地下水埋深增加到8.44m,此时的干旱胁迫程度也未超过胡杨的耐受能力,其光合能力也未受到不可逆转的伤害。     

沙尘胁迫对阿月浑子光合作用及叶绿素荧光特性的影响

为了探讨长期沙尘胁迫下阿月浑子叶片光合性能的变化机制,以室内盆栽阿月浑子为材料,对叶片进行覆盖厚度为2mg/cm2(轻度),9 mg/cm2(重度)的沙尘处理,无沙尘覆盖为对照,并分别在处理后第7天、14天、28天和42天,测定叶片光合CO2同化速率,叶绿素含量以及叶绿素荧光特性等参数。结果表明,阿月浑子叶片的净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)随沙尘处理时间延长而下降,重度沙尘处理下Pn和Gs下降幅度比轻度大,胞间CO2浓度(Ci)处理前期增加而后期下降,重度沙尘处理下Ci增幅比轻度小;叶绿素a(Chl-a)、叶绿素b(Chl-b)和总叶绿素含量均随处理时间的延长而下降,在重度沙尘处理下下降幅度比轻度沙尘处理大,Chl-a的下降速率大于Chl-b,叶绿素a和b的比值(Chl-a/Chl-b)在重度沙尘处理下逐渐下降,而在轻度沙尘处理下呈升-降-升趋势;PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)不同程度下降,在重度沙尘处理下下降幅度比轻度沙尘处理大;轻度沙尘覆盖下实际光化学效率(ΦPSⅡ)及非环式电子传递效率(ETR)在处理第42天显著下降,而重度覆盖处理先急剧下降,后期逐渐恢复;非光化学荧光猝灭(NPQ)在轻度胁迫下先下降而后逐步上升,在重度处理下则在处理前期就迅速上升。从而得出结论,阿月浑子轻度沙尘胁迫条件下前期其光合作用非气孔限制贡献率大于气孔限制,随胁迫时间气孔限制逐渐占优势,并且随处理时间的延长其吸收的光能用于保护性耗散量逐渐增加,使其光合CO2同化效率下降。     

Identification of microRNAs and their targets from Populus euphratica

Populus euphratica is an ideal model system for research into the abiotic stress resistance research of woody plants. Although microRNAs have been found in poplars and have been shown to have diverse biological functions, a majority of them are genus- or specie-specific and few microRNAs have been found in P. euphratica to date. In this study, microRNA cloning and computational expressed sequence tag analysis were used to identify 72 putative miRNA sequences in P. euphratica. These sequences could be classified into 21 families, 12 of which were novel, increasing the number of known poplar microRNA families from 42 to 54. Expression analysis indicated that five P. euphratica microRNAs were induced by dehydration stress. Bioinformatics prediction showed that the 130 target genes are involved in development, resistance to stress, and other cellular processes. These results suggest several roles for miRNAs in the regulatory networks associated with the abiotic stress resistance of tree species.     

不同增温处理对夏蜡梅光合特性和叶绿素荧光参数的影响

利用红外线辐射器(Electric radiant infrared heater)设置3个不同增温处理:(1)晚上增温2℃(18:00—翌日6:00);(2)白天增温2℃(6:00—18:00);(3)全天增温2℃;以不做增温处理作为对照,模拟气候变暖对夏蜡梅(Sinocalycanthus chinensis)的光合特性和叶绿素荧光参数的影响。3个季节中,3种增温处理下的夏蜡梅净光合速率(Anet)和最大净光合速率(Amax)均高于对照。表明3种增温处理均可以提高夏蜡梅的光合作用能力。增温处理提高了气孔导度(Gs)、暗呼吸速率(Rd),降低了胞间CO2浓度(Ci)。3种增温处理中,夏蜡梅在3个生长季节的Anet和Amax均以白天增温最大,表明白天增温下夏蜡梅具有最高的光合作用能力。白天增温处理下的表观量子效率(AQY)、光饱和点(LSP)显著高于全天增温、晚上增温以及对照。白天增温和晚上增温使夏蜡梅的相对叶绿素含量显著增加,且白天增温叶绿素相对含量显著高于晚上增温、全天增温及对照。白天增温、晚上增温与全天增温处理下的夏蜡梅的PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)均显著低于对照,在12:00和14:00时,三者之间存在显著性差异,以白天增温最高,晚上增温次之,全天增温最低。总之,3种增温处理夏蜡梅的光合能力总体上均有不同程度的增强,且在白天增温处理下,夏蜡梅的Anet、Amax值最高,表明白天增温下夏蜡梅具有最高的光合能力,这与白天增温引起的相对叶绿素含量增高、叶片对强光的适应能力加强、较低程度的光胁迫等因素有关。本研究说明未来增温条件下,将提高夏蜡梅的光合生理活性,促进夏蜡梅的生长。     

枫杨幼苗对土壤水分"湿-干"交替变化光合及叶绿素荧光的响应

以盆栽1年生枫杨幼苗为实验材料,通过人工设置土壤水分来模拟三峡库区消落带不同土壤水分对枫杨幼苗的光合参数、光合色素含量、叶绿素荧光特性等的影响.试验设置4个处理组,分别为常规供水、常规供水-轻度干旱-复水、水淹、水淹-轻度干旱-复水,3个处理期分别为前期(0-33 d)、中期(34-63 d)、后期(64-78 d).结果表明,不同的水分处理显著地影响了枫杨幼苗“表观性”的气体交换、光合色素含量和水分利用效率等特性,但相较而言对枫杨幼苗“内在性”的叶绿素荧光特性影响较小,且影响的结果和程度因处理组和指标而异.78 d时,除胞间CO2浓度(Gi)、叶绿素a/叶绿素b、光化学猝灭值(qP)和非光化学淬灭值(qN)外,水淹组(FL组)的各项指标在4个处理组中都为最低值;“湿-干”交替组(FD组)的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)及总叶绿素含量则表现出先降低复水后显著增加的趋势;DR组的变化趋势与FD组类似,但变化的幅度较FD组小.研究发现,枫杨幼苗面对不同水分状况呈现出了一定的敏感特性,但随着胁迫时间的延长其无论是从光合、水分利用还是叶绿素荧光特性方面都表现出积极的响应,较能适应干旱、水淹、“湿-干”交替等多种环境胁迫,且在胁迫解除后能够迅速恢复生长,可以考虑用于三峡库区消落带的植被重建.     

高温对两种卡帕藻的酶活性、色素含量与叶绿素荧光的影响

在室内采用静置培养法,以25℃为对照,研究高温(32℃、35℃和40℃)对长心卡帕藻Kappaphycus alvarezii与异枝卡帕藻K.striatum的硝酸还原酶(NR)和过氧化物酶(POD)活性、叶绿素a和藻红蛋白含量的影响,并采用调制叶绿素荧光技术,测定高温处理后2种藻的叶绿素荧光参数变化趋势.结果表明:高温对2种卡帕藻的NR和POD活性有显著影响.二者的NR活性均在35℃时最低,32℃时最高;异枝卡帕藻的POD活性在35℃时最高,而长心卡帕藻的在35℃时最低.在25-40℃之间,随着温度升高,异枝卡帕藻的叶绿素a含量逐渐减少,藻红蛋白含量先降后升,35℃时最高,而长心卡帕藻的两种色素含量皆在25℃时最高.在32-40℃条件下,随着温度升高,2种藻的实际光合效率(Y)和相对光合电子传递速率(ETR)明显下降,温度越高,下降程度越大;短期高温可刺激2种卡帕藻的光合活性增强,随着处理时间延长,异枝卡帕藻的光合活性下降,但差异不显著,而长心卡帕藻的光合活性显著下降.综合上述指标,显示32℃以上高温对2种卡帕藻产生胁迫,异枝卡帕藻对热胁迫的耐受力明显强于长心卡帕藻.     

基于遥感图像处理技术胡杨叶气孔密度的估算及其生态意义

拟利用遥感图像处理技术--面向对象分类,计算胡杨叶片气孔密度,采用面向对象分类的专业软件eCognition对气孔图像进行多尺度分割,将生成的分类图像导入ArcGIS中计算气孔密度,最后用R语言编写代码进行批处理。研究结果显示:该方法用于计算叶片气孔的密度精度高;18个样点胡杨气孔密度存在着较大的差异,从76.7 个/mm²到139.4 个/mm²不等,其平均密度为105 个/mm²;随着干旱胁迫加强,气孔密度表现下降上升再下降的趋势。