濒危植物银缕梅(Parrotia subaequalis)不同径级个体的光合能力差异与更新限制

银缕梅(Parrotia subaequalis)是我国华东地区特有种,属国家Ⅰ级濒危保护植物.分别于5月份与8月份采用Li-6400光合系统测定了江苏宜兴龙池大垅西芥银缕梅种群内大 (胸径＞10 cm)、中 (2 cm＜胸径≤10 cm)、幼 (胸径≤2 cm) 3个径级个体的光合生理参数、光合-光强响应曲线及光环境因子,探讨了不同径级个体的光合能力差异及其对种群更新的影响.结果表明:幼树最大净光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(RD) 显著低于大树与中树,但比叶面积(SLA)显著高于大树及中树;低LCP、低RD与高SLA是银缕梅幼树对弱光环境做出的适应性反应.中树LSP仅为大树的二分之一,而其LCP与大树无明显差异,且显著高出幼树;中树LSP与LCP之间的光能利用区间极为狭窄;中树全天平均接受的RAR稍高于LCP,但远低于其LSP;同时,中树的SLA显著低于幼树与大树,致使中树全天碳同化总量严重不足.基于净光合速率(Pn)与光环境参数建立的逐步回归方程进一步证实了光合有效辐射(PAR)对Pn的贡献最大,是影响银缕梅光合碳同化能力的关键因子.由于幼树与中树受到大树遮荫,叶片上方的光合有效辐射均显著降低.尽管银缕梅幼苗在林下表现出较强的弱光适应能力,但在后期建成为中树的过程中,叶片形态与光合生理特性均表现出对遮萌环境的不适应,光资源不足构成银缕梅种群更新的主要限制因子,导致种群的中等径级个体急剧减少.人为干预以形成适宜的林窗环境,有利于银缕梅幼树的后期生长,并促进银缕梅种群的顺利更新.     

生长光强对六个橡胶树品种幼苗光合特性的影响

研究了6个橡胶树品种幼苗(适应1年后)在不同生长光强(100%、50%、25%和5%自然光)下的叶片光合系统对光强和CO2浓度的响应特性。结果表明,6个橡胶树品种对不同的光环境均表现出较强的适应性。在不同生长光强下,橡胶树幼苗叶片的最大光合速率(Pmax)、光补偿点(LCP)、暗呼吸速率(Rd)、磷酸丙糖利用速率(TPU)、最大羧化速率(Vcmax)和最大电子传递速率(Jmax)以及叶绿素含量(Chl)均有显著差异(P<0.05),而光饱和点(LSP)和AQY(表观量子效率)则无显著差异。相同生长光强下,6个橡胶树品种间叶片的最大光合速率(Pmax)、暗呼吸速率(Rd)、磷酸丙糖利用速率(TPU)、最大电子传递速率(Jmax)和叶绿素含量(Chl)有显著差异(P<0.05),其光补偿点(LCP)、最大羧化速率(Vcmax)和表观量子效率(AQY)则无显著差异。综合比较各参数,RRIM600、云研77-4和PR107适宜于相对光强为100%~50%的植胶环境,而云研77-2、GT1和热研523适宜于相对光强为50%~25%的植胶环境。     

闽楠幼树光合特性及生物量分配对光环境的响应

设置100%光环境(L100)、40%光环境(L40)、8%光环境(L8)3种光照梯度,分析万木林闽楠(Phoebe bournei)幼树的光合特性及生物量分配特征对不同光环境的响应。结果表明:(1)闽楠幼树在不同光环境下的最大净光合速率(Pnmax),表观量子效率(AQY),光饱和点(LSP),光补偿点(LCP),暗呼吸速率(Rd)均有显著差异(P<0.05),且随着光照强度的降低,Pnmax,LSP,LCP,Rd随之降低,而AQY却呈现升高的趋势。(2)总生物量、茎生物量、叶生物量、根生物量均表现为L100最大,根冠比、叶生物量比、茎生物量比及根生物量比在3种光环境下无显著差异。(3)闽楠幼树通过改变光合特性,生物量积累来适应光环境的变化,其中光照强度的降低限制了生物量的积累,但并未显著改变生物量地上地下分配比例。闽楠幼树在3种光环境下生物量分配比例并无显著的改变,生物量分配可塑性极低可能是闽楠零散分布的一个重要非人为干扰因素。(4)闽楠幼树所采取的生存策略以地上部分生长为主,光照强度降低时则采取保守策略进行缓慢的资源获取和消耗,全光照条件下采取快速的资源获取和消耗策略。未来造林时可以将闽楠与毛竹(Phyllostachys pubescens)混交来减少郁闭度,促进闽楠幼树的生长。     

南亚热带五种树种幼苗光合特征

以降香黄檀(Dalbergia odorifera)、顶果木(Acrocarpus fraxinifolius)、格木(Erythrophleum fordii)、红锥(Castanopsis hystrix)和西南桦(Betula alnoides)等树种幼苗为研究对象,对其叶片的光合特征进行研究。结果表明,降香黄檀、西南桦与顶果木具有较高的光饱和点(LSP)及光补偿点(LCP),较为喜光;红锥及格木则具有较低的LCP及LSP,较为耐荫。降香黄檀和顶果木都具有较高的光饱和净光合速率(Amax),但降香黄檀的羧化效率(CE)最高,CO_2补偿点(CCP)最低,气孔导度(gs)及胞间CO_2浓度(Ci)却并不高,这表明其羧化酶较高的CO_2羧化能力是造成其较高Amax的主要原因;而顶果木则是CE、gs及Ci都较高,CCP较低,羧化酶羧化能力与CO_2提供能力都较强,因此光合能力较强。虽然西南桦有最高的gs及Ci,但较高的CCP及较低的CE限制了其光合能力;格木以及红锥则是gs、Ci与CE都较低,CCP较高,羧化能力与CO_2提供能力都较弱,因而光合能力较弱。     

光照条件对高山杜鹃光合生理特性的影响

以高山杜鹃‘Furnivall’s Daughter’3年生植株为材料,采用遮阳网遮荫方法设置100%(L1)、53%(L2)、30%(L3)、17%(L4)全光照,研究不同光照对其光合特性及其相关生理特性的影响,探讨高山杜鹃对不同光强的响应及适应机制。结果表明:(1)与全光照条件相比,遮阴处理可有效提高光饱和点(LSP),降低光补偿点(LCP)和呼吸速率(Rd),从而具有较高的净光合速率(Pn);其中L3处理植株的LCP、Rd最低,而且其LSP和饱和光合速率(Pmax)最高,表明L3光照条件是其最适宜的生长光强。(2)随着光照强度的降低,叶片的叶绿素a呈轻微下降趋势,而叶绿素b、单位面积叶氮含量(LNCa)、光合氮利用效率(PNUE)则呈显著增加趋势,且光照强度对叶绿素b的影响较叶绿素a敏感,从而导致总叶绿素含量显著增加,而叶绿素a/b比值下降。(3)可塑性分析结果表明,高山杜鹃‘Furnivall’s Daughter’主要通过Pmax、LSP、LCP、Rd、PNUE和叶绿素含量的改变来适应光环境的变化,而比叶重(LMA)、LNCa、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)在其适应光环境的过程中作用较小。     

遮荫和全光下生长的棉花光合作用和叶绿素荧光特征

 遮荫条件下（遮荫下光强相当于自然光强的40％左右）棉花(Gossypium hirsutum)叶片光合速率明显降低,仅为自然光强下生长叶片的30%～40％,叶片中RuBP羧化酶活性降低,而表观量子效率(AQY)较高。不同光照条件下生长的棉花叶片对短时间持续光强的光合诱导过程有明显的差异,由弱光转到强光下,自然光强下生长的叶片的Pn、Gs、ΦPSⅡ及非光化学猝灭系数(NPQ)都能在较短的时间内达到最大值,而遮荫叶片需要的时间较长;遮荫下生长的棉花叶片的实际光化学效率,随光强的增加下降幅度较大,而自然光照下生长的叶片下降幅度较小;自然光照下生长的叶片的NPQ随光强的升高达到较高水平,而遮荫叶片在较低的光强下即达到最大值,此时NPQ较低,遮荫叶片依赖于叶黄素循环的能量耗散水平较低。遮荫叶片较低的光合速率以及过剩光能耗散能力是其转入自然强光后光抑制严重的主要原因。     

森林光环境对4种乔木幼树光合和光谱反射特性的影响

在林窗、林缘、林下3种自然光环境下,对吉林蛟河阔叶红松林常见树种拧筋槭、白牛槭、色木槭和红松的光合和光谱特性进行对比研究,以期从生理生态角度探讨它们对自然光环境的适应能力和响应机制。结果表明：4种乔木幼树叶片的光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)随着生长环境光强的下降而减小,林下各树种幼树LSP和LCP显著低于林窗内幼树(P<0.05);除白牛槭外林下其他树种最大净光合效率(P_nmax)均显著小于林窗内幼树(P<0.05);不同树种幼树表观量子效率(AQY)和暗呼吸速率(R_d)随光环境的变化并没有出现明显的变化规律,各环境间差异较小。除白牛槭外,其他树种幼树叶绿素归一化指数(Chl NDI)随环境光强的减少而增大,林下树种的光化学反射指数(PRI)普遍高于光条件更好环境下树种,说明林下幼树叶片叶绿素含量和光合速率大于其他光环境;各树种植物叶片水分指数(WI)在不同光环境之间存在显著差异,环境光强越大植物叶片WI越小,植物叶片水分浓度越小。林缘下3种槭属幼树结构不敏感植被光谱指数(SIPI)显著小于其他光环境(P<0.05)...     

遮荫处理对秋枫幼苗生理生态特性的影响

为了解遮荫对秋枫(Bischofia javanica)幼苗生长的影响,对夏季1年生秋枫幼苗在4种遮荫(透光率分别为自然光的100%、41.3%、14.6%和3.6%)处理150 d后的生理指标变化进行了研究。结果表明,1年生秋枫幼苗的光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)和暗呼吸速率(Rd)随着遮荫程度加重而减小,表观量子效率(AQY)则增大,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO_2浓度(Ci)的日变化表明秋枫有明显的"午休"现象,遮荫引起光合速率降低的主要原因是非气孔限制,而全光照条件下则是气孔限制。叶绿素、可溶性糖含量随遮荫程度的增大呈先升后降的变化趋势;相对电导率、丙二醛(MDA)含量、过氧化氢酶(CAT)活性则呈先降后升的趋势,以41.3%透光率的最小;可溶性蛋白质含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性随遮荫程度的增大而降低。因此,秋枫幼苗主要通过提高Pn、抗氧化酶活性(SOD和CAT)、叶绿素含量,降低LSP、LCP和Rd,增大AQY来提高弱光利用能力;适度遮荫(41.3%NS)更有利于1年生秋枫幼苗在夏季的生长。     

新疆杂交榛良种光合作用对生态因子的响应

在夏季田间条件下,研究了4种新疆平欧杂交榛的光合特性。结果表明:4个品种的光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、CO2饱和点(CSP)、CO2补偿点(CCP)分别位于1195.27～1620.63μmol·m-2·s-1、34.03～87.80μmol·m-2·s-1、1188.50～1617.05μmol·mol-1和64.88～99.15μmol·mol-1;新榛1号和新榛4号表现出低光合低蒸腾的特点,新榛2号具有较低的LCP和较高的LSP,表现出对光能利用范围较大、光合潜力高的特点,新榛3号的LCP和LSP均较大,同时具有低的CCP和高的CSP及表观羧化效率(CE),其最大净光合速率(Pmax)(31.55μmol·m-2·s-1)明显高于其他品种(24.63～25.45μmol·m-2·s-1);此外,与常温(25℃)相比,新榛1号的净光合速率(Pn)受40℃高温的影响较其他品种显著,新榛3号的气孔导度(Gs)比其他品种受影响的程度轻。     

光照强度对广西地不容光合特性和生长的影响

以盆栽当年生广西地不容为材料,研究不同光照强度(100%、50%、30%和15%自然光强)对其光合特性和生长的影响。结果表明:随着光照强度的降低,广西地不容最大净光合速率(P_(max))、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)先减小,而后稍有增大;表观量子效率(AQY)在30%和50%光强下显著高于100%和15%光强处理;叶片叶绿素总量(Chl)、叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、类胡萝卜素(Car)含量随光强的减弱而增大,Car/Chl随光强的减弱而减小,Chla/Chlb比值在各处理间无显著差异;单叶面积随生长光强的减弱而增大,比叶重(LMA)则随着生长光强的减弱而减小;30%光强下广西地不容块根生物量最高,光照过强和过弱都不利于其生物量的积累。广西地不容对光强的适应范围较广,但光照过强或过荫均对生长造成不良影响,光合速率降低,生长减缓,块根生物量积累下降,30%光强是其当年生苗生长的最佳光强。     

热带雨林蒲桃属3个树种的幼苗光合作用对生长光强的适应

 测定了生长于3种光强下（100％、42％和14％自然光强） 热带雨林演替早期（思茅蒲桃Syzygium latilimbum）、中期（乌墨S.cumini）和后期（阔叶蒲桃S. szemaoense）出现的蒲桃属 （Syzygium）3个树种幼苗叶片气体交换参数和叶绿素荧光参数的日变化、比叶重和叶绿素含量。发现演替早期树种光合能力和光合可塑性最大、中期树种次之,后期树种光合能力最弱且在强光下受到显著抑制。但是,生长在强光下,3个树种均未发生长期光抑制和光破坏。随生长光强增加,3个树种热耗散速率都升高。不过在强光下,中期和后期树种通过热耗散消耗的过剩光能较多,通过叶黄素循环的热耗散可能对于这两个树种在强光下避免光合机构的光破坏起到了重要作用。14％光强下,3个树种最大净光合速率、光合作用的光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率、比叶重降低,叶片单位干重叶绿素含量提高,对低光环境有了较好的形态学和生理学适应。但是,在4％光强下思茅蒲桃和乌墨幼苗全部死亡,只有阔叶蒲桃幼苗仍能存活,说明阔叶蒲桃幼苗适应弱光环境的能力高于思茅蒲桃和乌墨,与它们的演替状态一致。     

Photosynthesis and water relations of well-watered orange plants as affected by winter and summer conditions

The aim of this study was to evaluate how the summer and winter conditions affect the photosynthesis and water relations of well-watered orange trees, considering the diurnal changes in leaf gas exchange, chlorophyll (Chl) fluorescence, and leaf water potential (Ψ) of potted-plants growing in a subtropical climate. The diurnal pattern of photosynthesis in young citrus trees was not significantly affected by the environmental changes when compared the summer and winter seasons. However, citrus plants showed higher photosynthetic performance in summer, when plants fixed 2.9 times more CO₂ during the diurnal period than in the winter season. Curiously, the winter conditions were more favorable to photosynthesis of citrus plants, when considering the air temperature (< 29 °C), leaf-to-air vapor pressure difference (< 2.4 kPa) and photon flux density (maximum values near light saturation) during the diurnal period. Therefore, low night temperature was the main environmental element changing the photosynthetic performance and water relations of well-watered plants during winter. Lower whole-plant hydraulic conductance, lower shoot hydration and lower stomatal conductance were noticed during winter when compared to the summer season. In winter, higher ratio between the apparent electron transport rate and leaf CO₂ assimilation was verified in afternoon, indicating reduction in electron use efficiency by photosynthesis. The high radiation loading in the summer season did not impair the citrus photochemistry, being photoprotective mechanisms active. Such mechanisms were related to increases in the heat dissipation of excessive light energy at the PSII level and to other metabolic processes consuming electrons, which impede the citrus photoinhibition under high light conditions.     

毛白杜鹃‘紫萼’的光适应性及最适光强的研究

从形态、生理角度研究了杭州园林中应用最广泛的杜鹃‘紫萼’(Rhododendron mucronatum cv Plenum)的光适应性和最适光强生境。结果表明:随着叶片遮荫程度的增加,杜鹃的叶面积和叶绿素含量增加;光补偿点、光饱和点及暗呼吸强度下降,说明杜鹃对弱光生境有一定的适应性。另一方面,随着相对光强的增加,叶片厚度,比叶重以及栅栏组织、海绵组织厚度及其比值,可溶性蛋白质及净光合速率增加,表现出对阳生生境更好的适应性。在生境65％全光照时,植株在形态,解剖及生理上均处于最佳状态。因此,65％全光照的生境是毛鹃‘紫萼’的最佳光生境。     

光照对两种热带雨林树种幼苗光合能力、热耗散和抗氧化系统的影响

 研究了生长于不同光照条件下（100%、25%和8%光强）热带雨林冠层树种绒毛番龙眼（Pometia tomentosa）和中层树种滇南风吹楠（Horsfieldia tetratepala）幼苗的光合能力、热耗散、活性氧和保护性酶的活性。结果表明,绒毛番龙眼的最大光合速率随着生长光强的增加而提高,而滇南风吹楠在全光条件下的最大光合速率反比25%光照条件下的低。全光条件下两个树种光系统II的最大光化学效率（Fv/Fm）都显著降低,表明发生了长期光抑制。当把生长于遮荫条件下的幼苗移到全光下,从凌晨到中午随着光强的增加光抑制加剧,日落时生长于8%光照条件下的绒毛番龙眼及生长于8%和25%光照条件下的滇南风吹楠的光抑制不能完全恢复。非光化学猝灭对光强的响应曲线表明,随着生长光强的增加滇南风吹楠的热耗散能力增强,而生长在全光和25%光照条件下的绒毛番龙眼的热耗散能力都比滇南风吹楠的弱。两个树种叶片中O-[]·2、H2O2含量、SOD和CAT活性均随着生长光强的增加而提高;在同一光照条件下,绒毛番龙眼叶片中O-[]·2、H2O2含量、SOD和CAT活性显著高于滇南风吹楠。上述结果表明,在光抑制条件下,冠层树种绒毛番龙眼较大程度通过提高保护性酶的活性来保护光合机构免受损伤,而中层树种滇南风吹楠却较大程度通过增强非光化学猝灭来耗散过量光能;滇南风吹楠对强光的适应性差。     

绒毛番龙眼对生长光强的形态和生理适应

在100％、50％、25％和8％自然光强下栽培绒毛番龙眼幼苗并研究了其对光环境的适应。100％生长光强下绒毛番龙眼通过增大叶片悬挂角(midrib angle,MA)和比叶重(lamina mass per unit area,LMA),减少叶氮在捕光组分中的分配等降低光能捕获;通过增加类胡萝卜素含量增加热耗散。虽如此,还是发生了比较严重的光抑制,加之叶氮在光合机构中的分配最少,导致光合能力最低,长势最差。8％生长光强下绒毛番龙眼通过降低MA、LMA以及叶片技转,增加叶氮在捕光组分中的分配等提高光能捕获能力,光能转换及利用效率较高,热耗散水平较低,但由于环境光较弱,限制了光合碳同化,植株生长也较慢。50％和25％生长光强下绒毛番龙眼有较强的光能捕获、利用和耗散能力,在几种光处理中长势最好。     

Influence of nitrogen supply and growth irradiance on photoinhibition and recovery in Heuchera americana (Saxifragaceae)

Prior work demonstrated that Heuchera americana, an evergreen herb inhabiting the deciduous forest understory in the southeastern United States, has a 3-4-fold greater photosynthetic capacity under the low-temperature, strong-light, open canopies of winter compared to the high-temperature, weak-light, closed canopies of summer. Moreover, despite the reductions in soil nitrogen, the chilling temperatures, and the increased quantum flux associated with winter, chronic photoinhibition was not observed in this species at this time of the year. We were interested in the photosynthetic acclimation and photoinhibition characteristics of this species when grown under contrasting light and nitrogen regimes. Newly expanded shade-acclimated leaves of forest-grown plants exposed to strong light varying in intensity and duration at 25°C showed a reduction in F_v/F_m (the ratio of variable to maximum room temperature chlorophyll fluorescence measured after dark adaptation), which was correlated with a decline in ø_a (the intrinsic quantum yield of CO₂-saturated O₂ evolution on an absorbed light basis). Plants grown in the glasshouse under contrasting light (high and low light; HL and LL, respectively) and nitrogen supply (high and low nitrogen; HN and LN, respectively) regimes showed that photosynthetic acclimation to HL was impaired in LN regimes. The HL-LN plants also had the lowest values of F_v/F_m and of ø on both incident and absorbed light bases and had 50% less chlorophyll (per unit area) compared to plants from other growth regimes. Controlled exposure to bright light at low temperatures (2-3°C) for 3 h resulted in a sharp decrease in F_v/F_m (and rise in F_o, the minimum fluorescence yield) in all plants. Shade-grown plants from both N regimes were highly susceptible to chronic photoinhibition, as indicated by a greater reduction in F_v/F_m and incomplete recovery after 18 h in weak light at 25°C. The HL-HN plants were the least susceptible to chronic photoinhibition, having the smallest decrease in F_v/F_m with near full recovery within 6 h. The decline in Fv/Fm in HL-LN plants was comparable to that of shade-acclimated plants, but recovered fully within 6 h. Low-N plants from both light regimes displayed greater increases in F_o which did not return to pretreatment levels after 18 h of recovery. These studies indicate that HL-LN plants were sensitive to chronic photoinhibition and, at the same time, had a high capacity for dynamic photoinhibition. Experimental garden studies showed that H. americana grown in an open field in summer were photoinhibited and did not fully recover overnight or during extended periods of weak light. These results are discussed in relation to the photosynthetic acclimation of H. americana under natural conditions.     

Photoinhibition of isolated mesophyll cells from cold-hardened and non-hardened winter rye

Cold-hardened rye leaves have been shown to be more resistant to low temperature photoinhibition than non-hardened rye leaves. Isolated mesophyll cells from winter rye (Secale cereale L. cv. Musketeer) were exposed to photoinhibitory light conditions to estimate the importance of leaf morphology and leaf optical properties in the resistance of cold-hardened rye leaves to photoinhibition. Cold-hardened rye cells showed more resistance to photoinhibition than non-hardened rye cells when monitored with chlorophyll a variable to maximal fluorescence ratio (F_v/F_m). Thus, leaf morphology does not contribute to the resistance of cold-hardened rye leaves to low temperature photoinhibition. However, cold-hardened and non-hardened rye cells showed a similar extent of photoinhibition when photsynthetic CO₂ fixation rates were measured. They also showed the same capacity to recover from photoinhibition. During both photoinhibition and recovery, F_v/F_m and light limited CO₂ fixation rates showed different kinetics. We propose that inactivation and subsequent reactivation during recovery of some light activated Calvin cycle enzymes explain the greater extent of photoinhibition of light limited CO₂ fixation and its faster recovery compared to F_v/F_m kinetics during photoinhibition.     

基于叶绿素荧光成像及荧光参数分布特征的叶片光合异质性定量分析

植物叶片光合作用具有高度的空间异质性,叶绿素荧光成像技术为叶片光合异质性的研究提供了便利,但叶片光合异质性的定量分析并没有得到广泛应用。本文利用ImagingPAM叶绿素荧光成像系统,获得 中亚热带地区越冬期小叶榕（Ficus microcarpa）阳生叶和阴生叶的叶绿素荧光参数图像,并利用仪器的分析软件对其进行分析,定量比较了阳生叶和阴生叶的光合异质性特征。研究发现：越冬期小叶榕阳生叶的光合异质性和光抑制程度明显高于阴生叶,变异系数可作为光合异质性的定量指标。低温强光导致阳生叶坏死率（P_LN）达4.30%,并有53.30%的区域处于严重光抑制（0<F_v/F_m<0.627）,但仍有42.27%的区域仅为轻度光抑制（0.627≤ F_v/F_m<0.800）。而低温弱光并未造成阴生叶坏死和严重光抑制。通过对光系统Ⅱ（PSⅡ）的实际光合效率 （Y（Ⅱ））、调节性能量耗散的量子产额（Y（NPQ））和非调节性能量耗散的量子产额（Y（NO））荧光参数异质性的定量分析表明,阳生叶具有相对较高的光化学能力,阴生叶则具有相对较高的热耗散能力;冬季强光虽然会导致小叶榕阳生叶PSⅡ严重激发压积累,存在严重光抑制的潜在风险,但其致死面积并不大,叶片中仍存在一定面积低激发压的低风险区,而低温弱光下的阴生叶则主要以低风险区域为主。