毛竹对大气臭氧浓度倍增的生理响应

为了给气候变化背景下的竹林培育应对策略提供理论依据,以毛竹 （Phyllostachys edulis） 为材料,运用开顶式气室 （OTCs） 模拟当前环境背景大气O3浓度（NF,40~45nL·L-1）的倍增1倍（TR1,92~106nL·L-1）和倍增2倍（TR2, 142~160nL·L-1）情景,分析叶片光合色素、脂质过氧化及抗氧化酶等生理指标的变化规律。结果表明：大气O3浓度倍增处理90d时,毛竹叶片Chl、Car含量和SOD活性显著降低,叶片相对电导率和可溶性蛋白、MDA、O2-含量及POD活性显著升高。叶片O2-含量与SOD活性、光合色素含量呈极显著负相关,而与叶片相对电导率、POD活性和MDA、可溶性蛋白含量呈显著正相关。研究表明大气O3浓度倍增会导致毛竹叶片老化加快,光合色素降解或合成受阻,膜脂过氧化,膜结构和氧化系统破坏,影响毛竹的正常生长。本文从抗性生理方面揭示了毛竹对大气臭氧胁迫的耐受性,为竹子应对气候变化研究提供了参考。     

毛竹对大气臭氧胁迫的生理响应变化

以毛竹1年生盆栽苗为材料,运用开顶式气室(OTCs)模拟环境背景大气O3浓度(AA,40～45 nL·L-1)和高O3浓度(EO,92～106 nL·L-1)情景,分析毛竹叶片光合生理、脂质过氧化及抗氧化酶等主要生理指标的变化,为气候变化背景下的竹林培育应对策略提供理论依据.结果显示:(1)EO较AA在同一处理时间的毛竹叶片O3通量均显著升高,且二处理的叶片O3通量均随着处理时间的延长呈升高趋势.(2) EO较AA的光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和可溶性糖含量均显著下降,且叶片叶绿素(ChD含量、胞间CO2浓度(Ci)显著下降的时间点分别出现在EO处理的60 d和92 d,可溶性蛋白在处理60 d后显著升高;随处理时间的延长,EO的叶片Pn、Ci、Chl含量均呈下降趋势,可溶性糖和可溶性蛋白含量呈先升高后降低的趋势;Pn下降由气孔限制因素引起.(3)超氧自由基(O2)含量、丙二醛(MDA)含量、相对电导率分别在处理29 d、60 d、60 d后均显著升高,且随着处理时间的延长呈升高趋势.(4)超氧化物歧化酶(SOD)活性在高浓度O3处理60 d时显著升高,后显著下降,而POD活性均显著升高,且SOD和POD活性均随着处理时间呈先升高后降低的趋势.研究表明,毛竹对大气高O3胁迫存在着短时间的主动生理生化适应,但长期高O3胁迫会对毛竹造成严重的过氧化伤害,从而影响毛竹的正常生长.     

四季竹对大气臭氧浓度升高的生理响应

运用开顶式同化箱(OTCs)在5个O3浓度梯度(过滤大气CF、环境大气NF、50 nL·L-1、100 nL·L-1和150nL·L-1)下,研究了大气O3浓度对四季竹(Oligostachyum lubricum)叶片光合色素、脂质过氧化和抗氧化系统的影响.结果显示:在胁迫处理90 d时,随着O3浓度的升高,四季竹叶片叶绿素(Chl)、类胡萝卜素(Car)、可溶性糖和可溶性蛋白含量呈持续下降趋势,相对电导率和丙二醛(MDA)含量持续升高,超氧化物歧化酶(SOD)活性先升高后降低,过氧化物酶(POD)活性呈升高趋势.与CF相比,四季竹叶片Chl、Car和MDA含量在O3浓度为100 nL·L-1时均有显著差异,在150 nL·L-1时均有极显著差异;相对电导率、SOD和POD活性、可溶性糖和可溶性蛋白含量在O3浓度为100 nL·L-1及以上时均有极显著差异.研究表明,大气长时间高O3浓度(100 nL·L-1及以上)胁迫对四季竹会产生明显伤害效应,致使其叶片光合色素降解或合成受阻,叶片老化加快,膜脂过氧化程度加剧,膜结构和抗氧化系统遭到破坏.     

3种地被竹对大气臭氧胁迫的光合生理响应

以美丽箬竹(Indocalamus decorus)、黄条金刚竹(Pleioblastus kongosanensis f.aureostriatus)、白缟椎谷笹竹(Sasa glabra f.albostriata)3种优良地被观赏竹为试材,用开顶式同化箱(OTCs)模拟大气O3浓度,研究了不同O3浓度胁迫(环境背景大气、100nL L-1和150 nL L-1)对竹子光合生理指标的影响。结果表明,随着大气O3浓度的升高,美丽箬竹叶片叶绿素含量先升高后降低,黄条金刚竹呈相反变化规律,白缟椎谷笹竹呈下降趋势;它们的叶片类胡萝卜素含量变化不明显。美丽箬竹的Pn日均值先缓慢升高后降低,黄条金刚竹先略有升高后急剧降低,白缟椎谷笹竹逐渐降低;大气O3浓度升高明显影响3种竹的光合参数日变化进程;大气O3浓度为100 nL L-1时,美丽箬竹的光合作用未受到抑制,黄条金刚竹和白缟椎谷笹竹则出现明显的抑制效应;大气O3浓度达150 nL L-1时,3竹种的光合生理都受到严重的伤害。耐受O3胁迫能力存在种间差异,美丽箬竹明显高于黄条金刚竹、白缟椎谷笹竹。     

土壤水分对湿地松幼苗光合特征的影响

通过设置常规供水(CK)、轻度干旱(T1)、水饱和(T2)、水淹(T3)4个处理组,研究湿地松当年实生幼苗在不同土壤水分条件下的光合生理响应及叶绿素荧光特性。结果表明:不同水分处理对湿地松幼苗的叶片气体交换参数、水分利用效率(WUE)、光合色素、叶绿素荧光参数等指标有不同的影响;其中,T3的光合色素含量最低;T2、T3组的湿地松幼苗表现出较低的净光合速率(Pn)、电子传递速率(ETR)和PSⅡ光化学的量子效应(ΦPSⅡ),但与其他耐水淹植物相比,T3条件下的湿地松幼苗仍具有较高的Pn,说明湿地松幼苗具有较强的耐水淹能力;在T1条件下,湿地松幼苗具有较高的WUE和较低的蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)以对抗干旱的逆境,其Pn、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、ETR和ΦPSII均有所下降,但仍能维持在相对正常的水平。研究证明,湿地松幼苗具有一定的耐淹耐旱特性,可运用于三峡库区消落带的植被重建。     

不同浓度Ni、Cu处理对骆驼蓬光合作用和叶绿素荧光特性的影响水

以骆驼蓬幼苗为材料,采用盆栽试验研究不同浓度(0、50、100、200、400 mg·kg-1)Ni、Cu处理对骆驼蓬叶片光合作用、叶绿素荧光特性及生长状况的影响.结果表明:随着Ni浓度的增加,骆驼蓬幼苗叶片的光合色素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、PS Ⅱ最大光化学效率(Fv/Fm)、PS Ⅱ电子传递量子产率(φpsⅡ)、光化学猝灭系数(qp)及各项生长指标均呈显著下降趋势,而细胞间隙CO2浓度(Ci)和非光化学猝灭系数(qn)呈显著增加趋势,其中Pn的下降主要是由非气孔限制所致;骆驼蓬幼苗叶片的光合色素含量、Pn、Gs、Tr、Ci、Fv/Fm、φpsⅡ、qp及各项生长指标均在50 mg·kg-1Cu处理时达到峰值,叶绿素a和b、Pn、Gs、Tr、Ci、Fv/Fm及各项生长指标值在100 mg·kg-1Cu处理时仍微高于对照,而后随Cu浓度的增加,光合色素含量、Pn、Gs、Tr、Ci、Fv/Fm、φpsⅡ、qp及各项生长指标均呈下降趋势,qN呈增加趋势,其中Pn的下降主要是由气孔限制所致.     

镉胁迫下硒对罗汉果组培苗光合特性的影响

实验以罗汉果组培苗为材料,室内栽培在内装市售营养土的塑料盆中,以0、10、50、100、200mg·kg-1浓度镉离子和1mg·kg-1浓度硒处理,培养20d后分析罗汉果幼苗的相关光合生理指标。结果表明:低浓度Cd2+对叶片叶绿素含量、光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)影响不大或稍有上升,但高浓度镉离子处理植株叶片的叶绿素含量、光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)明显下降;随Cd2+处理浓度的增加,叶片胞间CO2浓度(Ci)呈现上升趋势;加硒则延缓叶绿素下降,促进光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)上升,降低叶片胞间CO2浓度(Ci)。表明高浓度镉离子的毒害导致罗汉果组培苗叶片光合性能受到伤害,从而影响罗汉果幼苗生长。镉硒混合处理反映出硒对镉的毒害有缓解作用。     

两种高质牧草不同生育期光合生理日变化及光响应特征

于2010年5月25日(拔节、分枝期)、7月6日(抽穗、结荚期)、8月25日(开花期)晴朗天气,采用LI-6400便携式光合作用测定系统对新引1号东方山羊豆和柳枝稷各项光合生理生态指标进行了测定。结果表明:(1)新引1号东方山羊豆净光合速率(Pn)日变化呈双峰曲线,存在"光合午休"现象;分枝期Pn、光能利用效率(LUE)、水分利用效率(WUE)日均值高于结荚期,而结荚期的叶温(Tl)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)日均值高于分枝期。(2)柳枝稷的Pn日变化呈单峰曲线,拔节期Pn、Tr日均值高于抽穗期,开花期最低;WUE与Ci日均值在开花期最高,拔节期次之,抽穗期最小;Tl、LUE日均值在抽穗期最高,拔节期次之,开花期最小。(3)Pn与Tr、Gs、叶片气孔限制值(Ls)、光合有效辐射(PAR)具有极显著正相关关系,与Ci呈极显著负相关;Tr与Gs、叶温下蒸汽压亏缺(Vpdl)、气温(Ta)、Tl、PAR均呈极显著正相关关系,与大气CO2浓度(Ca)呈显著负相关;Tl、Gs与PAR呈极显著正相关。(4)通过光响应曲线的绘制及相关生理指标的计算,结合相关评价标准,得出柳枝稷为阳生植物,而新引1号东方山羊豆为耐荫植物,且柳枝稷比新引1号东方山羊豆对光环境的适应性强。     

盐胁迫对杨树幼苗叶片光合色素及气体交换特征的影响

以‘小胡24杨’和‘吴屯杨’为材料,研究了盐胁迫对杨树幼苗叶片光合色素及气体交换参数的影响。结果表明:短期盐处理下,2个杨树品种幼苗叶片的Chla、Chlb和Car含量都有所升高,其中,在pH值较低的盐处理下叶片光合色素的增加不明显,而pH值较高的盐处理下叶片Chla、Chlb显著增加,但pH值过高使叶片光合色素有下降趋势;气体交换参数Pn、Tr、Gs随着盐溶液pH值的升高而逐渐降低,Ls先升高后降低,Ci先降低后升高,即低pH值的盐处理下,杨树幼苗叶片光合下降的主要原因是气孔因素,而高pH值的盐处理下,叶片光合下降的主要原因是非气孔因素;相对于‘吴屯杨’,‘小胡24杨’对盐处理溶液的pH值更为敏感。     

不同淹水条件下河竹叶片光合生理特性的变化

为阐明淹水条件下河竹( Phyllostachys rivalis H. R. Zhao)叶片的光合生理特性,设置对照组( CK,正常供水)及中度淹水(T1,水面高出基质表面5 cm)和重度淹水(T2,水面高出基质表面10 cm)处理组,对持续淹水360 d内2年生河竹幼苗叶片的光合气体交换参数、光响应曲线、光合特征参数、资源利用效率参数、光合色素含量及比值的变化进行了分析;在此基础上,探讨了河竹对淹水环境的适应性。结果表明：随淹水时间延长,2个处理组的多数光合生理参数呈“升高—降低—升高”的变化趋势,且多数参数在淹水90 d时达到峰值、在淹水270 d时达到谷值;T1组的各项光合生理参数总体上高于T2组。淹水30~180 d,与CK组相比,2个处理组的净光合速率( Pn)、蒸腾速率( Tr)、气孔导度( Gs)、胞间CO2浓度( Ci)和叶面饱和水汽压亏缺( Vpdl)总体上降低,表观量子效率( AQY)显著降低;气孔限制值(Ls)升高,而光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)显著升高;T1组的最大净光合速率(Pmax)略降低,而T2组的Pmax值则显著降低;但2个处理组的水分利用效率( WUE)、表观CO2利用效率( CUE)和表观光能利用效率(LUE)却无明显变化。淹水270和360 d,与CK组相比,2个处理组的Pn、Tr、Gs、Ls和Vpdl值降低,Pmax、LSP、LCP、WUE、CUE和LUE值显著降低,仅Ci值升高;T1组的AQY值略降低,而T2组的AQY值则显著降低。2个处理组的光响应曲线变化趋势与CK组相似,但随淹水时间延长,2个处理组的Pn值变幅不同,其中T1组的Pn值总体上高于T2组。淹水30和90 d,与CK组相比,T1组的叶绿素b( Chlb)和总叶绿素( Chl)含量总体上显著升高,而T2组的Chlb和Chl含量总体上显著降低;2个处理组的叶绿素a(Chla)和类胡萝卜素(Car)含量以及Chla/Chlb和Chl/Car值也显著降低。淹水180~360 d,仅2个处理组的Chla/Chlb值显著升高,而其他光合色素含量及比值总体上显著降低。综合分析结果显示：河竹叶片Pn值在淹水前期和中期下降的主要原因为气孔限制,而在淹水后期下降的主要原因为非气孔限制。河竹对淹水环境有较强耐受性,并对长期淹水有一定的适应性;此外,中度淹水条件下河竹叶片的光能转化效率、对光辐射的利用范围和对光变化的适应能力均高于重度淹水条件。     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism