干旱胁迫对光合作用的影响

地球上干旱和半干旱地区的面积占陆地总面积的1／3以上,而且广大半湿润地区也经常出现干旱,因此全球大约有一半左右的陆生植物群落经常处于干旱胁迫状态,甚至一些处于非常潮湿的植物群落,如热带雨林,在一天之内也可能受不同程度（如轻度甚至中度）的干旱胁迫,而且往往每隔数年就会周期性遭到一次严重于旱胁迫。因此,干旱经常威胁着人们的生存和制约着植物生产力的提高,甚至限制植物的分布。干旱所造成的损失比盐碱和低温冷害所造成的损失都大,尤其严重威胁作物产量的提高。据统计,全世界每年因水分胁迫（包括旱涝）所造成粮食生产…     

盐碱胁迫对山葡萄光合特性及生长发育的影响

以棚内盆栽山葡萄品种‘双优’(抗逆性弱)和‘左山一’(抗逆性强)扦插苗为材料,利用气体交换分析和叶绿素荧光诱导动力学分析手段,研究了轻度、中度和重度盐碱胁迫对不同抗逆性山葡萄品种的光合特性及PSⅡ活性以及生长发育的影响,为山葡萄耐盐碱品种的评价提供理论依据。结果显示:(1)‘双优’各胁迫程度下的净光合速率(P_n)、气孔导度(Gs)和重度胁迫下的蒸腾速率(T_r)显著低于对照,而‘左山一’重度胁迫下的Pn和T_r、中重度胁迫下的Gs、各胁迫程度下的胞间二氧化碳浓度(Ci)显著低于对照,净光合速率下降主要归因于气孔限制和非气孔限制。(2)轻度、中度盐碱胁迫‘双优’叶片单位反应中心吸收的光能(ABS/RS)、单位面积内有活性反应中心数目(RS/CS)和吸收光能为基础的性能指数(PIABS),以及重度盐碱胁迫下‘左山一’的ABS/RS、RS/CS、用于电子传递的光能(ETo/CS)均显著低于相应对照,其余均无显著变化。(3)2品种山葡萄植株茎流率及株高、叶片数和根系生物量等生长指标在不同盐碱胁迫水平下均比对照显著降低,并以‘双优’品种降低幅度更大。研究表明,盐碱胁对山葡萄‘左山一’的叶片净光合速率、PSⅡ光能吸收和传递效率以及生长的抑制作用均小于‘双优’,‘左山一’的耐盐碱性更强。     

短时间热胁迫对疏叶骆驼刺光系统II、Rubisco活性和活性氧化剂的影响

生长在温带沙漠地区的植物在夏季时常遭受正午短时间的高温胁迫, 频繁和骤然的热胁迫在很大程度上限制了荒漠植物的光合作用。以塔克拉玛干沙漠南缘防风固沙的优势植物疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)为材料, 分别用叶绿素荧光诱导动力学和CO₂响应方法分析热胁迫后光系统II (PSII)和RuBP羧化酶的热稳定性。结果表明: (1)在叶片温度超过43 ℃后PSII最大光化学量子产量、有活性反应中心数目、活力指数均出现明显的降低; 中高温度下PSII的电子供体侧比电子受体侧组分更容易受到热胁迫的伤害; 在58 ℃出现明显的K点(300 μs), 说明放氧复合体放氧结构受到破坏而失去活性。(2)随着叶片温度的上升, Rubisco活性先升高后降低, 在34 ℃时具有最高的活性水平。(3)叶片受到高温胁迫时, 细胞内氨态氮和活性氧分子等大量积累。(4)疏叶骆驼刺叶片处于短时间的高温环境时, 光合作用的光反应和暗反应阶段均表现出功能的不稳定性, 其中PSII和Rubisco是主要的热敏感位点。     

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。     

深畦栽培对干旱胁迫下葡萄叶幕微气候和光合作用的影响

试验以‘京亚’和‘红地球’葡萄品种2年生苗木为材料,在田间遮雨棚内考察了自然干旱胁迫下深畦栽植和平畦栽植葡萄根际土壤湿度、叶幕微气候因子、光合作用参数变化特征,探讨根际土壤湿度与叶幕气候互作对葡萄光合作用的影响。结果显示:(1)在干旱逆境下,葡萄根际土壤湿度和叶幕微气候因子交互作用能通过影响水分条件来影响葡萄的光合作用;土壤湿度阀值是葡萄进行光合作用时水分利用最有效的土壤湿度点值,土壤湿度阀值存在“阀值漂移”现象,与叶幕空气湿度呈明显负相关关系,维持较高的叶幕空气湿度有利于实现在较低的土壤湿度下达到更高的光合效率。(2)在干旱逆境下,与平畦栽植相比,深畦栽植在改善葡萄根际土壤水分和叶幕微气候方面具有明显的优势,在该模式下葡萄具有更强的保水能力和更高的水分利用效率,从而具有更强的光合效率。(3)采用深畦栽植模式时,根际土壤相对含水量30%~50%是显著影响葡萄光合作用的土壤湿度区间;根际土壤相对含水量分别在43.32%~50.00%和40.19%~50.00%是‘京亚’和‘红地球’光合作用适宜的土壤湿度范围,在43.32%和40.19%时分别为2种葡萄光合作用水分利用效率达到最高的最适土壤湿度。研究发现,干旱逆境条件下,葡萄根际土壤湿度和叶幕微气候因子交互作用能改善葡萄的光合作用效率;深畦栽植葡萄光合作用对土壤湿度的需求较低,在相对较低的土壤湿度即可达到相对较高的光合能力;深畦栽植模式可以协调葡萄光合作用和水分消耗之间的关系,具有较高的水分利用效率和光合能力,是干旱地区进行葡萄抗旱节水生产的理想模式。     

干旱胁迫对燕麦生长及叶片光系统Ⅱ活性的影响

以‘燕科2号’燕麦品种为试验材料,采用盆栽控水的方式分别设置正常供水(75%田间持水量)、中度干旱胁迫(60%田间持水量)、重度干旱胁迫(45%田间持水量)3个水分处理,利用叶绿素荧光技术研究了不同水分梯度下燕麦生长和叶片光反应系统Ⅱ(PSⅡ)功能的变化,探讨干旱胁迫对燕麦叶片光合性能的影响。结果表明：(1)干旱胁迫导致燕麦株高变矮,叶片数、主茎数、穗数减少,叶片失绿发黄及籽粒产量显著下降。(2)与正常供水相比,重度干旱胁迫下燕麦叶片最大光化学效率(F_v/F_m)和光合性能指数(PI_ABS)显著降低。(3)重度干旱胁迫导致燕麦叶片单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)和单位反应中心耗散掉的能量(DI₀/RC)明显下降,单位反应中心用于电子传递的能量(ET₀/RC)和单位反应中心捕获的光能(TR₀/RC)明显升高;有活性反应中心的开放程度(Ψ₀)和电子传递链的量子产额(φ_E0)明显下降、非光化学淬灭最大量子产额(φ_D0)明显升高,V_J、V_K、V_L 3个位点的相对荧光强度明显升高,OJIP曲线初始斜率M_o明显升高。研究发现,燕麦叶片PSⅡ对中度干旱胁迫具有较强的适应能力,而重度干旱胁迫严重伤害其叶片PSⅡ反应中心,导致其反应中心能流分配失衡,电子传递受阻和PSⅡ稳固性减弱,进而影响燕麦光合作用,最终导致燕麦生长受到抑制。     

干旱胁迫对小麦幼苗根系生长和叶片光合作用的影响

采用水培试验方法,以2个耐旱性不同的小麦品种(敏感型望水白和耐旱型洛旱7号)为材料,研究了干旱胁迫对小麦幼苗根系形态、生理特性以及叶片光合作用的影响,以期揭示小麦幼苗对干旱胁迫的适应机制.结果表明： 干旱胁迫下,2个小麦品种幼苗的根系活力显著增大,而根数和根系表面积受到抑制;干旱胁迫降低了望水白的叶片相对含水量,提高了束缚水/自由水,而对洛旱7号无显著影响;干旱胁迫降低了2个小麦品种叶片的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度,但随胁迫时间的延长,洛旱7号的叶绿素含量和净光合速率与对照差异不显著;干旱胁迫降低了2个小麦品种幼苗的单株叶面积,以及望水白的根系、地上部和植株生物量,而对洛旱7号无显著影响.水分胁迫下,耐旱型品种可以通过提高根系活力、保持较高的根系生长量来补偿根系吸收面积的下降,保持较高的根系吸水能力,进而维持较高的光合面积和光合速率,缓解干旱对生长的抑制.     

干旱胁迫对小麦幼苗根系生长和叶片光合作用的影响

采用水培试验方法,以2个耐旱性不同的小麦品种(敏感型望水白和耐旱型洛旱7号)为材料,研究了干旱胁迫对小麦幼苗根系形态、生理特性以及叶片光合作用的影响,以期揭示小麦幼苗对干旱胁迫的适应机制.结果表明： 干旱胁迫下,2个小麦品种幼苗的根系活力显著增大,而根数和根系表面积受到抑制;干旱胁迫降低了望水白的叶片相对含水量,提高了束缚水/自由水,而对洛旱7号无显著影响;干旱胁迫降低了2个小麦品种叶片的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度,但随胁迫时间的延长,洛旱7号的叶绿素含量和净光合速率与对照差异不显著;干旱胁迫降低了2个小麦品种幼苗的单株叶面积,以及望水白的根系、地上部和植株生物量,而对洛旱7号无显著影响.水分胁迫下,耐旱型品种可以通过提高根系活力、保持较高的根系生长量来补偿根系吸收面积的下降,保持较高的根系吸水能力,进而维持较高的光合面积和光合速率,缓解干旱对生长的抑制.     

米槁幼苗光合作用及光响应曲线模拟对干旱胁迫的响应

为阐明米槁光合作用对干旱胁迫的响应规律与适应机制,以一年生米槁幼苗为研究对象,进行盆栽试验研究设置3种不同土壤含水量梯度,利用Li-6400便携式光合作用系统测定干旱胁迫下的光合生理指标及光响应过程,光响应曲线模拟采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型和直角双曲线修正模型进行拟合并对比,以期选出适用于干旱环境下的光响应模型。结果表明(1)光响应曲线模型对干旱胁迫下米槁幼苗的光合作用拟合中直角双曲线、非直角双曲线和指数模型适用于低光合有效辐射(PAR),但拟合光响应参数与实测值相差大,只有直角双曲线修正模型能够很好的拟合各个处理且拟合参数比较精确米槁幼苗。(2)光合作用的表观量子效率(Φ)小于一般植物的光合量子效率,则其对弱光的光能利用效率相对较低。(3)在较强的光合有效辐射条件下,严重干旱胁迫下的米槁净光合速率P_n显著下降,出现了明显的光抑制现象;中度胁迫下净光合速率(P_n)、最大净光合速率(P_(nmax))、光补偿点(LSP)最大,米槁具有较宽的抗旱适应范围,有一定的抗旱性;严重胁迫下P_n、P_(nmax)、LSP降低,蒸腾速率(T_r)与气孔导度(G_s)下降幅度更大,但仍具有较高的水分利用效率(WUE),米槁在严重的干旱胁迫下光合机构受到一定的损伤,但自身可以通过生理调节来积极适应不良环境,减少光合机构伤害。(4)综合来看,在人工管理或种植米槁时,为了适应米槁生长发育,建议土壤含水量保持在23.05%到14.92%之间。     

气温升高与干旱胁迫对宁夏枸杞光合作用的影响

以宁夏枸杞1年生苗木为材料,采用开顶式生长室模拟增温环境,设置两个温度水平(正常环境温度,增温=正常环境温度+2.5—3.7℃)和3个土壤水分水平(正常水分条件(田间最大持水量的70%—75%)、中度干旱处理(田间最大持水量的50%—55%)和重度干旱处理(田间最大持水量的35%—40%)),研究气温升高和干旱胁迫对宁夏枸杞光合作用的影响。结果表明:(1)在增温条件下,中度和重度干旱处理下的净光合速率比对照(正常供水)分别下降17.5%、48.9%,气孔导度平均下降了3.9%,水分利用效率仅为正常环境温度下的57.8%。(2)在气温升高和干旱胁迫交互作用下,枸杞叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度显著下降的同时,增温处理又加剧了枸杞植株的蒸腾耗水,从而导致枸杞叶片水分的利用效率和CO2同化能力降低。(3)气温升高和干旱胁迫交互作用降低了枸杞的PSⅡ活性中心的光能转换效率、使光合机构和PSⅡ反应中心受到损伤,从而导致枸杞光合作用效率下降。(4)气温升高加剧了干旱胁迫对宁夏枸杞叶片净光合速率和水分利用效率的减小作用,即气温升高加剧了干旱胁迫对宁夏枸杞光合作用的抑制作用。     

软枣猕猴桃叶片光系统Ⅱ活性对不同温度的响应

以软枣猕猴桃"魁绿"为试验材料,利用快速叶绿素荧光诱导动力学曲线分析技术(JIP-test)研究了热胁迫处理对植株叶片光系统Ⅱ活性的影响。结果显示:(1)软枣猕猴桃叶片最大光化学效率(Fv/Fm)在35~48℃的范围内并没有明显变化,只有当温度升高到52℃时才显著下降。(2)随着温度升高,叶绿素荧光诱导动力学曲线中J点和I点的相对可变荧光Vj和Vi呈显著下降趋势,在52℃又显著升高,而K点的相对可变荧光Vk则逐渐上升;叶片捕获的激子将电子传递到电子传递链中QA-下游电子受体的概率(ψ0)随着温度升高而逐渐上升,但在52℃时显著下降。(3)随着热胁迫时间的延长,Vj和Vi随时间延长而升高,ψ0则下降,电子传递链受体侧受到了严重的抑制。研究表明,高温显著抑制了软枣猕猴桃叶片PSⅡ电子传递链供体侧和受体侧的活性,但PSⅡ的供体侧比受体侧对高温更加敏感;JIP-test测定的相关参数能有效地评价不同温度对软枣猕猴桃光系统活性的影响。     

甘草叶片形态结构和光合作用对干旱胁迫的响应

叶片结构在植物防御生物和非生物胁迫方面起着重要的作用,可通过合成、储存和分泌次生代谢产物提高植物抗性。以甘草幼苗为试材,采用盆栽控水自然干旱法,探讨叶片光合作用、气孔微形态和腺体形态对干旱胁迫的响应。结果表明:①随着干旱胁迫程度的加剧,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均呈先升高后降低的趋势;其中胞间CO2浓度(Ci)在重度干旱胁迫(severe stress,SS)时迅速增高。②随着干旱胁迫程度的加剧,叶片总气孔密度和气孔开张比呈先增大后减小的趋势;而气孔开张宽度呈逐渐减小的趋势。③随着干旱胁迫程度的加剧,叶片上表皮和下表皮腺体密度总数整体上呈增大的趋势,腺体颜色随着干旱胁迫程度的加剧逐渐加深,形状出现不规则褶皱和内陷。总之,甘草叶片表面的腺体特征参与抗旱逆境调节,从而避免干旱胁迫对甘草植株的伤害;在SS下,胁迫程度加速了气孔细胞的程序性死亡(PCD),甘草幼苗失去抗旱能力。     

干旱和高温对植物光合作用的影响机制研究进展

干旱(水分亏缺)和高温是我国北方沙漠化地区植物生长季的两个主要环境胁迫因子。本文主要就干旱和高温在生理水平对植物光合作用影响机制的最新研究进展进行了综述,并对以后的相关研究进行了一些分析。     

水杨酸对受高温胁迫的葡萄幼苗光合作用和同化物分配的影响

0．1mmol．L^-1水杨酸处理高温胁迫下的葡萄幼苗叶片,能提高其调运同化物的能力,其本身的光合能力也可提高。     

CO2浓度升高对干旱胁迫下小麦光合作用和抗氧化酶活性的影响

在CO     

盐胁迫对山葡萄叶绿素荧光参数及超微结构的影响

采用不同浓度NaCl(0、0.1%、0.3%、0.5%)处理山葡萄品种‘左山二’幼苗,于盐胁迫20d时测定叶绿素荧光参数,盐胁迫25d时对0(CK)和0.3%NaCl溶液处理的植株进行叶片超微结构观察,以探讨山葡萄品种的耐盐机理。结果表明:(1)中度(0.3%)或重度(0.5%)盐胁迫下,山葡萄叶初始荧光(F0)显著升高,PSⅡ原初光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/F0)、光化学淬灭系数(qP)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、非光化学淬灭系数(NPQ)和电子传递效率(ETR)显著降低,表明叶片PSⅡ反应中心破坏,PSⅡ受体侧电子传递受害,通过热耗散散失过剩激发能的能力减弱。(2)中度盐胁迫条件下,叶绿体超显微结构较对照发生明显变化,其外形明显皱缩变短呈不规则球形,大的淀粉粒消失,质壁分离明显,基粒和基质片层界限模糊不清,被膜破损或解体,叶绿素内部质体小球增多,表明其形态结构已受到严重损伤。(3)盐胁迫处理下,山葡萄线粒体嵴排列紊乱,线粒体膜结构模糊不清或溶解,但未见明显的破裂现象,说明线粒体受害程度较叶绿体小,线粒体较叶绿体对NaCl相对不敏感。(4)盐处理下细胞核形态较对照发生改变,核膜溶解或消失,但未完全崩解,说明盐胁迫对细胞核造成了一定损伤。     

葛仙米光合活性对盐胁迫的反应

收集人工条件下培养的葛仙米球形群体,以不同浓度的NaCl溶液处理,当浓度超过0.2mol/L后,叶绿素a荧光的可变部分(Fv)与最大荧光(Fm)之比值(Fv/Fm)与NaCl浓度呈负相关,光合放氧速率也随着NaCl浓度升高而降低。这两者随氯化钠浓度升高而降低的趋势均呈现出两个阶段性:低NaCl浓度时的缓慢降低阶段和高NaCl浓度时的快速降低阶段。Fv/Fm比值的转折点在0.2mol/L,而光合放氧速率的在0.4mol/L,后者与海水的浓度接近。呼吸作用几乎不受NaCl的影响。光系统I(PSI)和光系统II(PSII)活性随着NaCl浓度的提高均有降低。     

土壤干旱胁迫对黄栌叶片光合作用的影响

采用CIRAS-2型便携式光合作用系统,设置充足供水、轻度、中度和重度胁迫4种土壤水分处理,研究土壤干旱和强光胁迫对3年生黄栌苗木叶片光合作用的影响.结果表明:土壤干旱胁迫对黄栌叶片的光合性能参数影响显著,随着土壤水分胁迫的加剧,黄栌叶片的光合速率、蒸腾速率和光量子效率明显降低,光补偿点增高,水分利用效率在轻度水分胁迫(土壤相对含水量60%～65%)下最高;在强光(有效辐射强度1000～1800μmol.m-2.s-1)范围内,叶片光合速率和水分利用效率均较高,而对弱光的光能吸收和光量子效率较低,并随土壤水分胁迫加剧明显下降.     

缺铁对大豆叶片光合作用和光系统Ⅱ功能的影响

通过气体交换和叶绿素荧光测定研究了缺铁对大豆叶片碳同化和光系统Ⅱ的影响。缺铁条件下大豆光合速率(Pn)大幅下降;最大光化学效率(po)下降幅度较小;荧光诱导动力学曲线发生明显的变化,其中电子传递活性明显下降,K相(VK)相对荧光产量提高。缺铁大豆的天线转化效率(Fv'/Fm')、光化学猝灭系数(qP)和光系统Ⅱ实际光化学效率(ΦPSⅡ)降低,而非光化学猝灭(NPQ)则明显增加。此外,缺铁大豆的光后荧光上升增强。据此,认为铁缺乏伤害了光系统Ⅱ复合物供体侧和受体侧的电子传递;缺铁条件下光系统I环式电子传递的增强可能在维持激发能耗散和ATP供给方面起一定作用。     

干旱胁迫对吉首蒲儿根光合机构的影响

为了探讨干旱胁迫对吉首蒲儿根光合机构的影响,通过大棚盆栽实验于7月测量了阴生环境中吉首蒲儿根的叶片相对含水量(RWC)、净光合速率(Pn)等光合作用气体交换参数及初始荧光(F0)等叶绿素荧光参数在土壤自然干旱过程中的变化。结果显示:(1)随着干旱处理时间的延长,吉首蒲儿根叶片相对含水量持续下降;于干旱处理第12天时,叶片相对含水量低于15%,且吉首蒲儿根植株已经死亡。(2)自然干旱处理下,吉首蒲儿根叶片Pn、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)大幅降低,胞间CO2浓度(Ci)增加或与对照接近;非气孔因素是导致其Pn下降的主要原因。(3)停止灌水第9~12天时,吉首蒲儿根叶片PSⅡ的最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光量子效率[Y(Ⅱ)]显著降低,PSⅡ非调节性能量耗散[Y(NO)]显著增加,PSⅡ已损伤严重,叶片吸收的光能逐渐向非光化学途径分配增加。研究表明,在夏秋高温季节,吉首蒲儿根对土壤干旱较为敏感,其PSⅡ受到了一定的伤害,光能分配发生改变,严重影响其光合作用和生长发育,这可能是其分布受到限制的重要原因。