中国东北草原植物中的C3和C4光合作用途径

以光合作用关键羧化酶ＰＥＰＣ和ＲｕＢＰＣ活性化,并且参照叶片ＣＯ补偿浓度,δ＾１３Ｃ值和叶片解剖结构特点来鉴定东北草原区２３３种植物的Ｃ３,或Ｃ４光全作用途径,这些植物隶属于１４４属７３科,其中１３７种为首次鉴定。８９种具有Ｃ４光合作用途径,隶属于５５属１７科;１４４种人有Ｃ３光俣作用途径;隶属于９４属２８在多数Ｃ４种分布在禾本科、莎草科、苋科和藜科。苋属、地肤属、狗昌属和虎尾草属中的均为Ｃ４植物     

叶片水H218O富集的研究进展

 植物叶片水H₂¹⁸O富集对大气中O₂和CO₂的¹⁸O收支有着重要影响。蒸腾作用使植物叶片水H₂¹⁸O富集, 而植物叶片水H₂¹⁸O富集的程度主 要受大气水汽δ¹⁸O和植物蒸腾水汽δ¹⁸O的影响。过去, 通过引入稳态假设(蒸腾δ¹⁸O等于茎水δ¹⁸O)得到Craig-Gordon模型的闭合形式, 或 将植物整个叶片水δ¹⁸O经过Péclet效应校正后得到植物叶片水δ¹⁸O的富集程度。然而, 在几分钟到几小时的短时间尺度上, 植物叶片蒸腾 δ¹⁸O是变化的, 稳态假设是无法满足的。最近成功地实现了对大气水汽δ¹⁸O和δD的原位连续观测, 观测精度(小时尺度)可达到甚至优于稳定 同位素质谱仪的观测精度。在非破坏性条件下, 高时间分辨率和连续的大气水汽δ¹⁸O和蒸腾δ¹⁸O的动态观测, 将提高植物叶片水H₂¹⁸O富集的 预测能力。该文综述了植物叶片水H₂¹⁸O富集的理论研究的新进展、研究焦点和观测方法所存在的问题, 旨在进一步加深理解植物叶片水H₂¹⁸O 富集的过程及其机制。     

植物叶片花青素的光破坏防御机制研究进展

植物花青素广泛分布在植物的根、茎、叶、花和果实等器官中,是植物形态建成过程中或响应逆境而产生的一种次生代谢物质.植物叶片中的花青素具有特殊的化学结构和光谱特性,在光破坏防御机制方面发挥了重要的作用,已经成为植物光合生理生态的研究热点.本文综述了近年来植物叶片花青素与光合作用的研究进展,从叶片花青素的分布、光谱特性及其与光合色素的关系等方面说明花青素对植物光合作用的影响,重点介绍了叶片花青素通过光吸收、抗氧化剂和渗透调节等在植物光破坏防御机制方面的作用,展望了今后的主要研究方向     

探究非绿叶植物的光合作用

光合作用是高中生物学中重要的一部分,现行各个版本的高中教材均将绿叶中色素的提取作为一个重要的实验。自然界中非绿叶植物虽然只占很小的比例,但是由于叶片的颜色与常见的绿色叶片不同,使其光合作用很容易引起学生的注意,作为学生课外探究实验非常具有可行性。本实验通过提取、分离非绿叶植物叶片中的色素及测定其色素的作用光谱来探究非绿叶植物的光合作用,并以此为契机引入探究实验的一般模式．引导学生掌握科学探究的过程。     

短期CO2浓度升高对雨林树种盘壳栎光合特性的影响

比较研究了海南岛尖峰岭热带山地雨林上层乔木盘壳栎 (Castanopsis patelliformis(Chun) Chun)叶片光合作用对高 CO2浓度的短期响应。用 L i- 6 4 0 0 (L i- cor,Inc.,USA)便携式光合作用测定系统外置 CO2 气源 ,程序控制 CO2 处理浓度为35 0μmol/ mol及其加倍浓度 ,测定叶片光合速率的日变化进程 ,并通过光合作用相关响应曲线计算主要光合参数。结果表明 ,CO2 浓度倍增可使盘壳栎植株阳性叶净光合速率平均提高 75 % ,光饱和光合速率提高 6 5 % ,气孔导度降低 2 8%～ 73% ,水分利用效率提高 4 3%～ 70 % ,光补偿点升高近 7μmol/ (m2· s) ,饱和点提高 10 0 μmol/ (m2·s) ,表观量子产量提高 6 1% ,反映出 CO2浓度升高可提高植物的光合生产力。叶片光合作用日变化趋势在高 CO2 浓度的短期作用下并未发生明显改变     

2004年普通高等学校招生全国统一考试理科综合能力测试（生物学部分）（2）

本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。第Ⅰ卷在每题给出的4个选项中,只有1个选项是最符合题目要求的。(每题6分)1.下列关于光合作用强度的叙述,正确的是()。A.叶片从幼到老光合作用强度不变B.森林或农田中植株上部叶片和下部叶片光合作用强度有差异C.光合作用强度是由基因决定的,因此是固定不变的D.在相同光照条件下,各种植物的光合作用强度相同2.某生物的体细胞染色体数为2n。该生物减数分裂的第2次分裂与有丝分裂相同之处是()。A.分裂开始前,都进行染色体的复制B.分裂开始时,每个细胞中的染色体数都是2nC.分裂过程中,每条…     

开放式空气CO2浓度增高对水稻生长发育影响的研究进展

地球大气中CO₂浓度不断升高已是不争的事实.CO₂浓度升高势必对植物的生长发育过程产生深刻的影响.水稻是世界上最重要的作物之一,也是中国第一大作物.结合气室条件下的研究结果,从光合作用、水分关系、生育期、叶片和根系生长、物质生产与分配、化学组分以及产量和品质等方面,重点收集和整理了开放式空气中CO₂浓度增高 (FACE) 对水稻生长发育影响的研究进展,并讨论了该领域有待深入研究的方向.     

不同CO2浓度下番茄幼苗叶片的光能利用效率

光能利用效率(LUE)是评价植物叶片光能利用能力的重要参数,更是影响生态系统生产力大小和质量的主要因素.本文基于植物光合作用对光响应的机理模型推导出植物叶片的光能利用效率模型以及叶片的最大光能利用效率(LUE_max)和对应的饱和光强(I_L-sat)的数学表达式,并用光能利用效率模型研究了番茄幼苗叶片在CO₂浓度分别为350、450、550和650 μmol·mol^-1下的光能利用效率.拟合结果表明: 所推导的叶片光能利用效率模型可以很好地描述4种CO₂浓度条件下番茄幼苗叶片的光能利用效率;在这4种CO₂浓度条件下,番茄的LUE_max在光合有效辐射(I)为70～90 μmol·m^-2·s^-1时就可以达到;番茄在CO₂浓度为550和650 μmol·mol^-1时叶片的LUE_max和I_L-sat没有差异.产生这种现象的原因可能是由于番茄幼苗长时间处于较低光强下,番茄幼苗叶片的光合功能已经适应了低光强环境,以致于高CO₂浓度难以改变它的捕光色素分子的内秉特性,如有效光能吸收截面以及处于激发态和基态色素的比例等.     

干旱胁迫下H_2S信号增强植物叶片的光合作用

干旱胁迫是影响农作物产量最重要的环境因素之一。硫化氢(H_2S)作为第三种气体信号分子在植物体内具有多样且积极的生理功能。目前已了解,H_2S在响应植物干旱胁迫应答以及增强植物光合作用的过程中发挥重要作用,但关于内源性H_2S对干旱胁迫下植物光合作用的调节机制未见报道。该研究以拟南芥哥伦比亚野生型(wild type Col-0,WT)、H_2S产生酶编码基因DES缺失突变体des以及H_2S产生酶编码基因DES过表达突变体OE-DES为实验材料,研究内源性H_2S对干旱胁迫下拟南芥光合作用的调节机制。研究结果显示,植株在正常生长条件下,内源性H_2S促使叶片净光合速率、蒸腾速率、叶绿素含量显著升高;植株遭受干旱胁迫时,内源性H_2S可以显著上调Rubisco和Rubisco活化酶(Rubisco activase,RCA)的表达水平,保护叶绿体结构的完整性,促使叶片净光合速率显著上升,维持叶片相应的蒸腾速率,并且引起叶片气孔关闭和胞间CO_2浓度显著升高。     

拟南芥AtDAD1 超量表达植株对H2O2抗性的研究

构建拟南芥AtDAD1超量表达载体,以农杆菌介导的方法转化拟南芥哥伦比亚生态型,比较AtDAD1超量表达植株和野生型植株表现型的差异,以及两者对H2O2抗性的不同。实验显示,AtDAD1转基因拟南芥生长较野生型拟南芥更为强壮,对高浓度H2O2有较强的耐受力。测定两者糖含量,发现AtDAD1转基因拟南芥叶片糖的含量明显高于野生型拟南芥叶片。以上结果表明,AtDAD1基因可能参与植物生长发育,并可能在拟南芥抵抗凋亡的过程中发挥重要的作用。     

不同植物叶片水分利用效率对光和CO2的响应与模拟

植物叶片水分利用效率的高低取决于气孔控制的光合作用和蒸腾作用两个相互耦合的过程,模拟水分利用效率对环境变化的响应特征和机制是理解生态系统碳循环和水循环及其耦合关系的基础。研究通过人工控制光强和CO₂浓度,对叶片水分利用效率进行了研究。提出了植物水分利用效率在光强和CO₂浓度共同作用下的估算模型。数据分析表明,该模型在包括C3和C4植物、草本和木本植物在内的9种植物上能很好地模拟水分利用效率对光强和CO₂浓度共同作用的响应。该模型可以用于估算CO₂浓度升高条件下光合速率的提高和蒸腾速率的降低对水分利用效率提高的贡献量。CO₂浓度变化条件下,水分利用效率在不同植物之间有巨大差异,研究区域尺度植物的水分利用效率时至少需要将植物区分为C4植物和C3植物,其中C3植物区分为草本和木本植物3种生态功能型才能较为准确地估算植物的整体水分利用效率。应用本研究提出的水分利用效率估算模型和植物水分利用效率生态功能型分类标准,可以为建立以植物的水分利用效率为基本参数的陆地生态系统水循环模型和陆地生态系统生产力模型提供重要依据。     

H2S位于H2O2下游参与乙烯诱导拟南芥气孔关闭过程

H2O2和H2S是植物体内重要的信号分子,二者均参与乙烯诱导的拟南芥气孔关闭过程。以拟南芥野生型及其突变体为材料研究了H2O2和H2S在乙烯诱导拟南芥气孔关闭过程中的相互关系。结果表明,乙烯能够诱导野生型拟南芥叶片H2S含量及L-/D-半胱氨酸脱巯基酶(L-/D-CDes)活性显著增加,促进气孔关闭,但对H2O2合成突变体AtrbohD、AtrbohF、Atpao2和Atpao4植株叶片无显著作用;乙烯亦可引起H2S合成突变体Atl-cdes和Atd-cdes气孔保卫细胞H2O2水平的显著增加,但对其气孔运动没有显著作用。此外,H2O2清除剂和合成抑制剂均能抑制乙烯诱导的拟南芥叶片H2S含量和L-/D-CDes活性的增加及气孔开度的减小;而H2S清除剂和合成抑制剂虽能抑制乙烯诱导的气孔关闭,却不能改变乙烯对拟南芥叶片气孔保卫细胞H2O2的作用效应。由此表明H2S位于H2O2下游介导乙烯诱导拟南芥气孔关闭过程。     

模拟增温对植物叶片δ13C值的影响:全球Meta分析

温室气体大量排放导致的全球变暖是最为关注的环境问题之一,这会直接影响植物的生长与发育进而影响群落组成乃至生态系统的结构和功能。水分利用效率作为植物叶片通过光合作用调节水分生理过程的指标,是联系生态系统碳循环与水循环关系的关键,反映了植被生态系统对立地环境快速调整和资源变化的适应策略,是当前全球变化研究中的重点。植物叶片碳稳定同位素比值(δ¹³C)是反映植物长期水分利用效率的关键指标,但全球气候变暖对植物叶片δ¹³C值的影响仍存在较大争议。该研究利用Meta分析整合全球范围内51份相关研究文献中的371组数据,较为系统地评估模拟增温对植物叶片δ¹³C及其生理生态指标的影响。结果表明,模拟增温能够使叶片δ¹³C值显著升高0.6%(P<0.001),同时对叶片呼吸速率R_d、气孔导度G_s、净光合作用速率P_n、碳C的效应值分别为0.237、0.062、-0.140、-0.019 (P<0.05)。模拟增温处理在增强植物光合作用的同时提高了叶片呼吸速率(R_d),导致光合产物不断被消耗、叶片碳(C)降低,最终使叶片P_n降低并且叶片δ¹³C产生富集现象。通过进一步对影响因素分析发现,叶片δ¹³C值对增温的响应主要受增温时间、高程和年均气温等控制(相对重要性指数分别为1.00、0.97和0.92)。另外,模拟增温时选用不同的增温模式对叶片δ¹³C值也具有显著不同的影响,采用红外线加热、土柱置换和电缆增温等方法对叶片δ¹³C值具有正向促进作用(效应值分别为0.70、0.44和0.35),而采用遮阳屏与开顶箱增温等方法具有负向作用(效应值分别为-0.17和-0.09)。研究结论对于深入理解全球变化背景下植物水分利用的响应特征具有重要的理论意义,以期为今后该领域的植物生长研究提供理论依据和有效支撑。     

紫茎泽兰的CO2交换特性

紫茎泽兰是一种外来入侵有害植物,从CO2交换特性角度研究其入侵特性的报道较少。对其生殖器官(花和果)和营养器官(茎杆和根系和不同生长条件下的叶片)气体交换特性进行了测定,并与8种本地种和已报到的世界主要草本和木本植物的光合速率、呼吸速率进行了对比。在结果中观察到,不同叶片的净光合能力和呼吸速率差异较大,同一茎杆不同叶片、不同年龄株丛和同一株丛不同年龄分株上叶片、不同生境内嫩叶、成叶和老叶、不同长度节间上生长叶片以及基生叶和顶生叶光合能力都受到气孔限制和非气孔限制(羧化能力)的影响,但不同叶片所受的限制程度不同。综合来看,最大叶片净光合速率为17.6μmol·m-2s-1,分布最集中的区域为11~15μmol·m-2s-1,占所有观测值的50%,而叶片暗呼吸速率70%以上的观测结果在1~3μmol·m-2s-1之间,分布最集中的区域在1.5~2.0μmol·m-2s-1,占所有测定值的40%。生殖器官具有较高的代谢机能,其中幼嫩花蕾的呼吸速率高达37μmol·kg-1DWs-1,其呼吸速率平均比茎杆和根系高出4倍。而且,花蕾、成花和幼果都具有较高的光合能力(毛光合速率分别约为40,16μmol·kg-1DWs-1和11μmol·kg-1DWs-1,是对应呼吸速率的110%,68%和74%),对照同一时期(早春:旱季生殖生长季)的叶片光合能力仅为营养生长季节(夏季)的1/3,生殖器官这种光合作用是对叶片光合能力不足的一种补充。茎杆和根系呼吸速率与直径的关系相似,即直径越小,呼吸速率越高。直径小于0.5mm的根系和茎杆的呼吸速率都在11μmol·kg-1DWs-1以上。与其他植物比较,在温度和根系大小相当的情况下,紫茎泽兰与其它根系呼吸比较并没有明显区别。与已报道的草本植物和木本植物光合呼吸范围来看,紫茎泽兰叶片光合速率介于草本植物系统的中等偏下,位于木本植物系统的中等偏上,而其呼吸速率和草本植物相当但明显高于木本植物。与本地其他伴生植物比较,紫茎泽兰光合能力与本地常绿阔叶树种、落叶阔叶树种相当,而明显高于常绿针叶树种,但与同一时期的草本植物光合能力相当甚至偏低。其呼吸速率与本地草本和木本植物相差不明显。因此,不同生境下和不同生长状态的紫茎泽兰的光合和呼吸速率都具有较强的可塑性,这种可塑性可能有利于其定居不同的生境,即在适宜生境保持最高的光合能力和呼吸代谢水平,利于快速入侵,而在胁迫生境下以避免消亡为主,待机爆发。但是,仅通过比较紫茎泽兰与其它植物的叶片光合速率和呼吸速率不容易判断这一植物的强入侵能力。     

植物光合作用对大气CO2浓度升高的反应

近年来大气中ＣＯ２浓度急剧增加使人们重新对研究ＣＯ２浓度升高对植物光合作用影响感兴趣。预计在未来的１００ａ中,大气ＣＯ２浓度还将不断增长并达到当今的２倍。ＣＯ２排放量的增加不仅加剧了地球上的温室效应,也将改变全球生态系统中碳的平衡。离浓度ＣＯ２对植物光剑作用的影响表现为短期和长期效应。短时间地供给高浓度ＣＯ２促进阿 光合作用,而长时间生长在高浓度ＣＯ２下抒使某些植物光合能力下降,出现了光合适应现象     

高温逆境下植物叶片衰老机理研究进展

叶片衰老是植物叶片发育的最后阶段,其作为一个主动的生理过程,对植物体内的营养循环再利用以及种子形成具有重要的生理意义。在植物的生长过程中,多种环境因素会影响叶片衰老进程。高温是影响叶片衰老最重要的环境因素之一。随着温室效应的加剧,研究高温胁迫下叶片衰老的调节机制对于通过调控叶片衰老进程,从而增加植物产量具有重要意义。本文对高温胁迫下叶绿体及类囊体膜的损伤、光合电子传递活力的改变、活性氧累积、光合作用相关蛋白质降解及细胞自噬方面的研究进展进行了综述。     

水稻田稗草叶片光合作用对开放式空气CO2浓度增高(FACE)的适应

于分蘖、拔节和抽穗3个时期在空气CO₂浓度(380μmol·mol^-1)下测定稻田中稗草叶片的净光合速率(Pn),发现在开放式CO₂浓度增高(FACE)条件下生长的稗草叶片后2个时期的Pn显著低于普通空气中生长的对照,比对照下降约20%,说明FACE条件下稗草叶片光合作用对高CO₂浓度发生了明显的适应.同时,叶片的气孔导度(Gs)和胞间CO₂浓度(Ci)的下降更为明显.与对照相比,叶片可溶性蛋白含量明显降低,拔节期只有对照的62.4%;高CO₂浓度下生长的稗草叶片Rubisco含量也降低,分蘖期和拔节期分别为对照的87%和84%,但其差异未达到显著水平.可以认为,长期生长在高CO₂浓度下的C₄植物稗草叶片光合作用的适应是叶片气孔部分关闭和可溶性蛋白含量下降的结果.     

植物光合作用的三维特性研究进展

光合作用是地球上最重要的化学反应。虽然针对植物光合作用已经进行了广泛深入的研究,但从三维层面探讨植物叶片光合功能及其调节作用的工作较少。叶片结构、光合机构组分、叶片内光能吸收和传递均具有明显的三维特性,极大影响叶片内CO₂转运、叶肉细胞的电子传递和碳同化,进而使叶片光合功能及其调控表现出复杂的三维特征。因此,从三维角度分析叶片光合特性有助于理解光合作用机理,也能够为提高植物光合作用效率提供理论支持。     

大气CO2浓度和温度升高对水稻叶片及群体光合作用的影响

大气ＣＯ２浓度升高对植物光合作用的影响研究多集中在单叶水平,在高ＣＯ２及高温下对植物单叶及群体光合进行比较的研究少有报道,而群体水平的研究则是预测生态系统反应所不可缺少的。采用田间开顶式培养室研究了大气ＣＯ２浓度和温度升高对水稻（ＯｒｙｚａｓａｔｉｖａＬ．）叶片及群体光合作用的影响。发现ＣＯ２浓度和温度对水稻叶片光合作用有协同促进作用,而对群体光合作用的促进则随时间的推移而减弱;单叶光合受到的促进作用大于群体光合;叶面积指数只在营养生长期受到促进,冠层叶片含氮量受ＣＯ２影响降低。群体呼吸（包括茎杆）增加及冠层叶片早衰可能是后期ＣＯ２对群体光合促进作用下降的原因。     

拟南芥AtDAD1超量表达植株对H2O2抗性的研究

构建拟南芥AtDAD1超量表达载体,以农杆菌介导的方法转化拟南芥哥伦比亚生态型,比较AtDAD1超量表达植株和野生型植株表现型的差异,以及两者对H₂O₂抗性的不同。实验显示,AtDAD1转基因拟南芥生长较野生型拟南芥更为强壮,对高浓度H₂O₂有较强的耐受力。测定两者糖含量,发现AtDAD1转基因拟南芥叶片糖的含量明显高于野生型拟南芥叶片。以上结果表明,AtDAD1基因可能参与植物生长发育,并可能在拟南芥抵抗凋亡的过程中发挥重要的作用。