干旱胁迫和CO2浓度升高条件下白羊草的光合特征

采用盆栽控制试验,研究了黄土丘陵区乡土种白羊草在不同水分水平(80%FC和40%FC)和CO₂浓度(375和750 μmol·m^-2·s^-1) 处理下的光合生理变化特征.结果表明： 干旱胁迫使白羊草的最大净光合速率(P_nmax)、表观量子效率(AQE)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)、最大光化学效率(F_v/F_m)、潜在光化学效率(F_v/F_o)和光合色素含量降低,丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量升高.水分充足条件下,与正常大气CO₂浓度相比,大气CO₂浓度倍增下白羊草的P_{n max}、MDA和Pro含量无显著差异.干旱胁迫下,CO₂浓度升高提高了白羊草的最大荧光(F_m)、F_v/F_m、F_v/F_o、叶绿素含量和AQE, P_nmax比正常CO₂浓度下高23.3%,差异达到显著水平,而MDA和Pro含量均显著降低.CO₂浓度升高对干旱胁迫引起的白羊草光合能力下降有一定的补偿作用,减轻了干旱胁迫对白羊草的伤害.     

华山新麦草光合特性对干旱胁迫的响应

以濒危植物华山新麦草为材料进行盆栽试验,设置3个水分梯度,研究生长指标、气体交换、叶绿素荧光参数、光合色素含量、光响应特征及丙二醛(MDA)含量.结果表明:随干旱胁迫的加剧,株高、叶宽和光合色素含量降低,根长和丙二醛(MDA)含量增加;水分胁迫导致净光合速率(PN)、气孔导度(gs)、蒸腾速率(E)、最大荧光(Fm)、光合电子传递速率(ETR)和光化学猝灭系数(qP)降低,胞间CO2浓度(Ci)、瞬时水分利用效率(WUE)、初始荧光(Fo)和非光化学淬灭系数(NPQ)升高;光系统Ⅱ最大光化学效率(Fv/Fm)不变;干旱胁迫下光响应曲线拟合结果显示,干旱胁迫造成最大光合速率和光能利用效率下降.综上表明,干旱对光系统Ⅱ的伤害是制约华山新麦草光合作用的主要原因.     

施氮和供水对混播和单播白羊草叶片叶绿素荧光特性的影响

为明确干旱条件下混播和施氮对白羊草〔Bothriochloa ischaemum(Linn.)Keng〕叶片叶绿素荧光参数的影响,采用盆栽法并设置不同混播比例〔白羊草与柳枝稷(Panicum virgatum Linn.)混播比例分别为8:0、6:2、4:4和2:6〕、施氮水平(即不施氮和1kg干土施01g纯氮)和供水条件(即正常供水和干旱胁迫6d后复水),对白羊草叶片叶绿素荧光参数的变化进行比较分析;在此基础上,采用一般线性模型分析这3个因素及其交互作用对白羊草叶绿素荧光参数的影响效应.结果显示:正常供水条件下,各处理组白羊草的最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、表观光合电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(qP)和非光化学淬灭系数(NPQ)均无明显变化.干旱及复水条件下,不施氮处理组白羊草的Fv/Fm值在干旱胁迫6 d(即土壤相对含水量最低)时降至最低值,并在复水2 d后恢复至与正常供水条件下相近的水平,而施氮处理组的Fv/Fm值则一直保持与正常供水条件下相近的水平;不论施氮与否,各处理组白羊草的ΦPSⅡ、ETR、qP和NPQ值基本上均表现为在干旱胁迫6 d时达到最高值,并在复水2 d后恢复至正常供水条件下各参数值的90%以上.总体上看,混播白羊草的qP和ETR值均高于单播白羊草,而其NPQ值则低于后者.统计分析结果表明:混播比例、施氮水平和供水条件3个因素间的交互作用对白羊草的ΦPSⅡ、qP和ETR值无显著影响,施氮水平对NPQ值的单独作用、施氮水平和混播比例的交互作用对Fv/Fm值以及施氮水平和供水条件的交互作用对ETR值也无显著影响,但这3个因素的单独作用及两两因素间的交互作用对白羊草其余叶绿素荧光参数均有显著或极显著影响.研究结果表明:一定程度的干旱胁迫有利于提高白羊草叶片PSⅡ反应中心的开放程度、光合电子传递速率和热耗散过剩光能的能力;在干旱胁迫条件下,施氮有助于白羊草叶片维持PSⅡ反应中心的活性和光化学效率;并且,与柳枝稷适度混播可改善白羊草叶片的光合性能,提高其种间竞争适应性.     

NaCl胁迫下星星草幼苗MDA含量与膜透性及叶绿素荧光参数之间的关系

星星草幼苗在不同浓度NaCl胁迫处理7d后,测定了叶绿素荧光参数、MDA含量和叶片电解质外渗率。结果表明,在低浓度NaCl(小于1·2%)胁迫下,星星草幼苗叶绿体MDA含量随胁迫强度的增强而降低,而在高浓度NaCl(1·2%~2·4%)胁迫下则相反。在低浓度NaCl(小于1·2%)胁迫下,Fv/Fm(PSⅡ原初光能转化效率)、Fv/Fo(表PSⅡ潜在活性)、Fv′/Fm′(类囊体能化时PSⅡ固有效率)和qP(荧光光化学淬灭效率)随着胁迫强度的增强而增高,而在高浓度NaCl(1·2%~2·4%)胁迫下则随着胁迫强度的增强而降低;而qNP(荧光非光化学淬灭效率)和HDR(热耗散速率)却随着胁迫强度的增强而增高。ΦPSⅡ(PSⅡ实际光化学效率)在低浓度NaCl(小于0·4%)胁迫下随着胁迫强度增强而升高,在0·4%~1·6%之间迅速下降,大于1·6%时,ΦPSⅡ又迅速升高。Fv/Fm、Fv/Fo、Fv′/Fm′和qP均随着MDA含量的增高而降低,而EL(叶片电解质外渗率)、qNP和HDR在MDA含量较低的范围(0·9753~1·1901μmol·g-1FW)内均减小,在MDA含量较高的范围(1·3080~1·8518μmol·g-1FW)内,均迅速增大。ΦPSⅡ在MDA含量较低范围(0·9753~1·0953μmol·g-1FW)内时上升,但变化不大,随着MDA含量的增高(在1·1172~1·1901μmol·g-1FW)范围内迅速降低,但当MDA含量进一步增高时(在1·3080~1·8518μmol·g-1FW)范围内又迅速升高。这些结果表明,星星草幼苗的荧光参数具体的变化规律与盐胁迫强度和幼苗细胞膜的受损伤程度密切相关,即低浓度NaCl胁迫(小于1·2%)下,星星草幼苗由于活性氧的增加而发生膜脂过氧化可能主要通过体内较高活性的保护酶系统来清除,而高浓度NaCl胁迫(大于1·2%)下,星星草幼苗可能具有与其它植物不同的保护机制,即可能主要通过增加qNP(荧光非光化学淬灭效率)、HDR(热耗散速率)耗散过剩的光能和提高ΦPSⅡ增强假循环式光合磷酸化过程,消耗掉多余的能量,以保护光合器官免受过剩光能的损伤,从而减轻膜脂过氧化作用。     

供镁水平对油桐幼苗生长及光合特性的影响

采用营养液砂培试验,研究不同供镁水平对油桐幼苗生长、光合特性及叶绿素荧光参数等的影响。结果表明,低镁浓度(Mg2+2 mmol·L-1)显著抑制了油桐的生长,叶绿素含量、Ru BP羧化酶及PEPC活性、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、气孔限制值(Ls)、水分利用效率(WUE)、最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学量子效率(ΦPSII)、PSII的潜在活性(Fv/Fo)及光化学淬灭系数(q P)显著下降(P0.05),胞间CO2浓度(Ci)、初始荧光(Fo)、非光化学淬灭系数(NPQ)有所升高;高镁浓度(Mg2+4 mmol·L-1)也抑制了油桐幼苗的生长,导致叶片叶绿素含量、Ru BP羧化酶活性、Pn、Gs、Fv/Fm、Fv/Fo及q P均下降(P0.05);随着供镁水平的增加,油桐的生长量、叶绿素含量、Ru BP羧化酶及PEPC活性、Pn呈先增加后降低的趋势;当镁离子浓度为2~4 mmol·L-1时,有利于油桐幼苗正常生长,缺镁胁迫下油桐光合速率的下降主要是由光合机构活性降低的非气孔因素引起的。     

Na2CO3胁迫下星星草幼苗叶片PSⅡ光能利用和耗散与培养基质渗透势的关系

用荧光动力学的方法研究了碱性盐Na2CO3胁迫下星星草幼苗叶片PSⅡ光能利用和耗散与培养基质渗透势的关系。结果发现在大于-4bar的胁迫下,PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）、PSⅡ潜在光化学效率（Fv/Fo）、PSⅡ实际光化学效率（φPSⅡ）以及开放的PSⅡ反应中心有效光化学效率（Fv’/Fm’）的变化不大;然而在小于-4bar Na2CO3胁迫下,Fv/Fm、Fv/Fo和Fv’/Fm’均随着渗透势的增大而增大,而中PSⅡ、电子传递速率（ETR）、光化学速率、捕光色素吸收的光能被用于热耗散的相对份额及热耗散速率则随着渗透势的增大而减小。这些研究结果说明星星草幼苗在Na2CO3胁迫所导致的不同的渗透胁迫下（小于-4bar和大于-4bar）其过剩光能的耗散机制可能不同,大于-4bar的胁迫下可能存在精细的渗透调节机制,而在高强度的Na2CO3所导致的渗透胁迫下具有与其它植物不同的保护机制,可能通过两条途径耗散过剩的光能,一方面通过增加捕光色素吸收的光能被用于热耗散的相对份额及热耗散速率;另一方面通过增大西PSⅡ、光化学速率、ETR,增强假循环式光合磷酸化过程,而由此引起的活性氧的增加则通过体内较高活性的保护酶系统来清除,以保护光合器官免受过剩光能的损伤。     

木棉叶片叶绿素荧光参数和SPAD值对干旱胁迫的响应

采用盆栽控水干旱法模拟干旱逆境,对1年生木棉(Bombax ceiba)盆栽苗进行不同程度的胁迫处理,测定干旱胁迫时其叶片叶绿素SPAD值和荧光参数动态变化。结果表明,干旱胁迫下,木棉叶片叶绿素相对含量逐渐降低;初始荧光(Fo)随着干旱程度的加剧而呈上升趋势,而最大荧光(Fm)、潜在光化学效率(Fv /Fo)、最大光化学效率(Fv /Fm)、光化学淬灭系数(qP)和表观光合电子传递速率(ETR)下降,在中度和重度干旱胁迫时差异显著(P＜0.05);非光化学淬灭系数(NPQ)变化不显著。干旱胁迫导致木棉植株出现光抑制,植株可通过降低光化学淬灭、增加热耗散的形式增强对干旱的适应能力。     

外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜幼苗光合作用的影响

采用营养液栽培,研究了外源亚精胺对50mmol·L-1NaCl胁迫下黄瓜幼苗植株生长、叶片叶绿素含量、光合气体交换参数和叶绿素荧光参数(PSⅡ光化学效率)的影响。结果表明:NaCl胁迫显著降低了黄瓜植株生长量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)(P<0.05),但对PSⅡ实际光化学效率(ФPSⅡ)、光化学淬灭(qP)、有效光化学效率(Fv′/Fm′)、非光化学淬灭(qN)和PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)无显著影响(P>0.05);外源亚精胺显著提高了盐胁迫下黄瓜植株生长量、叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度,增加了ФPSⅡ、qP、Fv′/Fm′,降低了qN(P<0.05);外源亚精胺对Fv/Fm影响不显著(P>0.05)。外源施加亚精胺可增强盐胁迫下黄瓜植株的光合能力,主要是由于减弱了盐胁迫对植株的气孔限制,但对PSⅡ实际光化学效率影响较小,且叶面喷施比根施处理对改善盐胁迫下植株的生长和光合作用更有效。     

干旱胁迫对金花茶幼苗光合生理特性的影响

以金花茶一年生实生苗为材料,采用盆栽控水试验,研究不同水分处理(CK、T1、T2、T3,土壤含水量分别为田间持水量的85%~90%、65%~70%、50%~55%、35%~40%)对金花茶幼苗光合生理指标的影响。结果显示:(1)在重度干旱胁迫(T3处理)下,金花茶植株都因干旱而死亡,表明金花茶幼苗对干旱胁迫的耐受极限为田间持水量的50%~55%(土壤含水量为15.04%~16.54%)。(2)随着干旱胁迫程度的加剧,金花茶幼苗叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、气孔限制值(Ls)和PSⅡ实际光化学量子效率(ΦPSⅡ)均显著降低,胞间CO2浓度(Ci)和水分利用效率(WUE)无显著变化,干旱胁迫下金花茶光合速率降低的主要原因是由非气孔因素所致。(3)与CK相比,T1处理下叶片初始荧光(F0)、最大荧光(Fm)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)和丙二醛(MDA)含量均无显著变化,而T2处理下F0、MDA含量显著升高,Fm、Fv/Fm显著降低;T1处理下金花茶的PSⅡ反应中心还未受到伤害,而T2处理下其光合机构发生了不可逆的破坏。(4)叶片叶绿素总量(Chl)、叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、类胡萝卜素(Car)含量、Chl a/Chl b、Car/Chl、叶片相对含水量(RWC)均随干旱胁迫的增强而降低,脯氨酸(Pro)含量随干旱胁迫的加剧呈现出先升高后降低的趋势。研究表明,金花茶对干旱胁迫极为敏感,水分稍有亏缺,便会明显抑制其光合作用;金花茶不耐干旱的生理特性可能是限制其种群扩散的一个重要原因。     

大气CO2浓度升高对绿豆叶片光合作用及叶绿素荧光参数的影响

利用FACE系统在大田条件下通过盆栽试验研究了大气CO2浓度升高[CO2浓度平均为(550+60) μmol·mo1-1]对绿豆叶片光合生理和叶绿素荧光参数的影响.结果表明:与对照[ CO2浓度平均为(389+40) μmol·mol-1左右]相比,大气CO2浓度升高使花荚期绿豆叶片净光合速率(Pn)和胞间CO2浓度(Ci)分别升高11.7％和9.8％,气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)分别下降32.0％和24.6％,水分利用效率(WUE)提高83.5％;在蕾期,CO2浓度升高对绿豆叶片叶绿素初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、Fv/Fm和Fv/Fo没有显著影响;在鼓粒期,CO2浓度升高使绿豆叶片Fo增加19.1％,Fm和Fv分别下降9.0％和14.3％,Fv/Fo和Fv/Fm分别下降25.8％和6.2％.表明大气CO2浓度升高可能使绿豆生长后期光系统Ⅱ反应中心结构受到破坏,叶片的光合能力下降.