关于光呼吸与光合作用关系的研究——Ⅱ 环境因素对光合作用的影响及其与光呼吸的关系

采用光强、光质、照光时间、温度、气体成分以及叶水势、光合抑制剂等多种因素处理小麦叶片,观察这些因素对光合作用影响及其与光呼吸关系。结果证明,在各种因素的影响下,光合作用与光呼吸变化始终保持平行关系,而且在多数情况下,二者始终保持25％左右的比值,并发现二者比值变化受温度的调节。 发现光合与光呼吸从照光初始达最大速率(饱和值),要经过一个“滞后期”,小麦在10～15℃下,大约需55分钟,水稻在30℃下约需30分钟。 光呼吸猝发现象受光强、照光时间及高O_2影响;提高光强、延长照先时间或提高O_2浓度都可提高猝发强度,猝发强度一般可达33～81×10~(-3)CO_2mg dm~(-2)min~(-1)     

亚硫酸氢钠对光合机构及其运转的影响

NaHSO_2在不同的浓度范围内,可以影响光合、光呼吸、气孔开度和膜脂过氧化等,但在1～2mmol/L时常能提高净光合强度和增加作物产量。这可能与促进RuBP羧化酶/加氧酶活性及光合磷酸化有关。低浓度的NaHSO_3对RuBP羧化酶/加氧酶两种活性都有促进作用。0.1mmol/L NaHSO_3对弱光下测定的光合磷酸化稍有促进。NaHSO_3对植物的影响可能在某些方面与α-羟基磺酸类似,但有时也许能以其它形式影响植物,而不一定要变成α-羟基磺酸。     

大豆和玉米光呼吸的控制

本文根据RuDP(1,5-二磷酸核酮糖)羧化酶的动力学特性测定了大豆光合作用和光呼吸的相对速率。在该羧化酶上,CO_2和O2对RuDP进行着争夺。高浓度的CO_2和低浓度的O_2,有利于RuDP羧化为三磷酸甘油酸,因而促进光合作用。低浓度的CO_2和高浓度的O_2则有利于RuDP的加氧反应而成为P-乙醇酸,因而促进光呼吸。在玉米上,PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)羧化酶-苹果酸酶偶起了增加维管束鞘细胞中CO_2浓度的作用。四碳植物的维管束鞘细胞是RuDP羧化酶存在的场所。玉米的RuDP羧化酶对O_2也敏感,所以在维管束鞘内提高CO_2的浓度就能促进光合而减弱光呼吸。由于在800ppmCO_2和21％O_2的标准大气条件下,光呼吸及其相伴随的氧对光合的抑制作用,会明显地抑制大豆的净光合,同时由于迄未证明光呼吸有何重要的生理功能,因而正在试图设法减少或消除大豆和其他三碳植物的光呼吸。     

番木瓜的光合作用途径

番木瓜(Caraca papaya)叶片有低的~(13)C/~(12)C值(δ ~(13)C为-25‰),低的PEP羧化酶活性(12.2单位/毫克蛋白质/分)。乙醇酸氧化酶活性为24～57单位/毫克蛋白质/分,光呼吸为3～5毫克CO_2/平方分米/小时,光呼吸及暗呼吸的比率为1.7～2.5。氧对光合作用有抑制现象。没有发现叶片中的Kranz结构。这些特征加上过去对其光合作用速率、CO_2补偿点,光饱和点及光合作用最适温度的分析结果,表明番木瓜是C_3植物。     

不同磷营养水平对烟草叶片光合作用和光呼吸的影响(英文)

研究了不同磷营养水平(0,1/4,1/2,1,2 P)对烟草(Nicotiana rustica L.)叶片光合、光呼吸、乙醇酸合成和乙醇酸氧化酶活性的影响,结果如下; 光合强度在0～1P范围内随磷水平的提高而增高,但在2P水平中略为下降。光呼吸强度在1/4～2P范围内与光合强度有相同的变化趋势,但在磷水平为零时最高;光呼吸/光合比值亦在磷水平为零时最高,并随磷营养的增加而下降。 HPMS抑制乙醇酸氧化酶活性,乙醇酸的积累量随磷水平的变化与光呼吸有一致的趋势。 在加入FMN时,不同磷营养水平的烟草叶片中乙醇酸氧化酶的活性随磷水平的提高而下降;加入FMN对酶活性的促进作用亦随磷水平的提高而下降。 叶片无机磷、有机磷及总磷含量均随磷营养水平的提高而增加。 用不同浓度的磷酸盐溶液真空渗入在1P培养的烟草叶圆片,并在0.25,0.5,10mmol/LNaHCO_3溶液中测定光合和光呼吸,结果表明在0.25和 0.5mmol/L NaHCO_3中,光呼吸随磷浓度的增加而下降;在 10mmol/L中光呼吸完全受抑制。光合作用与磷浓度关系呈单峰曲线,随着NaHCO_3浓度的提高,其高峰位置向右移,即光合最适磷浓度增大。 根据试验结果及从化学计量学推算,认为磷营养有抑制光呼吸的作用,而光呼吸的运转则有补充叶绿体内进行光合作用所需的无机磷的功能。     

光呼吸

光呼吸(photorespiration)是六十年代在光合碳代谢方面的一个重要发现。它是指植物的绿色部分在光的刺激下,引起氧的消耗与二氧化碳释放的过程。它与暗呼吸(线粒体呼吸)不同,只在光下才能进行,与光合作用的C_3循环关系密切;而暗呼吸在光下和暗中都能进行。现已证明:叶绿体中不含有线粒体中所含的那套呼吸酶,低氧(20％以下)浓度可抑制光呼吸,但不能抑制暗呼吸,这些都是光呼吸和暗呼吸的重要区别。     

光呼吸对光合过程中磷代谢的影响

与光呼吸受抑制的 2％O_2浓度下相比,在 21％O_2浓度下.离体甘薯叶细胞光合作用最适介质无机磷浓度较低.另外,在21％O_2浓度下,降低甘薯叶细胞介质 NaHCO_3浓度,叶细胞光下吸收介质~(32)Pi的量减少;降低完整菠菜叶绿体介质 NaHCO_3浓度,乙醇酸形成相对加强,而介质~(32)Pi掺入到有机磷化合物的量则相对减少.这些结果表明,有利于光呼吸的条件,可降低光合对外界Pi的需求量.     

光呼吸对光合过程中磷代谢的影响

与光呼吸受抑制的 2％O_2浓度下相比,在 21％O_2浓度下.离体甘薯叶细胞光合作用最适介质无机磷浓度较低.另外,在21％O_2浓度下,降低甘薯叶细胞介质 NaHCO_3浓度,叶细胞光下吸收介质~(32)Pi的量减少;降低完整菠菜叶绿体介质 NaHCO_3浓度,乙醇酸形成相对加强,而介质~(32)Pi掺入到有机磷化合物的量则相对减少.这些结果表明,有利于光呼吸的条件,可降低光合对外界Pi的需求量.     

不同磷营养水平对烟草叶片光合作用和光呼吸的影响

随着磷营养水平的提高,烟草叶片的CO_2补偿点下降、光合速率上升。光呼吸在缺磷时最高。用光呼吸抑制剂处理烟草叶片后,光合的最适磷浓度提高。当CO_2浓度为560μl/L时,缺磷的烟草叶片在从21％O_2转入2％O_2时出现光合振荡,表明光呼吸与磷营养有密切关系。光呼吸在形成乙醇酸时所释放的磷,有回补叶绿体进行光合作用所需的磷的作用。     

水稻净光合率的品种间差异及高光效育种

本研究为探索水稻高光效育种具体途径的一部分工作。1975～1977年间共测定了329个水稻品种剑叶的净光合率(Pn)。弄清了下述一些问题。1.水稻各品种间净光合率的差异是比较大的,最高值与最低值相比约有一倍的差异或更多些。广东推广种珍珠矮11号的净光合率基本上接近于各品种的平均值。2.对51个品种的测定结果分析,在同一测定条件下品种内各单株净光合率的变异系数主要集中在6～12％这个范围,而品种间的则为15.82％。3.据两年三造的测定材料对品种间的净光合率差异的显著性进行方差分析的结果,证明水稻各品种间净光合率的差异是极显著的。4.据两年四造的测定材料对品种间净光合率差异的相对稳定性进行相关分析的结果,可以认为水稻备品种净光合率的相对高低次序绝大多数品种是相对稳定的。     

橡胶林下益智光合特性的季节动态变化

利用农林复合模式发展生态农业可提高资源利用效率, 橡胶(Hevea brasiliensis)-益智(Alpinia oxyphylla)间作模式是橡胶园最主要的农林复合模式。该研究通过野外原位定位实验, 研究不同季节橡胶林下环境因子对益智光合作用的影响, 并进一步分析益智光合作用与主要环境因子的关系。结果表明: (1) 3月益智净光合速率日变化为“V”形曲线, 14:00降到最低值; 而6月、9月和12月益智净光合速率日变化趋势为10:00达到最大值, 随后缓慢降低; 在雨季(6月和9月)蒸腾速率的日平均值和日最高值均显著高于旱季(3月和12月)。表明林下益智在不同季节均能维持植株正常生长, 且表现出了较强的适应能力。3月土壤水分亏缺造成益智叶片气孔导度降低, 使其净光合速率维持在较低的水平。(2)通过光响应曲线修正模型计算出益智叶片各光合响应参数, 发现3月最大净光合效率和光饱和点显著低于6月、9月和12月; 而光补偿点和暗呼吸速率却显著高于6月、9月和12月, 表明3月土壤水分亏缺导致益智光合酶活性降低, 而表现出光抑制现象, 同时呼吸强度加剧, 光合能力显著下降。(3)采取相关分析发现, 3月气温与净光合速率显著负相关, 空气湿度与净光合速率显著正相关, 高温和低湿度共同限制了益智的光合作用; 而9月和12月, 林下光合有效辐射是益智光合作用的限制因子。     

Seasonal changes of photosynthetic characteristics of Alpinia oxyphylla growing under Hevea brasiliensis

利用农林复合模式发展生态农业可提高资源利用效率, 橡胶(Hevea brasiliensis)-益智(Alpinia oxyphylla)间作模式是橡胶园最主要的农林复合模式。该研究通过野外原位定位实验, 研究不同季节橡胶林下环境因子对益智光合作用的影响, 并进一步分析益智光合作用与主要环境因子的关系。结果表明: (1) 3月益智净光合速率日变化为“V”形曲线, 14:00降到最低值; 而6月、9月和12月益智净光合速率日变化趋势为10:00达到最大值, 随后缓慢降低; 在雨季(6月和9月)蒸腾速率的日平均值和日最高值均显著高于旱季(3月和12月)。表明林下益智在不同季节均能维持植株正常生长, 且表现出了较强的适应能力。3月土壤水分亏缺造成益智叶片气孔导度降低, 使其净光合速率维持在较低的水平。(2)通过光响应曲线修正模型计算出益智叶片各光合响应参数, 发现3月最大净光合效率和光饱和点显著低于6月、9月和12月; 而光补偿点和暗呼吸速率却显著高于6月、9月和12月, 表明3月土壤水分亏缺导致益智光合酶活性降低, 而表现出光抑制现象, 同时呼吸强度加剧, 光合能力显著下降。(3)采取相关分析发现, 3月气温与净光合速率显著负相关, 空气湿度与净光合速率显著正相关, 高温和低湿度共同限制了益智的光合作用; 而9月和12月, 林下光合有效辐射是益智光合作用的限制因子。     

满江红(Azolla)光合作用特性的研究

用QGD-07型红外线CO_2分析器测定了在不同生长条件下的满江红(Azolla imbricata)的光合作用特性,并与蕨状满江红(Azolla filiculoides)作了某些比较。 光合作用的光强曲线随季节而有变化。A.imbricata在春季时的光饱和点在6,000米烛光左右,夏季时上升为8,000米烛光左右;而A.filiculoides从春季时的6,000米烛光提高到夏季时的14,000米烛光。光补偿点仅在500～1000米烛光范围内稍有变化。在不同颜色的塑料薄膜复盖下,与无色膜复盖相比,紫色膜明显地促进了A.imbricata的光合作用,而黄色膜和绿色膜下稍有下降。满江红光合作用的最适温度在25～32℃,在5～45℃内都可测得净光合速率,变红植株的最适温度可扩大到18～32℃。最适pH为6.0,在pH 4.5～10.5范围内都能生长;变红植株的最适pH为5.5。加入适量的HCO_3~-对同化CO_2稍有抑制,不久后能促进同化CO_2,缩短植株加倍时间。NO_3~-对生长不良的植株能促进光合作用,但对健壮植株的效果不明显。     

外源NO和SA对盐胁迫下番茄幼苗叶片膜脂过氧化及AsA-GSH循环的影响

以番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)品种‘秦丰保冠’为试材,在水培条件下研究单独和复配施用一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)、水杨酸(SA)对100 mmol/L NaCl胁迫下番茄幼苗的生长、叶片光合作用、膜脂过氧化及抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环的影响。结果显示,盐胁迫能显著影响番茄幼苗的生长、光合作用和活性氧代谢系统的相关指标。单独或复配施用SNP、SA均能有效缓解番茄幼苗的盐渍伤害,并以SNP和SA复配处理效果最好。处理3~7 d时,叶片PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、净光合速率(Pn)、APX、GR、DHAR的活性、AsA和GSH含量分别较胁迫处理有不同程度的提高;而H2O2、MDA、DHA、GSSG的含量和电解质渗漏率分别较胁迫处理有不同程度的降低。研究结果表明盐胁迫下外源NO、SA单独或复配处理均能通过维持或协调作用促进番茄相关抗氧化酶活性的提高和抑制抗氧化剂含量的降低,起到维持AsA-GSH循环高效运转、减轻膜脂过氧化、促进光合作用、改善植株生长发育和提高幼苗盐渍抗性的作用,且NO和SA复配处理时具有协同增效的作用。     

外源硅对干旱胁迫下烟草幼苗生长、叶片光合及生理指标的影响

采用营养液水培法,研究了施用不同浓度外源硅(0、0.5、1.0 mmol/L)对干旱胁迫(10%PEG、20%PEG)下烟草幼苗生长、叶片光合特性和生理指标的影响。结果表明:干旱胁迫严重抑制了烟草幼苗生长和光合作用,膜质稳定性降低和引起氧化应激反应;施用不同浓度外源硅有效改善了干旱胁迫下烟草幼苗生长,均表现为株高、叶面积、根系体积、根系干重和地上部干重等生长指标增加,提高叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量,显著提高净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)并降低胞间CO2浓度(Ci),膜质过氧化产物MDA含量显著降低,提高叶片含水量、膜稳定性系数和渗透调节物质(脯氨酸、可溶性糖)含量,显著提高SOD、POD和CAT等抗氧化酶活性,而且1.0 mmol/L Si处理对干旱胁迫下烟草幼苗生长和生理特性的影响显著优于0.5 mmol/L Si处理。以上结果说明,施用外源硅能提高干旱胁迫下烟草幼苗光合作用、抗氧化和渗透调节能力,缓解干旱胁迫对烟草幼苗的伤害,促进其生长。     

硝化抑制剂对不同旱地农田土壤N2O排放的影响

通过室内培养法,研究了硝化抑制剂双氰胺(DCD)和3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)对施加尿素的沈阳草甸棕壤、运城褐土、美国明尼苏达州粉砂壤土的N2O排放、氮素转化速率和微生物群落结构的影响.结果表明:抑制剂DCD和DMPP对草甸棕壤的N2O减排率为54.1％ ～75.9％,但对速效氮含量影响不显著,约24％的硝化潜势被DCD所抑制,而在高含水量下DMPP却对硝化潜势无抑制作用;在褐土中,DMPP抑制效果显著,其在两种含水量下的N2O减排率为85.5％和66.7％、对硝化作用潜势抑制率为97.2％和96.4％,但DCD只在低含水量下有少许抑制效果(24.6％ ～57.5％),而在高含水量下则失效;DMPP对粉砂壤土在两种含水量下的N2O减排率为42.9％和53.1％,而DCD在高含水量下未能减排N2O;在草甸棕壤和褐土中,施氮肥有效促进氨氧化细菌(AOB)的生长繁殖,DCD与DMPP使AOB amoA数量减少了4.1％ ～63.5％,有显著抑制作用,而对氨氧化古菌(AOA)和反硝化菌则影响不大;与AOB相比,AOA在数量上占优势,但AOB amoA基因丰度与硝化潜势显著正相关,表明AOB在硝化过程中起了更重要的作用.     

遮荫对濒危植物甜菜树光合生理和叶绿素荧光特性的影响

以西南特有濒危植物甜菜树为材料,研究了不同遮荫处理(全光照、50％遮荫、65％遮荫和80％遮荫)对甜菜树叶片光合特性、叶绿素荧光和气孔特征的影响,为甜菜树种质资源保育和开发利用提供科学依据。结果表明：50％遮荫处理显著提高了甜菜树叶片净光合速率,80％遮荫处理则起抑制作用;50％遮荫和65％遮荫处理提高甜菜树叶蒸腾速率,有利于光合作用的进行;80％遮荫处理下胞间 CO 2浓度提高,抑制了甜菜树叶蒸腾作用和光合作用;50％遮荫和65％遮荫处理下净光合速率提高,说明甜菜树对遮荫有一定的适应性;叶绿素荧光方面,80％遮荫处理导致叶片 PSⅡ最大光化学效率(F v/F m )和实际光化学效率(ФPSⅡ)下降。甜菜树叶片光合特性与气孔结构关系密切,遮荫降低甜菜树叶片气孔密度。     

不同土壤水分下山杏光合作用CO2响应过程及其模拟

在半干旱黄土丘陵区,以2年生盆栽山杏为材料,应用CIRAS-2型光合作用系统,测定了8个土壤水分梯度下山杏光合作用的CO2响应过程,并采用直角双曲线模型、指数方程和直角双曲线修正模型对其CO2响应数据进行拟合,分析了山杏光合作用与土壤水分的定量关系.结果表明:山杏CO2响应过程对土壤水分有明显的阈值响应特征.维持山杏叶片较高的光合速率(Pn)和羧化效率(CE)的土壤相对含水量(RWC)在46.3％～81.9％,在此水分范围内,光合作用没有发生明显的CO2饱和抑制现象;当RWC超出此范围,土壤水分升高或降低均明显降低山杏叶片的光合能力(Pnmax)、CE和CO2饱和点(CSP).在不同土壤水分条件下,3个模型对山杏CO2响应数据的模拟效果有明显差别.在46.3％～81.9％土壤水分范围内,3个模型均能较好地拟合山杏CO2响应过程及其特征参数CE、CO2补偿点(Γ)和光呼吸速率(Rp),其拟合精度均表现为直角双曲线修正模型＞指数方程＞直角双曲线模型;当土壤水分含量过高(RWC＞81.9％)或过低(RWC＜46.3％)时,只有直角双曲线修正模型能较好地拟合山杏CO2响应过程及其特征参数.RWC在46.3％ ～81.9％范围内,山杏具有较高的光合作用效率;与传统直角双曲线模型和指数方程相比,直角双曲线修正模型具有更好的适用性.     

逐步失水过程中绿竹光响应进程及其拟合

利用便携式光合测定系统Li-6400,在人为浇水至土壤水分饱和后的自然耗水过程中,分析2年生绿竹盆栽苗叶片在连续多级土壤水分下的光合作用光响应过程.结果表明: 在土壤相对含水量53.5%～95.6%条件下,绿竹光合作用光响应过程不会受到明显的强光抑制,且在相对水分亏缺条件下(53.5%～69.6%)达到更高的光合作用水平,而在严重水分亏缺后(土壤相对含水量≤33.6%)产生明显光抑制.在对绿竹叶片逐步失水过程的光响应拟合中,直角双曲线模型对净光合速率(P_{n max})的拟合值远高于实测值;直角双曲线模型、非直角双曲线模型和指数模型3种模型拟合的光饱和点(LSP)远低于实测值.在严重水分亏缺阶段,3种模型对光响应曲线拟合存在较大误差.气孔限制值(L_s)及瞬时水分利用效率(WUE_inst)具有相似的阈值响应过程,表现为随着土壤相对含水量减少而先增大后减小,且最大值出现在53.5%～69.6%条件下,这一结果与光合作用光响应过程取得P_{n max}的土壤相对含水量范围相同,具有一定的表征意义.绿竹旱涝管理最佳的土壤相对含水量为53.5%～69.6%,较高土壤含水量下(69.6%～95.6%)绿竹也有良好的光合表现.直角双曲线修正模型对绿竹在相对含水量为23.1%～95.6%条件下的光合作用光响应过程拟合较好,而其余3种模型均有局限性.     

一个抗造血祖细胞单克隆抗体能特异性抑制IL3生物活性

HI98(又称HIM_1,IgM)是目前国际上发 现唯一能抑制人IL_3与相应靶细胞结合的髓系单克隆抗体(单抗)。本文研究了此单抚对IL_3刺激人造血祖细胞增殖分化的作用,结果发现HI98可抑制IL_3诱导的BFU-E和CFU-GM集落形成,最大抑制率分别为55％和49％,但对CFU-E的生长无影响。对GM-CSF诱导的BFU-E和CFU-GM也无作用。用HI98单抗包被的Sepharose微球进行IL_3免疫吸附清除实验证明,其抑制作用不是抗体与IL_3直接结合的结果。本文还对HI98单抗识别的抗原分子与IL_3受体的关系进行了讨论。