盐胁迫对植物及其光合作用的影响（中）

盐胁迫对光能吸收和转换的影响光合作用过程实际上是把太阳能转化为生物化学能的过程,因此,植物要进行光合作用,首先就要吸收光能,然后把所吸收的光能经一系列传递,最后转换成植物所能利用的高能化合物（ＡＴＰ）。这一系列极其复杂的过程是由存在于叶绿体内、分布于类囊体膜上的各种色素蛋白复合体完成的。因此,要了解盐胁迫对光能的吸收和转换的影响,应先知道盐胁迫对这些复合体有何影响。研究结果表明,在盐胁迫下,会使叶片的各种色素蛋白复合体中极为重要的组分──叶绿素含量减少,这是由于ＮａＣｌ提高叶绿素酶的活性,促进叶…     

测定叶绿素的几种方法

在植物界,从属于原核生物的蓝藻到高等植物,都具有叶绿素,只不过它们所含的叶绿素的量和种类不同而已。叶绿素共有 a、b、c 和 d四种,在绿色植物中主要是叶绿素 a 和 b 两种。它们(还有类胡萝卜素)在植物体内与蛋白质构成色素蛋白复合体,负责对光能的吸收和传递,并最后把吸收的光能汇集到光合作用的“反应中心”(reaction center)。人们通常把前者称为天线色素。“反应中心”是处于特殊状态的     

利用合成生物学原理提高光合作用效率的研究进展

我国人口增多与耕地面积减少的矛盾日益突出,粮食安全已成为我国国民经济可持续发展的重要保障。光合作用是作物产量形成的物质基础,提高作物光能利用效率是提高作物产量的重要途径之一。本文从光合作用过程中光能高效吸收、传递与转化,光能高效利用和碳同化等三大模块综述了近期科学家利用合成生物学对光合作用改造的最新进展。最后我们对其在农业中的应用前景进行了展望,通过合成生物学原理提高光合作用效率可能将为增加粮食产量提供重要理论支撑和关键生物技术。     

光合膜蛋白晶体结构研究取得重要突破

绿色植物的光合作用是通过镶嵌在细胞膜上的一系列色素,蛋白复合体构成的光合作用系统相互分工协作完成的。植物的光合作用系统中参与光能吸收、传递和转换的两类最基本的色素,蛋白复合体是反应中心和捕光天线复合物。捕光是光合作用中最原初的过程。捕光天线复合物的三维结构是认识植物高效利用光能的结构基础。然而,     

不同森林群落结构与光能利用率的关系

本文在人工落叶松纯林及人工落叶松与水典柳混交林的林冠观测数据的基础上建立了落叶松松和水曲柳的树冠锥体模型。通过对上述两种森林群落结构的太阳辐射的观测,利用电磁波的吸收,反射和透射理论分别对以上两种森林群落的光能利用率进行了计算。结果表明理论计算值与实测结果基本一致;双层次混交林的光能利用率高于单层纯林的光能利用率。     

不同生态习性热带雨林树种的幼苗对光能的利用与耗散

研究了生长于100％、25％和8％光照条件下的热带雨林先锋树种团花、演替顶极阶段的冠层树种绒毛番龙眼和中下层树种滇南风吹楠幼苗的光合能力及光能分配特性对光强的响应。与绒毛番龙眼和滇南风吹楠相比,团花具有较高的最大光合速率和最大电子传递速率,从光能分配对光强的响应曲线可以看出,随着光强的增加,3个树种幼苗叶片吸收的光能分配到光化学反应的比例减少,分配到热耗散的比例增加,光能在光化学反应与热耗散之间的分配呈显著负相关,与其它两个种相比,100％光下的团花幼苗将较多的光能分配到光化学反应中,热耗散较弱且未达到饱和。过剩光能少,没有引起长期光抑制,绒毛番龙眼和滇南风吹楠将叶片吸收的较多光能分配到热耗散中,但生长于100％光下的幼苗过剩光能仍然较多,导致幼苗遭受长期光抑制,结果表明,不同生态习性热带雨林树种幼苗更新对光环境的要求与这些幼苗对光能的利用和耗散特性密切相关。     

满江红鱼腥藻(Anabaena azollae)的色素组成和能量的传递

用滚压法分离满江红鱼腥藻,测定其吸收光谱和荧光光谱。这些光谱表明,在满江红鱼腥藻中含有Chl a、类胡萝卜素、藻红素、藻蓝素和别藻蓝素等色素。这些色素都能传递光能。其中最有效的激发光是620 nm(藻蓝素),而类胡萝卜素的效率最低。PS Ⅰ和PS Ⅱ的荧光都可由藻胆素所吸收的光引起。藻胆素在光合作用中起着吸收和传递光能的作用。值得注意的是,在满江红鱼腥藻中还含有P_(330)物质。在室温下它能把光能传给藻胆素和Chl a,而在77°K下则不能。分析可能是由于在室温下色素的振幅远比在77°K下的大,而使光能能够传递下去,或者是由于其它更复杂的原因。P_(330)物质不溶于80％丙酮。     

光合作用对光和CO2响应模型的研究进展

光合作用对光和CO₂响应模型是研究植物生理和植物生态学的重要工具, 可为植物光合特性对主要环境因子的响应提供科学依据。该文综述了当前光合作用对光和CO₂响应模型的研究进展和存在的问题, 并在此基础上探讨了这些模型的可能发展趋势。光合作用涉及光能的吸收、能量转换、电子传递、ATP合成、CO₂固定等一系列复杂的物理和化学反应过程。光合作用由原初反应、同化力形成和碳同化3个基本过程构成, 任一个过程均可对光合作用速率产生直接的影响。光合作用对光响应模型只涉及光能的转换, 而光合作用的生化模型包含了同化力形成和碳同化这两个基本过程。把光合作用的原初反应, 即把参与光能吸收、传递和转换的捕光色素分子的物理参数(如捕光色素分子数、捕光色素分子光能吸收截面、捕光色素分子处于激发态的平均寿命等)结合到生化模型中, 可能是今后光合作用对光响应机理模型的发展方向。     

低夜温后不同光强对榕树叶片PSII功能和光能分配的影响

研究了自然低夜温后全光照与遮荫对榕树叶片PSII功能及光能分配的影响.结果表明低夜温后全光照条件下叶片吸收光能分配于光化学反应部分减少,而热耗散部分和反应中心过剩光能则增加,从而导致了PSII功能的下降,遮荫条件下光能分配于光化学反应的程度增加,虽然用于热耗散的比例下降了,但反应中心过剩光能相对较少,从而有利于PSII功能的恢复.     

混农林业生态系统内部的光能分布

林农混作中作物相互影响,除了争夺土壤肥力以外,主要是争夺光能。光能的合理分布是取得林粮双丰收的前提。分析生态系统内部光能分布的方法很多,但主要有两种:一是分析由于树木遮荫造成的光照时间的减弱,二是     

聚球藻7942光自养培养的碳代谢和能量代谢

代谢通量分析是研究微藻光自养培养过程中CO2和光能利用的一个非常有用的工具。本研究建立了聚球藻7942光自养培养代谢网络,并通过代谢通量方法分析了不同入射光强下的碳代谢流分布和能量代谢。研究结果表明,CO2固定是代谢能量和还原力消耗的主要途径,分别约占总消耗能量的85%和70%。研究还发现在一定光强范围,基于ATP生成的细胞得率和最大细胞得率基本维持不变,分别约为2.80g/molATP和2.95g/molATP,但基于总吸收光能的细胞得率和对应的光能转换效率则随着光强的增加而降低。     

藻胆蛋白研究

藻胆蛋白是大量出现于红藻 (Ｒｈｏｄｏｐｈｙ ｔａ)、蓝绿藻 (Ｃｙａｎｏｐｈｙｔａ)和隐藻 (Ｃｒｙｐｔｏｐｈｙｔａ)中的捕光色素蛋白 ,主要包括藻红蛋白、藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白三种。藻胆蛋白把捕获的光能高效地传递给叶绿素 ,从而使海藻的光合作用得以发生[1] 。细菌、藻类和高等植物的光合作用的共同特征是具有很多“天线分子” ,这些“天线分子”吸收光能并通过非放射性过程将激发能传递到含有叶绿素的“反应中心” ,在红藻、蓝绿藻和隐藻中 ,藻胆蛋白就充当这种“天线分子”的角色。因此 ,最初的藻胆蛋白研究主要集中在探讨其光合作…     

植被光能利用率研究进展

光能利用率是表征植物固定太阳能效率的指标,指植物通过光合作用将所截获/吸收的能量转化为有机干物质的效率,是植物光合作用的重要概念,也是区域尺度以遥感参数模型监测植被生产力的理论基础。传统的研究方法是通过生物量收获法分别确定植物生长和辐射量,求年或生长季比值;涡度相关技术作为目前直接测定植被冠层与大气间的CO2和水热交换量的唯一方法,使从冠层到景观水平的光能利用率估计成为可能。由于植被类型的差异和气候环境的综合影响使光能利用率表现出显著的空间异质性和时间动态性。在全球尺度上,利用耦合大气CO2观测、卫星遥感和大气辐射传输模型的反演模拟,发现净初级生产力的光能利用率存在明显的地理分异。影响光能利用率时空变异性的因子包括植物内在因素(如叶形、叶羧化酶含量)和外在环境因素。针对光能利用率的时空特征及其波动,建立在通量观测及模型分析基础上的跨尺度模拟,将成为今后该领域的研究重点。     

低夜温后不同光强对榕树叶片PSⅡ功能和光能分配的影响

研究了自然低夜温后全光照与遮荫对榕树叶片PSⅡ功能及光能分配的影响。结果表明低夜温后全光照条件下叶片吸收光能分配于光化学反应部分减少,而热耗散部分和反应中心过剩光能则增加,从而导致了PSⅡ功能的下降,遮荫条件下光能分配于光化学反应的程度增加．虽然用于热耗散的比例下降了,但反应中心过剩光能相对较少,从而有利于PSⅡ功能的恢复。     

两种杂交杨品系光合系统Ⅱ叶绿素荧光特征

比较研究伊犁地区两种典型杨树苗大叶杨（大叶钻天杨P.balsanifera Linn（Da））和伊犁杨5号（P.euramerieana cv（I-467））对太阳辐射光能的利用和耗散特性。光照条件下光合系统Ⅱ反应中心（PSⅡ）的最大光化学效率（Fv′/Fm′）、实际光化学效率（ΦPSⅡ）和光合功能的相对限制（L（PDF））的分析表明,高的光合有效辐射强度（PAR）会导致光合作用的光抑制,但并不造成PSⅡ反应中心的不可逆破坏。淬灭分析表明,Da的光化学淬灭系数（qP）大于I-467,非光化学淬灭（NPQ）则相反（p〈0.05）。Da的NPQ显著小于I-467的,意味着I-467将PSⅡ反应中心吸收的过剩光能以热耗散等非光化学过程消耗的能力大于Da,因而相应降低了用于qP的份额。两种杨树的NPQ日变化趋势很相似;Fv′/Fm′和ΦPSⅡ的日变化趋势相似。Da的PSⅡ天线色素吸收光能中分配于光化学反应平均的相对份额（P）高于I-467,在较低的PAR环境中Da比I-467能更好的利用光能;Da用于天线热能耗散的相对份额（D）则小于I-467,两者具有极显著差异（p〈0.01）。Da的ΦPSⅡ比I-467大,是因为PSⅡ天线色素吸收的光能中分配于P或光化学淬灭的比例较大,而分配于D或非光化学过程的比例较小的缘故,反应中心的ΦPSⅡ也较Da小。在有效的利用光能方面,Da比I-467更适宜在新疆伊犁地区大面积推广栽植。     

适度高温下亚热带阔叶树种叶片的光合速率和吸收光能的分配

 利用光合作用测定系统（Li-COR 6400和叶室荧光仪）,测定了亚热带阔叶树种的光合速率和荧光参数,分析了38 ℃适度高温对叶片光合作用 和吸收光能分配的影响。测试树种包括华南亚热带地区常见的阳生性树种木荷（Schima superba）、耐荫树种黄果厚壳桂（Cryptocarya concinna）和中生性树种红锥（Castanopsis hystrix）。适度高温处理均引起 所有树种的光合能力下降,而且木荷和红锥下降的程度比黄果 厚壳桂明显。与25 ℃的对照温度相比,适度高温处理的木荷叶片用于光化学反应所消耗的光能下降,红锥和黄果厚壳桂也有相似的反应,表明 适度高温限制叶片用于光化学反应的吸收光能。无论哪个树种,38 ℃适度高温处理的植物,叶片总吸收光能中额外多余的那部分和处于非活化 状态PSⅡ所吸收的那部分光能都增加,而且黄果厚壳桂比木荷和红锥显著,因此,亚热带阔叶森林的树种对适度高温的响应因种类而异。研究 结果意味着将来气候变化导致温度的上升对演替后期树种黄果厚壳桂的光合过程的限制比演替早期的树种木荷和中生性树种红锥会更严重。     

光合作用的光反应（四）

四、光合电子传递与光合磷酸化 　　在本文的第一到第三部分已分别阐明执行光反应的光合色素，它们对光能的吸收和传递，两个光系统和氧的释放，最后这部分将通过光合电子传递与光合磷酸化，进一步阐明光能转化为化学能的过程。 　　光系统Ⅱ和Ⅰ之间的电子传递 　　光合作用中两个光系统虽有各自功能，光系统Ⅱ产生强的氧化剂并与氧的释放有关，而光系统Ⅰ与形成高还原能力的物质有关。然而只有它们协同作用才能共同完成把光能转化为化学能，为 CO2的固定和还原提供能量 ATP和还能能力 NADPH。两个光系统之所以能紧密联系在一起，是因…     

光合细菌利用太阳能产氢——解决能源危机的新途径

光合细菌是水生的革兰氏阴性的微生物,广泛分布于海洋、河川、湖泊、小溪和水塘中。因它含有细菌叶绿素和类胡萝卜素等光合色素,因此可以利用光能通过光合作用而生长繁殖。光合细菌在进行光合作用的同时,还能够行使固氮功能。光合作用形成的高还原物质和高能量物质,除了供给固氮酶的固氮需要外,也用于支持固氮酶的产氢反应,氢气的吸收则由氢酶执行。大量的研究工作表明,通过捕获光能产生氢气,从而将太阳能转化为稳定的化学能,是光合细菌的一个普遍特征。     

第三讲 光合作用的原初反应

光合作用开始于色素吸收日光能,用以氧化水放出分子氧、与还原二氧化碳成为碳水化合物,将日光能转变成稳定的化学能储存于食物中而结束。从光合作用的时间进程来说,发生于最起始阶段的反应就是原初反应。它是光合作用中直接与光能利用联系着的反应,因此非常重要。原初反应包括:光     

转C4光合酶基因水稻株系的抗光氧化特性

用经转入磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）,丙酮酸磷酸二激酶（PPDK）,NADP－苹果酸酶（NADPME）,PEPC＋PPDK等酶的基因的水稻株系及原种为材料,研究了光氧化条件下的叶绿素荧光特性和膜脂过氧化,光氧化处理后,与原种相比,转C4光合酶基因特别是转PEPC和转PEPC＋PPKD基因水稻株系的PSⅡ原初光化学效率（Fv/Fm),PSⅡ在照光下的实际光化学效率（φPSⅡ)和光化学猝灭（qp)下孤的比原种少,而非光化学猝灭（qN)增加的比原种多,说明在光氧化条件下,转C4光合酶基因水稻株系吸收的光能中有较多的光能转化为化学能,过剩的光能通过热耗散而减轻光破坏,同时转C4光合酶基因水稻株系吸收的光能中有较多的光能转化为化学能,过剩的光能通过热耗散而减轻光破坏;同时转C4兴合酶基因水稻株系诱导产生的内源活性氧清除酶系超氧化物歧化酶（SOD）,过氧化氢酶（CAT）,过氧化物酶（POD）的活性比原种高,从而有效清除水稻叶片内的活性氧（O2^-,H2O2),使活性氧积累比原种少,因而膜脂过氧化产物丙二醛（MDA）产生较少,表明转C4光合酶基因特别是转PEPC和转PEPC＋PPDK基因水稻株系耐光氧化能力较强,在光氧化条件下,它们的叶绿素和蛋白质含量下降较少,表现出在耐光氧化特性,这些结果为应用生物技术创造耐光氧化种质提供了实验依据。