叶黄素循环及其在光保护中的分子机理研究

植物的生命活动离不开充足的光照 ,但是当光照过强时 ,叶片吸收的光能超过了光合电子传递所需 ,过剩的光能便会对光合器官产生潜在的危害 ,引起光合作用的光抑制或光破坏。依赖于叶黄素循环的热耗散被认为是光保护的主要途径。本文着重介绍近年来有关植物叶黄素循环在酶学方面的分子调控、它的主要功能以及依赖于叶黄素循环的热耗散在光保护中的分子机理等 ,并对需进一步研究的问题作了探讨     

叶黄素循环及其在光保护中的分子机理研究

植物的生命活动离不开充足的光照,但是当光照过强时,叶片吸收的光能超过了光合电子传递所需,过剩的光能便会对光合器官产生潜在的危害,引起光合作用的光抑制或光破坏.依赖于叶黄素循环的热耗散被认为是光保护的主要途径.本文着重介绍近年来有关植物叶黄素循环在酶学方面的分子调控、它的主要功能以及依赖于叶黄素循环的热耗散在光保护中的分子机理等,并对需进一步研究的问题作了探讨.     

冷锻炼对甜椒叶片光合作用及其低温光抑制的影响

以冷敏感植物甜椒 (CapsicumannuumL .)抗冷性不同的两个品种为试材 ,利用CIRAS 1光合测定系统和FMS2调制式荧光仪 ,在控温控光条件下分析比较了冷锻炼苗与未经锻炼苗的叶片光合特性、叶绿素荧光参数对温度的响应。结果表明 ,随着温度的降低 ,无论是否经过锻炼 ,低温主要通过抑制碳同化能力来影响光合作用 ,并使光能过剩 ,导致低温光抑制。提高环境CO2 浓度以增强暗反应对光能的利用 ,低温光抑制减轻。 5d的亚适温锻炼过程中甜椒叶片已发生一定程度的光抑制 ,但锻炼苗叶片能在低温下维持较高的光系统II光化学效率(ФPSII)、光化学猝灭系数 (qP)和光适应下光系统II最大光化学效率 (Fv′/Fm)值 ;冷锻炼提高了两品种低温下对光抑制的抗性 ,而且对抗冷品种的作用效果更明显     

植物低温光抑制及可能的光保护机制研究进展

综述了近年来有关植物低温光抑制和光保护机制的研究进展。与以往对光抑制的定义不同,现在认为光抑制既包括光对光合作用反应中心的损伤,也包括植物为避免光破坏而形成的生理生化保护机制。该文主要从三个方面展开论述:低温下光抑制发生的原因及光抑制的位点;低温光抑制时可能的光保护机制;低温光抑制下过剩光能的耗散机制。     

高等植物光合作用的光抑制研究进展

光抑制是目前高等植物光合作用研究中的热点,近此年来无论是对其本质的认识,还是机理研究都已取得很进展。本文首先简要回顾了光抑制研究发展的历程,阐明现代光抑制理论包括耗散过剩光能的光保持机制运转和过剩光能对光合机构的破坏两个方面。然后,应叶黄素循环、Ｍｅｈｌｅｒ反应、光呼吸、ＬＨＣⅡ磷酸化、ＰＳⅡ光化学活性下降以及由类胡罗卜素、Ｃｙｔｂ－５５９参与的一些主要光保护机制作了综述,着重论述了其作用机理及研     

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。     

根系渗透胁迫时杨树光合作用光抑制与活性氧的关系

为更多地了解自然条件下活体叶片的光抑制,研究了渗透胁迫时杨树无性系幼苗叶片的光抑制与活性氧代谢的关系．结果表明,随胁迫时间的延长和胁迫强度的增大,杨树叶片O2^-生成加快,H2O2和丙二醛(MDA)含量增多,超氧物歧化酶(SOD)活性升高,过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性降低,活性氧代谢失衡,光合作用的光抑制加剧．用二乙基二硫代氨基甲酸铜盐抑制SOD活性,或用甲基紫精加速O2^-的生成,亦可使杨树叶片发生光抑制．渗透胁迫时杨树无性系幼苗清除H2O2能力降低,限制了叶片通过Mehler反应耗散过剩光能,防御光破坏作用的发挥;光抑制的发生与活性氧的积累有关．     

高等植物光合作用的光抑制研究进展

光抑制是目前高等植物光合作用研究中的热点,近些年来无论是对其本质的认识,还是机理研究都已取得很大进展。本文首先简要回顾了光抑制研究发展的历程,阐明现代光抑制理论包括耗散过剩光能的光保持机制运转和过剩光能对光合机构的破坏两个方面。然后,就叶黄素循环、Mehler反应、光呼吸、LHCII磷酸化、PSII光化学活性下降以及由类胡罗卜素、Cytb 559参与的一些主要光保护机制作了综述,着重论述了其作用机理及研究进展。最后,就现阶段光破坏原初作用位点的认识及光破坏机理的最新研究成果作了总结。     

两种杜鹃花属植物对长期遮阴后全光照环境的生理响应及其光保护机制

植物通过提高光能利用能力和光保护途径以响应环境光强的增加, 但不同植物对环境光强增加的生理响应存在差异, 从而导致植物对光环境的适应性不一致。为探讨植物对光环境变化的生理响应及其适应机制, 该文以遮阴条件下培养1年的2种杜鹃属(Rhododendron)植物比利时杜鹃(R. hybrida)和杜鹃(R. simsii)为材料, 对其由遮阴后转入全光照下培养5天时的叶片叶绿素荧光参数及其快速光曲线变化进行了比较研究, 以期从叶片吸收光能分配和光保护机制的角度探讨这2种植物对光环境变化的适应机制。结果表明: 全光照降低了喜阴植物比利时杜鹃叶片的光化学反应和热耗散能力, 且其吸收光能分配于光化学反应和调节性能量耗散部分的比例减少, 导致光系统II反应中心过量激发能积累, 造成了叶片光抑制甚至光破坏。杜鹃作为耐阴喜光植物对光环境变化具有较强的适应性, 具有较高的光化学反应、热耗散和环式电子传递能力等内在生理特性; 在遮阴和全光照两种光环境下均能维持较高的吸收光能在光化学反应和调节性能量耗散部分的分配比例, 从而保护了光合机构的正常运行, 是其全光照强光未造成叶片光抑制的原因。     

飞机草和兰花菊三七光合作用对生长光强的适应

测定了干季不同光强下生长的飞机草和兰花菊三七叶片最大净光合速率(Pmax)、荧光动力学参数、叶绿素含量和比叶重(LMA),研究了两种植物适应光环境的策略,探讨了其与入侵性的关系.100%光强下,两种植物主要通过降低捕光色素复合体Ⅱ的含量减少光能吸收,提高Pmax增加光能利用维持叶片能量平衡,而它们的热耗散能力并不强,均显著低于其它光强下的值.100%光强下,提高类胡萝卜素含量是飞机草耗散过剩能量的有效策略,而兰花菊三七可能有其它耗散途径.4.5%光强下仅飞机草能够存活,它通过降低LMA、维持很低的日间热耗散和较高的光合系统Ⅱ非环式电子传递效率适应了弱光环境.推测对强光环境较强的适应能力是入侵植物的共性之一,但这种能力强不一定入侵性大.     

NaCl胁迫增强杂交酸模（Rumex K．1）幼苗叶片的米勒过氧化反应

摘要：200mmol／LNaCl胁迫对杂交酸模(Rumex K-1)幼苗叶片光系统Ⅱ最大光化学效率(Fv／Frn)没有影响,但是显著降低了光合速率和气孔导度,导致细胞间隙CO2浓度和叶绿素含量增加。同时,盐胁迫引起活性氧清除关键酶超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性上升。在光合作用诱导过程中,无论是对照叶片还是盐胁迫叶片,米勒过氧化反应均维持一部分光合电子流。光合作用达到稳定状态后,盐胁迫叶片仍能够通过米勒过氧化反应维持部分光合电子流。强光下,低氧(2％)抑制米勒过氧化反应对对照叶片光抑制程度没有明显影响,而显著增加盐胁迫叶片的光抑制程度。据上述结果推测：盐胁迫下米勒过氧化反应的增强有助于消耗过剩的激发电子,从而降低强光下杂交酸模幼苗叶片的光抑制程度。     

NaCl胁迫增强杂交酸模(Rumex K-1)幼苗叶片的米勒过氧化反应

200 mmol/L NaCl胁迫对杂交酸模(Rumex K-1)幼苗叶片光系统Ⅱ最大光化学效率(Fy/Fm)没有影响,但是显著降低了光合速率和气孔导度,导致细胞间隙CO2浓度和叶绿素含量增加.同时,盐胁迫引起活性氧清除关键酶超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性上升.在光合作用诱导过程中,无论是对照叶片还是盐胁迫叶片,米勒过氧化反应均维持一部分光合电子流.光合作用达到稳定状态后,盐胁迫叶片仍能够通过米勒过氧化反应维持部分光合电子流.强光下,低氧(2%)抑制米勒过氧化反应对对照叶片光抑制程度没有明显影响,而显著增加盐胁迫叶片的光抑制程度.据上述结果推测:盐胁迫下米勒过氧化反应的增强有助于消耗过剩的激发电子,从而降低强光下杂交酸模幼苗叶片的光抑制程度.     

夜间低温对不同光强下生长的两种热带树苗光合作用的影响

于雾凉季测定了叶片叶绿素荧光和气体交换参数、H2 O2 和丙二醛 (MDA)含量 ,探讨了 4～ 6℃夜间低温对 3种相对光强 (太阳光的 8%、2 5 %和 5 0 % )下生长的 2种山地雨林树苗光合作用的影响。夜间低温处理导致 3种光强下生长的 2种植物叶片日间和胁迫诱导的光抑制加剧 ,净光合速率 (Pn)和光呼吸速率降低 ,H2 O2 和MDA含量升高。生长环境光强升高可加剧夜间低温的效应 ,弱光下 2种植物受夜间低温影响较小 ,间接表明雾使光强减弱可缓解自然夜温降低对西双版纳热带植物的危害。处理期间滇南插柚紫Pn 主要受气孔限制 ,滇南红厚壳Pn 降低与活性氧增加引起的羧化效率降低有关 ,两种植物Pn 的降低均与光抑制关系不大。夜间低温后滇南红厚壳气孔导度降低较少 ,H2 O2 和MDA含量较高 ,光抑制较重 ,5 0 %相对光强下其未做夜间低温处理的对照植株发生了胁迫诱导的光抑制 ,表明它对夜间低温较敏感。     

干旱胁迫对胡杨PSII光化学效率和激能耗散的影响

选取塔里木河下游4处地下水位埋深〉4 m的监测井位,结合地下水位数据,调查并分析了在地下水位下降引发的干旱胁迫下,胡杨（Populus euphratica）的叶片水分特征及叶绿素荧光特性,从能量代谢与转换角度分析了干旱胁迫对胡杨的PSII光化学效率和激能耗散的影响。结果表明：随着地下水位下降引发的干旱胁迫程度的加剧,胡杨的叶水势显著降低,而叶片相对水分含量差异不显著,总体处于适宜状态（80.38%–86.19%）;在干旱胁迫的影响下,胡杨的综合光合活性明显降低,叶片光饱和点显著下降;同时胡杨的光合作用电子传递速率、PSII光下实际光化学效率以及光化学猝灭均随着光强的增大而显著降低,且干旱胁迫越剧烈,下降幅度越大;干旱胁迫下,胡杨的非光化学猝灭和调节性能量耗散量子产量等参数则随着光强的增大显著升高,但是其潜在最大光化学效率却处于适宜状态（0.80–0.86）。说明干旱胁迫下,胡杨的光合作用光能利用份额下降,耐受高光强的能力减弱,捕获的光能过剩程度加剧。胡杨主要通过热耗散来缓解光能过剩带来的压力。虽然研究区胡杨的PSII尚未发生不可逆的光损伤,但是其发生光抑制以及由此带来的光系统损伤的潜在危险在增加。     

荒漠植物梭梭和沙拐枣在不同水分条件下的光合作用特征

在我国河西走廊中部沙漠区,选择20年生以上C4荒漠植物梭梭（Haloxylon ammodendron）和沙拐枣（Calligonum mongolicum）植株,分干旱环境、雨后近地层空气湿润和人工树下挖坑浇水补充土壤水等3种水分条件,比较研究它们的光合作用特征。结果表明,在干旱环境下,梭梭和沙拐枣均表现出不同程度的强光下光合速率（Pn）下降现象,光系统Ⅱ光化学效率（Fv／Fm）明显降低,表现为光抑制。但在雨后空气湿润和人工浇水,使空气湿度和土壤湿度提高的条件下,2种植物的Pn日变化呈单峰型,Fv／Fm日变化小,没有光抑制现象。2种植物的Pn日平均值在雨后空气湿润条件下小于浇水后,浇水后第1天的Pn值明显高于第2天。水分条件改善后,梭梭和沙拐枣光合作用的光补偿点降低,光饱和点升高,光合速率对时间的积分加大。研究得出,水分胁迫导致C4荒漠植物梭梭和沙拐枣出现光抑制,提高空气湿度或者土壤湿度,都能避免光抑制,提高光能利用率。     

光合产物水平与光合作用速率

早在1868年,法国植物生理学家Bous-singault就提出,照光的叶片中同化物的积累会使叶片光合作用降低。这就是产物抑制假说。从那时以后,陆陆续续有很多人用不同的植物材料、不同的实验方法于不同的环境条件下做了大量实验,试图验证这个假说。然而,结果不一,说法各异。这个假说存在了一百多年,既没有被证     

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.     

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.     

关于水稻的耐光抑制和育种问题

高光强对植物的伤害可分为两个方面:一是光合活动的受抑,通常称为光合作用的光抑制。二是叶绿素的漂白和细胞的破坏,由于这是依光的和依氧的过程,通常称为光氧化。在C_3作物中光抑制是个普遍现象,它可能发生在分子、叶绿体、叶片的各级水平上。逆境条件(如高温、低温、干旱、盐害、大气污染等胁迫)会进一步加重光抑制,叶片易于出现光氧化伤害的失绿。这是大田常见