赤潮藻中肋骨条藻的光合作用对海水pH和N变化的响应

为探讨赤潮发生时中肋骨条藻 (Skeletonemacoatatum)的光合作用生理变化 ,研究了不同无机氮 (N)水平上 ,海水pH值升高对其胞外碳酸酐酶 (CA)和光合生理特性的影响。海水pH从 8.2升至 8.7时 ,中肋骨条藻胞外CA被诱导 ,细胞对无机碳的亲和力 (1/Km)提高 ;在pH8 7时 ,高N条件下的胞外CA活性是低N条件下的 3倍 ,1/Km 值也提高了 80 %。单位叶绿素a的最大净光合能力 (Pam)在不同pH和N水平上没有显著差异 ;但单位细胞的最大净光合能力 (Pcm)提高了 10 0 %。这些结果表明 ,赤潮发生时 ,中肋骨条藻通过启动无机碳浓缩机制 (CCM) ,提高细胞对无机碳利用效率 ,使其在低CO2 (高pH)环境下维持光合机构正常运行 ;充足的N源有利于提高CCM的效率 ,从而提高CO2 环境下的光合固碳能力。     

两株绿藻响应CO2浓度变化的生长和生理特性的研究

以小球藻FACHB-1580和栅藻FACHB-1618为研究对象,比较了两株绿藻在0.04%CO_2、5%CO_2和20%CO_2(v/v)三种通气培养条件下的生长和生理特性的响应,试图阐述与无机碳利用相关生理参数和微藻利用CO_2能力的关系。结果表明,两株绿藻均能高效利用CO_2,在5%(v/v)条件下均表现出最大生物量积累、最大比生长速率和最大二氧化碳固定速率。小球藻FACHB-1580和栅藻FACHB-1618最大生物量分别为3.5和5.4g/L,分别是0.04%CO_2(v/v)条件的1.41和1.46倍。在高达20%CO_2(v/v)条件下,两株绿藻的生物量均显著高于空气组(P0.05)。随着CO_2浓度的增加,两株绿藻的无机碳亲和力、胞内和胞外CA活性、初始Rubisco活性,及Rubisco活化度均有下降趋势,总的Rubisco活性变化不明显。另外,小球藻FACHB-1580存在较高的胞外和胞内CA活性;而栅藻FACHB-1618胞外CA活性几乎为零,胞内CA活性显著低于小球藻FACHB-1580。由此推测,小球藻FACHB-1580能同时吸收介质中的HCO_3~-和CO_2,其胞内CA催化胞内HCO?3快速转化为CO_2,从而为Rubisco提供充足的CO_2来源;而栅藻FACHB-1618主要吸收介质中的CO_2,其胞内CA活性较低,推测其通过提高胞内CA含量,或增强Rubisco对CO_2的亲和力等促进光合固碳作用。     

蛋白核小球藻生长和无机碳利用对不同光照强度和CO_2浓度的响应

为了探讨光照强度和CO_2浓度对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长、无机碳利用的复合效应,丰富绿藻中无机碳浓缩机制的资料,该文设置两种光照强度(40和120μmol photons×m–2×s–1)和两种CO_2浓度(0.04%和0.16%)组合成4种条件,比较了蛋白核小球藻生长、无机碳浓度、pH补偿点、光合放氧速率、碳酸酐酶(CA)活性和α-CA基因转录表达对这4种培养条件的响应。结果发现:蛋白核小球藻在高光强高CO_2浓度组生长最快;低光强高CO_2浓度组培养体系中总无机碳浓度为1 163.3μmol×L–1,显著高于其他3组;高光强低CO_2浓度组藻的p H补偿点最高(9.8),而低光强高CO_2浓度组藻的p H补偿点最低(8.6);低光强高CO_2浓度组藻的最大光合速率(Vmax)和最大光合速率一半时的无机碳浓度(K0.5)最高,分别是其他3组的1.28-1.91倍和1.61-2.00倍;高光强低CO_2浓度组藻的胞外CA活性最高;而低光强低CO_2浓度组藻的胞外α-CA基因表达量显著高于其他3组。以上结果表明低CO_2浓度可促进蛋白核小球藻的pH补偿点和无机碳亲和力的提高,诱导胞外CA活性及α-CA基因的表达;该藻主要以HCO_3~–为无机碳源,其对无机碳的利用受光照的调节。     

三株铜绿微囊藻对外源无机碳利用的研究

本文研究了三株铜绿微囊藻在不同条件下光合放氧对外源溶解无机碳的响应。当温度从20℃上升到30℃时,三株铜绿微囊藻的光合放氧速率都显著增加。随着反应介质pH值从7．0上升到9．0,铜绿微囊藻的光合放氧逐渐增强,其最大光合放氧速率显著增大。胞外碳酸酐酶抑制剂乙酰唑胺（acetazolamide,AZ）对铜绿微囊藻的光合放氧无显著影响,而碳酸酐酶抑制剂乙氧苯丙噻唑磺胺（ethoxyzolamide,EZ）则抑制其光合放氧。通过酶动力学方程拟合,得出这三株铜绿微囊藻的表观无机碳亲和力常数K0.5（DIC）均低于50Lmol／L,显示出铜绿微囊藻对外源无机碳的亲和力较高。在20-30℃范围内,温度的变化对微囊藻无机碳亲和力无显著影响,表明环境温度不影响其对外源无机碳利用的能力。当反应介质pH值升高,铜绿微囊藻FACHB905和PCC7806的K0.5（DIC）增大,而铜绿微囊藻FACHB469的K0.5（DIC）值却减小。在加入AZ和EZ后铜绿微囊藻的K0.5（DIC）值均无显著变化。本文还比较了铜绿微囊藻与莱氏衣藻在介质pH值变化和加入碳酸酐酶抑制剂条件下光合放氧的不同响应。结果表明,莱氏衣藻的光合放氧随反应介质pH值的升高而减弱,而AZ和EZ均抑制莱氏衣藻的光合放氧。当反应介质pH值升高以及加入AZ或EZ后,莱氏衣藻的K0.5（DIC）值均减小。     

蛋白核小球藻生长和无机碳利用对不同光照强度和CO2浓度的响应

为了探讨光照强度和CO₂浓度对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长、无机碳利用的复合效应, 丰富绿藻中无机碳浓缩机制的资料, 该文设置两种光照强度(40和120 µmol photons•m^-2•s^-1)和两种CO₂浓度(0.04%和0.16%)组合成4种条件, 比较了蛋白核小球藻生长、无机碳浓度、pH补偿点、光合放氧速率、碳酸酐酶(CA)活性和α-CA基因转录表达对这4种培养条件的响应。结果发现: 蛋白核小球藻在高光强高CO₂浓度组生长最快; 低光强高CO₂浓度组培养体系中总无机碳浓度为1163.3 µmol•L^-1, 显著高于其他3组; 高光强低CO₂浓度组藻的pH补偿点最高(9.8), 而低光强高CO₂浓度组藻的pH补偿点最低(8.6); 低光强高CO₂浓度组藻的最大光合速率(V_max)和最大光合速率一半时的无机碳浓度(K_0.5)最高, 分别是其他3组的1.28-1.91倍和1.61-2.00倍; 高光强低CO₂浓度组藻的胞外CA活性最高; 而低光强低CO₂浓度组藻的胞外α-CA基因表达量显著高于其他3组。以上结果表明低CO₂浓度可促进蛋白核小球藻的pH补偿点和无机碳亲和力的提高, 诱导胞外CA活性及α-CA基因的表达; 该藻主要以HCO₃^-为无机碳源, 其对无机碳的利用受光照的调节。     

氮、磷对小新月菱形藻无机碳利用与碳酸酐酶活性的影响

在实验室条件下研究了氮磷浓度变化对小新月菱形藻无机碳利用与碳酸酐酶活性的影响,结果显示小新月菱形藻随培养液中氮、磷浓度的升高比生长速率明显提高。低氮浓度导致胞外碳酸酐酶活性丧失,但胞内碳酸酐酶活性依然存在。高氮浓度下胞内、外碳酸酐酶活性均明显升高。胞内碳酸酐酶活性在高磷浓度下明显升高,但胞外碳酸酐酶活性并没有受到磷浓度变化的影响。高氮、磷浓度培养下的小新月菱形藻的最大光合作用速率(Vmax)、对CO2亲和力(K0.5(CO2))和光系统II最大光化学效率(Fv/Fm)均明显提高。以上结果表明小新月菱形藻可以通过改变胞内、外碳酸酐酶活性调节无机碳利用以适应不同氮磷浓度的环境。     

海洋浮游藻类无机碳利用机理的研究

为了认识海洋浮游藻类在碳充足和碳受限条件下对水体中溶解无机碳 (DIC)的利用方式与可能机理 ,对 13种海洋浮游藻类在不同pH和CO2 浓度及不同DIC条件下细胞外碳酸酐酶 (CA)的活性进行了分析测定。结果显示 :13种藻中 ,只有Amphidiniumcarterae和Prorocentrumminimum在碳充足条件下具细胞外CA活性。Melosirasp .、Phaeodactylumtricornutum、Skeletonemacostatum、Thalassiosirarotula、Emilianiahuxleyi和Pleurochrysiscarterae则在碳受限条件下才具细胞外CA活性。Chaetoceroscompressus、Glenodiniumfoliaceum、Coccolithuspelagicus、Gephrocapsaoceanica和Heterosigmaakashiwo即使在碳受限条件下也未检测到细胞外CA活性。应用封闭系统中pH漂移技术和阴离子交换抑制剂 4′4′ diisothiocyanatostilbene_2 ,2_disulfonicacid (DIDS)等的研究表明 ,Coc.pelagicus和G .oceanica可通过阴离子交换机制进行HCO-3 的直接利用。H .akashiwo没有潜在的HCO-3 直接利用或细胞外CA催化的HCO-3 利用     

丝藻光合作用无机碳利用研究

丝藻pH补偿点为9．2,表明其具有较低的CO2补偿点,不同pH值下丝藻光合作用放氧速率明显大于理论上从HCO3－脱水来的CO2供应速率,表明其具有利用HCO3－的能力,未检测到丝藻有胞外碳酸酐酶活性,胞内碳酸酐酶的活性随培养液中CO2浓度的升高而降低。     

海洋浮游藻类无机碳利用机理的研究

为了认识海洋浮游藻类在碳充足和碳受限条件下对水体中溶解无机碳(DIC)的利用方式与可能机理,对13种海洋浮游藻类在不同pH和CO2浓度及不同DIC条件下细胞外碳酸酐酶(CA)的活性进行了分析测定.结果显示:13种藻中,只有Amphidinium carterae和Prorocentrum minimum在碳充足条件下具细胞外CA活性.Melosira sp.、Phaeodactylum tricornutum、Skeletonema costatum、Thalassiosira rotula、Emiliania huxleyi和Pleurochrysis carterae则在碳受限条件下才具细胞外CA活性.Chaetoceros compressus、Glenodinium foliaceum、Coccolithus pelagicus、 Gephrocapsa oceanica和Heterosigma akashiwo即使在碳受限条件下也未检测到细胞外CA活性.应用封闭系统中pH漂移技术和阴离子交换抑制剂4′4′-diisothiocyanatostilbene-2,2-disulfonic acid (DIDS)等的研究表明,Coc. pelagicus和G. oceanica可通过阴离子交换机制进行HCO-3的直接利用.H. akashiwo没有潜在的HCO-3直接利用或细胞外CA催化的HCO-3利用.     

高浓度CO2引起的海水酸化对小珊瑚藻光合作用和钙化作用的影响

为了探讨CO2海底封存潜在的渗漏危险对于海洋生物的可能影响,以大型钙化藻类小珊瑚藻(Corallina pilulifera)为研究对象,在室内控光控温条件下,通过向培养海水充入CO2气体得到3种不同酸化程度的培养条件(pH 8.1、6.8和5.5),24h后比较藻体光合作用和钙化作用情况。结果显示:相对于自然海水培养条件(pH 8.1),在pH 6.8条件下培养的小珊瑚藻光合固碳速率得到了增强,而在pH 5.5条件下光合固碳速率则降低;随着酸化程度的增强,藻体的钙化固碳速率越来越低,在pH 5.5条件下甚至表现为负值[(-2.53±0.57)mg C g-1干重h-1];藻体颗粒无机碳(PIC)和颗粒有机碳(POC)含量的比值随着酸化程度的加强而降低,这反映了酸化对光合和钙化作用的综合效应。快速光反应曲线的测定结果显示:随着酸化程度的增强,强光引起的光抑制程度越来越强;在酸化条件下,藻体的光饱和点显著降低,但pH 6.8和5.5之间没有显著差异;低光下的电子传递速率在pH 8.1和6.8之间没有显著差异,pH 5.5培养条件下显著降低;最大电子传递速率在pH 6.8时最大,在pH 5.5时最低。以上结果说明,高浓度CO2引起的海水酸化显著地影响着小珊瑚藻的光合和钙化过程,不同的酸化程度下,藻体的光合、钙化反应不同,在较强的酸化程度下(pH 5.5),藻体的光合和钙化过程都将受到强烈的抑制,这些结果为认识CO2海底封存渗漏危险对海洋钙化藻类的可能影响提供了理论参考。     

盐胁迫下水稻叶片光合参数对光强的响应

以耐盐性不同的两个水稻品种秋光和辽盐2号为试材,在设定条件下测定长时间NaCl胁迫下水稻剑叶的净光合速率(P_n)、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）和胞间CO₂浓度（C_i）在不同光照强度（PFD）诱导下的反应差异与水稻抗性的关系.结果表明,在不同浓度NaCl胁迫下,随着PFD的升高,两品种的P_n和G_s均呈上升趋势,与对照相比,耐盐品种辽盐2号的P_n增加了14.87%,而秋光的P_n则下降了17.91%.C_i、L_s及P_n/G_s比值的变化趋势表明,气孔因素和非气孔因素对辽盐2号的光合变化起到了积极作用,而气孔因素则是引起秋光光合变化的主要原因.     

水稻品种超氧物歧化酶(SOD)活性与氧抑光合的关系

O_2抑光合程度不同的水稻品种,SOD活性存在差异。在40％O_2下,SOD活性被诱导增加水平高、延续时间长的品种,表现O_2抑光合程度小,反之则O_2抑光合程度大。在自然条件下,强光、高温都是诱导SOD活性变化的因素。选择SOD活性高、O_2抑光合程度小的种质资源可能有利于适应对光合不利的逆境条件。     

EFFECT OF CARBONIC ANHYDRASE INHIBITORS ON THE INORGANIC CARBON UPTAKE BY PHYTOPLANKTON NATURAL ASSEMBLAGES1

The role of carbonic anhydrase (CA) in inorganic carbon acquisition (dissolved inorganic carbon, DIC) was examined in Alboran Sea phytoplankton assemblages. The study area was characterized by a relatively high variability in nutrient concentration and in abundance and taxonomic composition of phytoplankton. Therefore, the relationship between environmental variability and capacity for using HCO₃^? via external CA (eCA) was examined. Acetazolamide (AZ, an inhibitor of eCA) inhibited the primary productivity (PP) in 50% of the samples, with inhibition percentages ranging from 13% to 60%. The AZ effect was more prominent in the samples that exhibited PP >1 mg C · m^?3 · h^?1, indicating that the contribution of eCA to the DIC photosynthetic flux was irrelevant at low PP. The inhibition of primary productivity by AZ was significantly correlated to the abundance of diatoms. However, there was no a relationship between AZ effect and CO₂ partial pressure (pCO₂) or nutrient concentration, indicating that the variability in the PP percentage supported by eCA was mainly due to differences in taxonomic composition of the phytoplankton assemblages. Ethoxyzolamide (EZ, an inhibitor of both external and internal CA) affected 13 of 14 analyzed samples, with PP inhibition percentages varying from 50% to 95%. The effects of AZ and EZ were partially reversed by doubling DIC concentration. These results imply that CA activity (external and/or internal) was involved in inorganic carbon acquisition in most the samples. However, EZ effect was not correlated with pCO₂ or taxonomic composition of the phytoplankton.     

The Role of External Carbonic Anhydrase in Inorganic Carbon Acquisition by Chlamydomonas reinhardii at Alkaline pH

The role of external carbonic anhydrase in inorganic carbon acquisition and photosynthesis by Chlamydomonas reinhardii at alkaline pH (8.0) was studied. Acetazolamide (50 micromolar) completely inhibited external carbonic anhydrase (CA) activity as determined from isotopic disequilibrium experiments. Under these conditions, photosynthetic rates at low dissolved inorganic carbon (DIC) were far greater than could be maintained by CO₂ supplied from the spontaneous dehydration of HCO₃⁻ thereby showing that C. reinhardii has the ability to utilize exogenous HCO₃⁻. Acetazolamide increased the concentration of DIC required to half-saturate photosynthesis from 38 to 80 micromolar, while it did not affect the maximum photosynthetic rate. External CA activity was also removed from the cell-wall-less mutant (CW-15) by washing. This had no effect on the photosynthetic kinetics of the algae while the addition of acetazolamide to washed cells (CW-15) increased the K_½^DIC from 38 to 80 micromolar. Acetazolamide also caused a buildup of the inorganic carbon pool upon NaHCO₃ addition, indicating that this compound partially inhibited internal CA activity. The effects of acetazolamide on the photosynthetic kinetics of C. reinhardii are likely due to the inhibition of internal rather than a consequence of the inhibition of external CA. Further analysis of the isotopic disequilibrium experiments at saturating concentration of DIC provided evidence consistent with active CO₂ transport by C. reinhardii. The observation that C. reinhardii has the ability to take up both CO₂ and bicarbonate throws into question the role of external CA in the accumulation of DIC in this alga.     

干出和沉水不同条件下羊栖菜光合作用碳源获得机制比较(英文)

经济海洋褐藻羊栖菜(Hizikia fusiforme(Harv.)Okamura)低潮时常常周期性地暴露于空气中。为了认识这种海藻在潮汐循环背景下的光合特征,对其在高潮沉水和低潮干出不同条件下的光合作用碳素获得机制进行了比较。沉水时,羊栖菜主要利用海水中HCO_3~-作为外源无机碳源驱动光合作用;而在干出条件下,其光合作用的主要碳源为空气中的CO_2。在这两种不同环境条件下,光合作用与pH值的关系不同:沉水状态时,羊栖菜在高pH值(10.0)下光合活性很弱;而在干出条件下,羊栖菜在高pH值时仍有较高的光合活性。然而,光合作用无论是在沉水还是在干出条件下,对外源碳源的获得都表现出对胞外碳酸酐酶(CA)强烈的依赖性,并且其光合速率都受周围环境中无机碳源水平的限制。此外,在沉水和干出两种环境条件下,羊栖菜光合作用都表现出对氧气的敏感性。这表明,在羊栖菜中,依赖胞外CA的碳源获得机制不能使细胞内CO_2浓度提高到阻碍其光呼吸的程度。增加空气中或海水中无机碳的浓度,能促进羊栖菜的光合作用,进而增加这种海藻的水产养殖产量。     

贵州喀斯特森林三种植物对不同坡位环境的光合生理响应

该研究以贵州普定喀斯特森林中、下坡位生长的构树( Broussonetia papyrifera)、朴树( Celtis sinensis)和光滑悬钩子( Rubus tsangii)为材料,通过对碳酸酐酶( CA)活性、光合作用日变化、净光合速率对CO2与光的响应曲线、叶绿素荧光特性以及稳定碳同位素组成等指标的测定,进而对比分析三种植物不同的光合生理响应特性。结果表明：构树光合作用过程的无机碳源既可来自大气中的CO2,也可以在气孔部分闭合的情况下利用细胞内的HCO3－,下坡位的构树较高的CA活性使其利用HCO3－的效率会更高,并能在较低光强下具有较高的光能利用效率。这可能与下坡位的构树具有较高的CA活性有关,对下坡位具有更好的适应性。朴树光合无机碳的同化能力最低,且光合无机碳源较单一,主要利用大气CO2,其较慢的生长速率使其对无机碳的需求最低,且能保持较稳定的无机碳同化速率。相对来说,中坡位的朴树具有相对较高的净光合速率和光能利用效率,对中坡位表现出较好的适应性。光滑悬钩子主要利用大气中的CO2进行光合作用。中坡位的光滑悬钩子具有较强的光能利用效率,并表现出较高的净光合速率,光滑悬钩子对中坡位同样表现出较好的适应性。该研究结果为喀斯特生态脆弱区植被重建过程中树种的选择及合理配置提供了科学依据。     

干出和沉水不同条件下羊栖菜光合作用碳源获得机制比较

经济海洋褐藻羊栖菜(Hizikia fusiforme(Harv.)Okamura)低潮时常常周期性地暴露于空气中.为了认识这种海藻在潮汐循环背景下的光合特征,对其在高潮沉水和低潮干出不同条件下的光合作用碳素获得机制进行了比较.沉水时,羊栖菜主要利用海水中HCO3-作为外源无机碳源驱动光合作用;而在干出条件下,其光合作用的主要碳源为空气中的CO2.在这两种不同环境条件下,光合作用与pH值的关系不同:沉水状态时,羊栖菜在高pH值(10.0)下光合活性很弱;而在干出条件下,羊栖菜在高pH值时仍有较高的光合活性.然而,光合作用无论是在沉水还是在干出条件下,对外源碳源的获得都表现出对胞外碳酸酐酶(CA)强烈的依赖性,并且其光合速率都受周围环境中无机碳源水平的限制.此外,在沉水和干出两种环境条件下,羊栖菜光合作用都表现出对氧气的敏感性.这表明,在羊栖菜中,依赖胞外CA的碳源获得机制不能使细胞内CO2浓度提高到阻碍其光呼吸的程度.增加空气中或海水中无机碳的浓度,能促进羊栖菜的光合作用,进而增加这种海藻的水产养殖产量.     

不同钙素水平对厚皮甜瓜叶片光合作用和保护酶活性的影响

采用深液流无土栽培方式,研究不同钙素水平对厚皮甜瓜叶片光合作用和保护酶活性的影响。结果表明,在缺钙、低钙、高钙胁迫下,厚皮甜瓜叶片中的叶绿素和类胡萝卜素含量明显下降,叶绿素a/叶绿素b比值升高;同时叶片中的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性及丙二醛(MAD)含量、相对电导率、可溶性蛋白质含量都明显高于正常供钙的植株。缺钙胁迫下,基础荧光(Fo)下降,低钙和高钙胁迫下Fo 升高,但缺钙、低钙、高钙胁迫下叶片叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、Fm、Yield和ETR都明显下降。缺钙胁迫下叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)下降,胞间 CO2 浓度(Ci)升高;而高钙胁迫下 Pn、Gs 下降的同时,Ci 也相应下降,表明缺钙胁迫下的光合抑制主要是由于非气孔限制引起,而高钙胁迫下的光合抑制主要是由于气孔限制引起。