几种南亚热带木本植物光合作用对生长光强的响应

分别将马尾松（Pinus massoniana）、黧蒴（Castanopsis fissa）、荷木（Schima superba）、黄果厚壳桂（Cryptocarya concinna）的幼苗置于100％自然光和32％自然光下生长6个月,测定它们的光强-光合反应曲线和叶绿素荧光的某些参数。结果表明,在100％光下,马尾松有最高的最大光合速率（Pmax）、光饱和点（LSP）、光补偿点（LCP）、暗呼吸（Rd）、表观量子效率（AQY）和总电子传递速率（JF）,光化学猝灭（qP）也最大。而黄果厚壳棒有最大的分配到光呼吸的电子流比率（JO/JF）。100％光下AQY的大小顺序为：马尾松〉黧蒴〉荷木〉黄果厚壳桂,32％光下AQY的顺序则相反。这说明群落早期演替的先锋树种马尾松属于强阳生性树种,具有适应强光的特点,而处于群落演替项级阶段的优势种黄果厚壳梓则能更加充分利用低光生长环境中的光强,同时也可通过提高电子流向光呼吸分配的比例来避免自然光环境中强光的伤害。     

青藏高原药用植物唐古特山莨菪和唐古特大黄光合作用对强光的响应

与唐古特大黄相比,唐古特山莨菪的表观光合量子效率(AQY)较高,但最大净光合速率(Pmax)较低。在光强小于1200μmolm-2s-1时,后者用于碳同化的电子传递占总光合电子传递的比例(JC/JF)比前者高,而分配于光呼吸的电子传递(JO/JF)及Rubisco氧化和羧化速率的比值(VO/VC)则相反;光强大于1200μmolm-2s-1以后两种植物的这些参数都趋向稳定。随光强增加,后者叶片吸收光能分配于热耗散(D)的增加斜率较前者高,表明两高山植物对强辐射的适应方式略有不同。加强光呼吸途径的耗能代谢和PSII天线热耗散份额是唐古特山莨菪适应高原强辐射的主要方式,而提高叶片光合能力则是唐古特大黄的一种适应方式。     

水稻剑叶生长过程中光合电子流传递分配及其与光合作用的关系

以气体交换和叶绿素荧光测定相结合的方法研究了水稻剑叶生长过程中光合电子传递分配以及与光合速率和叶绿素含量之间的关系。两种高产水稻品种‘培矮 6 4S/E3 2’和‘特三矮 2号’的剑叶总的光合电子流JF 和净光合速率Pn在移栽后 5 0～ 70d较高而相对稳定 ,在 80d后急剧下降。参与碳还原的非环式光合电子流Jc的降低比JF 和Pn早。JF 与Jc和光合速率与叶绿素含量之间存在正相关性。非环式光合电子传递分配于光呼吸的电子流的比例Jo/JF 在 5 0～ 70d和 80d后约有 3 5 %～ 5 0 %的电子流分配到光呼吸     

4种木本植物叶片的光合电子传递和吸收光能分配特性对光强的适应

以气体交换和叶绿素荧光测定相结合的方法研究了亚热带自然林乔木荷树、黧蒴和林下灌木九节、罗伞幼苗的光合电子传递及激发能利用的分配对生长光强的适应特性。4种植物生长于100%、36%和16%的自然光下8个月,叶片的光化学速率和热能耗散速率随光强增大而提高,热能耗散占总的光能吸收的比例也因光强不同而改变,16%光下的相对热耗散率约为40%～45%,100%自然光下增大至50%～75%。叶片总的非环式电子流速率及其分配到光呼吸的比例在100%光强下最高。乔木和灌木的电子传递和光能分配特性在16%光下相似,在100%光下差别较明显。除灌木种有较高的热耗散比例之外,其余的参数皆比乔木的低。结果表明乔木与灌木皆可通过提高激发能热耗散比例和提高光合电子传递向光呼吸的比例来适应于高光强条件。     

施氮和大气CO2浓度升高对小麦旗叶光合电子传递和分配的影响

采用开顶式气室盆栽培养小麦,设计2个大气CO2浓度(正常:400 μmol.mol-1;高:760 μmol·mol-1)、2个氮素水平(0和200 mg·kg-1土)的组合处理,通过测定小麦抽穗期旗叶氮素和叶绿素浓度、光合速率(Pn)-胞间CO2浓度(C1)响应曲线及荧光动力学参数,来测算小麦叶片光合电子传递速率等,研究了高大气CO2浓度下施氮对小麦旗叶光合能量分配的影响.结果表明:与正常大气CO2浓度相比,高大气CO2浓度下小麦叶片氮浓度和叶绿素浓度降低,高氮处理的小麦叶片叶绿素a/b升高.施氮后小麦叶片PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ反应中心最大量子产额(Fv'/Fm')、PSⅡ反应中心的开放比例(qr)和PSⅡ反应中心实际光化学效率(φPSⅡ)在大气CO2浓度升高后无明显变化,虽然叶片非光化学猝灭系数(NPQ)显著降低,但PSⅡ总电子传递速率(JF)无明显增加;不施氮处理的Fv'/Fm'、φPSⅡ和NPQ在高大气CO2浓度下显著降低,尽管Fv/Fm和qp无明显变化,JF仍显著下降.施氮后小麦叶片JF增加,参与光化学反应的非环式电子流传递速率(Jc)明显升高.大气CO2浓度升高使参与光呼吸的非环式电子流传递速率(J0)、Rubisco氧化速率(V0)、光合电子的光呼吸/光化学传递速率比(J0/Jc)和Rubisco氧化/羧化比(V0/Vc)降低,但使Jc和Rubisco羧化速率(Vc)增加.因此,高大气CO2浓度下小麦叶片氮浓度和叶绿素浓度降低,而增施氮素使通过PSⅡ反应中心的电子流速率显著增加,促进了光合电子流向光化学方向的传递,使更多的电子进入Rubisco羧化过程,Pn显著升高.     

水稻剑叶生长过程中光合电子流传递分配及其与光合作用的关系

以气体交换和叶绿素荧光测定相结合的方法研究了水稻剑叶生长过程中光合电子传递分配以及与光合速率和叶绿素含量之间的关系 。两种高产水稻品种‘培矮64S/E32’和‘特三矮2号’的剑叶总的光合电子流JF和净光合速率Pn在移栽后50～70 d较高而相对稳定,在80 d后急剧下降。参与碳还原的非环式光合电子流Jc的降低比JF和Pn早。JF与Jc和光合速率与叶绿素含量之间存在正相关性。非环式光合电子传递分配于光呼吸的电子流的比例Jo/JF在50～70 d和80 d后约有35%～50%的电子流分配到光呼吸。     

高温对入侵种三裂叶蟛蜞菊叶片PSⅡ功能和光能分配的影响

以入侵植物三裂叶蟛蜞菊及其近缘本地种蟛蜞菊为实验材料,比较高温对二者PSII功能争光能分配特性的影响。结果显示,三裂叶蟛蜞菊PSⅡ最大光能转化效率（FY/Fm）受高温抑制的程度较轻,初始荧光（Fo）上升幅度较小。高温胁迫降低了三裂叶蟛蜞菊叶片总的光合电子传递速率（JF）,但它同时降低了电子流向光呼吸分配的比例（Jo/JF）,相对提高了电子流向碳同化的分配（Jc/JF）。与蟛蜞菊相比,高温处理后三裂叶蟛蜞菊仍然能够将较多吸收的光能用于光化学反应,以维持较高的碳同化水平。本研究的结果表明入侵植物三裂叶蟛蜞菊比本地种蟛蜞菊具有更强的耐高温能力,意味着入侵种三裂叶蟛蜞菊在全球气候变暖的环境背景下具有潜在的扩散优势。     

最大电子传递速率的确定及其对电子流分配的影响

非直角双曲线模型(简称模型I)是Farquhar、von Caemmerer和Berry提出的生物化学光合模型(简称FvCB生化模型)的主要子模型。在植物光合作用对光响应曲线的拟合中, 模型I得到广泛的应用和验证。同时, 模型I也可用于估算植物叶片的最大电子传递速率(J_max)。然而, 由模型I估算植物叶片的J_max是否与实测值相符, 尚未得到严格的验证。该文应用LI-6400-40光合测定仪测定了遮阴和全日照条件下大豆(Glycine max)叶片的光合速率和电子传递速率对光的响应曲线, 然后分别用模型I和电子传递速率对光响应机理模型(简称模型II)进行了拟合。结果表明, 由模型I估算遮阴和全日照条件下大豆叶片的J_max与观测值之间存在显著差异; 由模型II计算得到的J_max与实测值之间不存在显著差异。此外, 用模型I估算的J_max将高估光合电子流分配到光呼吸的量, 从而高估光呼吸对植物的光保护作用。因此, 在估算植物叶片J_max和准确评估光呼吸对植物光保护作用方面, 模型II更合理。     

Determination of maximum electron transport rate and its impact on allocation of electron flow

非直角双曲线模型(简称模型I)是Farquhar、von Caemmerer和Berry提出的生物化学光合模型(简称FvCB生化模型)的主要子模型。在植物光合作用对光响应曲线的拟合中, 模型I得到广泛的应用和验证。同时, 模型I也可用于估算植物叶片的最大电子传递速率(J_max)。然而, 由模型I估算植物叶片的J_max是否与实测值相符, 尚未得到严格的验证。该文应用LI-6400-40光合测定仪测定了遮阴和全日照条件下大豆(Glycine max)叶片的光合速率和电子传递速率对光的响应曲线, 然后分别用模型I和电子传递速率对光响应机理模型(简称模型II)进行了拟合。结果表明, 由模型I估算遮阴和全日照条件下大豆叶片的J_max与观测值之间存在显著差异; 由模型II计算得到的J_max与实测值之间不存在显著差异。此外, 用模型I估算的J_max将高估光合电子流分配到光呼吸的量, 从而高估光呼吸对植物的光保护作用。因此, 在估算植物叶片J_max和准确评估光呼吸对植物光保护作用方面, 模型II更合理。     

大豆叶片RuBP含量测定及其应用

RuBP(1,5-二磷酸核酮糖)是植物光合碳代谢的重要中间产物。经RuBPCase/Oase的催化,RuBP可与CO_2羧化,行光合碳还原途径(C_3环);也可与O_2作用,行光合碳氧化循环(C_2环)。植物光合器官中RuBP含量可调节和影响光合,光呼吸的强弱,改变Calvin循环的运转状况。因此,测定植物光合器官中的RuBP含量在光合与光呼吸研究中具有重要意义。     

"光呼吸"教学中的几个问题探讨

光呼吸（photorespiration）是植物绿色细胞在光下与光合作用有联系而发生的吸收O2放出CO2的过程,也称为氧化的光合碳循环,或乙醇酸氧化途径,简称C2循环或C2途径。在植物生理学的教学中,光呼吸是光合作用一章中不可缺少的内容,如何把光呼吸讲授清楚,值得探讨。     

关于总光合强度计算公式的讨论

测定植物的总光合强度,其意义是不言而喻的。笔者在学习过程中,觉得总光合强度的计算似乎有商讨的余地。总光合速率代表叶片的真正光合能力,它是净光合速率和暗呼吸速率之和。然而植物叶片在光照下还同时有光呼吸发生,它与暗呼吸同样抵消了一部分光合速率,使从净光合加暗呼吸来计算的总光合速率低于叶片真正在进行的光合速率。笔者认为在考察和比较植物叶片     

施氮和大气CO2浓度升高对小麦旗叶光合电子传递和分配的影响

采用开顶式气室盆栽培养小麦,设计2个大气CO₂浓度（正常：400 μmol·mol^-1;高：760 μmol·mol^-1）、2个氮素水平（0和200 mg·kg^-1土）的组合处理,通过测定小麦抽穗期旗叶氮素和叶绿素浓度、光合速率（P_n）-胞间CO₂浓度（C_i）响应曲线及荧光动力学参数,来测算小麦叶片光合电子传递速率等,研究了高大气CO₂浓度下施氮对小麦旗叶光合能量分配的影响.结果表明：与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度下小麦叶片氮浓度和叶绿素浓度降低,高氮处理的小麦叶片叶绿素a/b升高.施氮后小麦叶片PSⅡ最大光化学效率（F_v/F_m）、PSⅡ反应中心最大量子产额（F_v′/F_m′）、PSⅡ反应中心的开放比例（q_p）和PSⅡ反应中心实际光化学效率（Φ_PSⅡ）在大气CO₂浓度升高后无明显变化,虽然叶片非光化学猝灭系数（NPQ）显著降低,但PSⅡ总电子传递速率（J_F）无明显增加;不施氮处理的F_v′/F_m′、Φ_PSⅡ和NPQ在高大气CO₂浓度下显著降低,尽管F_v/F_m和q_P无明显变化,J_F仍显著下降.施氮后小麦叶片J_F增加,参与光化学反应的非环式电子流传递速率(J_C)明显升高.大气CO₂浓度升高使参与光呼吸的非环式电子流传递速率(J₀)、Rubisco氧化速率（V₀）、光合电子的光呼吸/光化学传递速率比（J₀/J_C）和Rubisco氧化/羧化比（V₀/V_C）降低,但使J_C和Rubisco羧化速率（V_C）增加.因此,高大气CO₂浓度下小麦叶片氮浓度和叶绿素浓度降低,而增施氮素使通过PSⅡ反应中心的电子流速率显著增加,促进了光合电子流向光化学方向的传递,使更多的电子进入Rubisco羧化过程,P_n显著升高.     

太阳辐射减弱对冬小麦旗叶光合速率的影响

以冬小麦扬麦13号为供试材料,设计了15%(T₁₅)、20%(T₂₀)、40%(T₄₀)、60%(T₆₀)和100%（CK）自然光5个处理,在大田条件下研究了模拟太阳辐射减弱对
冬小麦旗叶光合速率日变化及其影响因素的影响.结果表明：太阳辐射减弱显著提高了冬小麦叶绿素和叶黄素含量,降低了光合速率（P_n）.不同辐射减弱条件下冬小麦P_n日变化差异较大,日最高值表现为CK＞60%自然光＞40%自然光＞20%自然光＞15%自然光,其中CK呈双峰曲线变化,有明显的“午休”现象,其他各处理均呈单峰型曲线变化,“午休”现象不明显,但峰值出现时间滞后.相关分析表明,太阳辐射减弱是影响P_n日变化的主导因子,但其他因子也显著影响P_n.与CK相比,60%和40%自然光处理中光合有效辐射（PAR）、叶温（T_l）、气孔导度（G_s）和蒸腾速率（T_r）与P_n均呈显著正相关,表明上述因子对P_n有正效应;冬小麦叶片胞间二氧化碳浓度（C_i）和气孔导度限制值（L_s）在60%和40%自然光处理中与P_n呈显著负相关,但在20%和15%自然光处理中与P_n呈显著正相关,说明太阳辐射强度高于40%自然光时C_i和L_s对P_n有负效应,太阳辐射强度低于40%自然光时则为正效应.     

气体交换与荧光同步测量估算植物光合电子流的分配

光合电子流分配是植物光合控制的一个重要环节。然而,传统电子流分配的计算方法存在诸多问题尚未引起人们的注意,如:(1)低估了光呼吸每释放一个CO2分子所消耗的电子数;(2)混淆了相对电子传递速率和绝对电子传递速率;(3)忽略了除碳同化和光呼吸外的其他电子流分配途径;(4)难以准确获取光下暗呼吸速率值,从而导致碳同化电子流(JC)及光呼吸速率(Rp)的不准确估算等。以小麦和大豆气体交换与荧光同步测量数据为例,结果表明大豆电子传递速率与碳同化两者对光强的响应一致性较好,同时达到最大值;而小麦的一致性相对较差,说明电子传递速率和碳同化并非完全一致,推测认为有可能与作物对同化产物输出的模式不同有关。通过光呼吸速率换算出的电子流(12×Rp)与实际测量电子流(ΔJO)之间存在较大的差异;另外,传统方法估算出的光呼吸速率(估算值)与光呼吸测量值之间也存在较大差异,分析认为这主要是由于绝对光合速率与相对电子传递速率之间差异造成。     

光呼吸突变体研究进展

光呼吸(photorespiration)是绿色植物在光下吸收氧气并释放CO₂的过程。C₃植物光呼吸可消耗25%光合产物, 故合理改良光呼吸可望提高植物的光合效率。筛选与利用光呼吸突变体是研究光呼吸代谢及其功能的最为有效的途径。该文对光呼吸代谢途径、光呼吸突变体的筛选以及研究进展进行综述, 以期为深入探讨植物光呼吸的生物学功能及进行植物分子改良提供帮助。     

干旱胁迫对不同光环境下的三叶漆幼苗光合特性和叶绿素荧光参数的影响

以2年生三叶漆(T erm inth ia p an icu la ta)幼苗为实验材料,研究了生长于全自然光和遮荫条件(光强相当于自然光强的50%)下幼苗的光合特性和叶绿素荧光参数对不同土壤水分条件的响应,探讨了其对干旱和强光胁迫的生理适应机制.结果表明,叶片相对含水量(RW C)、叶水势(Ψ)、最大光合速率(Pm ax)、表观量子效率(AQY)、暗呼吸速率(Rd)和光合色素含量都随干旱胁迫的加剧而下降.Pm ax、AQY、Rd和比叶重(LM A)随光强的增加而升高,色素含量则随光强升高而降低.Ch la/b、C ar/Ch l随干旱程度和光强的增加有升高的趋势.PSⅡ的最大光能转换效率(Fv/Fm)和光化学量子效率(ФPSⅡ)在日间光较强时明显降低,说明发生了光抑制.电子传递速率(ETR)和非光化学猝灭系数(N PQ)随日间光强的增大而升高,表明三叶漆可能通过增强光呼吸和热耗散抵御光抑制、保护光合机构.二元方差分析表明,水分和光强具有明显的交互作用.全自然光下严重干旱的幼苗仍有较高的Pm ax(9.65μm o l.m-2.-s 1),说明三叶漆对干旱和强光具有极强的适应能力,这也是其成为干热河谷植被优势种的重要原因.     

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。     

高大气CO2浓度下氮素对小麦叶片光能利用的影响

关于氮素对高大气CO₂浓度下C₃植物光合作用适应现象的调节机理已有较为深入的研究, 但对其光合作用适应现象的光合能量转化和分配机制缺乏系统分析。该文以大气CO₂浓度和施氮量为处理手段, 通过测定小麦(Triticum aestivum)抽穗期叶片的光合作用-胞间CO₂浓度响应曲线以及荧光动力学参数来测算光合电子传递速率和分配去向, 研究了长期高大气CO₂浓度下小麦叶片光合电子传递和分配对施氮量的响应。结果表明, 与正常大气CO₂浓度处理相比, 高大气CO₂浓度下小麦叶片较多的激发能以热量的形式耗散, 增施氮素可使更多的激发能向光化学反应方向的分配, 降低光合能量的热耗散速率; 大气CO₂浓度升高后小麦叶片光化学淬灭系数无明显变化, 高氮叶片的非光化学猝灭降低而低氮叶片明显升高, 施氮促进PSII反应中心的开放比例, 降低光能的热耗散; 高大气CO₂浓度下高氮叶片通过PSII反应中心的光合电子传递速率(J_F)较高, 而且参与光呼吸的非环式电子流速率(J₀)显著降低, 较正常大气CO₂浓度处理的高氮叶片下降了88.40%, 光合速率增加46.47%; 高大气CO₂浓度下小麦叶片J_F-J₀升高而J₀/J_F显著下降, 光呼吸耗能被抑制, 更多的光合电子分配至光合还原过程。因此, 大气CO₂浓度增高条件下, 小麦叶片激发能的热耗散速率增加, 但增施氮素后小麦叶片PSII反应中心开放比例提高, 光化学速率增加, 进入PSII反应中心的电子流速率明显升高, 光呼吸作用被抑制, 光合电子较多地进入光化学过程, 这可能是高氮条件下光合作用适应性下调被缓解的一个原因。     

温度变化对藻类光合电子传递与光合放氧关系的影响

由于直接测定藻类的光合速率耗时且不方便,研究者们常通过测定藻类光合电子传递速率的方式来间接反映其光合速率,理论上,以氧气产生来度量的总光合速率（PGross）与电子传递速率(ETR)之间应该存在很好的线性关系。然而,由于温度的变化会影响藻类的光呼吸等耗氧的生理过程从而影响光合作用中的氧气释放,因此温度可能会对PGross与ETR之间的线性关系产生影响。研究了温度变化对蛋白核小球藻（Cholorella pyrenoidosa）、菱形藻（Nitzschia sp.）和水生集胞藻（Synechocystis aquetilis Sauv.）的总光合放氧速率（PGross）与电子传递速率(ETR)之间比率的影响,结果表明PGross/ETR随温度的升高而降低,低温条件下PGross/ETR比值较高,说明在相同的电子传递速率的情况下水的光裂解产生的氧有更多的可以释放出来;在高温条件下PGross/ETR比值相对较低,说明高温条件下可能有相对更多的水光裂解产生的氧被用于耗氧的生理过程而没有释放出来。研究表明当温度发生变化时,光合放氧与电子传递之间并不呈线性关系,这说明将ETR作为实际光合生产的评价指标时要谨慎,不能不加分析地直接应用。