基于叶绿体基因组数据的芸香科属间系统发育初步分析（专题约稿）

该研究在人工控制水分条件下,设置3个干旱胁迫处理,选用3个主栽油菜品种‘陇油10号’、‘陇油2号’、‘青杂5号’幼苗进行盆栽试验,测定干旱胁迫条件下叶片相对含水量、叶绿素含量、光合气体交换参数及叶绿素荧光参数等指标,考察各指标在干旱胁迫过程中的变化特征,并通过主成分分析(PCA)和隶属函数法评价品种的抗旱性及其主要响应因子,以揭示西北地区油菜幼苗响应干旱胁迫的光合调控机制。结果表明：(1)各品种油菜幼苗的叶片相对含水量(RWC)均随干旱胁迫程度的递增而逐渐降低,最大水分亏缺(WSD)却逐渐上升。(2)各品种油菜幼苗叶片的叶绿素a含量、叶绿素总含量随着干旱胁迫程度的递增而先增加后递减,且同一种幼苗在不同处理间差异显著。(3)各品种油菜幼苗叶片的净光合速率(P_n)、水分利用效率(WUE)、单株生物量、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)均在受到干旱胁迫时迅速降低,且同一品种幼苗在不同处理间差异显著,而其叶片蒸腾速率(T_r)在干旱胁迫下无显著变化。(4)各品种油菜幼苗叶片光化学猝灭系数(qP)和非光化学猝灭系数(NPQ)随着干旱胁迫程度的递增先增加后递减,最大光化学效率(F_v/F_m)和电子传递速率(ETR)在受到干旱胁迫时迅速降低,且同一品种幼苗在不同处理间差异显著。(5)主成分分析结果表明,在油菜幼苗受到干旱胁迫时RWC、C_i、G_s、P_n、WUE、叶绿素总含量、叶绿素a含量和NPQ起主要调控作用;隶属函数法综合评价表明,3个品种油菜幼苗耐旱能力由高到低依次为‘陇油10号’＞‘陇油2号’＞‘青杂5号’。     

γ-氨基丁酸(GABA)种子引发缓解辣椒盐胁迫的效果及生理生化的变化

种子引发是提高作物生长期耐盐性的有效方法,而γ-氨基丁酸(GABA)种子引发对辣椒(Capsicum annuum)耐盐性的效果和作用机制尚不清楚。该研究以‘茂蔬360''朝天椒为材料,分析了不同浓度γ-氨基丁酸(0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0 μmol·L^-1)种子引发对4～6叶期100 mmol·L^-1 NaCl胁迫下的植株生物量、渗透调节物质、抗氧化能力、光合作用系统及钾钠离子吸收的影响。结果表明:(1)种子引发能显著增加盐胁迫下辣椒植株的生物量,以6.0 μmol·L^-1 GABA引发处理的效果最佳。(2)种子引发处理增加了盐胁迫下植株的可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸的含量,同时,O₂^-和MDA的含量下降,抗氧化酶(SOD、POD、CAT和APX)活性增强,叶片叶绿素含量增加,叶片叶绿素荧光参数受胁迫影响程度低,叶绿素荧光指标包括F_v ''/F_m ''、qP_Lss、QY_Lss、NPQ_Lss和Rfd均有所上升。根、茎中的K⁺含量和K⁺/Na⁺比值下降。(3)灰色关联度分析表明,GABA种子引发主要通过提高POD、CAT的活性和渗透调节物质含量来缓解盐胁迫对辣椒植株的伤害。综上所述,6.0 μmol·L^-1 GABA种子引发可有效提高辣椒苗期的耐盐性,其作用机制可能是提高了盐胁迫下辣椒植株的抗氧化能力和渗透调节能力。     

干旱胁迫对燕麦生长及叶片光系统Ⅱ活性的影响

以‘燕科2号’燕麦品种为试验材料,采用盆栽控水的方式分别设置正常供水(75%田间持水量)、中度干旱胁迫(60%田间持水量)、重度干旱胁迫(45%田间持水量)3个水分处理,利用叶绿素荧光技术研究了不同水分梯度下燕麦生长和叶片光反应系统Ⅱ(PSⅡ)功能的变化,探讨干旱胁迫对燕麦叶片光合性能的影响。结果表明：(1)干旱胁迫导致燕麦株高变矮,叶片数、主茎数、穗数减少,叶片失绿发黄及籽粒产量显著下降。(2)与正常供水相比,重度干旱胁迫下燕麦叶片最大光化学效率(F_v/F_m)和光合性能指数(PI_ABS)显著降低。(3)重度干旱胁迫导致燕麦叶片单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)和单位反应中心耗散掉的能量(DI₀/RC)明显下降,单位反应中心用于电子传递的能量(ET₀/RC)和单位反应中心捕获的光能(TR₀/RC)明显升高;有活性反应中心的开放程度(Ψ₀)和电子传递链的量子产额(φ_E0)明显下降、非光化学淬灭最大量子产额(φ_D0)明显升高,V_J、V_K、V_L 3个位点的相对荧光强度明显升高,OJIP曲线初始斜率M_o明显升高。研究发现,燕麦叶片PSⅡ对中度干旱胁迫具有较强的适应能力,而重度干旱胁迫严重伤害其叶片PSⅡ反应中心,导致其反应中心能流分配失衡,电子传递受阻和PSⅡ稳固性减弱,进而影响燕麦光合作用,最终导致燕麦生长受到抑制。     

镍离子对尖叶莴苣氮素吸收和生长生理的影响

以‘全年油麦菜’尖叶莴苣为试验材料,采用水培方式,研究3个浓度(0 mg·L^-1、0.1 mg·L^-1、1 mg·L^-1)Ni²⁺在22.4 mg·L^-1 N处理下对尖叶莴苣氮素吸收的生长及生理影响。结果显示：(1)尖叶莴苣根系和地上部生物量随处理时间的增加呈上升趋势。与对照T₁(0 mg·L^-1 Ni²⁺、112 mg·L^-1 N)相比,T₂处理(0 mg·L^-1 Ni²⁺、22.4 mg·L^-1 N)对尖叶莴苣根系及叶片生长具有一定抑制作用,植株鲜重、干重、根冠比、根系长度、平均直径、表面积、体积、根尖数、分根数、叶片表面积和体积在T3处理(0.1 mg·L^-1 Ni²⁺、22.4 mg·L^-1 N)下显著高于对照,T₄处理(1 mg·L^-1 Ni²⁺、22.4 mg·L^-1 N)对尖叶莴苣根系及其叶片生长具有一定促进作用,但对其根尖数和分根数表现出一定抑制性。(2)随着Ni²⁺浓度的增加,尖叶莴苣叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量呈先升后降的变化规律,且均在T₃处理下显著提高。(3)随着处理时间的增加,尖叶莴苣叶片的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)逐渐上升,胞间CO₂浓度(C_i)逐渐下降,且T₃处理叶片的G_s显著高于对照,其C_i最低,P_n最大。(4)施加Ni²⁺对尖叶莴苣有机酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量以及SOD和POD活性有显著影响,在T₃处理下有机酸含量降低,可溶性糖和可溶性蛋白含量显著增加,SOD和POD活性显著提高。(5)T₃处理尖叶莴苣根系中N及叶片中B和Ca含量较高;根系中Ni含量高于叶片,T₃处理叶片中的Ni含量较低,Mg含量较高;植株体内Cu含量随Ni²⁺浓度增加而下降。研究表明,外源Ni²⁺处理能影响低氮条件下(22.4 mg·L^-1 N)尖叶莴苣幼苗生长及生理状况,适宜浓度(0.1 mg·L^-1)Ni²⁺可有效提高尖叶莴苣根系对氮素的吸收利用效率,减少氮素施用量,促进尖叶莴苣根系和地上部叶片生长,增加光合色素含量,并提高净光合速率,进而改善植株的产量和营养品质。     

遮光对连香树幼苗光合特性及其叶片解剖结构的影响

以2年生连香树实生苗为材料,在田间通过黑色遮阳网设置全光照(L₀)及透光率55%(L₁)、25%(L₂)和10%(L₃)4种光环境,研究遮光对连香树幼苗光合作用及叶片解剖结构的影响。结果表明：(1)连香树幼苗叶片P_n在全光和L₁处理下呈非典型的“乁”形变化,未出现“午休”现象,中午14:00出现极值,而在L₂和L₃处理下变化相对缓和,极值出现在中午12:00;叶片G_s呈现与P_n类似的变化趋势,而C_i则呈基本一致的凹形变化。(2)各处理P_n、G_s和T_r的日均值均表现为L₀＞L₁＞L₂＞L₃,而C_i的日均值则呈相反的顺序;P_n与G_s、T_r、气温和光合有效辐射均呈极显著正相关关系(P＜0.01)。(3)全光照连香树幼苗的光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、暗呼吸速率(R_d)均显著高于遮光处理,并维持较高的P_n而未出现明显的光抑制;遮光导致幼苗的LCP、LSP、R_d显著降低,有利于充分利用弱光,以满足低光环境下植株的正常生长。(4)与全光照相比,遮光下连香树叶片气孔密度显著变小,但气孔器长度、气孔器宽度、单个气孔器面积显著增加,气孔器面积百分比减少,影响幼苗细胞内外的水分和气体传递。(5)遮光条件下,连香树叶片明显变薄,表皮细胞厚度减小,栅栏组织(PT)厚度降低,排列变得疏松,海绵组织(ST)厚度增加,PT/ST相应减小。(6)与全光照相比,强度遮光下(L₂和L₃)连香树幼苗生长受阻,苗高(H)和基径(D)明显减小,生物量模型D²H下降;而轻度遮光(L₁)下幼苗H和D、H/D和D₂H均未出现显著变化。研究发现,连香树具有一定的光忍耐性和喜光性,对光照条件的生态幅较宽,轻度遮光影响较小,但强度遮光对连香树幼苗气体交换参数和光合响应特征产生了显著影响,同时影响了叶片的解剖结构和气孔分布特征,从而影响连香树幼苗的生长形态。在育苗生产中,适度遮光有利于降低气温、减小蒸腾,但遮光后田间有效辐射强度应保持在自然光强的55%以上。     

干旱胁迫下喷施黄腐酸对燕麦光合及其抗氧化酶活性的影响

为了揭示黄腐酸对干旱胁迫下燕麦光合及其抗氧化酶活性的影响机理,该研究选用燕麦品种‘燕科2号’为材料,采用盆栽试验,以正常供水(田间持水量的75%)为对照(CK),设干旱胁迫处理(田间持水量的45%,D0)、D0 + 喷施不同浓度黄腐酸(0、200、400、600、800、1 000 mg/L)处理(D1~D5),测定各处理燕麦干鲜重、光合性能及其抗氧化酶活性。结果表明:(1)与CK相比,干旱胁迫下燕麦幼苗地上部鲜重和干重、叶片光合色素含量、净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)均显著降低,并导致叶片F_v/F_m、qP、ETR和Φ_PSⅡ显著下降,使叶片抗氧化酶 SOD、POD、CAT活性分别显著提高25.68%、19.98%和7.29%。(2)与D0相比,D0 +喷施600 mg/L黄腐酸后,燕麦幼苗地上部鲜重和干重分别显著提高了28.59%和39.13%,叶片叶绿素a、叶绿素a+b、类胡萝卜素和P_n、G_s、T_r及F_v/F_m、Φ_PSⅡ、ETR分别显著增加了25.17%、21.03%、47.37%和74.38%、26.47%、43.34%及6.49%、69.57%、70.71%,C_i和F_o、NPQ分别显著降低了19.52%和13.32%、43.75%。(3)干旱胁迫下喷施不同浓度的黄腐酸均使幼苗叶片中SOD、POD、CAT活性较D0处理显著增加,其中喷施600 mg/L黄腐酸的叶片SOD、POD、CAT活性最高,分别较D0处理显著增加了12.19%、76.57%和55.26%。研究认为,叶面喷施适宜浓度黄腐酸能够显著提高干旱胁迫下燕麦幼苗的光合作用及其抗氧化能力,缓解干旱对燕麦幼苗的伤害,进而促进燕麦幼苗的生长,且以叶面喷施600 mg/L黄腐酸效果最佳。     

氧化铈纳米颗粒种子引发对盐胁迫下辣椒种子萌发及幼苗生长的影响

氧化铈纳米颗粒(CeO₂NP_S),因具有较强的自由基清除能力和抗氧化酶特性,已被证明可提高植物的耐盐性,但其对辣椒种子引发作用和机制尚不明确。为揭示CeO₂NP_S种子引发处理辣椒对盐胁迫下的萌发及幼苗生长的影响,以辣椒品种(Capsicum annuum)茂蔬360为试验材料,设置了7个CeO₂NP_S浓度(0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mmol·L^-1),以未引发处理组为对照,研究不同浓度CeO₂NP_S种子引发处理后对盐胁迫下辣椒种子萌发、幼苗生物量和生理生化指标的影响。结果表明:(1)0.5 mmol·L^-1 CeO₂NP_S种子引发处理后的种子,其可溶性蛋白质、脯氨酸含量和过氧化氢酶(CAT)活性、抗坏血酸(AsA)含量和AsA/DHA比值显著提高,超氧阴离子(O₂^-)含量显著降低; 盐胁迫下,该处理种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数最大。(2)0.4 mmol·L^-1 CeO₂NP_S种子引发处理的幼苗在盐胁迫下的鲜重、干重和根长最大,幼苗的可溶性蛋白质、AsA含量和AsA/DHA比值均显著提高。综上认为,CeO₂NP_S引发处理不仅可通过降低种子水势、促进贮藏物质代谢和提高抗氧化能力提高种子在盐胁迫下的发芽率,还可在苗期通过增强蛋白合成和抗坏血酸-谷胱甘肽循环(AsA-GSH)促进盐胁迫下幼苗的生长。     

红芽芋驯化苗对盐胁迫的光合及生理响应

为探讨江西铅山红芽芋的耐盐机制,以其组培移栽驯化苗为材料,研究了盐胁迫对其生物量积累、光合特性、荧光特性等抗逆生理特性的影响。结果表明:（1）红芽芋幼苗生物量和根冠比在低盐胁迫下（50 mmol·L^-1）得到显著促进,而在高盐胁迫下（100～250 mmol·L^-1）受到显著抑制。（2）低盐胁迫幼苗的净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、气孔限制值（L_s）、水分利用效率（WUE）和瞬时羧化效率（CUE）比对照（0 mmol·L^-1）显著增加,细胞间CO₂浓度（C_i）比对照显著下降,蒸腾速率（T_r）与对照无显著差异;高盐胁迫幼苗的P_n、L_s、WUE、CUE和G_s较对照显著下降,C_i比对照显著增加。（3）低盐胁迫幼苗的最大荧光（F_m）、PSⅡ潜在光化学效率（F_v/F₀）和光化学猝灭系数（q_P）比对照显著增加,初始荧光（F₀）较对照显著下降,PSⅡ最大光化学效率（F_v/F_m）、PSⅡ实际光化学效率（Φ_PSⅡ）、开放的PSⅡ反应中心捕获激发能效率（F_v′/F_m′）和非光化学猝灭系数（NPQ）与对照无显著差异;而高盐胁迫幼苗的F₀、F_m、F_v/F_m、F_v/F₀、Φ_PSⅡ、F_v′/F_m′和q_P均较对照显著下降,NPQ比对照显著增加。（4）各盐胁迫幼苗叶片的可溶性蛋白含量以及过氧化物酶、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性与对照相比先升后降,并以低盐下最高;可溶性总糖和脯氨酸含量均比对照显著增加;丙二醛含量和质膜透性相对值在低盐胁迫下无显著变化,而在高盐下显著增加;叶绿素含量和根系活力在低盐胁迫下无显著变化,而在高盐胁迫后开始显著下降。研究发现,江西铅山红芽芋移栽驯化苗的耐盐阈值为 50 mmol·L^-1,其能够诱导提高叶片可溶性蛋白含量和主要保护酶活性,稳定质膜透性、叶绿素含量和根系活力,增加PSⅡ潜在光化学效率,提高PSⅡ的电子传递活性,维持PSⅡ实际光化学效率,有效启动非辐射热能量耗散机制来保护了光合机构,最终提高净光合速率,增加生物量。     

外源硅对自毒作用下黄瓜幼苗生长及光合特性的影响

以‘绿博6号’黄瓜幼苗为试材,采用营养液培法研究不同浓度外源硅(0、0.5、1.0、1.5和2.0 mmol/L)对肉桂酸(cinnamic acid,CA)模拟自毒胁迫(3.0 mmol/L CA)下黄瓜幼苗生长、光合参数和叶绿素荧光参数的影响。结果表明：(1)自毒胁迫显著抑制了黄瓜幼苗的生长、根系形态建成和生物量的积累,显著降低了净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)和叶绿素(Chl a、Chl b和Chl t)含量,并显著降低了叶片中PSⅡ的电子传递速率(ETR)、PSⅡ实际光化学效率［Y_(Ⅱ)］和光化学淬灭系数(qP)。(2)添加适宜浓度外源硅可有效缓解自毒胁迫对黄瓜幼苗生长的影响,并提高其P_n、G_s、T_r和叶绿素含量,在一定程度上维持叶片光合系统的稳定。(3)添加适宜浓度外源硅能使自毒胁迫下黄瓜叶片的F_v/F_m、ETR、Y_(Ⅱ)和qP显著升高,而非光化学淬灭系数(NPQ)则显著下降。研究发现,添加适宜浓度外源硅能提高自毒胁迫下黄瓜幼苗的叶绿素含量、F_v/F_m、ETR、Y_(Ⅱ)和qP,使光合机构趋于稳定,抑制P_n的下降,缓解自毒胁迫对光合系统的损伤,从而增强黄瓜幼苗对自毒胁迫的抗性,并以1.0 mmol/L外源硅处理的效果最佳。     

墨兰对氮营养和波动光强复合胁迫的光合调控响应

墨兰(Cymbidium sinense)是我国的传统名花,具有悠久的栽培历史,该物种为林下荫生植物,生境破坏和森林冠层结构的改变都会导致其遭受氮素和光照波动的双重影响。为了探究墨兰的光合作用响应这种复合胁迫的机制,该文研究了不同氮浓度处理下墨兰叶片的氮含量、叶绿素含量、光系统I(PS I)和光系统Ⅱ(PS Ⅱ)对波动光强的影响。结果表明:(1)0 mmol·L^-1氮处理下,墨兰叶片的氮含量、叶绿素含量、PS Ⅱ最大量子效率(F_v/F_m)和PS I最大可氧化的P700信号(P_m)降低,而非光化学猝灭和PS Ⅱ非调节性能量耗散被大量激发。(2)1.25、5、10 mmol·L^-1氮处理下,光强突然增加使墨兰叶片的PS I反应中心表现为先过度还原,随后过度还原态被逐渐解除; 环式电子传递的激发表现为先增加后逐渐下降,说明环式电子传递的动态调节和PS I的氧化还原态密切相关。(3)波动光下,0 mmol·L^-1氮处理的墨兰叶片没有表现出PS I的过度还原,主要是因为其PS Ⅱ释放的电子很少,避免了过量电子被传递到PS I。综上认为,氮素的波动会显著影响墨兰对波动光强的光合生理响应,这为墨兰的人工栽培和保护提供了科学依据,并有助于探究林下植物光合作用响应氮素和波动光复合胁迫的机制。     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism