CO2浓度倍增对几种植物叶片的叶绿素蛋白质复合物的影响

研究了CO_2浓度倍增对大豆(Glycine max L.,C_3植物)、黄瓜(Cucumis sativus L.,C_3植物)、谷子(Setaria italica (L.) Beauv.,一种不很典型的C_4植物)和玉米(Zea mays L.,C_4植物)叶片的叶绿素蛋白质复合物的影响。实验植物盆栽于聚乙烯薄膜(或玻璃)的开顶式培养室中。播种后对照室的CO_2浓度立即保持在大气浓度(350±10)×10~(-6)中,CO_2浓度倍增处理室则保持在(700±10)×10~(-6)下。研究结果表明,对于大豆、黄瓜和谷子,CO_2浓度倍增均使其PSⅡ捕光叶绿素a/b-蛋白质复合物(LHCⅡ)的聚合体态的量增多,单体态的量减少。但C_4植物玉米对CO_2浓度倍增没有这样的反应。作者认为在大豆等植物中,LHCⅡ的上述状态变化可能是植物的光合机构对长期高CO_2浓度的一种适应效应,这样能提高光合作用中光能的吸收、传递和转换的效率,并支持高效的光合碳素同化作用。     

CO2浓度倍增对10种禾本科植物叶片形态结构的影响

在CO_2正常浓度(350μL/L)和倍增(700μL/L)条件下,对小麦(Triticum aestivum L.)、半野生小麦(T.aestivum ssp.tibeticum)、大麦(Hordeum vulgare L.)、野大麦(H.brevisubulatum(Trin.)Link)、水稻(Oryza sativa L.)、野生稻(O.meyeriana subsp.granulata)、谷子(Setaria italica(L.)Beauv)、狗尾草(S.viridis (L.)Beauv)、高粱(Sorghum vulgare Pers.)和玉米(Zea mays L.)等10种禾本科植物幼苗期叶的形态结构进行比较研究。结果表明,在CO_2浓度倍增条件下,除野大麦和玉米外,其它几种禾本科植物的叶片厚度普遍增加;表皮细胞密度下降(野大麦和谷子的远轴面除外)。其中C_3种类的平均气孔密度和气孔指数下降,C_4种类则呈相反趋势。在CO_2浓度倍增条件下,栽培种类表皮细胞密度和维管束鞘细胞中的叶绿体数明显增加,野生种类则呈相反趋势。气孔密度与气孔指数基本呈正相关。     

叶龄对苋菜光合作用特性的影响

苋菜Amaranthus tricolor是生长期短的C_4双子叶蔬菜,叶片较易进行细胞器的分离,可作为研究C_4光合作用特性的一种好材料。我们前已报道,苋菜属于C_4双子叶的NADME亚类的范围。本文报道苋菜的光合速率,气孔传导性,细胞间CO_2浓度以及PEP羧化酶、乙醇酸氧化酶活性与叶片年龄的关系并确证其C_4途径亚类。     

把C_4植物称作“高光效植物”是否妥当?

在本世纪五十年代末至六十年代初发现高等植物的光呼吸现象后不久,又了解到,高等植物对CO_2的固定并非只有卡尔文循环一条途径。根据光合作用碳素同化的最初产物,可把高等植物大体区分为三个类群,即C_3植物、C_4植物和CAM植物。基于C_4植物和C_3植物在饱和光强度下的光合强度,以及CO_2补偿点、光呼吸强度,蒸腾系数、饱和光强度、光合作用最适温度范围等方面的差别,有不少人把C_4植物称为高光效植物,把C_3植物称为低光效植     

光、温度、水蒸汽压亏缺及二氧化碳对番木瓜(Carica papaya)光合作用的影响

三个番木瓜栽培种“岭南”、“2×0.7”和“4×2”的净光合率随入射光强度增高而增大。光合作用光饱和现象出现在0.7～0.8m mol m~(-2) s~(-1)。量子产额(mol CO_2/mol吸收量子)为0.042～0.048, 相近于已测定过的C_3植物。气孔对CO_2的传导率和蒸腾作用亦随入射光强度增高而增大。细胞间CO_2浓度在叶温25℃时为260μl.1~(-1),在近于光补偿点时为最大。蒸腾作用和净CO_2同化率皆随入射量子流增高而增大。 三个栽培品种木瓜的光合作用最适温度为25℃。蒸腾作用及气孔对CO_2及水分丧失的传导率以35℃为最大。光合作用的补偿点为50μl·l~(-1),相近于多数C_3植物。气孔对细胞间CO_2浓度变化的反应敏感。 水蒸汽压亏缺(VPD)从6毫巴增至26毫巴时,“4×2”和“岭南”的净光合作用降低 32～33％,“2×0.7”则降低19％。当VPD在19毫巴时,蒸腾作用最大。VPD增大则降低水分利用效率。结果亦表明气孔传导率对限制木瓜叶子光合作用的意义。     

CO2浓度变化对拟柱胞藻生长与光合作用的影响

为了探讨大气CO₂浓度升高对水华藻类的影响,利用水华蓝藻-拟柱胞藻作为实验材料,研究了CO₂浓度升高对其生长生理和光合作用的影响,结果表明CO₂浓度升高,导致拟柱胞藻的生物量、最大光合放氧速率、光合效率显著增加。当CO₂浓度为700 mg/L以下,暗呼吸速率和光饱和点无明显影响,而CO₂浓度为1000 mg/L时,暗呼吸速率和光饱和点显著提高。随着CO₂浓度增加,藻细胞光合作用对无机碳的亲和力降低,同时胞外碳酸酐酶活性显著下降。这表明大气CO₂浓度的增加,有利于拟柱胞藻的生长和光合,进而增加了水华发生的风险。     

C_3-C_4中间植物

C_3—C_4中间植物是在解剖和生理生化方面(特别是光呼吸)介于C_3和C_4植物之间的一种植物类型。这类植物中一部分接近C_3植物,可将光呼吸放出的CO_2再固定,从而降低光呼吸;另一些则以C_3途径为主,而C_4途径同时起作用,从而降低光呼吸。C_3—C_4中间植物为研究C_4植物的进化和光呼吸如何降低提供了实验系统。     

用未标记免疫酶技术在甘蔗大豆叶片内定位RUBP羧化酶

RuBP羧化酶是绿色植物同化CO_2的关键酶。研究RuBP羧化酶在C_4植物叶片内的分布,有助于阐明C_4植物的光合作用结构和功能的特点,以及RuBP羧化酶对光合作用的调控功能。这种工作具有明显的理论意义和实用价值。     

热带作物木瓜C~3/C_4属性的鉴别

林植芳等(1982)从光、CO_2等环境因素对木瓜光合作用的影响进行了研究,并认为某些性状近似于C_3植物,但迄今尚没有人从叶解剖结构、RuBP羧化酶分布角度进行研究来确定木瓜的C_3/C_4属性。我们用免疫荧光直接法研究木瓜叶片内RuBP羧化酶的分布,并用气体交换法测定CO_2补偿点,以鉴别它的C_3/C_4属性。     

不同天气水稻光合日变化对大气CO2浓度和温度升高的响应——FACE研究

人类活动导致大气二氧化碳浓度(CO_2)升高、全球气候变暖和光合有效辐射(PAR)降低,影响着绿色作物的光合作用。为了明确高CO_2浓度、高温和低PAR对水稻光合日变化特征的影响,利用中国稻田开放空气CO_2浓度升高系统(free air CO_2enrichment,FACE),以常规粳稻南粳9108为试验材料,设置了环境CO_2和高CO_2浓度(增200μmol/mol)、环境温度和增高温度(增1—2℃)交互的4个处理,从9:00到17:00每隔1h测定了阴天和晴天水稻的光合作用,研究了不同天气对水稻光合日变化对大气CO_2浓度和温度升高的响应。观察到不同天气条件下水稻光合日变化的不同特征,晴天Pn为双峰曲线,发生了光合"午休",阴天未发生。结果表明,高CO_2浓度显著提高了水稻Pn,温度升高有降低水稻Pn趋势,CO_2浓度增加200μmol/mol对水稻光合作用的促进效应远大于增温1—2℃对其的抑制效应。高CO_2浓度显著增加了水稻胞间CO_2浓度(Ci),降低了水稻蒸腾速率(Tr),平均降幅为10.8%—22.0%。高温有降低Ci的趋势,增加了Tr,平均增幅达5.0%—13.5%。晴天比阴天增加了水稻Tr,平均增幅为9.8%—31.2%。CO_2浓度和温度同时升高显著降低了水稻气孔导度(Gs)。这些结果说明CO_2浓度、温度和PAR对水稻水分利用率(WUE)产生综合影响。阴天PAR比晴天平均低53.3%,阴天水稻Pn比晴天显著低,平均降幅达37.1%—72.0%。与对照比较,高CO_2浓度处理,较高PAR(晴天)条件下水稻Pn的增幅(38.6%—58.4%)显著大于较低PAR(阴天)条件下水稻Pn的增幅(21.6%—38.8%),这一现象值得关注和深入探讨。研究结果表明,评估气候变化对水稻生产的影响,需同时考虑未来大气CO_2浓度和温度升高以及PAR下降的因素及其相互作用。     

快速徒手切片法观察谷子和水稻叶片显微结构

水稻是世界上一半以上人口的主食,且是禾本科植物分子生物学研究的模式植物。谷子是狗尾草属植物,是我国北方重要的杂粮,是典型的C4植物,谷子与水稻基因组共线性很高。对谷子和水稻两种作物的对比研究能够对研发C4水稻提供理论依据。突变体库是研究功能基因组学的重要材料,目前对突变体库的构建技术已经很成熟,但是对目的突变体,尤其是对解剖学方面的突变体材料筛选主要方法是进行石蜡切片,该过程费时费力。本研究旨在改进徒手切片方法对材料进行预筛选,能大大缩减工作量,提高工作效率,该方法得到结构完整、清晰的水稻和谷子叶片徒手切片。     

藏药镰形棘豆对缺氧/复氧H_9C_2心肌细胞损伤的保护作用

探讨藏药镰形棘豆(OFB)提取物对缺氧/复氧(H/R)H_9C_2心肌细胞损伤的保护作用。方法:采用三气培养箱培养法建立H_9C_2心肌细胞缺氧/复氧损伤模型。实验分为3组:正常细胞对照组;缺氧/复氧损伤组(H/R);7个药物加缺氧/复氧损伤组(H/R+OFB);于缺氧/复氧开始时分别加入终浓度为0.1 mg/L、1 mg/L、10 mg/L、100 mg/L、300 mg/L、600 mg/L、1 000 mg/L的镰形棘豆提取物,以细胞活力为指标,利用MTS法测定药物对细胞活力的影响。检测镰形棘豆乙酸乙酯水甲醇压柱组分与氯仿萃取组分不同给药剂量对H_9C_2心肌细胞缺氧/复氧损伤的影响。结果:与模型组相比药物处理组显著升高缺氧/复氧H_9C_2心肌细胞活力(p0.05)。结论:藏药镰形棘豆对H_9C_2心肌细胞的缺氧/复氧损伤有保护作用。     

如何快速鉴别C3与C4植物

在农业实践和科学研究中经常需要知道某种植物是C_3植物还是C_4植物,例如在干旱少雨的地区种植C_4作物就易获得较高的产量;用甲醇喷洒植物能使植物增产,但这种技术只适用于C_3植物而不适用于C_4植物等。从理论上讲,C_3植物光合作用固定CO_2的最初产物是三碳的3—磷酸甘油酸,C_4植物光合作用固定CO_2的最初产物是四碳的苹果酸或天冬氨酸。我们在研究农田杂草光合碳同化途径时,摸索了一些快速区分C_3植物与C_4植物的经验,介绍如下。 从植物进化方面区分 我们知道,C_3植物较原始,C_4植物较进化,实际上较原始的蕨类植物和裸子植物就没有C_4植物,只有较进化     

陆地棉EMS诱变体系的优化及种子和纤维发育异常突变体的鉴定

突变体是进行基因功能研究的遗传学材料。本研究利用浓度为0～1.5%EMS溶液处理已萌发露白的陆地棉(Gossypium hirsutum L.)鲁6269种子4～12 h,分析不同浓度的EMS溶液处理不同时间对棉花出苗率和生长的影响,并在M_2和M_3对突变体进行了初步的形态学鉴定。结果表明,1.0%EMS溶液处理10 h,鲁6269的出苗率为49%,为该材料的半致死浓度,诱变效果最佳。为了获得大量的突变体,利用该浓度,处理鲁6269萌发的种子(约10000粒)10 h,在M_2发现一株纤维发育异常(纤维成熟脱水后不蓬松)的突变体,收获该突变体自交种子,M3跟踪调查,发现该突变体纤维发育异常表型与M_2相同,种子解剖观察发现,该突变体种胚与外种皮之间存在一个大空腔,种胚弱小且扁瘪,影响种子的出土。本研究优化建立了陆地棉品种鲁6269种子EMS诱变体系,在M_3筛选获得一个种子与纤维发育异常的突变体sfm-1,为研究棉花种子及纤维发育提供了遗传学材料。     

光合能量代谢对C_3植物光呼吸的调节作用

C_3植物光呼吸与光合作用关系受光合能量代谢状况的调节。在外界无CO_2和照光条件下,贮藏性光合产物经某种转化途径能“回迁”光合与光呼吸碳循环并显著地受到光合能量代谢的影响。在无CO_2或低CO_2浓度、高光强条件下,此碳素“回迁”过程对协调光合能量代谢与光合碳素代谢平衡,可能起重要作用。     

谷子光合碳同化途径C_4代谢类型的研究

我们曾通过解剖结构、CO_2补偿点和酶学特性等方面的研究,确定了谷子的碳同化属于C_4植物的类型。M.D.Hatch和C.R.Slack曾阐明C.植物固定CO_2生成的二羧酸不直接形成其它有机物,而要先经过脱羧,所产生的CO_2进入卡尔文循环再被同化。按其二羧酸脱羧方式的不同,可把C_4植物分成NADP-ME型、NAD-ME型和PCK型     

大豆和玉米光呼吸的控制

本文根据RuDP(1,5-二磷酸核酮糖)羧化酶的动力学特性测定了大豆光合作用和光呼吸的相对速率。在该羧化酶上,CO_2和O2对RuDP进行着争夺。高浓度的CO_2和低浓度的O_2,有利于RuDP羧化为三磷酸甘油酸,因而促进光合作用。低浓度的CO_2和高浓度的O_2则有利于RuDP的加氧反应而成为P-乙醇酸,因而促进光呼吸。在玉米上,PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)羧化酶-苹果酸酶偶起了增加维管束鞘细胞中CO_2浓度的作用。四碳植物的维管束鞘细胞是RuDP羧化酶存在的场所。玉米的RuDP羧化酶对O_2也敏感,所以在维管束鞘内提高CO_2的浓度就能促进光合而减弱光呼吸。由于在800ppmCO_2和21％O_2的标准大气条件下,光呼吸及其相伴随的氧对光合的抑制作用,会明显地抑制大豆的净光合,同时由于迄未证明光呼吸有何重要的生理功能,因而正在试图设法减少或消除大豆和其他三碳植物的光呼吸。     

诱导突变高粱愈伤组织初探

本实验以突变体高粱的不同外植体 ,成熟种子、成熟胚、茎尖、和幼胚等为材料 ,诱导愈伤组织。经出愈率和生长状况观察 ,幼胚最好 ,成熟胚较好 ,成熟种子和茎尖略差。对于茎尖 ,2 ,4 D与KT搭配较好 ;成熟胚而言 ,不加细胞分裂素 ,加适量 2 ,4 D浓度效果较好 ,幼胚愈伤组织诱导和培养不需要细胞分裂素 ,加浓度为 2 .0mg/L2 ,4 D效果较好 ;若加KT ,同时要提高 2 ,4 D浓度 ;成熟种子培养 ,需要细胞分裂素     

番木瓜的光合作用途径

番木瓜(Caraca papaya)叶片有低的~(13)C/~(12)C值(δ ~(13)C为-25‰),低的PEP羧化酶活性(12.2单位/毫克蛋白质/分)。乙醇酸氧化酶活性为24～57单位/毫克蛋白质/分,光呼吸为3～5毫克CO_2/平方分米/小时,光呼吸及暗呼吸的比率为1.7～2.5。氧对光合作用有抑制现象。没有发现叶片中的Kranz结构。这些特征加上过去对其光合作用速率、CO_2补偿点,光饱和点及光合作用最适温度的分析结果,表明番木瓜是C_3植物。     

光呼吸与作物生产的关系

自从1955年Decker发现烟草叶CO_2猝发现象之后,人们对光呼吸的认识迄今已有30余年的历史。其研究取得较大进展,已经基本证明,光呼吸是绿色植物(C_3、C_4、CAM)普遍存在的现象,在不同光合代谢类型中光呼吸速率不一,尤其C_3植物表光呼吸速率可达光合速率的25—50％,引人注目。从某种意义上说,可否对光呼吸适当调节控制加以应用,是值得探索的课题。本文试图结合自己一点工作简述光呼吸的特性、光呼吸的代谢过程、光呼吸的生理功能和光呼吸的调节控制。