磷和CO2浓度变化对苦草光合生理的影响

为了阐明CO₂浓度和水环境要素变化对沉水植物生长的影响, 采用室外模拟的方法, 研究了不同磷和CO₂浓度条件下苦草叶片(Vallisneria natans)光合生理特征。实验结果表明, 当水体磷浓度处于较高水平时, 苦草叶片荧光参数V_j、M_o降低, 参数ABS/CS_o、DI_o/CS_o、TR_o/CS_o、RC/CS、P_ET显著升高, 其他荧光参数则无显著变化; 高浓度的CO₂在显著降低苦草叶片V_j、ABS/RC、DI_o/RC、ABS/CS_o、DI_o/CS_o的同时, 也显著提高了苦草叶片ψ_o、φ_Eo、ET_o/RC、PI_ABS、F_v/F_m、P_TR、P_ET的参数值, 而对其他荧光参数无显著影响; 在磷与CO₂交互作用方面, 磷与CO₂在V_j、M_o、ψ_o、TR_o/CS_o、RC/CS和P_ET处存在显著的交互作用, 其他荧光参数不显著。可见, 磷或CO₂浓度变化均能显著影响苦草叶片光合生理状态, 高浓度的CO₂可有效改善苦草叶片PSⅡ反应中心光化学性能、电子传递能力及单位有活性反应中心能量的分配, 从而提高苦草叶片的光合能力; 高浓度的磷可在一定程度上改善苦草叶片PSⅡ受、供体状态及电子传递性能。此外, 磷和CO₂存在交互作用, 协同影响苦草叶片的光合能力。     

光叶眼子菜响应夏季高温的模拟研究

为探讨南四湖优势物种光叶眼子菜在夏季浅水区的衰亡原因, 用25℃、30℃、35℃和40℃的恒温水浴模拟夏季高温处理光叶眼子菜(Co. Potamogeton lucens L.)3h。生化结果显示, 在35℃及以上高温下, 光叶眼子菜的蛋白质含量、可溶性糖含量和叶绿素含量显著下降, 丙二醛含量显著上升, 说明35℃以上高温对光叶眼子菜产生了显著伤害。光叶眼子菜的光合系统对高温更为敏感, 在高温胁迫下标准化的叶绿素荧光动力学曲线上J相和K相显著隆起, 但并未发现明显的L-band。进一步解析叶片的叶绿素荧光动力学参数, 结果显示: 随着处理温度的升高, 反应中心的初始关闭速率(dVG/dt_o, dV/dt_o)变慢, 但到达P相的所需时间(T_fm)变短; 光系统Ⅱ (Photosystem Ⅱ, PSⅡ)的光化学效率(F_v/F_m)减小, 非光化学效率(K_n)、J相相对可变荧光强度(V_j)和热耗散(DI_o/RC、DI_o/CS_o、F_o/F_m)增大; 尽管高温下质体醌周转次数(N)、还原速率(S_m/T_fm)和I相相对可变荧光强度(V_i)变化不显著, 但质体醌库(S_m)明显减小; 单个反应中心光能的吸收(ABS/RC)和捕获效率(TR_o/RC)增加, 电子传递效率(ET_o/RC)却呈下降趋势; 单位激发态面积的光能捕获(TR_o/CS_o)和电子传递效率(ET_o/CS_o)均降低, 反应中心数目(RC/CS_o)显著减少。上述高温胁迫效应导致整个叶片的结构功能指数(SFI_abs)、性能指数(PI_abs)以及光合驱动力(DF)显著降低。高温对光叶眼子菜的伤害主要是导致其光系统II放氧复合体失活、反应中心数目减少和反应中心的光化学效率下降, 进而诱导活性氧的产生, 对细胞造成伤害。因此, 光叶眼子菜属于对高温敏感的水生植物。     

NaCl胁迫下黄连木叶片光合特性及快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的变化

以1年生黄连木为试材,设置NaCl浓度分别为0(CK)、0.15%、0.3%、0.45%、0.6%5个处理,利用快速叶绿素荧光诱导动力学曲线分析技术(JIP-test),研究了NaCl胁迫对黄连木叶片光合特性和快速叶绿素荧光诱导动力学参数的影响.结果表明: 随着NaCl浓度的升高, 黄连木叶片中的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量逐渐降低,叶绿素a/b比值先升高后下降,类胡萝卜素含量逐渐增加; 叶片的净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)逐渐降低,其中NaCl浓度＜0.3%时,叶片P_n下降主要受气孔限制;当NaCl浓度＞0.3%时, P_n下降主要由非气孔因素限制;单位面积捕获的光能(TR_o/CS_o)、电子传递的量子产额(ET_o/CS_o)、单位面积的反应中心数量(RC/CS_o)、量子产额或能量分配比率(ψ_o和φ_Eo)逐渐降低,而单位面积吸收的光能(ABS/CS_o)、荧光诱导曲线中K点(W_k)和J点(V_j)明显增加,说明盐胁迫对黄连木叶片放氧复合体(OEC)、受体侧和PSⅡ反应中心造成了伤害.当NaCl浓度为0.3%时,PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)和光化学性能指数(PI_ABS)分别比对照下降 17.7%和36.6%.     

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.     

基于叶绿素荧光探讨链霉素对念珠藻生长及光合毒性效应

为了探究不同浓度链霉素对念珠藻生长和光合的毒性效应, 研究对不同浓度(0、0.05、0.1、0.2、0.5和1.0 mg/L)链霉素处理下念珠藻的生长、叶绿素荧光进行了测定。结果发现, 培养至96h, 链霉素对念珠藻的EC₅₀(96h-EC₅₀)为(0.13±0.037) mg/L。与对照组相比, 各链霉素浓度处理下叶绿素a的含量显著降低。最大光化学效率(φP₀)、可变荧光(F_v)、PSⅡ的潜在活性(F_v/F₀)、单位面积上有活性的反应中心(RC/CS₀)、以吸收光能为基础的性能指数(PIabs)及反应中心吸收的光能用于电子传递的量子产额(φE₀)均随着链霉素浓度的升高而降低。然而, 单位叶绿素最大荧光(F_m/Chl. a)、每个有活性的反应中心吸收的光能(ABS/RC)和热耗散(DI₀/RC)则随着链霉素浓度的升高而增加。当链霉素浓度大于0.1 mg/L时, 叶绿素荧光动力学曲线出现K点的出现。结果表明链霉素可能通过抑制光合系统Ⅱ(PSⅡ)的电子传递和减少有活性的反应中心来影响念珠藻的生长, 也暗示了高浓度链霉素对藻类的生长具有抑制作用。     

大气CO2浓度升高对干旱条件下冬小麦叶片光合适应的影响

大气CO₂浓度升高是全球气候变化的主要特征,但大气CO₂浓度长期升高条件下冬小麦叶片发生光合适应的机制尚不十分清楚。本研究以盆栽冬小麦‘郑麦9023’为试验材料,在人工气候控制室内设置2个CO₂浓度(400和600 μmol·mol^-1)、2个水分条件(田间持水量的80%±5%和55%±5%),测定拔节期和抽穗期的光合特征曲线、叶绿素荧光动力学参数、叶氮含量和收获后的籽粒产量等指标,探讨干旱条件下库源关系改变对叶片光合适应的影响。结果表明: 在小麦拔节期,干旱条件下CO₂浓度升高处理的小麦PSⅡ实际光化学效率没有显著增加,但通过提升最大电子传递速率和电子向光化学方向的传递比例,增强了Rubisco的羧化速率,从而提高了最大净光合速率;在抽穗期,功能叶最大电子传递速率和电子向光化学方向的传递比例虽然较高,但PSⅡ实际光化学转换效率降低,Rubisco羧化速率和丙糖磷酸利用效率下降,以致最大净光合速率降低。干旱条件下,CO₂浓度升高增加了小麦单茎生物量、单穗粒数和穗粒重,降低了不孕小穗数,提高了籽粒产量。土壤干旱条件下,CO₂浓度升高对收获期小麦单茎籽粒产量的促进作用可能主要来自于生长前期的光合产物积累。生长后期光合适应发生的主要原因是功能叶PSⅡ实际光化学转换效率和丙糖磷酸利用效率的降低,而不是最大电子传递速率、光化学方向的电子传递比例和新叶库强的变化。     

光周期对休眠诱导期桃树光合及PSⅡ光系统性能的影响

人工设置长日照和短日照2种光周期(以自然条件为对照),测定6年生春捷桃树叶片光合参数和叶绿素荧光快速诱导动力学参数,研究诱导休眠期间光周期对北方落叶果树光合性能的影响.结果表明： 短日照条件下树体可提前进入休眠诱导期,长日照条件下则延后进入.休眠诱导期间,桃树叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)降低,胞间CO₂浓度(C_i)升高,表明P_n降低的原因是非气孔限制;PSⅡ的最大光化学效率φ_Po(或F_v/F_m)、潜在活性（F_v/F_o）、PSⅡ反应中心捕获的光能用于Q_A^-下游的电子传递的能量比例(ψ_o)和光合性能指数(PI_ABS)均降低,表明光合电子传递链的电子传递能力受到抑制,其原因可能是PSⅡ反应中心受体侧Q_A^-下游的电子传递链受到了伤害.长日照有利于提高休眠诱导期的光合速率,减小PI_ABS下降幅度,减轻光系统的受害程度,短日照则明显加深、加速光合机构的损坏.光周期的诱导效应与休眠进程相关.
     

塔克拉玛干沙漠南缘9种禾本科牧草光系统Ⅱ特性

以新疆塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲边缘广泛种植的中间偃麦草、新燕麦、无芒雀麦、老芒麦、天山赖草、披碱草、矮生高羊茅、冰草和碱茅等9种牧草为试验对象,测定暗适应20 min后牧草叶片的快速叶绿素荧光诱导曲线,比较光系统Ⅱ(PSⅡ)的特性,分析各牧草对本地区环境的适应能力.结果表明： 天山赖草和披碱草的最大荧光(F_m)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)和单位面积反应中心的数量(RC/CS_o)的值均显著高于矮生高羊茅、冰草和碱茅,而初始荧光(F_o)、单位反应中心吸收的光能(ABC/RC)、单位反应中心捕获的能量(TR_o/RC)、单位反应中心耗散的能量(DI_o/RC)、荧光诱导曲线初始斜率(M_o)值则低于矮生高羊茅、冰草和碱茅;中间偃麦草、新燕麦、无芒雀麦和老芒麦的各值处于中间水平.9种牧草均受到恶劣气候条件的不同程度胁迫,PSⅡ反应中心的活性及电子传递受到抑制,其中,天山赖草和披碱草受到的影响较小,而矮生高羊茅、冰草和碱茅的PSⅡ结构和功能受到比较严重的影响,光合作用受抑制的程度较大.     

γ-氨基丁酸（GABA）对低氧胁迫下甜瓜幼苗光合作用和叶绿素荧光参数的影响

采用营养液水培方法,研究了低氧胁迫下外源γ-氨基丁酸（GABA）对甜瓜幼苗光合色素含量、光合作用及叶绿素荧光参数的影响.结果表明：低氧胁迫导致甜瓜幼苗光合色素含量显著下降,光合作用降低;外源GABA能显著提高正常通气和低氧胁迫下甜瓜幼苗的光合色素含量、净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度、CO₂羧化效率、最大光化学效率、光化学猝灭系数、表观光合电子传递速率和PSⅡ光合电子传递量子效率,而气孔限制值、初始荧光和非光化学猝灭系数显著降低,GABA在低氧胁迫下的提高效果更明显;同时添加GABA和GABA转氨酶抑制剂γ-乙烯基-γ-氨基丁酸（VGB）处理显著降低了低氧胁迫下GABA对甜瓜幼苗光合特性的缓解效果.     

不同CO2浓度升高水平对粳稻叶片荧光特性的影响

为研究不同CO₂浓度升高水平对水稻叶片荧光特性的影响,利用开顶式气室组成CO₂浓度自动调控平台开展田间试验,使用便携式植物效率分析仪测定剑叶快速叶绿素荧光诱导动力学曲线,分析不同CO₂浓度(CK:背景大气CO₂浓度;T₁:比CK的CO₂浓度高80 μmol·mol^-1;T₂:比CK的CO₂浓度高200 μmol·mol^-1)下水稻主要生育期剑叶快速叶绿素荧光诱导动力学参数的变化特征.结果表明:CO₂浓度升高80 μmol·mol^-1,用于电子传递的量子产额(φ_Eo)、最大光化学效率(F_v/F_m)、性能指数(PI_ABS)在扬花期、乳熟期、蜡熟期和完熟期均显著升高,用于热耗散的量子比率(φ_Do)显著降低,其中φ_Eo显著升高了7.3%～23.3%,F_v/F_m极显著升高了3.1%～7.1%,PI_ABS极显著升高了46.2%～93.0%,φ_Do则显著降低了10.3%～20.5%.CO₂浓度升高200 μmol·mol^-1,在拔节期,φ_Eo、F_v/F_m、PI_ABS分别极显著降低了68.7%、41.4%和93.4%,φ_Do则极显著升高了78.4%;在扬花期、乳熟期、蜡熟期,T₂使φ_Eo显著升高了11.6%～19.8%,F_v/F_m显著升高了4.8%～6.8%,PI_ABS显著升高了53.0%～72.6%,φ_Do则显著降低了7.7%～19.4%.表明CO₂浓度升高(80、200 μmol·mol^-1)对水稻剑叶光系统Ⅱ的光合电子传递具有促进作用.     

水深对苦草生长及叶片PSⅡ光化学特性的影响

利用植物效率仪(Handy-PEA)测定水深0.6、1.3、2.0 m下苦草叶片的快速荧光诱导动力学曲线(OJIP曲线),并采用JIP test方法分析和处理数据,研究水深对苦草生长和叶片光合机理的影响.结果表明: 随着水深增加,水下光强显著衰减,苦草生物量、无性系分株数、叶片数、根系总长度、根系表面积等形态指标显著降低,而最大叶长、平均叶长、最大叶宽无显著变化,2.0 m水深对苦草的生长产生了负面影响;单位反应中心吸收、捕获、电子传递、传递到电子传递末端的量子效率(ABS/RC、TR₀/RC、ET₀/RC、RE₀/RC)显著降低,单位反应中心的耗散量子效率(DI₀/RC)也显著下降,导致3种水深处理下单位反应中心吸收的能传递电子链末端的效率(φ_R0)以及用于电子传递的能量成功传递到电子链末端的效率(δ_R0)差异不显著,表明水深梯度对单位反应中心光合效率影响不显著;单位面积反应中心数(RC/CS₀)显著增加,相同受光面积时水深2.0 m处叶片光合作用显著强于水深0.6 m处;性能参数PI_abs、PI_cs和PI_abs,total显著提高,表明低光胁迫有利于光能向活跃化学能转变.苦草叶片通过激活未激活的反应中心,而不是提高单位反应中心光能利用效率来适应弱光强,且水深1.3 m较适合苦草生长.
     

水深对苦草生长及叶片PSⅡ光化学特性的影响

利用植物效率仪(Handy-PEA)测定水深0.6、1.3、2.0 m下苦草叶片的快速荧光诱导动力学曲线(OJIP曲线),并采用JIP test方法分析和处理数据,研究水深对苦草生长和叶片光合机理的影响.结果表明: 随着水深增加,水下光强显著衰减,苦草生物量、无性系分株数、叶片数、根系总长度、根系表面积等形态指标显著降低,而最大叶长、平均叶长、最大叶宽无显著变化,2.0 m水深对苦草的生长产生了负面影响;单位反应中心吸收、捕获、电子传递、传递到电子传递末端的量子效率(ABS/RC、TR₀/RC、ET₀/RC、RE₀/RC)显著降低,单位反应中心的耗散量子效率(DI₀/RC)也显著下降,导致3种水深处理下单位反应中心吸收的能传递电子链末端的效率(φ_R0)以及用于电子传递的能量成功传递到电子链末端的效率(δ_R0)差异不显著,表明水深梯度对单位反应中心光合效率影响不显著;单位面积反应中心数(RC/CS₀)显著增加,相同受光面积时水深2.0 m处叶片光合作用显著强于水深0.6 m处;性能参数PI_abs、PI_cs和PI_abs,total显著提高,表明低光胁迫有利于光能向活跃化学能转变.苦草叶片通过激活未激活的反应中心,而不是提高单位反应中心光能利用效率来适应弱光强,且水深1.3 m较适合苦草生长.
     

喀斯特干旱环境对青冈栎叶片生长及叶绿素荧光动力学参数的影响

为了探讨喀斯特植被恢复树种青冈栎对干旱环境的适应机制,以当年生青冈栎实生幼苗为材料进行盆栽控水试验,设置正常浇水(-0.1 MPa,对照)、轻度干旱(-0.5 MPa)、中度干旱(-0.9 MPa)和重度干旱(-1.5 MPa)胁迫处理,研究持续干旱处理(15、30、45、60和90天)对其幼苗叶片生长及叶绿素荧光参数的影响.结果表明: 随着干旱胁迫强度的加剧, 叶片的单叶面积、健康叶片数量、叶片含水率、总叶绿素、类胡萝卜素、最大荧光、最大光化学量子产量和潜在光化学效率均显著下降,而枯叶数量和初始荧光显著增加.这些参数在轻度干旱胁迫处理和对照之间均无显著差异.在轻度干旱胁迫处理下,青冈栎幼苗叶片PSⅡ单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)、捕获用于还原q_A的能量(TR_o/RC)、单位面积内有活性的反应中心数目(RC/CS)、单位面积捕获的光能(TR_o/CS)和单位面积内用于电子传递的光能(ET_o/CS)均与对照无显著差异,其中RC/CS总是略高于对照,TR_o/CS和ET_o/CS均在第45天达到峰值,分别为606.12和440.78;而中度和重度干旱胁迫处理叶片的ABS/RC、TR_o/RC、ET_o/RC、DIR_o/RC、RC/CS、TR_o/CS和ET_o/CS均低于对照,且随干旱胁迫时间的延长,重度干旱胁迫处理下降更显著.随干旱胁迫的加剧和时间的延长,叶片最大量子效率、其他电子受体的概率和电子传递的量子比率均下降,而用于热耗散的量子比率增加.轻度干旱胁迫下青冈栎幼苗表现出较强的适应性,中度干旱胁迫引起部分叶绿素荧光参数和光合色素指标下降,导致幼苗生长缓慢,而重度干旱则对幼苗生长的影响较为严重,但幼苗未出现死亡现象.因此,青冈栎幼苗有较强的干旱忍受能力,适合在喀斯特地区植被恢复重建和造林工程中应用.     

芝麻与花生间作对芝麻功能叶光合荧光特性的影响

为了明确芝麻与花生间作提高芝麻产量的光合机理,于2017—2018年设芝麻与花生3∶6间作(IC 3∶6)、2∶4间作(IC 2∶4)、芝麻单作(SS)、花生单作(SP) 4个处理,研究了间作对芝麻功能叶气体交换参数、光合-光强和光合-CO₂响应曲线、快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的影响.结果表明:间作芝麻产量的偏土地当量比大于1/3;与单作芝麻相比,芝麻与花生间作提高了芝麻功能叶的光饱和点(I_sat)、光饱和时的净光合速率(P_{n max})、最大电子传递速率(J_max)、磷酸丙糖利用率(TPU)、Rubisco最大羧化速率(V_{c max});提高了单位面积吸收(ABS/CS_o)、捕获(TR_o/CS_o)和电子传递(ET_o/CS_o)的能量、反应中心的数目(RC/CS_m)和传递到PSⅠ末端的量子产额(RE_o/CS_o);降低了可变荧光F_k占F_j-F_o振幅的比例(W_k)和可变荧光F_j占F_p-F_o振幅的比例(V_j),提高了PSⅡ反应中心捕获光能转化为电能的效率(Ψ_o)、PSⅡ将电子传递到PSⅠ受体侧末端的效率(Ψ_Ro)、电子传递链的电子传递效率(δ_R)、PSⅠ光化学活性(ΔI/I_o)和光系统间协调性(Φ_PSⅠ/PSⅡ).IC 3∶6下芝麻功能叶的净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)、P_{n max}、J_max、V_{c max}、TPU、Ψ_o、Ψ_Ro和δ_R均高于IC 2∶4,其中P_n、g_s和T_r差异显著.这说明间作芝麻具有明显产量间作优势关键在于间作能促进其功能叶对光能的吸收、传递与转化,提高电子传递链性能,增强PSⅠ、PSⅡ性能和两者间协调性及CO₂羧化固定能力,从而提高净光合速率,其中IC 3∶6优于IC 2∶4.