高山植物美丽风毛菊PSII光化学效率和光合色素对短期增补UV-B辐射的响应

在中国科学院海北高寒草甸生态系统实验站的综合观测场, 于植物生长季的不同月份进行短期增补UV-B辐射的模拟试验, 研究了高山植物美丽风毛菊(Saussurea superba)的PSII光化学效率、光合色素和UV-B吸收物质对增强UV-B辐射的响应。结果表明, 尽管差异不显著, 暗适应3 min的PSII最大光化学量子效率在不同月份均有降低的趋势, 说明增强UV-B辐射能加剧光合机构的光抑制。不同月份短期增补UV-B辐射均引起光下PSII实际光化学量子效率和光化学猝灭系数的降低, 以及非光化学猝灭系数的增高, 表明增强UV-B辐射能降低叶片的光能捕获效率, 促进非光化学能量耗散过程。增补UV-B辐射后, 叶片光合色素的含量略有降低趋势, 可能与短时间内光合色素形成过程受抑制和光氧化程度的加剧, 以及叶片厚度的略微降低有关。UV-B吸收物质的含量在不同月份没有一致和较为显著的变化, 说明高原强UV-B环境下生存的美丽风毛菊叶表皮层中由类黄酮和衍生多酚类组成的内部紫外屏蔽物质相对稳定, 倾向于较少受增补UV-B辐射的影响。     

单粒精播对花生冠层微环境、光合特性及产量的影响

在大田条件下,以大粒型花生品种‘花育22’为材料,研究了22.5万株·hm^-2(S₁)、19.5万株·hm^-2(S₂)、16.5万株·hm^-2(S₃)3个密度单粒精播条件下,花生冠层微环境、光合特性及产量的差异.结果表明: 与传统双粒穴播15万穴·hm^-2相比,3个密度的单粒精播模式均提高了花生生育期内的冠层透光率、冠层温度、CO₂浓度,降低了冠层相对湿度,改善了生育中后期的冠层微环境;单粒精播模式下花生叶片的光合色素含量、光合速率均高于传统双粒穴播,其中,S₂和S₃处理的效果显著.综合冠层微环境特征、光合特性及产量等因素分析,单粒精播模式S₂(19.5万株·hm^-2)处理的群体大小适宜,个体分布均匀一致,不仅缓解了群体与个体间的矛盾,而且优化了冠层微环境,提高了花生不同层次叶片的光合特性,增加了后期光合产物的合成与积累,实现了产量的最大化.     

两种杂交杨叶绿素荧光特性及光能利用

比较研究了伊犁地区两种杂交杨伊犁杨1号(Populus deltaids‘cv-64’ (P64))和伊犁杨小叶杨(P. simonii canaden×P. russkii-9(Jia))对太阳辐射光能的利用和耗散特性。两种杂交杨光合速率(P_n)的日变化均呈现双峰型, 高光量子通量密度(PFD)阶段P_n达到20.1%的差距; 实际最大光化学猝灭ΦPSII日变化均呈“U”型, 于16:30时, P64的ΦPSII达到最低值, 而Jia的值于14:30时达到最低(Jia>P64); 光合系统的闭合程度(L)在14:30时均出现一个短暂回落, 全天平均闭合程度无显著差异(p>0.05)。非光化学猝灭系数(NPQ)在16:30同时达到最大值(Jia>P64), 两者NPQ全天相差31.7%。叶片转化吸收太阳能热能耗散(E.D)和光化学反应转化的光能量(E.P)进行估算表明: 在PFD较低的环境条件下, 两种杂交杨将吸收的光能50%以上用于光化学猝灭; 在PFD较高的环境条件下, P64的E.P值比例大于Jia, 两者全天的E.P值没有太大的差异, P64的E.D值显著大于Jia的E.D值(p>0.01), 而P64的E.D值占全天转化能量的比例小于Jia。P64和Jia的E.P达到最大的估算值时, 其E.D也达到了最大。分析结果表明: 两种杂交杨对高光能形成不同的适应机制, P64利用更多的太阳能进行光化学猝灭反应, 而Jia利用更多的太阳能进行非光化学猝灭反应, 减缓强太阳辐射伤害; 两种杂交杨用于光化学能量分配的比例P64大于Jia, 而P_n值在强辐射阶段和全天平均值、累积值均出现Jia>P64。结果证明, 仅通过杂交杨本身叶绿体对光的荧光特性反应计算接收到的光能中有多少能量被利用与实际植物光合速率的转化的干物质存在一定的差异, 两种杂交杨光化学实际固定碳和转化光能的多少的内在关系需进一步的研究。     

过量合成ALA转基因烟草叶片光合与叶绿素荧光特性的研究

以转酿酒酵母Hem1基因的转基因烟草和野生型植株为材料,用Li-6400光合测定仪和PAM-2100叶绿素荧光仪检测了2种烟草不同叶位叶片光合和荧光参数,并考察了它们的生长情况.结果表明:过量合成ALA的转基因烟草植株具有更强的光合能力,并伴随着气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)提高.暗适应下转基因植株不同叶位叶片的初始荧光(Fo)没有明显差异,而野生型植株下部叶片F0明显升高;转基因植株最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)等参数均显著提高,特别是下部叶片表现得更为明显;在光照下,转基因植株PSⅡ有效光化学效率(Fv′/Fm′)和实际光化学效率(ΦPSⅡ)、荧光猝灭系数(qP)、电子传递速率(ETR)、光化学效率(Pc)以及进入PSⅡ反应中心的能量(Pc Ex)普遍高于野生型,而天线热耗散能量(Hd)以及非光化学荧光猝灭系数(NPQ)等明显低于野生型,且这些差异在基部叶片中表现得尤为突出.可见,过量合成ALA有利于延长烟草叶片光合寿命,提高光化学能量转换效应和光合产物积累,从而促进植株生长.     

氮素形态对不同专用型小麦生育后期光合特性及穗部性状的影响

采用盆栽的方法研究了氮素形态对不同专用型小麦生育后期光合特性及穗部性状的影响,结果表明：强筋型豫麦34在硝态氮处理下,生育后期衰老延缓,旗叶保持较高的光合速率、PSI活性(Fv／Fo)、PS Ⅱ最大光能转换效率(Fv／Fm)、实际光化学效率(фPSⅡ)和光化学猝灭系数(qP)较高,非光化学猝灭系数(qN)降低,发生光抑制的可能性较小,穗部性状较好,穗粒重最高。中筋型豫麦49和弱筋型豫麦50在酰胺态氮处理下,光合和荧光参数较优,穗粒重较高,有利于实现高产。     

三峡库区消落带芦苇(Phragmites communis (reed))的光合生理响应和叶绿素荧光特性

模拟三峡库区消落带土壤含水量变化特征,设置了T1(淹水超过土壤表面2cm)、T2(土壤含水量为田间持水量的70%～100%)、T3(土壤含水量为田间持水量的40%～60%)3个不同处理组,用嘉陵江江水灌溉芦苇(Phragmites communis (reed)),研究了三峡库区不同消落带带位土壤不同含水量条件下芦苇穗期的光合生理生态响应机理和适应对策.结果表明,土壤不同含水量对芦苇植株光合色素、叶片气体交换参数、资源利用效率以及叶绿素荧光参数有不同影响.其中,T1的光合色素含量最低,T3的类胡萝卜素含量最高.在T1条件下,芦苇表现出较低的光能利用率(LUE)、CO2利用率(CUE)、净光合速率(Pn)、电子传递速率(ETR)和光化学荧光猝灭系数(qP),但与其它耐水淹植物相比,T1条件下的穗期芦苇仍具有较高的光合速率(17.067μmol·m-2·s-1),说明芦苇具有较强的耐水淹能力.在T2和T3条件下,芦苇具有较高的光能利用率(LUE)、CO2利用率(CUE)、净光合速率(Pn)、电子传递速率(ETR)和光化学荧光猝灭系数(qP).水分利用效率(WUE)大小顺序为T3>T1>T2.虽然T1的PSII有效光化学量子产量(F′v/F′m)最高,T2的光化学荧光猝灭系数(qP)最大,而T3的电子传递效率(ETR)和非光化学淬灭系数(NPQ)最高,表明在高光强和高温条件下,T3具有较强的热耗散能力,能有效保护光合机构,因而光合速率最高(20.47μmol·m-2·s-1).研究证实芦苇不仅具有耐水湿的特点,还具有耐旱性,芦苇适合作为三峡库区消落带植被恢复建设禾本科先锋物种.     

水分亏缺对不同染色体倍性小麦荧光参数的影响

在盆栽条件下,研究了3种染色体倍性小麦的叶绿素荧光参数受水分亏缺的影响.结果表明,水分亏缺下3种小麦灌浆期旗叶的荧光参数表现为F v/Fm(可变荧光与最大荧光比)、qP(光化学猝灭系数)、ETR(表观光电子传递速率)下降,qN P(非光化学猝灭系数)上升,导致3种小麦的光合速率下降,其中四倍体小麦的这些光合参数受影响最大.试验还发现正常供水下小麦随倍性增大光合速率降低,而qP升高,qN P下降,由此推断小麦从二倍体向四倍体、六倍体进化的过程中,PSⅡ(光系统Ⅱ)天线色素吸收的光能用于光化学反应的份额变大,PSⅡ反应中心非辐射能量耗散能力降低,导致用于光化学反应的光能更容易过量,造成光合机构损伤,引发光抑制,这有可能是小麦在进化中光合速率降低的一个原因.     

西南旱地油菜田土壤水分和作物光合特征对覆盖材料和垄沟比的响应

为了应对西南地区频发的季节性干旱,提高旱作农田水分利用效率和作物光能利用效率,设置大田试验,研究不同覆盖材料(普通白膜、普通黑膜、生物降解膜和不覆膜)和不同垄沟比(40 cm∶40 cm和40 cm∶80 cm)对土壤贮水量和油菜光合特性、荧光参数、叶绿素相对含量(SPAD)的影响。结果表明: 油菜生育期不同覆盖材料下的土壤贮水量为:普通黑膜垄作(BR)≈普通白膜垄作(WR)≈生物降解膜垄作(BDR)＞不覆膜垄作(NR)＞平作(FP);在同一覆盖材料下,垄沟比对土壤贮水量无显著影响。与平作相比,垄沟集雨处理的净光合速率、气孔导度、最大荧光、可变荧光、PSⅡ最大光化学量子产量、PSⅡ潜在活性、光化学猝灭系数和非光化学猝灭系数均有所提高;与平作相比,WR、BR、BDR和NR处理的SPAD值分别提高6.1%、8.6%、8.5%和3.6%,瞬时水分利用效率分别提高18.3%、11.4%、16.3%和10.4%。相比于平作,BR、WR和BDR处理可显著增加油菜产量,NR处理增产不显著,普通黑膜垄作+垄沟比40 cm∶40 cm处理的经济效益最高。可见,垄沟集雨种植可以改善西南旱地油菜田土壤水分,增强油菜叶片光合能力,提高油菜产量,增加农民收入。     

外源水杨酸对黄瓜幼苗叶片PSⅡ活性和光能分配的影响

以黄瓜品种‘中农203号’幼苗为试材,采用水培法研究了根际施用0.05、0.10和0.50 mmol/L水杨酸对黄瓜幼苗叶片PSⅡ活性和光能分配的影响,以探讨水杨酸对光合作用的调节机制。结果显示:黄瓜幼苗叶片净光合速率(Pn)、荧光参数和光能分配对水杨酸的响应存在明显的浓度依赖性。0.05和0.10 mmol/L水杨酸处理提高了叶片PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、PSⅡ潜在活性(Fv/F0)、电子传递速率(ETR)、光化学猝灭系数(qP),降低了非光化学猝灭系数(NPQ),使PSⅡ吸收光能中分配于光化学反应的能量增加,进而提高了Pn,并以0.10 mmol/L水杨酸施用效果最明显,差异达极显著水平(P<0.01);而0.50 mmol/L水杨酸处理降低了ΦPSⅡ、Fv/Fm等,使光能分配于热耗散和荧光耗散的比例升高,导致Pn下降。研究表明,水杨酸对黄瓜叶片光合的正负调节作用与浓度依存下的PSⅡ活性和光能分配改变有关。     

胡杨异形叶光合系统Ⅱ叶绿素荧光特性

以塔里木盆地胡杨3种典型异形叶(条形叶、卵形叶与锯齿阔卵形叶)为材料,利用光合与叶绿素荧光测定技术测量胡杨异形叶气体交换与叶绿素荧光动力学参数,探讨异形叶光合机构对太阳辐射光能的利用、能量分配与耗散特性及影响其光合能力的主要因素,揭示胡杨异形叶光合生理功能的差异与生理生态适应机制。结果表明:(1)晴天正午胡杨异形叶净光合速率(P_n)、PSⅡ有效光化学量子效率(F_v′/F_m′)、实际光化学量子效率(Φ_(PSⅡ))、光化学猝灭系数(qP)显著降低,而PSⅡ激发能压力(1-qP)、光合功能相对限制(L_(PFD))则显著增大,至傍晚F_v′/F_m′、Φ_(PSⅡ)、qP与光化学反应能量(P)恢复,表明荒漠强太阳辐射导致正午胡杨异形叶光合作用发生了光抑制,但并未造成PSⅡ反应中心的不可逆破坏。(2)3种异形叶采取了不同的适应方式来适应荒漠强光环境。卵形叶通过提高光能捕获与转化效率、光化学反应能量来保持叶片高光合能力以消耗多余能量、降低过剩激发能对光合机构的影响;锯齿叶通过保持高光合电子传递能力来缓解光合膜上的还原态压力并以热耗散清除过剩激发能,二者协同保护光合机构免受强光损伤从而维持较高的P_n;条形叶不耐强光,但可以通过降低光能捕获与转化效率并将吸收的光能更多用于热能和荧光辐射耗散过剩激发能来适应强光环境。(3)逐步回归分析表明,锯齿叶光合能力主要受PSⅡ反应中心光合电子传递速率和非光化学猝灭过程中的非辐射能量耗散的影响;卵形叶、条形叶分别受PSⅡ反应中心光能捕获与转化效率和非光化学猝灭过程中的过剩激发能耗散的影响。综上所述,胡杨异形叶在生长发育过程中采取了不同的生态策略来适应荒漠环境。