高山植物唐古特山莨菪和唐古特大黄对强太阳辐射光能的利用和耗散特性

以西宁地区人工栽培的唐古特山莨菪(Anisodus tanguticus)和唐古特大黄(Rheum tanguticum)为材料,比较研究了两典型高山植物对青藏高原强太阳辐射光能的利用和耗散特性。PSⅡ反应中心的最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学量子效率(Φ_PSⅡ)和光合功能的相对限制(L_(PDF))的分析表明,强太阳辐射会导致光合作用的光抑制,但并不造成PSⅡ反应中心的不可逆破坏。猝灭分析表明,唐古特山莨菪的光化学猝灭系数(q_P)显著小于唐古特大黄,非光化学猝灭(NPQ)和(q_N)则相反(p<0.05),意味着唐古特山莨菪将PSⅡ反应中心吸收的过剩光能以热耗散等非光化学过程消耗的能力大于唐古特大黄,因而降低了用于光化学反应的份额。q_N的3组分中,q_Nf所占比例较大;尽管相对份额很小,中午强光下两高山植物的q_Nm都有增大趋势,表明它在过剩光能的非光化学耗散中也起重要作用。NPQ_S和q_Ns的日变化趋势很相似;同样,NPQ_F为NPQ的主要组分,且唐古特山莨菪的NPQ_F和q_Nf都显著大于唐古特大黄(p<0.05)。唐古特山莨菪PSⅡ天线色素吸收光能中分配于光化学反应的相对份额(P)始终低于唐古特大黄,而用于天线热能耗散的相对份额(D)则大于唐古特大黄,两者都具有极显著差异(p<0.01)。以上结果表明,唐古特山莨菪的Φ_PSⅡ较唐古特大黄小是因为PSⅡ天线色素吸收的光能中分配于光化学反应的相对份额或光化学猝灭的比例较小,而分配于天线热耗散的相对份额或非光化学过程的比例较大的缘故。唐古特山莨菪的NPQ和q_N较大,与NPQ_F和q_Nf以及NPQ_S和q_Ns都显著大于唐古特大黄有关(p<0.05)。     

Dynamics and regulations of ecosystem light use efficiency in a broad-leaved Korean pine mixed forest,Changbai Mountain

Aims Ecosystem light use efficiency (LUE) reflects the ability of CO₂ uptake and light utilization via photosynthesis, which is a key parameter in ecosystem models to evaluate ecosystem productivity. The objectives of this study were to: (1) compare the differences of LUE derived from different methods; (2) elucidate the seasonal dynamics of LUE and its regulatory factors; and (3) evaluate the maximum LUE (LUE_max) and its variability based on eddy-covariance (EC) flux.Methods Using the flux data from an EC tower during 2003-2005 at a broad-leaved Korean pine (Pinus koraiensis) mixed forest, Changbai Mountain, two types of LUE indicators were generated from: 1) the apparent quantum yield (ε) estimated with rectangular hyperbolic curve, and 2) the ecological light use efficiency (LUE_eco) calculated as the ratio between gross ecosystem productivity (GEP) and photosynthetically-active radiation (Q).Important findings The seasonal variation of ε and LUE_eco appeared a unimodal pattern within a year, with the variations significantly dominated by soil surface temperature and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). A positive correlation between GEP and LUE was found for both ε and LUE_eco, with the effect of Q on LUE relatively weak. The increase in diffusion radiation appeared favorable for enhanced LUE. Generally, there was a significant positive relationship between ε and LUE_eco, while ε was higher than LUE_eco, especially during the mid-season. The annual maximum value of ε and LUE_eco was (0.087 ± 0.003) and (0.040 ± 0.002) μmol CO₂·μmol photon^-1 over the three years, respectively. The interannual variability of LUE_max for ε and LUE_eco was 4.17% and 4.25%, respectively, with a maximum difference of >8%, likely resulted from considerable uncertainty in model simulations. Our results indicated that the inversion and optimization of maximum LUE should be taken seriously in the application of LUE models.     

安徽省植被净初级生产力估算——基于改进的CASA模型

定量估算植被净初级生产力(NPP)对预测陆地碳循环趋势具有重要意义,目前广泛应用于NPP估算的CASA模型其精度仍有待提高。在已有CASA模型优化的基础上,考虑最大光能利用率(LUE_max)的动态变化来改进CASA模型,对改进前后的模拟结果进行比较,并利用改进后的模型估算2001—2020年安徽省植被NPP。结论如下：(1)改进的CASA模型可应用于研究区的植被NPP估算,NPP模拟值与实测值之间的相关性达到显著水平(R²=0.736,P<0.01)。(2)改进后模拟的安徽省植被NPP在空间表达上能够呈现更多细节,时间上较改进前在生长季NPP值更高,非生长季值更低,拉大了NPP的年内变化。(3)2001—2020年安徽省植被NPP整体呈波动上升趋势,多年平均值为547.61 gC m^-2 a^-1,年均增长量达2.18 gC m^-2 a^-1,2016—2020年间NPP增长最快。年内NPP具有明显的季节差异,表现为夏季>秋季>春季>冬...     

高山植物圆锥南芥的光合系统耐热性及其修复机制(英文)

高温胁迫包括极端高温和中高温,严重影响了植物的一系列生理活动,尤其是光合作用,而植物应对极端高温和中高温胁迫具有不同的策略。高山植物因长期生长于相对寒冷的环境中,相比而言应缺少对高温胁迫的适应机制。本文以圆锥南芥作为一种高山模式植物来探索其在中高温下是否表现出耐热能力,如果具有耐热能力,那么在光合方面与拟南芥存在怎样的差异。研究发现,圆锥南芥在中高温处理后具有更高的光化学效率及快速可逆的恢复过程,表现出了较强的耐热能力。两物种的F0没有明显的差异,而圆锥南芥在热处理后及恢复过程中具有更高的Fm,促进其快速光合修复。在热处理后,非光化学能量耗散快速瞬时上升,及时保护光系统II免受光损伤和热伤害,另外,HSP101蛋白迅速诱导可能启动了光化学修复。最后,圆锥南芥在严重高温处理后具有更高的存活率再次验证了它在中高温下的耐热能力。结果表明,圆锥南芥具有更耐热的光合系统以及有效的光合修复机制来耐受中高温胁迫。     

多变鱼腥藻(Anabaena variabilis)藻胆体——类囊体膜光能传递的研究

多变鱼腥藻(Anabaena variabilis)藻胆体一类囊体膜的吸收峰位于678,624,490,438和418nm.当用580nm波长光激发藻胆体一类囊体膜中藻胆蛋白时,室温荧光峰位于662nm,在680nm附近有一肩;液氮温度荧光峰位于655,666,695和730nm.这说明藻胆蛋白捕获的光能能有效地传给叶绿素a.当用436nm波长光激发藻胆体一类囊性膜中叶绿素a时,室温荧光峰(?)于683nm;液氮温室荧光峰在730nm,另一小峰在695nm.表明叶绿素a捕获的光能不能传递给藻胆蛋白.藻胆体一类囊体膜放氧速率为245μmoleO_2/小时,毫克叶绿素,电境照片显示在类囊体膜上有大量藻胆体.用0.3M蔗糖,O.05M磷酸缓冲溶液洗藻胆体一类囊体膜,能使藻胆体与类囊体膜分开.对藻胆体与类囊体之间的光能传递进行了讨论.     

强脉冲光治疗鲜红斑痣的血管能量分布模拟

根据鲜红斑痣的病理特点,建立分层模型中包含分立血管的皮肤模型,以血管为主要研究对象,用蒙特卡罗的模拟方法模拟在强脉冲光系统治疗鲜红斑痣中,血管中光能量密度的分布规律.结果显示与单波长激光相比,强脉冲光照射下血管中光能量的分布更加均匀,在光束传输方向上能量梯度更平坦;且血管中能量极大值更小.     

几组杂交组合的杂交稻及其亲本光合特性的比较研究

研究了３组杂交组合的杂交稻及其亲本的光合特性。结果表明,杂交稻叶片单位鲜重的光合色素含量明显高于它们的亲本。它们的ＰＳⅡ活性、ＰＳⅡ原始光能转化效率和叶片的潜在光合作用量子转化效率,以及光合电子传递率和对两个光系统之间激发分配的调节能均高于各自的亲本。此外,上述各光合功能又以母本优于父本。根据所得的实验结果,认为在配置杂交组合时,选择具有优良光合功能的母本,是获得在生产上可推广应用的杂交稻的重要途径之一。     

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。     

生长光强对4种热带雨林树苗光合机构的影响

于雾凉季研究了西双版纳热带雨林 4种植物幼苗对光抑制及光破坏的防御。发现不同光强下生长的玉蕊和滇南红厚壳日间光抑制均较团花树和滇南插柚紫重 ,在中光强下还发生了长期光抑制。中光强下生长的团花树和滇南插柚紫叶绿素含量降低 ,光合能力升高 ,同时增加热耗散量 ,维持光能平衡 ,避免了光破坏的发生。中光强下玉蕊和滇南红厚壳减少光能吸收、提高热耗散的同时 ,发生了光系统II光化学量子产量长期下调。中光强下生长的 4种植物叶片的类胡罗卜素的绝对含量并不高 ,但单位叶绿素的类胡罗卜素含量显著升高 ,相对保护作用增强。先锋树种团花树类胡罗卜素含量低于另 3种植物 ,这与其较低的热耗散速率相一致 ,光合能力的提高对其光破坏的防御有重要的作用     

土壤水分亏缺对陆地棉花铃期叶片光化学活性和激发能耗散的影响

 为了探讨水分亏缺对叶片光合机构光化学量子效率和非辐射热耗散的影响,在新疆气候生态条件下,采用膜下滴灌技术精确地控制滴水量,实 现不同程度的土壤水分亏缺,系统测定了不同水分条件下陆地棉（Gossypium hirsutum）叶片叶绿素荧光参数、叶片接受光量子通量密度 （Photon flux density, PFD）、叶片温度（Leaf temperature, T_leaf）以及叶片水势和叶绿素含量的变化。研究表明：轻度水分亏缺（田间 持水量的 55%～60%）叶片接受的PFD与对照（田间持水量的70%～ 75%）无差异,T_leaf略高于对照;中度水分亏缺（田间持水量的40%～45%） 在12∶00 (北京时间,下同)以前叶片接受的PFD和对照无差异,随后显著低于对照,T_leaf在整个日变化中均高于对照。 不同水分处理对 黎明 前叶片PSⅡ最大光化学效率（The maximum photochemical efficiency of PSⅡ, F_v/F_m）没有影响。轻度水分亏缺叶片的实际光化学效率（PS Ⅱ photochemical efficiency,φPSⅡ）、表观电子传递速率（ Electron transport rate, ETR）和光化学猝灭系数（Photochemical quenching,q_p）的日变化与对照基本一致,非光化学猝灭系数（Non-photochemical quenching, NPQ）在12∶00以前和14∶00以后显著低于对 照,在12∶00～14∶00和对照无差异。中度水分亏缺叶片的φPSⅡ、ETR和qp在12∶00才显著降低,此后由于叶片出现暂时萎焉、下垂,所接受 的PFD减弱,叶绿素荧光参数缓慢恢复,且高于对照;NPQ在12∶00 以前显著高于对照,14∶00略高于对照,此后低于对照。水分亏缺导致中午 叶片水势和叶绿素a、叶绿素b含量降低,但叶绿素a/b比值升高。因此,在田间条件下,陆地棉可通过叶片萎焉下垂运动和叶绿素含量的变化调 节叶片对光能的捕获,以及通过光合电子传递、热耗散水平的变化来适应水分亏缺的逆境。在中度水分亏缺条件下,陆地棉叶片萎焉下垂运动 的被动调节减少了过量激发能对光合机构的伤害,保证了光合机构的正常运转。