植物比叶质量研究进展

比叶质量(LMA)是叶片经济型谱中最基础的叶功能性状, 也是重要的复合型结构参数。LMA不仅与植物的许多生理反应密切相关, 而且能定量测定光合产物在单位叶面积的投入, 因而被认为是反映植物生态策略的重要指标。目前, 有关LMA的深入研究已在植物生态学、农学、林学、植物生理学领域全面展开。该文系统阐述了LMA在叶片整体、组织、细胞三个水平的结构解析和计算方法; 重点分析了LMA对光合作用的影响; 讨论了LMA的内在遗传差异以及外部的环境胁迫因子(温度、水分、光照)对LMA的影响, 以期梳理比叶质量研究的思路、策略和方法, 为今后的研究提供借鉴和参考。     

光系统II实际光化学量子效率对光的响应模型的比较

为了比较光系统II实际光化学量子效率(Φ_PSII)对光的响应机理模型(简称机理模型)、负指数模型和指数模型的优缺点, 用LI-6400-40B光合作用测定仪控制CO₂浓度和温度, 测量了剑叶金鸡菊(Coreopsis lanceolata)、黄荆(Vitex negundo)和大狼杷草(Bidens frondosa)的电子传递速率(ETR)对光的响应曲线(ETR-I)和Φ_PSII对光的响应曲线(Φ_PSII-I), 然后用这3个模型分别拟合了这些数据。拟合结果表明: 3个模型都可以较好地拟合这3种植物的ETR-I的响应数据和Φ_PSII-I的响应数据, 但由指数模型拟合ETR-I和Φ_PSII-I的响应数据得到相应的饱和光强(PAR_sat)和光系统II最大光能利用效率(F_v/F_m)之间存在显著差异, 且估算的饱和光强远低于实测值。由机理模型可知, Φ_PSII不仅与光强的函数有关, 还与植物的内禀特性有关, 即与天线色素分子的本征光能吸收截面、激子的传递效率、能级的简并度、光化学反应常数、热耗散常数和处于最低激发态的平均寿命等参数有关。此外, 由机理模型还可知, Φ_PSII随光强的增加而下降的原因是捕光色素分子的有效光能吸收截面随光强增加而降低。     

干旱-复水-再干旱处理对玉米光合能力和生长的影响

为了探求玉米(Zea mays)光合作用和生长对重复干旱的响应机制, 采用盆栽试验, 分别测定了不同程度土壤干旱处理3周时、随后复水1周时以及再次不同程度干旱处理3周时玉米幼苗光合参数和生长的变化。第一次土壤干旱处理后, 重度干旱处理显著降低玉米株高、单株总叶面积、地上部分及根系生物量以及叶片的蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、净光合速率(P_n)和最大净光合速率(A_max), 但显著提高光补偿点和暗呼吸速率; 中度干旱处理同样显著降低玉米株高、叶面积和地上部分生物量, 但对根系生物量无影响, 因而根冠比增大, 对上述光合参数的负效应也不具有显著性。复水可使前期经受中度和重度干旱处理的玉米植株的光合能力和生长速率恢复到正常水分条件下生长的植株的水平, 但株高和叶面积没有恢复到对照水平。当玉米再次经受水分亏缺处理时, 与只遭受第二次中度或重度干旱处理的植株相比, 经历过前期中度干旱处理的植株的株高、生物量和光合参数没有显著变化, 但叶面积显著下降; 经历过前期重度干旱处理植株的T_r、G_s、C_i、P_n、A_max和表观量子效率显著升高, 而株高、叶面积和生物量显著降低。综上所述, 第一次重度干旱处理显著降低玉米叶片的光合能力和生长, 复水可使光合能力和生长速率恢复到正常水分条件下生长植株的水平, 但不能消除前期干旱对生长产生的不利影响。前期中度干旱可以刺激玉米根系的生长和显著提高根冠比, 有利于提高对二次干旱的抵抗能力, 并使总的生物量保持在对照水平, 而前期重度干旱处理虽然在光合作用上能提高植株对二次干旱的抵御能力, 但不能弥补前期干旱处理对生长的不利影响。因此, 在生产实践中, 如果进行抗旱锻炼, 应限制在中度干旱水平, 避免重度干旱。     

中国成熟林植被和土壤固碳速率对气候变化的响应

基于B2气候变化情景数据, 利用大气-植被相互作用模式AVIM2, 模拟预测了1981-2040年中国成熟林植被和土壤固碳速率的时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明, 中国森林区域平均气温从1981年的7.8 ℃增加到2040年的9.0 ℃, 森林区域降水量略有增加。成熟林植被碳总量从8.56 Pg C增加到9.7 Pg C, 植被固碳速率在-0.054-0.076 Pg C·a^-1之间波动, 平均值为0.022 Pg C·a^-1。成熟林土壤碳总量从30.2 Pg C增加到30.72 Pg C, 土壤固碳速率在-0.035-0.072 Pg C·a^-1之间波动, 平均值为0.010 Pg C·a^-1。虽然研究时段内中国植被和土壤固碳总量均没有显著变化趋势, 但区域植被和土壤固碳速率对气候变化的响应具有显著空间差异。未来在气温增幅较大的东北和东南林区, 特别是在东北的长白山林区, 森林植被和土壤固碳速率将大大降低; 而在气温增幅不大的西南林区南部和其他林区, 植被和土壤固碳速率将提高。统计结果表明未来气候变暖不利于成熟林固碳。     

毛壳属Chaetomium真菌的生长温度特征及其分类学价值

对毛壳属25个种50个菌株的最低生长温度、最适生长温度、最高生长温度、致死温度以及在最适生长温度下的菌落日生长速率进行了系统比较。结果表明,毛壳属不同的物种具有稳定的特征性最高生长温度,这一温度指标可作为该属物种鉴定,特别是区分形态相似种的重要生理性状;其他温度指标在种内变异大,在种间存在明显交叉,不具分类学价值。在此基础上,测定了42个种的最高生长温度,为毛壳属物种鉴定提供了一个重要的生理性状指标。     

小议“Rubisco酶”

农作物光能利用率低一直是限制作物高产的“瓶颈”。从理论上推算,在无明显逆境的条件下田间光能利用率可以达到5％．但即便是666．7m^2产0．5t的高产田光能利用率也不过1％。因此人们一直试图找出限制光能利用率提高的因素,从而提高农作物产量。终于人们研究发现了光合作用中的一种酶——Ruhisco酶．正是这种酶限制了光能利用率的提高。     

Photosynthetic Characterization of the Plant Dicranopteris dichotoma Bernh. in a Rare Earth Elements Mine

In order to investigate the distribution of rare earth elements （REEs） in the natural hyperaccumulator fern Dicranopteris dichotoma Bernh. and to characterize this plant photosynthetically, concentrations of REEs in D. dichotoma from mines mining heavy and light REEs （HREEs and LREEs, respectively）, as well as in D. dichotoma from an area in which no mining occurred, in southern Jiangxi Province were determined using inductively coupled plasma-mass spectrometry. The REE concentrations in the lamina of D. dichotoma were in the order LREEs mine 〉 HREEs mine 〉 non-mining area. The maximum REE content in the lamina of D. dichotoma from the LREE mine was approximately 2 648 mg/kg dry weight. The photosynthetic activity of D. dichotoma from areas of HREE and LREE mines was improved by the presence of high concentrations of REEs in the lamina compared with D. dichotoma from the non-mining area. However, this enhancement varied according to the concentrations of the REEs, as well as their type. In addition, 77K fluorescence, electron transport rate, and chlorophyll-protein complex studies showed that the enhancement of the photosynthetic activity of D. dichotoma from HREE mines was mainly due to an increase in the chlorophyll-protein complex of the reaction center of photosystem （PS） Ⅰ, whereas the enhancement observed in D. dichotoma from LREE mines was due to an increase in the internal antennae chlorophyll-protein complex of PS Ⅱ and greater light energy distribution to the light-harvesting chlorophyll-protein complex of PS Ⅱ.     

Energy Transfer from Phycobilisomes to Photosystems of Nostoc flagelliforme Born. et Flah. During the Rewetting Course and Its Physiological Significance

During the non-frost season, the condensation of dew makes Nostocflagelliforme Born. et Flah., a highly drought-tolerant terrestrial cyanobacterium, frequently undergo rehydration-dehydration.Rehydration begins in the dark at night. After rewetting in the dark, photochemical activity and the structure of photosystem (PS)II were not recovered at all; the structure of PSI, energy transfer in phycobilisomes, and energy transfer from phycobilisomes to PSI were recovered within 5 min, as in the light. The recovery of energy transfer from phycobilisomes to PSII was light dependent and energy transfer from phycobilisomes to PSII was only partially recovered in the dark. These results suggest that the two-trigger control (water and light) of photosynthetic recovery may make IV, flagelliforme avoid unnecessary energy consumption and, at the same time, the partial recovery of energy transfer from phycobilisomes to PSII in the dark could help N. flagelliforme accumulate more photosynthetic products during the transient period of rehydration-dehydration.     

"光合作用发现史"教学的组织

以高中生物学"光合作用发现史"的教学为例,对科学发现史教学的目标确定、内容组织、教学策略等方面进行了一些富有启发性的探讨.强调科学方法训练既包括科学研究方法和科学思维方式,又涉及创新意识、科学态度和科学精神.     

植物叶绿素合成、分解代谢及信号调控

叶绿素(Chlorophyll, Chl)合成是决定植物光合效率的重要性状, 是决定作物产量的重要因素。参与植物Chl合成、分解代谢及信号调控的基因数目众多, 其中任何一个基因发生突变都有可能引起Chl含量的变化, 从而表现为各种叶色异常甚至导致植株死亡。自然或人工创造突变体, 对于Chl相关基因的功能分析非常必要。目前, Chl突变体己广泛应用于基础研究和生产实践。文章就该研究领域内的最新研究进展进行了概述。