观赏山楂耐热性及其叶片光合与叶绿素荧光特性研究

以引自国内外的15种观赏山楂苗木为材料,于上海夏季自然高温下对其叶片光合气体交换参数及叶绿素荧光参数进行测定,并观察它们的田间耐热性,以揭示其耐热的光合生理机制.结果显示,4种山楂表现出较强耐热性,6种较耐热,而5种耐热性较差;15种山楂叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、瞬时水分利用效率(WUE)的种间差异显著(P<0.05),且耐热性强的品种P_n、T_r、G_s、WUE值较高,高温下能够维持较高的光合固碳水平;各品种山楂叶片的PSⅡ最大光能转换效率F_v/F_m、电子传递效率ΦPSⅡ和光能捕获效率F_v'/F_m'差异显著,耐热性强品种F_v/F_m保持在0.8以上,且ΦPSⅡ值与F_v'/F_m'较高.研究表明,观赏山楂主要通过加大气孔蒸腾散热、降低叶表面温度以及维持较高光能电子传递与转化效率来减轻高温对光合机构伤害,以维持植株正常光合作用;山楂叶片PSⅡ原初光能转换效率及潜在活性与其耐热性密切相关,F_v/F_m值可作为山楂耐热性鉴定指标.     

干旱胁迫对杨树幼苗生长、光合特性及活性氧代谢的影响

2011年4-10月在山东省林业科学研究院试验苗圃,选取欧美I-107杨扦插苗为试材,采用盆栽控水试验,研究了不同水分处理(正常水分、轻度干旱、中度干旱和重度干旱)对杨树幼苗生长和气体交换、叶绿素荧光特性、活性氧代谢的影响.结果表明: 与正常水分处理相比,轻度、中度和重度干旱胁迫下的地径生长量分别下降12.8%、44.5%和65.6%,苗高生长量分别下降12.2%、43.1%和57.2%;随着胁迫强度的增加和胁迫时间的延长,杨树幼苗叶片的PSⅡ光能转化效率、实际量子产量、光化学猝灭系数、净光合速率和气孔导度在轻度胁迫下缓慢下降,而在中度和重度胁迫下迅速下降;非光化学猝灭系数在轻度胁迫下显著升高,而在中度和重度胁迫下先升高后降低;叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均先升高后降低,但对干旱胁迫和活性氧的响应存在一定差异;叶片相对电导率、丙二醛含量显著增加,质膜受损,大量离子外渗,且重度胁迫下质膜的损害最严重.轻度干旱胁迫下,I-107杨树幼苗具有较高的光合效率和较强的抗氧化保护酶系统;而中度和重度干旱下,其光合效率显著下降,抗氧化保护酶系统明显遭到破坏.     

几种树木的树皮中绿色组织的光合特性初探

测定10个树种树木上的三年生枝条树皮内绿色组织的叶绿素含量、光合速率和枝干的呼吸速率的结果表明：10个树种树皮内叶绿素含量为0.0649～0.3460mg·g^-1（FW）,叶绿素a/b为1.05～1.91,均低于叶片或针叶;树皮内绿色组织的光合速率为0.21（红松）～2.06（水曲柳）μmol（O2）·m^-2·s^-1,枝干呼吸速率1.76（红松）～3.21（落叶松）μmol（O2）·min^-1·g^-1（FW）。树皮内绿色组织的光补偿点（LCP）、光饱和点（LSP）低于叶片,而表观量子效率（AQY）高于叶片或针叶。据此认为,树皮内绿色组织适应于阴生环境,所以有较强的耐阴能力。     

长期施肥对稻田土壤有机氮、微生物生物量及功能多样性的影响

以位于湖南省新化和宁乡县两个稻田肥力长期定位试验点的土样为材料,研究了不同施肥处理对稻田土壤有机氮组分、微生物生物量及功能多样性的影响.结果表明：与不施肥处理（CK）相比,化肥配施有机肥处理提高了稻田土壤酸解总氮（TAHN）及其组分中氨基糖氮（ASN）、氨基酸氮（AAN）和酸解氨态氮（AN）的含量,不同施肥处理对组分中酸解未知氮（HUN）的影响不尽相同.与CK相比,单施化肥处理对土壤微生物生物量碳、氮（MBC、MBN）含量的影响较小,化肥配施有机肥处理则显著提高了土壤MBC和MBN的含量.采用BIOLOG法对土壤微生物群落功能多样性进行测定,结果表明：中、高量有机肥处理提高了稻田土壤微生物的碳源利用率和微生物群落功能多样性;土壤微生物碳源利用的类型因长期不同施肥处理而产生差异.     

海岛棉与陆地棉叶绿素含量变化的差异研究

以5份陆地棉和4份海岛棉为材料,研究了整个发育进程中陆地棉和海岛棉叶绿素的变化规律之间的差异,结果显示：陆地棉与海岛棉的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a＋b各有不同动态变化规律,其叶绿素a/b在整个发育进程中的变化也有差异。海岛棉与陆地棉的叶绿素a变化趋势有较大差别,陆地棉的叶绿素a含量在6月18日（苗期）最高,峰值出现在8月6日,海岛棉峰值、最大值均在7月4日（现蕾期）;叶绿素b含量表现为陆地棉、海岛棉峰值均在8月6日（花铃期）,但海岛棉平均值高于陆地棉;陆地棉的叶绿素a＋b和叶绿素a曲线相似,海岛棉的叶绿素a＋b和叶绿素b曲线相似;陆地棉叶绿素a/b值表现苗期最大,然后迅速下降,海岛棉a/b值表现普遍低于陆地棉,其变化趋势为前期在7月4日出现峰值,然后下降再升高。实验说明陆地棉和海岛棉叶绿素的合成机制、调控机理可能不同。     

过表达OsPSK3基因增加水稻叶片叶绿素含量

植物磺肽激素(Phytosulfokine,PSK)是新发现的一种能促进细胞分裂和分化的植物激素。水稻中该基因家族共有7个成员,迄今为止PSK基因在水稻体内的功能和调控机制仍不清楚。文章首先利用生物信息学手段对OsPSK家族基因进行了结构比较和进化分析,依据对水稻和拟南芥中PSK基因家族成员的分析认为:PSK祖先基因形成两个PSK基因的发生要早于单、双子叶植物的分化;其中OsPSK1与其余的OsPSK2-OsPSK7进化自不同的祖先基因。对PSK家族成员在不同组织的表达分析发现不同基因具有不同的表达模式。文章通过基因枪转化的方法获得了水稻OsPSK3转基因系。文章着重研究了OsPSK3过量表达对水稻植株生长的影响。结果表明:在转基因阳性株系中OsPSK3的表达量提高了约40%;且OsPSK3ox-1有明显优于对照的营养性状,表现在幼苗期产生更多的须根和根毛;在各生长阶段直至结穗期与对照相比表现出更高的株高;尤其在叶片叶绿素含量上,转基因系较对照提高了2.3倍。     

低强度林窗式疏伐对云杉人工纯林地表微气候和土壤养分的短期影响

选择高密度云杉人工纯林,模拟天然林窗形成方式,开展了低强度林窗式疏伐试验,监测了地表空气温、湿度和不同土壤层次的养分状况.结果表明：疏伐后第1年,生长季(5-9月)林窗内地表日均温升高而日均湿度降低,林窗内土壤腐殖层(O层)有机质(SOM)和铵态氮(NH₄⁺-N)含量分别增加了19.62%和283.85%,硝态氮(NO₃^--N)和可溶性有机碳(DOC)含量分别减少77.86%和23.60% 而0～10 cm土层SOM、全氮(TN)和NO₃^--N含量分别比对照增加45.77%、37.14%和75.11%;NH₄⁺-N、DOC和全磷(TP)含量分别减少48.56%、33.33%和13.11%.上述结果说明,低强度林窗式疏伐迅速改善了高密度云杉人工纯林地表阴湿的环境,增强了O层土壤微生物活性与土壤矿化过程,促进了土壤养分释放与土壤肥力恢复.     

铜胁迫对甘蔗生长及抗氧化酶活性的影响

甘蔗是重要的糖能兼用植物,同时也是潜在的重金属土壤修复植物。为了探明甘蔗对铜胁迫的生理响应,该研究采用营养液培养的方法分析了铜胁迫对甘蔗生长、叶片相对电导率、叶绿素含量及根系抗氧化酶活性等的影响。结果表明:甘蔗地上部分生物、叶绿素含量随铜浓度增加而下降,地上部分铜含量和叶片的相对电导率则随铜浓度增加而提高。根系的丙二醛(MDA)含量在胁迫24h开始发生显著的变化,在400μmol·L^-1铜处理下比对照显著增加了25.5%,随着胁迫时间的延长,丙二醛含量增加幅度上升。到胁迫72h,100μmol·L^-1铜处理的MDA含量也显著的提高。根系SOD、POD和CAT酶活性在胁迫24h开始发生显著的变化,但不同酶活性变化存在差异。SOD酶活性除了在胁迫的72h随铜浓度增加而提高,其他时间表现为在100μmol·L^-1铜处理下活性下降,随着铜浓度继续增加SOD酶活性提高,到400μmol·L^-1铜处理SOD酶活性又出现下降。POD酶活性在处理的24、48和72h表现为随浓度增加先提高后下降的趋势,但在处理7d时随铜浓度增加而提高。CAT酶活性随着浓度的升高和胁迫时间的延长而下降,到了胁迫的第7天,三个铜处理下CAT酶活性分别下降了89.98%、96.88%和98.50%。由此可见,铜胁迫严重影响甘蔗的生长,较短时间的处理就已经引起了甘蔗根系的氧化胁迫,根系中SOD、POD和CAT酶活性的变化在甘蔗对抗铜引起的氧化胁迫中起到重要作用。     

A new technology of modulated Chl a fluorescence image: In vivo measurement of the PSII maximum photochemical efficiency and its heterogeneity within leaves

The spatial photosynthetic heterogeneity within leaves is an important prerequisite for the studies on the photosynthetic model, the mechanism(s) of photoinhibition and light protection, etc. However, currently the in vivo measurement of the spatial photosynthetic heterogeneity within leaves is difficult. The present study improved the device assembled by Vogelmann & Evans (2002), thereby acquired the photosystem II (PSII) maximum photochemical efficiency (F_v/F_m) images within leaves. Finally, these images were processed and data of F_v/F_m and its spatial variations could be obtained, with the aid of MATLAB software. Based on the innovative technique, an investigation of the effects of strong light on the F_v/F_m and its spatial heterogeneity within leaves has been carried out. It was found that F_v/F_m within leaves was not homogonous. Strong light led to a general decrease of F_v/F_m (PSII photoinhibition) across leaf section, and the palisade tissue close to the epidermis layer had high tolerance to photoinhibition. Compared with control, short-term photoinhibition caused a larger spatial variation of F_v/F_m within leaves, which may be related to the chloroplast-avoidance response induced by high-fluence. On the contrary, long-term light inhibition led to a smaller spatial variation of F_v/F_m within leaves, indicating such mechanism is no longer effective. Compared to other types of chlorophyll fluoremeter, the device in the present study can in vivo obtain the panoramic picture of F_v/F_m within leaves, providing a powerful tool for the studies on the mechanism(s) attributed to the spatial heterogeneity of photosynthetic capacity of leaf, which is critical for the understanding on several hot spots in the research field of photosynthesis.     

干旱与复水对喀斯特地区红背山麻杆生长及叶绿素荧光动力学参数的影响

为了探讨红背山麻杆对喀斯特地区干旱环境的生理适应机制,以一年生红背山麻杆扦插苗为试验材料,采用自然干旱法,对轻度(干旱14 d)、中度(干旱28 d)和重度(干旱42 d)干旱胁迫及复水处理的红背山麻杆扦插苗生长、光合色素含量及荧光参数进行测定和分析。结果表明,(1)随干旱胁迫时间的延长,红背山麻杆扦插苗叶片相对含水量显著降低,株高和基径增长缓慢,复水后的叶片相对含水量显著增加,而株高和基径无明显变化;(2)随干旱胁迫时间的延长,扦插苗叶片叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素[Chl(a+b)]含量及Chla/b先增加后降低,并在不同程度干旱胁迫及复水后均显著高于对照(CK),轻度和中度干旱胁迫复水后高于对照,重度干旱胁迫复水后也能恢复至对照水平。(3)随干旱胁迫加剧,扦插苗叶片荧光参数F_o显著增加,F_m、F_v/F_o、F_v/F_m逐渐减小,代表单位反应中心活性的参数A_bs/R_c、T_ro/R_c、E_to/R_c显著增加,代表受体侧电子传递活性的参数Ψ_po、Ψ_o、Ψ_Eo下降,表示热耗散的参数D_io/R_c急剧增加。不同干旱胁迫复水后,F_o、A_bs/R_c、T_ro/R_c、E_to/R_c、D_io/R_c、ΨDo比干旱胁迫处理降低,F_m、F_v/F_o、F_v/F_m、Ψ_po、Ψ_o、Ψ_Eo适度恢复,F_m还能恢复到CK水平,而Ψ_o、Ψ_Eo均未恢复到CK水平。可见,红背山麻杆幼苗生长受轻度和中度干旱胁迫影响较小,而受重度干旱胁迫影响较大;叶片光合色素含量及比值在干旱胁迫后显著增加;重度干旱胁迫导致PSⅡ反应中心失活,电子传递受阻,热能耗散增加;但他们在水分环境条件改善时仍可在一定程度上恢复,红背山麻杆具有强的抗旱性和较高的旱后恢复能力,可作为喀斯特地区植被恢复过程中的先锋物种。