干旱胁迫与复水对块根紫金牛生理特性的影响

以岩溶特有药用植物块根紫金牛为试材,研究土壤水分胁迫及复水条件下其叶片光合参数、相对含水量、质膜透性、渗透调节物质含量的变化特性。结果表明:水分胁迫下,块根紫金牛的叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均几乎接近零点,但胞间CO2浓度上升,即非气孔因素限制是光合速率下降的主要原因。水分胁迫不影响块根紫金牛单位面积的总叶绿素和类胡萝卜素含量,但干旱处理的Chl a/b和Car/Chl分别显著低于和高于对照。水分胁迫下,块根紫金牛的叶片相对含水量、相对电导率和丙二醛含量显著增大,即膜系统受到一定的伤害;块根紫金牛叶片脯氨酸含量显著降低,可溶性蛋白含量无显著变化,可溶性糖含量显著增大,但增大幅度不大,说明其在干旱胁迫下的渗透调节能力较弱。复水处理后,块根紫金牛全部指标均能恢复到对照水平,说明其对干旱胁迫较为敏感,主要采取避旱策略。     

水盐梯度下克里雅河流域芦苇光合响应特征

选择新疆克里雅河流域地下水埋深不同的样点芦苇为材料,采用Li-6400便携式光合系统仪对各样点芦苇的光合响应特征进行实地测定,探讨其适应干旱胁迫和盐胁迫环境的光合机理。结果显示:(1)在干旱区,当地下水位大于2m时,芦苇的光饱和点、表观量子效率、光呼吸速率随地下水位的下降显著降低,而水分利用效率却随着地下水位的下降呈上升趋势;随着地下水位的下降,芦苇的羧化效率、最大净光合速率、CO2饱和点显著下降,水分利用效率随之增大;1.6m地下水位的芦苇相对于2.7m地下水位下芦苇的最大净光合速率、光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率分别下降19.98%、40.61%、37%、74.56%。(2)在盐胁迫下芦苇的光合参数整体低于受干旱胁迫的参数;盐胁迫下的芦苇水分利用效率大于受干旱胁迫环境。(3)与陆生环境下的芦苇相比,渍水条件下芦苇的最大净光合速率、光饱和点、光补偿点分别下降41.32%、14.56%、55.55%。研究表明,提高空气CO2供应量可降低水分利用效率从而缓解芦苇盐胁迫伤害,并且可通过调节气孔开闭程度显著增加水生芦苇最大净光合速率,这种变化是植物自身对环境因素变化的生理性反馈和适应性选择对策的结果。     

常绿阔叶林8种乔灌木叶片氮含量及其分配与光合能力的关系

以浙江天童国家森林公园常绿阔叶林为研究对象,采用空间代替时间的方法,研究了5个不同演替阶段常见的4种乔木以及4种灌木叶片的光饱和速率(Pmax)、光合氮素利用效率(PNUE)及其与叶片氮含量(NL)、叶片氮素在细胞壁的分配比例(细胞壁N/叶片总N,NCW/NL)、氮素在光合酶中的分配比例(NR/NL)、单位面积叶干重(LMA)的相互关系。结果表明:(1)演替系列4种乔木和4种灌木各种间指标除NL外均表现出显著差异,前期种较后期种具有更高的NR/NL、PNUE、Pmax,而后期种LMA、NCW/NL、MCW/ML(细胞壁干重/叶片总干重)更大,NL在乔木各种间差异不明显,在灌木种间则差异显著;乔木种较灌木种具有更大的LMA、NCW/NL、MCW/ML,而NR/NL则较灌木小;8种植物的Pmax与NL以杨梅为最高,连蕊茶最低;苦槠具有最高的PNUE,而栲树最低。(2)随着演替的进行,前期种的NR/NL、PNUE、Pmax有减小趋势,而LMA、NCW/NL、MCW/ML逐渐增大,后期种则表现出相反的趋势。(3)NR/NL与Pmax、PNUE之间呈显著正相关关系,而LMA、NCW/NL、MCW/ML则与Pmax、PNUE、NR/NL显著负相关。研究认为,NR/NL与NCW/NL之间的负相关性及其对PNUE的影响可以在一定程度上解释树木在光合与维持两方面的权衡关系以及演替的生理机制。     

不同灌溉畦长对小麦光合特性、干物质积累及水分利用效率的影响

以高产冬小麦品种济麦22为材料,研究不同灌溉畦长对小麦旗叶水势、光合特性和干物质积累与分配的影响.2010—2011年小麦生长季设置畦长为10(L₁₀)、20(L₂₀)、40(L₄₀)、60(L₆₀)、80(L₈₀)和100 m(L₁₀₀)的6个处理,2011—2012年和2012—2013年设置畦长为40(L₄₀)、60(L₆₀)、80(L₈₀)和100 m(L₁₀₀)的4个处理.结果表明: 2010—2011年生长季开花期0～200 cm土层平均土壤相对含水量为L₈₀、L₆₀>L₁₀₀>L₄₀>L₂₀>L₁₀,2011—2012年和2012—2013年为L₈₀、L₆₀>L₁₀₀>L₄₀.开花后11 d和21 d,旗叶水势、净光合速率和蒸腾速率均为L₈₀、L₁₀₀>L₆₀>L₄₀>L₂₀、L₁₀;花后31 d为L₈₀>L₆₀、L₁₀₀>L₄₀、L₂₀、L₁₀.L₈₀各区间开花期和成熟期干物质积累量及籽粒产量变异系数小于L₁₀₀,平均干物质积累量及开花后干物质积累量和对籽粒产量的贡献率显著高于L₁₀₀、L₄₀、L₂₀和L₁₀,平均籽粒产量和水分利用效率显著高于其他处理,是本试验条件下节水高产的最优畦长处理.     

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.
     

不同LED光源对乌塌菜生长、光合特性及营养品质的影响

与传统光源相比,LED具有光谱可控、亮度高但发热量小、寿命长等优势.LED光源可实现光谱可控,通过调制光谱与植物的感光细胞最优结合来影响植物的生长发育与营养品质.本研究利用LED精量调制光源,以‘菊花小八叶’乌塌菜品种为试验材料,设红光、蓝光、红/蓝光(3/1)、红/蓝光(7/1)、白/红/蓝光(3/2/1)5个处理,以白光为对照,研究不同光质对乌塌菜生长、光合特性及品质的影响.结果表明： 红光有利于乌塌菜生物量和茎粗的增大,而蓝光有抑制作用;叶绿素含量以红/蓝光(7/1)处理最高,且叶绿素总量与红/蓝光比值呈正相关,虽然蓝光显著降低叶绿素含量,但提高了叶绿素 a/b 值;光合速率和蒸腾速率均以红光处理最高,与对照相比分别增加43.8%和55.1%,而蓝光处理下有较高的气孔导度及胞间CO₂浓度.不同光质处理对乌塌菜的荧光参数有较大影响,白光的F_v/F_m、F_v/F_o和Φ_PSⅡ均最大;红光可以提高可溶性糖含量,蓝光能提高可溶性蛋白含量,白光能增加维生素C含量.综合分析,红/蓝光(7/1)处理在增加叶片光合色素含量,提高光合速率,促进植株生长和改善营养品质方面为最优组合.     

咸水浇灌后持续干旱条件下棉花生长及光合作用的变化

用咸水(不同浓度的NaCl溶液)浇灌盆栽棉花植株,随后进行持续干旱处理.测定干旱处理期间棉花的生长情况、光合速率、叶绿素荧光等参数的变化,并对植株的相对含水量、水势、渗透势等水分状况和Na⁺、K⁺含量进行分析,探索环境Na⁺在棉花适应干旱胁迫中的作用.结果表明: 干旱可以明显抑制植株的生长,降低叶片的净光合速率;用25～100 mmol·L^-1NaCl溶液浇灌后进行持续干旱处理的棉花植株,其株高、生物量、净光合速率和F_v/F_m值均明显高于用水浇灌后进行持续干旱处理的植株.同时,前者的土壤和叶片相对含水量、细胞膨压、Na⁺含量也明显高于后者,但植株水势和组织渗透势则显著低于后者,且组织渗透势的降低与Na⁺含量具有显著相关性.上述结果说明,土壤适量Na⁺的存在能够提高土壤和植株的保水力、增加棉花对Na⁺的吸收和积累、降低组织渗透势,从而增强植株吸水力、保持较高的细胞膨压,维持相对较高的光合速率和生长速度.土壤中存在一定浓度的NaCl可以有效缓解干旱对棉花的不利影响.     

垄作梯式生态稻作对水稻光合生理特性及产量的影响

2011—2012年在湖南长沙以超级杂交稻Y两优1号、杂交稻汕优63和常规稻黄华占为材料进行大田试验,比较了垄作梯式生态稻作(RT)和垄厢生态稻作(B)对水稻产量和光合生理特性的影响.结果表明: 与传统稻作(CK)相比,RT的Y两优1号产量显著提高了28.7%,单位面积有效穗数显著提高16.1%,每穗粒数高6.8%,汕优63和黄华占的RT、B处理产量分别高24.3%和19.7%、12.0%和16.2%.RT的Y两优1号叶面积、抽穗前及抽穗后干物质积累量、总干物质量都高于CK,颖花数/叶面积、实粒数/叶面积、粒重/叶面积分别比CK高8.1%、14.8%和15.8%,光合势比CK高32.2%,而净同化率则比CK低9.3%.
     

Kinetic modeling of the photosynthetic growth of Chlamydomonas reinhardtii in a photobioreactor

The aim of this study was to establish and validate a model for the photosynthetic growth of Chlamydomonas reinhardtii in photobioreactors (PBRs). The proposed model is based on an energetic analysis of the excitation energy transfer in the photosynthesis apparatus (the Z-scheme for photosynthesis). This approach has already been validated in cyanobacteria (Arthorspira platensis) and is extended here to predict the volumetric biomass productivity for the microalga C. reinhardtii in autotrophic conditions, taking into consideration the two metabolic processes taking place in this eukaryotic microorganism, namely photosynthesis and respiration. The kinetic growth model obtained was then coupled to a radiative transfer model (the two-flux model) to determine the local kinetics, and thereby the volumetric biomass productivity, in a torus PBR. The model was found to predict PBR performances accurately for a broad set of operating conditions, including both light-limited and kinetic growth regimes, with a variance of less than 10% between experimental results and simulations.     

Why does needle photosynthesis decline with tree height in Norway spruce?

Needle morphological, chemical and physiological characteristics of Norway spruce were studied in a forest chronosequence in Järvselja Experimental Forest, Estonia. Current‐year shoots were sampled from upper canopy positions in five stands, ranging in height from 1.8 to 33.0 m (corresponding age range was 10–85 years). A/C_i curves were determined to obtain maximum carboxylation rates (V_cmax) and maximum rates of electron transport (J_max). Needle nitrogen (N) partitioning into photosynthetic functions was calculated from the values of V_cmax, J_max and leaf chlorophyll concentration. All needle size parameters (length, width, thickness, volume and cross‐sectional areas of mesophyll and xylem) increased significantly with tree height. The needles of taller trees had lower mass‐based N and chlorophyll concentrations (21% and 43% difference between shortest and tallest stands, respectively), but higher dry mass per area (35%), dry mass per volume (18%), number of cells per mesophyll cross‐section area (40%) and partitioning of N into non‐photosynthetic functions (12%). Light saturated net assimilation rate, V_cmax, J_max and stomatal conductance decreased with tree age (35%, 16%, 12% and 29% difference, respectively). A path analysis model describing tree age‐related reduction of photosynthetic capacity as a result of sink limitation provided the best fit to our data. However, since the path model corresponding to source limitation, where photosynthetic reduction derives from changes in needle structure and chemistry was not rejected, we conclude that the decline in photosynthesis with tree age results from several mechanisms (limited sink strength, stomatal and N limitation) operating simultaneously and sequentially.