柑橘光合作用的过剩能量耗散机制及其生理意义

柑橘属于C3植物,易发生光合作用的光抑制。在光抑制条件下,柑橘可通过光呼吸耗散、光化学耗散和非光化学耗散以及降低光合色素含量等方式处理过剩能量。非光化学耗散又分为高能态猝灭、状态转换和D1蛋白循环。这些机制相互关联,在不同的条件下相继启动,协同作用,是柑橘在长期进化中形成的防御光破坏的有效途径,具有十分重要的生理意义。

冷冻光学显微镜技术在光合作用研究中的发展与应用

在植物中,光合作用的高效光电转化效率归因于色素蛋白复合体中所建立的强大捕光网络与灵活的能量转移机制.对色素蛋白复合体结构与功能的解析是光合作用研究中的重要方向,对人工光合作用研究和能源可持续发展战略具有指导意义.随着冷冻电子显微镜的快速发展,大量复合体的精密结构得以解析.冷冻光学(光谱)显微镜是冷冻电子显微镜的重要互补技术,发展至今已有约35年的历史.该方法通过光谱特征可精确识别多种色素蛋白复合体,而低温成像不仅有效地抑制了单个复合体或细胞样品的光损伤,还限制了复合体中色素间的uphill能量转移,从而提高荧光量子收率.冷冻光学显微镜不仅成为表征单个蛋白质的结构动态与捕光功能的有力工具;还为可视化和定量复杂的光合成分在细胞体内的空间分布提供了可能性.因此,该技术的应用极大地发展了在微观尺度下分析色素蛋白结构与功能的研究领域,这对于光合作用研究体系的推进具有重大意义.本文从单分子光谱与单细胞光谱技术两方面总结了冷冻光谱显微镜技术在自然光合作用中的主要应用与取得的成果,其中包括探究色素蛋白复合体的捕光功能与蛋白质动态的关联,复合体中能量异质性的表征,在细胞体内可视化光合蛋白的能量调控机制等.

光合作用PSII Chl分子传能超快光谱学

利用ICCD皮秒、飞秒扫描成像和飞秒时间分辨光谱装置实验研究了高等植物捕光天线LHCⅡ三聚体和PSⅡ颗粒复合物及PSⅡ核心复合物的超快光谱动力学,经过吸收光谱和发射光谱分析,确定在LHCⅡ三聚体中至少存在7种Chl分子光谱特性,它们是:Chlb653/656658.7、Chla662。0665。2、Chla/b670/671671.6、Chla675.0677.1、Chla680/681682.9、Chla685689.1和Chla695.0695.6。采用光强103光子/cm2/脉冲激励浓度为30μg/ml的捕光天线LHCⅡ三聚体,在650nm到705nm谱段逐点探测分析处理,产生了两组短寿命组分210fs、520fs和5.2ps、36.7ps及两个长寿命组分1.8ns、2ns。最快的三个寿命210fs、520fs和5.2ps反映了三聚体Chlb分子向Chla分子的激发能传递过程;寿命36.7ps反映了Chla分子向相邻单体Chla分子的激发能传递过程;最长的两个寿命1.8ns和2ns是在三聚体中Chla分子通过中间体Chla分子辐射荧光,分别跃迁回基态的过程。获得的六个寿命组分有把激发能传递时间与Chla/b分子发射光谱相结合的特点。经拟合处理解析PSⅡ颗粒复合物光谱,得到三个组分谱,其峰值分别为686.8nm、692.2nm和694.9nm,与LHCⅡ比较分析,说明天然构型的PSⅡ有很强的吸收光能和有效传递光能的本领、PSⅡ核心复合物的核心天线CP43和CP47。

光合作用教学中突出能量转变

潘瑞炽和董愚得主编的《植物生理学》(上册)是师范院校较普遍采用的教材,在上册“植物的光合作用”一章中,基本概念和基本理论涉及较多,学生一时难于领会,根据多年的教学经验,植物的光合作用主要涉及两个基本问题,一个是物质转变,另一个是能量转变,后者理论性较强不易理解,也是本章的重点和难点,因此怎样把概念和理论明确而系统地讲授给学生,并突出能量转变过程的转变问题,是光合作用教学中值得探讨的问题。

不同产地滇重楼光合作用能力探究

通过对比不同产地滇重楼与相同产地不同来源滇重楼的光合作用能力,研究其生理适应性,以期为滇重楼引种种植及资源保护提供理论基础。利用LI-6800光合作用仪,检测分析不同产地相同品种与相同产地不同来源滇重楼的光合生理的变化模式。结果表明,采自滇西产地滇重楼的光合能力均高于滇东南产地,但差异较大;滇东南产地滇重楼的光合速率差异不大,但其数值低于滇西产地。而不同产地的滇重楼移栽到相同环境下,其叶片气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)以及水分利用效率(WUE)值均低于当地品种,而胞间CO2浓度与环境CO2浓度的比值(Ci/Ca)则高于当地品种,移栽后的品种光合能力低于当地品种。研究认为,滇西地区所产滇重楼比滇东南地区光合作用能力更强,以大理州永平县滇重楼尤为突出,而移栽后的品种光合能力以及水分利用率低于当地品种。因此在滇重楼的栽培中,应筛选栽培地产的品种进行人工扩大化种植。

研究发现光合作用可能会提高太阳能电池的性能

即使是人类目前能够制造出的最好的太阳能电池,也不能媲美大自然光合作用过程中完成的第一步能量转换.目前,科学家们通过使用快速光谱仪定位到了太阳光能量在光合作用中的运输路线,这对太阳能技术的发展将会大有裨益!

《光声电能量源美容治疗学(第5版)》新书发行一一全球美容经典著作

《光声电能量源美容治疗学》是一部全球医学美容领域备受推崇的经典之作,自2007年就被引入国内,十余年不断迭代更新,在广大皮肤科和美容外科医生心中享有较高的知名度。杨蓉娅教授团队曾于2016年和2020年翻译出版了第3版和第4版,因其简明易懂、专业实用的特点,获得业界的广泛好评,其间多次重印。

《光声电能量源美容治疗学(第5版)》新书发行——全球美容经典著作

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基于元学习的源网储融合型屋顶光伏能量双向交互控制模型

在应用屋顶光伏时会存在内部不稳定情况,因此,研究基于元学习的源网储融合型屋顶光伏能量双向交互控制模型来解决该问题。利用多元学习方法构建负荷预测模型,利用该模型实现设备层中源、网、储等多个控制器的负荷预测,经微电网层传达负荷预测结果并以此为依据控制配电网主网和微电网,能量交换层接收该控制结果,处理后制定最优控制方案重新传输至微电网层与设备层光伏能量实现交互控制。模型中的能量交换器使用边缘计算框架采集与分析控制数据,将这些分析结果作为多工况下能量交换器控制策略的依据实现光伏能量双向交互控制。试验结果表明,该控制模型能够准确预测负荷变化,同时能够多工况下控制功率变化,具有较为良好的控制效果。

面向光伏能量收集应用的实时MPPT预估算法研究

对于环境中存在的各种类型能量源,其往往具有不同的阻抗特性以及输出功率范围。为了提高能量收集系统的能量萃取能力,合理的接口电路设计是关键。基于此,通过对环境中光伏(Photovoltaic,PV)能量源微弱直流特性以及高效率收集和转化的研究,在传统开路电压法(Open-Circuit Voltage,OCV)的基础上,结合输入电压纹波控制,提出了一种可实时最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)的预估算法。该预估算法根据能量源的输出特性,采用了分数开路电压法(Fractional Open-Circuit Voltage,FOCV),并根据纹波大小动态调节变换器的工作模式,实现阻抗匹配。为了尽可能减小因采样带来的能量损失,采用可片上全集成的较小的采样电容,并逐周期的进行开路电压采样和计算,实现了对源功率变化的高精度追踪。仿真结果表明,所提出的追踪算法能够实时监测能量源的状态,具有高的追踪速度和追踪精度,且采样时间仅需100 ns。能量源功率在1μW~10 mW范围内变化时,最短的追踪时间仅需4.37μs,追踪精度可达99.7%。

能量之源——光与光合作用(第三课时)教学设计和案例

1教学目标的确定 课程标准的具体内容标准中，与本节有关的表述是“说明光合作用，研究影响光合作用速率的环境因素。”其中属于了解的是：化能合成作用；属于理解并达到应用层次的是：光合作用的过程以及相关的反应场所、反应条件、物质变化、能量变化等基本知识，影响光合作用强度的环境因素。依据新课标、教科书和学生实际将本节课的三维教学目标确定为：

光系统ⅡChl分子能量传递超快光谱动力学

利用 ICCD飞秒扫描成象和飞秒时间分辨光谱装置实验研究了高等植物捕光天线LHC 三聚体和 PS 颗粒复合物的超快光谱动力学 ,经过吸收光谱和发射光谱分析 ,确定在 L HC 三聚体中至少存在 7种 Chl分子光谱特性 ,分别是 Chlb658.7653 /656、Chla665.2662 .0 、Chla/b671.1670 /671、Chla677.1675.0 、Chla682 .9680 /681、Chla689.1685.0 和 Chla695.6695.0 .采用光强 1 0 13 光子 / cm2 /脉冲激励浓度为3 0μg/ m L的捕光天线 LHC 三聚体 ,在 650 nm到 70 5nm谱段逐点探测分析处理 ,产生了 2组短寿命组分 2 1 0 fs、52 0 fs和 5.2 ps、3 6.7ps及 2个长寿命组分 1 .8ns、2 ns.最快的 3个寿命 2 1 0 fs、52 0 fs和 5.2 ps反映了三聚体 Chlb分子向 Chla分子的激发能传递过程 ;寿命3 6.7ps反映了 Chla分子向相邻单体 Chla分子的激发能传递过程 ;最长的 2个寿命 1 .8ns和 2 ns是在三聚体中 Chla分子通过中间体 Chla分子辐射荧光 ,分别跃迁回基态的过程 .获得的 6个寿命组分有把激发能传递时间与 Chla/ b分子发射光谱相结合的特点 .经拟合处理解析 PS 颗粒复合物光谱 ,得到 3个组分谱 ,其峰值分别为 686.8nm、692 .2 nm和694.9nm,与 L HC 比较分析 ,说明天然构型的 PS

从捕光天线到反应中心分子能量传递研究

利用飞秒时间分辨光谱技术研究了PSⅡ中捕光天线LHCⅡ内Chla分子和 β Car分子传递光能到反应中心的时间特性 ,实验测得Chla分子用了 2 5 ps ,β Car分子用了 2 5 0 ps 理论研究得出 :2 5 ps是相邻Chl分子之间随机转移传能的时间常数 ,2 5 0 ps是LHCⅡ内相邻 β Car分子 ,通过Chla分子单步F rster共振传递、Dexter电子交换机制、激子转移把能量转移到反应中心的总时间 理论计算与实验结果基本符合 。

光柴储微网系统的储能动态能量调度策略研究

针对光柴储微网中负荷突变和光伏微源输出功率随机波动引起的系统频率波动问题,给出一种基于频率偏差的储能动态能量调度策略。根据柴油发电机频率偏差的产生机理,结合微网系统电能质量和稳定运行要求,提出三段式PD先行的储能动态调度策略,克服了基于比例-微分(PD)储能动态调度策略的不足。将该储能动态策略应用于实际的微网实验平台中,并对两种情况进行实验分析比较,以验证其对频率波动的抑制作用。实验结果表明,该改进策略确能在一定程度上改善由负荷突变和光伏波动造成的系统频率波动问题,为提高微网系统供电质量和稳定性提供了一种可行性方案。

光系统Ⅱ捕光复合物中能量传递动力学研究

采用时间分辩荧光光谱技术研究捕光色素复合体 (LHC )荧光的时间光谱特性 .以脉宽为 1 2 0 fs、重复率为 82 MHz、波长为 3 60 nm～ 42 0 nm激光激发 L HC 样品荧光 .原始信号经过数据处理 ,多指数拟合 ,解得了能量在 LHC 中传递的时间常量分别为 3 2 0±1 0 fs、4.0± 0 .1 ps、2 0 .0± 0 .1 ps.相对应的各组分荧光占总荧光的百分比分别为 3 .4%、5 0 %、46.6% .经过全局分析 ,解得荧光强度随波长变化曲线 ,其三个峰值波长分别为65 2 nm、673 nm、692 nm(以去离子水为悬浮液 )和 65 8nm、687nm、70 0 nm(以酒精为悬浮液 ) .根据 LHC 结构以及荧光的时间、光谱特性分析 ,认为 3 2 0± 1 0 fs的时间组分属于一个单体内同一膜平面中 Chlb→Chla的能量传递时间 ;4.0± 0 .1 ps的时间组分属于同一单体中不同膜平面间 Chlb→Chla和 Chla→ Chla的能量传递时间 ;2 0 .0± 0 .1 ps的时间组分属于不同单体之间、不同三聚体之间 Chla→

植物生长调节剂对大豆幼苗光合利用特性的影响

研究了植物生长调节剂(绿兴)对大豆苗期光合作用、呼吸作用和蒸腾作用过程中能量代谢的调节作用。结果表明:大豆苗期喷施植物生长调节剂(绿兴)可显著提高大豆叶片光合速率、呼吸速率,其中总光合速率比对照提高4.96 g/(m2·h)、净光合速率比对照提高1.60 g/(m2·h),呼吸速率也较对照提高4.22 g/(m2·h),蒸腾速率下降18.50 g/(m2·h)。喷施植物生长调节剂植株总吸收能量较对照多18.30 kJ/(m2·h),总光合作用过程中固定的能量较对照多63.14 kJ/(m2·h),蒸腾作用消耗能量降低了44.84 kJ/(m2·h),净光合作用固定的能量提高17.38 kJ/(m·h),但呼吸消耗能量提高了45.80 kJ/(m2·h)。大豆苗期喷施植物生长调节剂(绿兴)促进了能量的吸收和固定,光能利用率提高了0.42％。

改善光合作用的光捕获

为了提高光合作用和生物质产量,研究者们试图通过一些方法改善光捕获,诸如减小捕光天线或者降低叶绿素含量、改变与能量耗散有关的蛋白质丰度和选择性地减少向光蛋白(PHOT2),已经取得一些重要进展。然而,将叶绿素d和叶绿素f导入藻类或高等植物以扩大对太阳光谱利用范围的可行性还有待实验证实。通过优化叶片着生角度提高光合效率和作物产量,如今已经不再只是长期育种选择的结果。利用基因工程技术设计和创制类“聪明冠层”作物正从理想变为现实。合成生物学方法必将使这个策略普遍推广,获得更大的成功。