汞对雪衣藻光合系统Ⅱ及能量分配的影响

为探究汞离子对藻细胞的毒性效应,选择雪衣藻(Chlamydomonas nivalis)作为受试生物,测定了不同浓度汞离子处理96 h,雪衣藻的生长、光合色素、叶绿素荧光活性和光合放氧速率等指标。结果显示,随着汞离子浓度升高,雪衣藻单位细胞叶绿素a和叶绿素b含量均显著减少,光系统Ⅱ(PSⅡ)光合活性显著降低,PSⅡ受体侧的电子传递能力相对下降,造成电子积累,导致能量分配失衡,最终抑制了细胞生长;同时,雪衣藻改变其光合能量分配策略来增加细胞对汞胁迫的耐受能力,既满足自身生长和代谢所需能量,又保护和缓解汞对其光合系统的损伤、确保细胞的存活。研究结果确认,叶绿素a、叶绿素b和PSⅡ的电子传递链均是汞离子的作用靶标。本研究有助于深入认识汞对藻细胞的作用机制,为评估汞的生态毒性提供依据。

植物光系统Ⅱ(PSⅡ)应答非生物胁迫机理研究进展

植物生长过程受到一系列以环境因子(温度、干旱、盐和重金属等)为代表的非生物胁迫影响,进而阻碍以物质转化与能量代谢等为主要特征的光合进程。光系统Ⅱ(PSⅡ)是位于类囊体膜上的多亚基色素-蛋白质复合物,通过捕获光能完成水的光解和质体醌的还原,对植物生长发育尤为重要。一般来说,非生物胁迫会抑制PSⅡ的活性、影响PSⅡ的结构、阻碍电子传递和能量转换,而PSⅡ作为光合作用中最易受影响的部分,近年来与环境因子之间的关系备受关注。基于此,本文对主要非生物胁迫如温度、干旱、盐,以及重金属下植物PSⅡ的生理应答研究进行了归纳,并基于叶绿素荧光技术从PSⅡ的结构与功能、电子传递过程、光抑制与光保护等方面进行了综述。并对现有研究的不足提出了展望,为今后深入研究非生物胁迫下植物PSⅡ响应逆境胁迫过程中的生理与分子机制提供理论基础。

条斑紫菜孢子体与配子体光合系统Ⅱ(PSⅡ)稳定性研究

膜蛋白是生物领域研究中的热点和难点。在光合作用研究中,对于藻类个体发育过程中光合膜蛋白结构和功能的变化所知甚少,其中的一个限制因素是能否纯化得到大量高活性的稳定且均一的光合膜蛋白。作者从条斑紫菜(Porphyra yezoensis)孢子体和配子体中分离纯化得到光合系统(PSⅡ)复合物,并研究了其完整性和放氧活性。结果表明,孢子体和配子体的PSⅡ复合物,在4℃条件下保存比在-80℃下保存放氧活性高,稳定性高。配子体PSⅡ复合物,在-80℃保存第6天就已经没有放氧活性,而孢子体PSⅡ复合物仍有放氧活性。对4℃下保存的PSII复合物进行分子筛柱层析,室温吸收光谱测定以及放氧活性测定,发现随着放氧活性逐渐降低,蛋白大分子有聚合现象。室温吸收光谱表明经过长期的保存,吸收峰向短波长方向偏移。

盐胁迫条件下甜高粱幼苗的光合特性及光系统Ⅱ功能调节

通过气体交换和叶绿素荧光猝灭动力学研究了盐胁迫对甜高粱幼苗碳同化能力和光系统Ⅱ光化学效率的影响。结果表明,50和100mmolL-1的盐(NaCl)处理对叶绿素含量、相对含水量和膜质过氧化程度影响很小;200mmolL-1NaCl处理导致叶绿素含量和相对含水量明显下降、膜质过氧化程度增加。50mmolL-1NaCl处理未影响甜高粱幼苗的净光合速率;NaCl浓度大于50mmolL-1时,净光合速率开始迅速降低;同时,气孔限制值(Ls)也减小;而且,光合能力的下降未能通过增加CO2浓度得以恢复。甜高粱幼苗的初始荧光(Fo)、最大荧光产量(Fm)和最大光化学效率(Fv/Fm)只在200mmolL-1NaCl处理时有较大程度的下降。此外,50mmolL-1NaCl胁迫也没有影响甜高粱幼苗的荧光猝灭动力学参数;当NaCl浓度大于50mmolL-1时,光系统Ⅱ开放反应中心转化效率(F′v/F′m),光化学猝灭系数(qP)和光系统Ⅱ实际光化学效率(ΦPSⅡ)开始下降,而非光化学猝灭(NPQ)提高。因此认为,盐胁迫导致的碳同化能力的降低属于非气孔限制;碳同化能力的降低改变了甜高粱光系统Ⅱ的激发能利用和分配。100mmolL-1盐胁迫条件下,甜高粱幼苗主要通过增加热耗散来消耗过多的激发能,而200mmolL-1盐胁迫条件下通过减少光能吸收和增加热耗散来维持光能捕获和利用的平衡。

高温胁迫对柑橘光合速率和光系统Ⅱ活性的影响

用红外CO2 分析仪和叶绿素荧光仪测定了温州蜜柑和脐橙叶片的净光合速率 (Pn)、初始荧光(Fo)、最大光能转换效率 (Fv/Fm)及电子传递速率 (ETR) .结果表明 ,与常温 (2 5℃ )相比 ,高温胁迫 (38～ 4 0℃ )使温州蜜柑和脐橙叶片的Pn、Fv/Fm及ETR下降 ,Fo升高 .胁迫 2 5d后温州蜜柑和脐橙叶片的Pn分别下降 5 5 .6 %和 39.8% ,Fv/Fm下降 2 2 .0 %和 6 .7% ,ETR下降 5 5 .0 %和 4 1.5 % ,Fo分别上升了 113.8%和 14 .9% .柑橘经高温胁迫后 ,在 2 5℃下处理 10d ,叶片的Pn、Fv/Fm、Fo及ETR恢复明显 .这些结果说明柑橘的光合速率下降与PSⅡ反应中心失活有关 .

Ca^2＋对镉胁迫下玉米幼苗生长、光合特征和PSⅡ功能的影响

为探究钙(Ca^(2+))对玉米镉(Cd)胁迫的缓解作用,采用盆栽试验,研究了根部施加外源Ca^(2+)对Cd胁迫下玉米幼苗生长、光合特征及叶绿素荧光参数等生理指标的影响。结果显示,与对照(CK)相比,100mg/L的Cd处理显著降低了玉米幼苗株高、根、地上部生物量以及玉米叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量。同时,净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、电子传递速率(ETR)、PSⅡ激发能捕获效率(F_v′/F_m′)、光化学淬灭系数(qP)和PSⅡ实际光化学效率(Φ_(PSⅡ))显著下降,而非光化学淬灭系数(NPQ)和胞间CO_2浓度(C_i)较CK显著上升。外源施加Ca^(2+)可以有效增加镉胁迫下幼苗生物量的积累,明显提高叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量,升高P_n,G_s,T_r,F_v/F_m,ETR,F_v′/F_m′,降低NPQ和C_i,增加幼苗生物量积累,Ca^(2+)浓度为7.5~10.0mmol/L时各指标变化幅度最明显,缓解胁迫的效果最佳。研究结果表明,Cd胁迫使玉米幼苗叶片PSⅡ原初光能转化效率降低,电子传递受到抑制,净光合速率降低。适宜浓度的外源Ca^(2+)能有效缓解Cd对光合机构的伤害,增强幼苗叶片对光的捕获能力,促进光合作用,增加幼苗的生物量,增强玉米幼苗对Cd胁迫的抗性。

昼间亚高温影响番茄叶片光合及PSⅡ活性的钙素调控作用

为分析番茄叶片光合作用及光系统Ⅱ(PSⅡ)活性对亚高温逆境响应的钙素调控作用。试验以番茄(Ly-copersicon esculentum Mill.)辽园多丽为试材,研究了CaCl2、EGTA(钙螯合剂)、LaCl3(钙通道阻塞剂)预处理对亚高温胁迫下番茄叶片的叶绿素含量、净光合速率及叶绿素荧光参数的影响。结果表明:昼间亚高温显著抑制了番茄叶片的净光合速率(Pn),降低了叶绿素含量、光系统II最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学量子效率(ΦPSⅡ)、电子传递速率(ETR)和光化学猝灭系数(qP),提高了初始荧光(Fo)和非光化学猝灭系数(NPQ),对气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、气孔限制值(Ls)有一定的影响;增施CaCl2显著提高了亚高温胁迫下番茄叶片的叶绿素含量和Pn,且使Fo、Fv/Fm、ΦPSⅡ、NPQ均提高到对照水平,ETR和qP提高到接近对照水平,表明增施CaCl2可缓解亚高温对番茄叶片PSⅡ活性的影响,但对Ls和胞间CO2浓度(Ci)影响不大;增施钙抑制剂(EGTA、LaCl3)进一步加重了亚高温胁迫对番茄叶片PSⅡ的伤害。昼间亚高温降低番茄叶片光合速率与气孔因素无关,可能主要是通过伤害PSⅡ所导致的PSⅡ活性下降所致;而增施CaCl2可以缓解亚高温对PSⅡ的伤害,维持PSⅡ较高的活性,从而缓解亚高温对番茄净光合速率的影响。

根区酸化对平邑甜茶叶片光系统Ⅱ活性及光合速率的影响

由于环境污染、酸雨沉降及氮素化肥过度使用等原因,中国土壤已出现大规模酸化现象（Guoetal.,2010）。据报道,目前,我国土壤酸化面积已占国土面积的20%以上,随着工农业生产的不断发展,酸化面积和程度逐渐增加（易杰祥等,2006）。酸化是pH下降的结果,

高浓度O_3及太阳辐射减弱对冬小麦PSⅡ光合活性及光能耗散的影响

为给地表太阳辐射减弱和O3浓度增加等大气环境变化条件下我国粮食生产和安全提供安全评估依据,利用开顶式气室(OTC)和黑色遮光网开展了1种熏气水平和2种辐射减弱程度的大田试验(野外CK,T1:遮光20%,T2:遮光40%,T3:O3浓度100 nL/L,T4:O3浓度100 nL/L与遮光20%复合,T5:O3浓度100 nL/L与遮光40%复合)。结果表明:T1、T2和T4组的Fv/Fm、L(PFD)与CK均相似且变化不明显,Yield、qP、Y(NO)、(1-qP)/NPQ分别较CK不同程度下降,而NPQ和Y(NPQ)较CK分别较大程度升高;T3—T5组的Fv/Fm,L(PFD)、Yield、qP、Y(NO)和(1-qP)/NPQ较CK不同程度降低,而NPQ和Y(NPQ)较CK分别显著升高且T5增幅显著大于T1—T4组。综上表明,复合胁迫下,冬小麦光能更多地向调节性热耗散途径分配,辐射减弱效应能使臭氧胁迫下冬小麦较好地自我调节以更好地适应逆境环境。尽管冬小麦对复合胁迫具有一定的适应能力,地表臭氧浓度升高和辐射减弱仍然是我国粮食生产中面临的一个重要问题。

CO_2浓度倍增对谷子拔节期和灌浆期光合色素含量和PSⅡ功能的影响

研究了CO_2浓度倍增对谷子(Setaria italica (L.)Beauv.)叶片单位鲜重和单位叶面积叶绿素(Chl)和类胡萝卜素(Car)的含量以及PSⅡ功能的影响。结果表明,CO_2浓度倍增能提高拔节期成熟叶片和灌浆期成熟旗叶的Chl和Car的含量,并且能提高这两种叶片PSⅡ反应中心开放部分的比例。然而拔节期叶片和灌浆期旗叶的qN值和PSⅡ总的光化学量子产量,以及 F_v/F_o、F_v/F_m和F_d/F_s的值对CO_2浓度倍增的响应不同,表明CO_2浓度倍增对拔节期叶片光合功能的改善优于灌浆期的旗叶。

外源一氧化氮供体SNP对受旱小麦光合色素含量和PSⅡ光能利用能力的影响

以-0.5MPa PEG模拟干旱胁迫,0.1mmolL-1SNP作为外源NO供体,从荧光诱导动力学角度研究了干旱胁迫下SNP对小麦光合色素含量的变化和PSII光能利用能力的影响。结果显示,干旱胁迫虽然引起光合色素含量的增加,却减少了PSⅡ反应中心的开放比例(qP),从而限制PSⅡ对光能的利用(F'v/F'm)和光合功能的正常运行(LPFD)。经SNP和PEG同时处理的小麦光合色素含量明显增加,细胞膜相对透性降低,避免因干旱引起的光合功能的限制(LPFD);SNP还能增加受旱小麦PSII开放反应中心的比例(qP),使更多的光能传递给PSⅡ反应中心,减少激发能用于非光化学反应的热耗散(NPQ),从而促使更多的激发能用于光化学反应(F'v/F'm)。另外,SNP减轻了干旱胁迫对PSⅡ反应中心施加的激发压力,引起QA的还原程度(1-qP)降低。因此,干旱条件下外源NO供体SNP可能参与了受旱小麦光合色素的合成和PSⅡ对光能的利用。

青花菜叶片PSⅡ光化学效率和光合对强光高温的响应

利用光合气体交换和叶绿素荧光测定技术,研究了青花菜叶片PSⅡ光化学效率和光合对强光高温的响应.夏日晴天下青花菜叶片的F_v/F_m,F′_v/F′_m,ΦPSⅡ和qP均降低,F_0升高;12:00～14:00,F_v/F_m,F′_v/F′_m,ΦPSⅡ和qP均降至最低,F_0升至最高;14:00后,随着光强减弱,F_v/F_m,F′_v/F′_m,ΦPSⅡ和qP逐渐升高,F_0逐渐降低;19:00后基本恢复,表明强光高温下PSⅡ反应中心可逆失活是青花菜叶片的一种重要的光破坏防御机制.PSⅡ用于光化学反应的能量随光照强度增强和叶温升高而下降;用于天线非辐射耗散的能量在8:00～10:00增高,此后基本稳定;失活的PSⅡ反应中心所耗散的过剩光能随光强增强和叶温升高大幅度增高,14:00后随光强减弱大幅度下降,进一步表明PSⅡ反应中心可逆失活在青花菜光破坏防御中具有重要作用.青花菜叶片净光合速率和蒸腾速率日变化均呈单峰型曲线,峰值分别出现在12:00和14:00.胞间CO_2浓度12:00前逐渐减小,此后基本稳定.气孔导度全天呈下降趋势.

缺铁对大豆叶片光合作用和光系统Ⅱ功能的影响(英文)

通过气体交换和叶绿素荧光测定研究了缺铁对大豆叶片碳同化和光系统Ⅱ的影响。缺铁条件下大豆光合速率(Pn)大幅下降;最大光化学效率(po)下降幅度较小;荧光诱导动力学曲线发生明显的变化,其中电子传递活性明显下降,K相(VK)相对荧光产量提高。缺铁大豆的天线转化效率(Fv'/Fm')、光化学猝灭系数(qP)和光系统Ⅱ实际光化学效率(ΦPSⅡ)降低,而非光化学猝灭(NPQ)则明显增加。此外,缺铁大豆的光后荧光上升增强。据此,认为铁缺乏伤害了光系统Ⅱ复合物供体侧和受体侧的电子传递;缺铁条件下光系统I环式电子传递的增强可能在维持激发能耗散和ATP供给方面起一定作用。

不同叶龄杂交酸模叶片光合速率及PSⅡ光化学效率诱导对NaCl胁迫的响应

通过气体交换和叶绿素荧光分析方法研究了杂交酸模(Rumex K-1)幼叶、功能叶和衰老叶的光合速率及PSⅡ光化学效率诱导对NaCl胁迫的响应特征。结果表明,老叶的光合作用对盐胁迫最为敏感,幼叶次之,功能叶对盐胁迫的抗性最强。对照植株幼叶、功能叶和老叶的光合诱导速率相差不大,幼叶和功能叶光合诱导后期受气孔限制的影响。盐胁迫后幼叶和功能叶的光合诱导推迟,出现了一个新的光合适应阶段;老叶仍有部分电子传递功能,但已丧失碳同化能力。盐胁迫后气孔导度不再是叶片光合碳同化诱导过程的限制因素,不同叶龄叶片PSⅡ光化学效率启动所需时间远远小于光合速率启动所需时间,盐胁迫对叶片的PSⅡ光化学效率诱导过程几乎没有影响。

氮素水平对转C4光合基因水稻花期剑叶PSⅡ荧光特性的影响

为探讨转C4光合基因水稻在生育后期剑叶PSⅡ对氮素水平的响应特性,采用转pepc(PC)、ppdk(PK)、pepc+ppdk(CK)和未转基因的Kitaake(WT)为试验材料,测定了不同氮素条件下(0.7 mmol/L(1/4N)、3 mmol/L(1N)、6mmol/L(2N))不同品种剑叶SPAD值和形态学指标的变化,并运用叶绿素荧光动力学技术测定了各个品种叶绿素荧光动力学曲线和荧光参数的变化。结果表明,1/4N处理能增加各品种的根长,减小剑叶面积、株高以及叶片叶绿素含量,2N能使剑叶面积和叶绿素含量增加,转C4光合基因品种叶绿素含量在1/4N氮条件下具有显著优势,PC在1/4N条件下具有最长根长和最大剑叶面积,具有显著的形态学优势。1/4N处理使所有品种的荧光曲线出现了K相(300μs处)的增加,转C4基因水稻材料K相的峰值都比原种低,PC的峰值最低。叶绿素荧光曲线分析表明,低氮破坏了剑叶PSⅡ的构造,造成所有品种PSⅡ的OEC失活,从而出现300μs处K相的增加,低氮还造成所有品种失活反应中心增加,电子传递活性减弱,热耗散增加,进而造成PSⅡ最大光化学活性的减小。而PC在低氮当中PSⅡ的所有指标都显著高于其他品种,具有相对稳定的PSⅡ结构,具有耐低氮的优势。高氮对各品种PSⅡ光化学活性的影响不大。

尖叶拟船叶藓光系统Ⅱ光合荧光特性、活性氧代谢与耐脱水生理生态适应的关系

以广布湿生藓类——湿地匐灯藓(Plagiomnium acutum)为比较材料,研究东亚特有濒危植物尖叶拟船叶藓(Dolichomitriopsis diversiformis)在不同快速脱水和复水胁迫下PSⅡ的叶绿素光合荧光变化和活性氧代谢及抗氧化系统变化,探讨两种藓类生理生态适应性差异的成因,以初步确定尖叶拟船叶藓受水分条件限制分布狭窄趋于濒危的原因。结果显示:(1)尖叶拟船叶藓的光合电子传递在脱水后可被极微弱光完全抑制,其抑制光强的恢复明显慢于湿地匐灯藓;其PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)和实际光化学量子效率(YⅡ)先降而后升,恢复较慢;光化学淬灭(q P)复水后恢复较快,非光化学淬灭(NPQ)的绝对值和变化速率则始终低于湿地匐灯藓。(2)尖叶拟船叶藓活性氧水平明显高于湿地匐灯藓;其SOD、CAT、APX等抗氧化系统酶活性整体变化幅度较大,抗氧化保护物质(As A)含量则明显低于湿地匐灯藓。以上结果表明尖叶拟船叶藓受到环境水分因子限制的原因主要有:(1)PSⅡ的反应中心色素(P680)对脱水伤害较为敏感;(2)复水修复过程中抗氧化保护系统的保护能力偏低。

杂种杨无性系的光系统Ⅱ放氧活性、光合色素及叶绿体超微结构对光胁迫的响应

用氧电极仪、红外CO2 气体分析仪及叶绿素荧光仪,结合透射电镜技术对几个杂种杨无性系在光胁迫下的光系统Ⅱ活性、光合色素及叶绿体超微结构进行了测定。随着预处理光强的增加,各无性系叶片的净光合速率和光系统Ⅱ放氧活性明显下降。二倍体无性系B1 1的光系统Ⅱ最大光化学效率(Fv/Fm)及实际光化学效率[(Fm′ -F)/Fm′]高于两个三倍体无性系B346和B342。强光下三倍体无性系B346的非光化学淬灭远高于B342和二倍体无性系B1 1。叶绿素含量和光合速率没有明显的线性关系,叶绿素a/b含量在自然光胁迫下存在季节变化,受强光胁迫 2个三倍体无性系的叶绿素a/b增大。预处理光强PFD超过 30 0 0 μmolphotons·m-2 ·s-1 ,各无性系的基粒类囊体片层结构遭到破坏,但二倍体无性系的类囊体片层结构受破坏程度较三倍体无性系轻。叶绿体蛋白合成抑制剂(硫酸链霉素,SM)

生物合理设计光系统Ⅱ抑制剂研究(Ⅲ)——3-(4-氯苄胺基)-2-氰基-3-烷基丙烯酸酯类光合作用抑制剂的CoMFA研究

在除草剂的分子设计中，抑制光合作用除草剂的研究一直受到极大的关注．其中，氰基丙烯酸酯类化合物对光合作用中电子传递（即希尔反应）抑制活性较高［１，２］．研究表明，这类化合物在结构上的细微变化对希尔反应抑制活性的影响均很显著．因此，对这类抑制剂进行系统的...

遮荫对刺五加叶片光合特性及光系统Ⅱ活性的影响

以刺五加为试材,研究了全光照(对照)和遮荫条件下(30%遮荫)刺五加叶片光合特性及光系统II活性。结果表明:刺五加全光照条件下较遮荫净光合速率(Pn)和气孔导度显著降低,而细胞间隙CO2浓度(Ci)显著升高。JIP分析发现,全光照条件下叶片的单位反应中心光能吸收(ABS/RC)和热耗散(DI0/RC)较遮荫处理显著升高。然而全光照条件下叶片的最大光化学效率(Fv/Fm)、单位面积用于电子传递的光能(ET0/CS)较遮荫显著降低。全光照条件抑制了刺五加叶片PSⅡ电子供体侧、受体侧电子传递,最终导致光合作用能力下降。

基于光合系统Ⅱ的生物传感器及其应用

光合系统Ⅱ (PSⅡ )是叶绿体中色素蛋白的超分子复合物 ,其活性容易受到除草剂、农药、重金属等光合抑制剂的影响 ,作为生物元件来构建生物传感器有其独特的优势。与不同的传导器结合构建的生物传感器可用于多种物质的检测。