植物光合作用原初反应与电子传递调控

光合作用是地球上最大规模的能量物质转换和生物固碳过程,是绝大多数生命生存和发展的物质基础。光反应是光合作用的第一步,其调控机制对于植物的生长至关重要。近年来随着分子生物学、结构生物学等现代学科交叉融合发展,许多经典光反应调控途径的分子元件得以深入解析,多种新的调控机制逐渐浮现。文章简述了光合作用光反应过程,并结合国内外最新成果重点讨论了捕光和电子传递链调控机制。相关研究不仅加深对光合作用的认识,而且对优化植物生长进而解决能源粮食等重要问题具有潜在应用意义。

水稻胞质FBA基因在鱼腥藻7120中的表达及其对光合作用的调控

光合作用包括了一系列复杂的反应,其中碳固定反应是光合作用调控的核心环节。果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)是Calvin循环中固定CO2后第一个催化三碳化合物转变为六碳化合物的酶,在光合作用中有着重要的作用。近年来,反义技术进一步地证明了FBA在加速碳固定反应方面有着非常大的潜力。本论文通过过表达技术来研究提高FBA活性是否能加速碳固定反应。将水稻胞质FBA嵌合基因转入鱼腥藻7120,通过相应的抗生素筛选及PCR鉴定后,确定得到了稳定遗传的转基因藻。对转基因藻和野生藻进行FBA活性及生理活性的测定后发现:转基因藻中FBA的活性比野生藻提高了31.2%;细胞生长速率比野生藻提高了24.4%;净光合与真实光合分别比野生藻提高了19.2%和20.6%。以上结果证明,在鱼腥藻体内特异的提高非调控酶FBA的水平,能在一定程度上提高转基因藻的光合活性,并且能够提高转基因藻的细胞增长效率。为进一步研究FBA在光合碳流量中的调控机理提供实验依据。

冠层结构对梨叶片光合特性及果实品质的影响

冠层结构是影响果树生长发育及丰产优质的重要因素。该研究以20年生‘玉露香’梨大冠分层树形为对照(CK),以冠层整形修剪后的3、4和5个主枝的开心树形为处理(分别记为OCC3b、OCC4b和OCC5b),测定了冠层截获的光合有效辐射、叶片的气体交换、叶绿素荧光和果实品质特性,探讨不同冠层结构内光环境的变化对梨树叶片光合特性及果实品质的影响,探讨果树的光合调控和结实规律,为西北黄土高原产区果树的标准化整形修剪提供理论依据。结果表明:(1)OCC3b、OCC4b和OCC5b的冠层不同方位和不同时刻截获的光合有效辐射(PAR)均高于CK。与CK和OCC5b相比,OCC3b和OCC4b叶片光响应的最大净光合速率(Pnmax)和羧化效率(CE)显著提高。(2)在强光胁迫下,开心树形叶片光呼吸速率(Pr)占总光合速率(Pg)的比例(Pr/Pg)和非光化学淬灭(NPQ)中可恢复组分r(qE)提高,同时不可恢复组分r(qI)降低。(3)OCC3b和OCC4b比OCC5b和CK的单果重、果面红晕面积、果皮花青苷含量、可溶性固形物含量和可溶性总糖含量均显著提高,而可滴定酸含量显著降低。(4)PAR与果面着色面积和果皮花青苷含量呈极显著正相关关系,Pnmax与单果重呈极显著正相关关系,而PAR和Pnmax均与可滴定酸呈极显著负相关关系。研究发现,OCC3b和OCC4b的梨树冠层内可截获更多的光能,叶片光合能力更强,遭遇强光胁迫时能够通过更高效的热耗散和光呼吸进行自我保护,而且开心形树冠结构还能显著提升果实品质。

水稻cFBA和菠菜cpTPI串联基因在鱼腥藻7120中的表达及其对光合作用的影响

利用转基因技术,将水稻cFBA和菠菜cpTPI串联基因转入到鱼腥藻7120中进行表达.结果发现:与野生藻相比,转基因藻蛋白粗提液中两个酶的比活力提高了33.3%;转基因鱼腥藻的生长明显优于野生型鱼腥藻,当在培养基中添加适量NaHCO_3时,这一优势更加明显;转基因鱼腥藻的净光合速率和真实光合速率都有明显提高,光饱和点和光补偿点也有所提高.以上这些结果表明,在鱼腥藻7120中特异的提高"非限速酶"——FBA和TPI的水平,能在一定程度上提高转基因鱼腥藻的光合作用速率和生长速度.

黄土塬区施肥策略对大豆生物量分配及转化积累的影响

为明确化肥、有机肥、生物菌肥配施对黄土旱区大豆光合性能、生物量分配和产量的影响,试验以‘汾豆78号’为试材,化肥比例配施(N、NPK、2NPK)、化肥有机肥配施(NPK-O)、化肥生物菌肥配施(NPKB)及露地施氮对照6个模式处理,解析叶片光合生理变化和生物量积累、分配规律与产量形成之间的关联机制。结果表明:(1)2NPK、NPK-O和NPK-B模式大豆开花期叶绿素含量、叶片光合及蒸腾速率提升1.8%~5.3%,叶片水分利用效率显著增加8.8%~19.3%;(2)NPK、NPK-O和NPK-B模式显著提升大豆结荚期茎、叶生物量19.9%~46.3%;(3)NPK、2NPK和NPK-B有效调控豆荚、籽粒间生物量转化,显著提升粒荚比、收获指数11.9%和19.6%;(4)化肥优化配施模式大豆产量平均增幅34.0%,而NPK-O平均增幅41.3%,NPK-B平均增幅36.8%。总之,化肥、有机肥、生物菌肥配施具备优化土壤水肥环境,有效调节大豆叶片光合性能和生物量分配,保证旱地大豆产量稳定提升的根本效能。