沙地赤松光合及叶绿素a快相荧光动力学特性

沙地赤松在科尔沁沙地南缘区已有50a的引种历史,但对其生长表现还知之甚少,对其光合生理还一无所知。为深入了解其光合生理特性及机理,以同龄樟子松为对照,对沙地赤松成熟林分生长指标以及光合和叶绿素a快相荧光动力学特性进行了研究。结果表明:与樟子松相比,成林阶段沙地赤松具有较大的生长量、生物量,这与其较强的光合作用密切相关。沙地赤松最大净光合速率P_(max)(10.376μmol CO_2m^(-2)s^(-1))和平均净光合速率P_n(4.902μmol CO_2m^(-2)s^(-1))均高于樟子松,且具有较高的光饱和点LSP和较低的光补偿点LCP。暗呼吸速率(R_d)较低,导致其光合效率(P_(max)/R_d)较高。JIP-测定揭示了沙地赤松较强光合作用的内在机制,在O相至P相范围内,其相对可变荧光值(V_t)总体较低,说明其在电子传递过程中耗散能量较低,而用于光化学的能量较高。比活性参数进一步表明沙地赤松单位激发态面积反应中心数目(RC/CSo、RC/CSm)、吸收的光量(ABS/CSo、ABS/CSm)、被反应中心捕获的光量(TRo/CSo)、用于电子传递的能量均较高(ETo/CSo),也因此具有较高的性能指数,其PI_((ABS/CSo/CSm))分别是樟子松的1.42、1.65和1.63倍。显然在沙地环境下沙地赤松生长表现和光合性能优于樟子松,研究结果为扩大该树种在沙地上的引种栽培提供了初步的理论依据。

松树与杨树叶片叶绿素快相荧光动力学特征比较

以2种杨树(毛白杨和速生杨)作为被子植物的代表树种,与4种松树(油松、赤松、白皮松和华山松)进行叶绿素快相荧光光动力学曲线和参数比较,总结2类树种在快相荧光动力学方面的差异。结果显示:与杨树典型的OJIP曲线不同,松树针叶快相荧光动力学曲线上J相的相对荧光强度较低,没有明显的I相,达到P相的速度较快。解析荧光数据得到的荧光参数显示,松树针叶单位激发态面积反应中心的数目(RC/CSm)较少,导致其单位PSⅡ反应中心获得的能量较多(ABS/RC,TRo/RC,ETo/RC,DIo/RC),其单位激发态面积的光反应活性(ABS/CSm,TRo/CSm,ETo/CSm,DIo/CSm)却较低。不过松树的原初光化学活性(Mo)与杨树相差不大,QA(plastoquinone A)的电子传递活性(ψET)甚至高于杨树。但是,松树的I相相对荧光强度(Vi)较高,说明松树从质体醌QB(plastoquinone B)到PSI的电子传递活性(ψRE)较低。同时,松树的质体醌库(Sm)较小,质体醌的周转次数(N)较少,质体醌库的还原速度(Sm/Tfm)较快,使得松树OJIP曲线(OJIP induction curve)上P相出现较早,而I相不明显。最终表现为松树的光反应综合性能指数PICSm及PSI相对活性(φRo)较低,PSⅡ热耗散量子比率(Kn,Fo/Fm)较大。综上所述,单位激发态面积反应中心数目和质体醌库的大小及活性是影响松树光反应活性的2个重要因素,最终影响松树针叶的光合功能。

夜间增温和水分管理耦合对水稻叶片光合作用和荧光特性的影响

气候变暖和水资源短缺是水稻可持续生产面临的重要问题。通过大田模拟试验,研究被动式夜间增温下,节水灌溉对水稻植株叶片光合作用及叶绿素荧光特性的影响。采用2因素随机区组设计,夜间温度设2个水平,即常温对照(CK)和夜间增温(NW),水分管理设2个水平,即常规淹水灌溉(5cm水层)和湿润灌溉(节水灌溉,无水层)。结果表明:被动式夜间增温装置可使常规淹水灌溉和湿润灌溉下水稻全生育期冠层的夜间平均温度分别升高0.42℃和1.18℃。相同水分管理下,夜间增温处理水稻叶片的叶绿素相对含量和最大净光合速率下降,光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率和荧光耗散升高,光合机构性能下降,干物质积累量减少。综合比较,夜间增温下湿润灌溉处理能够提高水稻的净光合速率和光饱和点,降低水稻的光补偿点、暗呼吸速率和荧光耗散,使水稻的光适应范围增大,光合机构性能增强,但降低了水稻的穗干质量。

不同栀子光合和荧光特性比较

以‘大叶’栀子和山栀子为研究对象,对其叶绿素含量、光合及荧光特性进行比较,旨在揭示两(品)种栀子对环境适应性的差异,为栀子品种的开发利用、科学种植和高效栽培管理提供理论依据。结果显示:‘大叶’栀子净光合速率显著高于山栀子,两者光合速率日变化均为双峰曲线,存在"光合午休"现象,但午休原因不同。‘大叶’栀子光饱和点和表观量子效率较山栀子高,而光补偿点较低,但两者均表现为阳性植物特征。叶绿素快相荧光诱导动力学分析表明,‘大叶’栀子单位激发态面积反应中心数目(NRC/CSm)多,光能捕获的总能力强;质体醌库(Sm)较大,光能利用效率高;QA、QB的电子传递效率(ψET、ψRE)高,PSⅡ反应中心活性高,最终表现为其性能指数(IABS、ICSo、ICSm)显著高于山栀子。

低养分基质下沙地柏和樟子松苗木对遮荫的响应

为了研究遮荫对贫瘠土壤上生长的植物存活率、相对生长率(RGR)、生物量分配模式及光合特性的影响,本文以耐荫的沙地柏和不耐荫的樟子松苗木为试材,进行全光和不同遮荫处理(35%、65%和95%),遮荫处理时间为2个生长季。结果表明,随着光照强度减弱,沙地柏的存活率和生长量没有明显变化,总生物量和RGR均呈先上升后下降的趋势,且RGR指标均为正值,茎根比显著提高;而樟子松存活率和生长量显著降低,总生物量和RGR一直呈下降趋势,且95%遮荫率下RGR为负值,茎根比显著降低。沙地柏的最大光化学效率(Fv/Fm)对遮荫更加敏感,在35%遮荫率下就显著增加,而樟子松在65%遮荫率时才开始显著增加。JIP-测定进一步表明,遮荫下沙地柏标准化荧光值(Vt)从O相到接近P相的过程中均明显低于全光照(CK),电子越过QA的能量占反应中心捕获能量的比例(ψo)、用于电子传递的量子比率(ψEo)均提高,且质体醌库(Sm)变大,质体醌库还原速率(Sm/Tfm)提高、初级醌受体被还原的次数(N)增多,单位激发态面积用于电子传递的能量(ET_o/CS_o)增加、反应中心数目(RC/CS_o)增多,单位反应中心电子传递的能量(ET_o/RC)增加,同时单位激发态面积(DIo/CS_o)和单位反应中心(DIo/RC)的热耗散的能量均降低,最终导致其性能指数(PIABS,PICS_o,PICSm)明显高于全光照。遮荫下樟子松标准化荧光值从O相到接近P相的过程中均明显高于CK,除热耗散指标外以上这些荧光参数与CK没有明显差异,甚至更低,而DIo/RC指标保持不变,最终导致其性能指数(PIABS,PICS_o,PICSm)与CK没有明显差异。以上结果暗示,沙地柏在较低的光强下能维持较高的生长量,通过维持正向碳平衡保持了较高的存活率,增加了地上生物量的比例,提高了光反应阶段电子传递的能量水平;而樟子松碳收支失衡导致了较低的存活率,地上生物量比例下降,电子传递的能量水平降低。