BEPC-Ⅱ低温系统的氦气净化技术

氦气净化技术是国家大科学工程北京正负电子对撞机重大改造(BEPC-Ⅱ)中低温系统的关键技术之一。在充分调研国内外大型低温系统氦气净化技术的基础上,结合自身情况,创造性提出氦气储罐内部处理及真空置换方案,一次性充入氦气,将储罐内氦气不纯度控制在40 vpm之内,同时辅之以80 K外置低温吸附器对氦气储罐内以及冷箱和超导设备端的氦气进行净化。高效而又经济的解决了BEPC-Ⅱ低温系统中的氦气纯度问题,成功地进行了制冷机的验收测试和超导设备的调试及运行。

风箱果和紫叶风箱果叶片光系统Ⅱ功能对秋季低温的响应

以风箱果(Physocarpus amurensis Maxim)和紫叶风箱果(Physocarpus opulifolius"Diabolo")为材料,利用快速叶绿素荧光动力学技术研究了两种植物叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)特点对北方秋季自然低温胁迫的响应。结果表明:在正常温度时,风箱果和紫叶风箱果叶片的叶绿素荧光参数均无显著差异;在秋季低温胁迫时,风箱果叶片的快速叶绿素荧光诱导动力学(OJIP)曲线变化幅度明显大于紫叶风箱果,其PSⅡ反应中心光化学活性对低温胁迫更为敏感,风箱果叶片J点和K点相对可变荧光强度(VJ和VK)增加幅度明显大于紫叶风箱果,风箱果叶片PSⅡ供体侧放氧复合体(OEC)活性和受体侧电子由初级电子受体(QA)向次级电子受体(QB)的传递过程更易受到低温的抑制。紫叶风箱果叶片超氧阴离子(O-2)产生速率和H2O2质量摩尔浓度,在秋季低温胁迫时的增加幅度明显小于风箱果,L点的相对可变荧光强度(VL)增加幅度也明显小于风箱果,活性氧导致风箱果叶片类囊体膜的损伤程度大于紫叶风箱果。在秋季低温胁迫时,紫叶风箱果光合机构的伤害程度明显低于风箱果;在高寒区秋季,紫叶风箱果比风箱果更具有抗寒性。

短时间低温弱光胁迫对甜椒的光系统Ⅱ的功能调节

通过叶绿素荧光动力学研究了低温弱光胁迫对甜椒PSⅡ光化学效率的影响.结果表明,短时间低温弱光对光合色素含量的影响变化不大,但是甜椒叶片相对电导率和MDA含量的增加,甜椒PS反应中心受到伤害,光化学效率的降低,改变了激发能的分配.

BEPCⅡ低温系统制冷机房缺氧性计算

房间中氧气体积浓度低于一定的值,将会使人窒息甚至死亡。低温液氦或液氮气化到室温环境后体积将膨胀700(LN2)的780倍(LHe),不加控制低温气体泄漏到房间中会引起氧气缺乏事故。本文通过氧气等级分析给出BEPCⅡ制冷机房通风量,BEPCⅡ系统安全阀氦泄漏量以及室内氧气体积浓度估算方法。

三种常绿阔叶树光系统Ⅱ在低温胁迫下的光抑制及恢复

冬季低温胁迫对亚热带常绿阔叶树光合活性的主要影响之一,体现在光合机构的低温光抑制。为了阐明冬季低温胁迫下常绿阔叶树光系统Ⅱ的光抑制程度及光保护机制,该文研究了冬季自然低温胁迫(零下低温冻害和零上低温寒害)对红叶石楠、枇杷和猴樟三种亚热带常绿阔叶树光合机构光系统Ⅱ(PSⅡ)光抑制的影响以及春季气温回暖后的恢复情况。结果表明:冻害和寒害低温胁迫使猴樟的PSⅡ活性显著降低,PSⅡ受到较严重的光抑制,低温胁迫解除后PSⅡ活性未能完全恢复。红叶石楠PSⅡ活性下降程度和光抑制程度最轻,春季PSⅡ活性显著上升,光抑制显著下降。枇杷PSⅡ活性和光抑制程度介于猴樟和红叶石楠之间。低温胁迫下红叶石楠的非光化学猝灭(NPQ)接近常温水平;枇杷的NPQ略有降低,春季恢复正常;猴樟NPQ最低,春季低温解除后仍不能完全恢复。此外,三种常绿阔叶树在冬季低温胁迫和春季恢复时期的NPQ与PSⅡ的光抑制程度存在显著的负相关关系。综合以上结果分析表明,冬季低温对红叶石楠PSⅡ影响不大,对枇杷有一定影响但春季气温回暖后可以及时恢复,对猴樟PSⅡ有显著的光抑制且恢复过程较慢,同时NPQ对保护常绿阔叶树PSⅡ免受冬季低温光抑制有重要的贡献。

超流氦低温系统板式换热器的设计与优化

负压换热器是超流氦低温系统的关键部件。通过设计和优化,将板式换热器应用于液氦温区。采用分布参数微元法建立了变物性参数换热器传热模型,基于该模型编写了板式换热器的设计与校核计算程序。以换热器效能、负压侧压降和换热器体积为目标进行了量纲分析,确定了人字波纹板片的优化参数。随后采用NSGA-Ⅱ算法进行了多目标优化,以换热器体积最小为前提做出了板式换热器选型。最终得到了三种优化后的设计方案,研制了板式换热器样机。通过分析换热器性能随热流体流道数的变化规律,解释了换热器设计效能偏高的原因。

短时低温胁迫对甜椒叶绿体超微结构和光系统的影响

通过测定荧光参数、膜脂脂肪酸组成、活性氧及相关清除酶活性,研究了短时低温(4oC)胁迫对冷敏感甜椒叶片光系统的影响。结果表明,6h低温弱光(100μmol·m-2·s-1)胁迫结束时光系统II(PSII)最大光化学效率(Fv/Fm)下降35.6%,氧化态的P700下降约60%,而暗中低温处理对二者没有影响。低温弱光胁迫对膜脂脂肪酸组成和叶绿体超微结构的影响均比暗中低温胁迫严重,而活性氧清除酶的活性有所下降,活性氧积累。因此,叶绿体膜系统的完整性与活性氧积累之间可能存在一定的相互关系。低温弱光胁迫引起了PSII和PSI的光抑制,而活性氧的积累可能是氧化态P700下降的一个原因,而且PSI对低温弱光比PSII表现得更敏感。

夜间低温后日间光照对海桐和榕树叶片的光抑制以及光系统II功能的影响

夜间低温导致海桐和榕树叶片光系统II(PSII)最大光化学效率(Fv/Fm)、PSII光合电子传递量子效率(ΦPSII)、天线转化效率(Fv'/Fm')、非光化学猝灭系数(NPQ)降低,其后日间光照先引起海桐叶片Fv/Fm、ΦPSII、Fv'/Fm'稍微降低,其后又逐渐得到恢复,但NPQ却表现出相反趋势;夜间低温及随后的日间光照并未对海桐叶片光化学猝灭系数(qP)和初始荧光强度(Fo)产生影响。夜间低温后日间光照进一步引起榕树叶片Fv/Fm、ΦPSII、Fv'/Fm'、qP、NPQ下降,在午后光照减弱后仍不能得到恢复。

移栽期低温强光对烤烟新生叶和成熟叶PSⅡ功能的影响

为探究低温强光对移栽期烤烟幼苗不同生长阶段叶片的胁迫机制,利用人工模拟移栽期低温强光环境的方法,研究了由温室弱光环境转移到低温高光环境下烤烟幼苗新生叶和成熟叶的快相叶绿素荧光动力学曲线的变化情况。结果表明:烤烟幼苗新生叶的光合性能指数PIABS显著低于成熟叶,而PSⅡ最大光合效率Fv/Fm值虽低于成熟叶,但差异不显著;在低温高光下新生叶片Fv/Fm和PIABS的降低幅度也明显低于成熟叶,说明在低温强光下新生叶更容易发生光抑制现象。新生叶J点和I点的相对可变荧光(V_J和V_I)均明显高于成熟叶,即新生叶PSⅡ受体侧的电子传递速率明显低于成熟叶,且在低温高光下新生叶的V_J增加幅度大于成熟叶,即低温强光加剧了新生叶PSⅡ受体侧电子由QA向QB传递的抑制程度,但新生叶的V_I增加幅度却较成熟叶小,说明低温强光对烤烟幼苗新生叶QB向PQ的电子传递影响较小。新生叶的K点和L点的相对可变荧光(V_K和V_L)明显高于成熟叶,并且低温高光处理下新生叶V_K和V_L的增加幅度明显大于成熟叶,说明低温高光处理对新生叶放氧复合体和类囊体膜结构的伤害程度更大。总之,移栽期低温强光胁迫对烤烟幼苗新生叶PSⅡ功能的伤害程度明显大于成熟叶,这与新生叶光化学活性、电子传递速率以及OEC对低温强光胁迫更为敏感有关。

北京地区大叶黄杨越冬进程中光系统Ⅱ的行为特征

利用PAM2100调制式叶绿素荧光仪与氧电极技术,监测常绿阔叶植物大叶黄杨在北京地区越冬进程中光系统Ⅱ(PSⅡ)行为特征的转变。结果表明:随着越冬进程的推进,光合放氧速率和PSⅡ光化学效率相继降低,阳生叶降低的幅度均比阴生叶大。深冬,阳生叶的荧光诱导曲线的动力学变化完全消失,而阴生叶能保持一定的荧光动力学变化。同时,植物采取多种防御措施相互配合,保护PSⅡ反应中心:首先,初始荧光(Fo)与最大PSⅡ光化学效率(FV/Fm)同步降低,表明植物通过减小捕光天线系统的方式减少过多光能对PSⅡ反应中心的激发压;其次,光化学猝灭(qP)始终较高,表明PSⅡ通过保持较高的开放程度,减少激发能在PSⅡ供体侧的积累;最后,非线性电子传递与天线系统之外的热耗散是大叶黄杨越冬进程重要的光保护机制。

低温胁迫对Acacia holosericea PSⅡ反应中心的影响

用拉曼技术研究低温胁迫及光胁迫条件下 ,高原植物绢毛相思 ( Acacia holosericea)PS 反应中心的变化 ,所测得的拉曼谱表明 ,在低温胁迫条件下 ,光诱导的光抑制更为严重 ,表现为光强下降 ,但低温胁迫再加光胁迫测得光强反而上升 ,较好的体现了绢毛相思在光合作用方面的抗逆性。并且 PS

低温弱光胁迫对野生大豆和大豆栽培种光系统功能的影响

以野生大豆和栽培大豆为材料,通过同时测定大豆叶片的叶绿素荧光快速诱导动力学曲线和对820nm光的吸收曲线,以及测定超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性,分析了低温弱光胁迫及常温弱光恢复下这2种大豆光系统II(PSII)和光系统I(PSI)功能的变化。结果表明,低温弱光胁迫对这2种大豆的PSI和PSII的功能都造成伤害;在低温弱光胁迫下,维持较高的SOD和APX活性和维持PSI和PSII的协调性是野生大豆比栽培大豆耐低温的一个重要原因。

BEPC II低温冷却系统的热力设计及数值模拟

为保证超导设备的正常运行,给出超导腔(SRF)和超导插入聚焦四极磁体(SCQ)以及超导螺线管探测器磁体(SSM)等3类超导设备和其他辅助设备的结构,并进行了漏热分析,根据各类超导设备的特点选择不同的冷却方式冷却,通过对超导设备低温冷却流程的数值模拟得出系统的热力运行参数.模拟结果表明:利用超临界氦流冷却超导插入四极磁体较采用过冷液氦流冷却超导插入四极磁体为佳.

PSⅡ膜脂肪酸的脱饱和与黄瓜低温光抑制关系的研究

低温适应（１２℃，１２０μｍｏｌ／Ｌ·ｍ－２·ｓ－１ＰＰＦＤ）引起黄瓜子叶ＰＳⅡ膜碎片（ＰＳⅡｍｅｍｂｒａｎｅ，下同）饱和脂肪酸分子百分含量的减少，膜脂不饱和度提高。其中，十六碳脂肪酸的脱饱和较为明显，Ｃ１６３脂肪酸的分子百分含量经低温适应后上升。分段测定类囊体膜的电子传递活力发现，低温适应使电子传递Ｈ２Ｏ→ＭＶ和ＤＰＣ→ＭＶ呈现先降后恢复的趋势，其中ＰＳⅡ的电子传递活力在低温适应７２ｈ内受影响较小；而ＰＳⅠ的活力受到明显抑制。经叶绿素ａ荧光测定也证实，低温适应后ＰＳⅡ的荧光化学效率仍较高，同时，黄瓜子叶对低温光抑制的抗性提高。本文认为，ＰＳⅡ膜碎片中饱和脂肪酸含量的降低有可能提高膜的流动性，从而增强黄瓜幼苗对低温光抑制的抗性。

杂交稻幼苗期对低温胁迫的生理反应

研究了常规低温敏感型杂交稻汕优63和超高产杂交稻两优培九幼苗期对低温胁迫的抗性,处理低温为10℃,以常温25℃处理为对照。结果表明,随低温处理时间的延长,水稻幼苗叶片叶绿素含量逐渐下降、类囊体膜PSⅠ、PSⅡ活性明显下降,类囊体膜的室温吸收光谱、发射光谱也明显下降。低温使两优培九的O 2产生速率和MDA含量下降,而汕优63却出现相反的结果;同时,SOD的活性与对照相比两品种都有所提高,而CAT活性则是两优培九高于对照,汕优63低于对照。这些指标的变化幅度都是汕优63较明显。低温处理后,两品种的可溶性蛋白含量都上升,但两优培九增幅较汕优63高。SDS-PAGE表明,低温处理后可溶性蛋白条带增多,但类囊体膜蛋白条带没有明显的增加。对照组中,除了PSⅠ和PSⅡ活性外,其余各项指标都是汕优63较两优培九高,意味着幼苗期的两优培九光合功能虽不如汕优63高,但其对低温的抗性较汕优63强。

低温对水稻类囊体膜蛋白磷酸化及光合机构光能分配的影响

研究了低温胁迫对水稻类囊体膜蛋白磷酸化和光能分配的影响。类囊体膜蛋白组分的SDS-PAGE和免疫印迹分析结果显示,低温弱光条件下光系统Ⅱ(PSⅡ)功能蛋白的稳态水平均有所降低。低温(77K)荧光分析表明,低温处理后类囊体膜光能吸收明显下降,而且FPSⅡ/FPSⅠ的比值均较对照组下降,表明低温弱光条件下有更多的激发能被分配到PSⅠ。低温处理同时还改变了类囊体膜蛋白磷酸化水平,捕光天线LHCⅡ蛋白中lhcb1的磷酸化水平明显降低,lhcb2的磷酸化水平增加,进一步证实lhcb2向PSⅠ移动,改变光能分配。PSⅡ反应中心D1、D2蛋白和核心天线CP43的磷酸化水平增高,有利于PSⅡ二聚体的稳定。

杨梅光合作用的低温光抑制

利用便携式调制叶绿素荧光仪和光合作用测定系统研究了短期低温光照对杨梅幼树光合作用的影响。结果表明,低温光照处理后,杨梅叶片的Pn(净光合速率)、Gs(气孔导度)、Fv/Fm(最大的光系统Ⅱ光化学效率)、qP(光化学猝灭系数)和ФPSⅡ(光系统Ⅱ的量子产量)下降,Ci/Ca(细胞间隙CO2浓度/环境CO2浓度)、Fo(初始荧光)、qN(非光化学猝灭系数)和(Fi-Fo)/(Fp-Fo)(失活的PSⅡ反应中心数量)上升。此外在同一水平低温下,中等强光(350μmolm-2s-1)加剧了PSⅡ反应中心的失活或破坏并且需要更长时间来恢复。这些结果说明低温和有光照条件下引起的杨梅光合作用下降是由于光合机构活性下降所致,即主要是PSⅡ反应中心的失活或破坏;我们推测QA-(还原态质体醌A)和非还原QB(质体醌B)数量的积累可能是导致PSⅡ反应中心失活或破坏的原因,在低温光抑制过程中非辐射能量耗散对保护光合机构起着重要作用。

低温胁迫下交替呼吸途径对当归幼苗叶绿素荧光活性的影响

以岷当归幼苗为材料,通过温室盆栽试验研究了在低温(4℃和-7℃)胁迫下交替呼吸途径对当归幼苗叶片叶绿素含量和荧光特性的影响,探讨交替呼吸途径在当归响应低温逆境过程中的作用。结果表明,随着胁迫温度的降低和处理时间的延长,当归叶片的叶绿素含量、实际光化学效率[Y(Ⅱ)]、光合电子传递速率(ETR)及光化学淬灭系数(qL)逐渐降低,而非光化学猝灭系数(NPQ)升高;同时,低温胁迫也导致当归幼苗叶片交替呼吸容量显著升高;在低温胁迫下,经交替呼吸途径抑制剂[1 mmol·L^(-1)的水杨基氧肟酸(SHAM)]预处理的当归幼苗叶片叶绿素含量、Y(Ⅱ)、ETR及qL进一步显著下降,而NPQ进一步显著升高,且温度越低升降幅度越大。研究发现,低温胁迫对当归幼苗叶片叶绿素的合成以及PSⅡ的光化学性能产生了显著抑制,低温胁迫下交替呼吸途径对当归幼苗叶绿素合成以及PSⅡ的光化学性能具有一定的保护作用。

内源水杨酸参与黄瓜叶片光合系统对低温胁迫的响应

为了探讨内源水杨酸(salicylic acid,SA)在黄瓜幼苗光合系统响应低温胁迫中的作用机制,采用高效液相色谱法测定低温下黄瓜叶片中内源SA含量的变化;通过SA合成抑制剂Paclobutrazo(lPac,100μmol·L-1)喷施和外源SA(50μmol·L-1)饲喂的方法调节内源SA含量,并测定不同处理幼苗的叶绿素荧光参数和光合碳同化关键酶基因的转录水平。结果显示:低温引起黄瓜幼苗内源SA含量升高,Pac预处理抑制SA的积累。低温导致PSⅡ的最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、潜在光化学活性(Fv/Fo)和光合电子传递效率(ETR)等降低,叶片光化学猝灭参数[(Y(NO)]升高;内源SA含量降低使PSⅡ活性下降幅度增大,加重了叶片的光损伤程度。低温下PSⅡ吸收的光能分配于光反应的部分减少,而以非光化学反应的过剩能量耗散Ex为主要的光能分配途径,内源SA含量降低会加剧光能向Ex的分配。低温时喷施Pac的幼苗中Rubisco小亚基基因(RbcS)和碳酸酐酶基因(CA)的表达水平显著低于对照植株。对喷施Pac的幼苗外源饲喂SA后,内源SA含量升高,低温下叶片光合活性得到有效恢复,光损伤降低,光能分配趋于合理,RbcS和CA的表达水平升高。上述结果表明,低温下内源SA的积累有助于维持黄瓜叶片中较高的光系统活性和碳同化能力,从而保护光合系统,降低低温胁迫对植物的损伤。

越冬期间桂花光系统Ⅱ行为特征分析

为探究桂花在越冬期间遭受寒害时的光合机理,运用叶绿素荧光动力学手段,监测桂花叶片在北京地区越冬过程中光系统Ⅱ(PSⅡ)行为特征的变化。结果表明:随着越冬过程的推进,初始荧光(F_0)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ有效量子产额(yield)和PSⅡ电子传递速率(ETR)均随温度下降出现同步降低,并表明越冬过程中桂花叶片的捕光天线系统遭受破坏,从而抑制了光合作用的原初反应,桂花叶片通过减小天线系统捕获的光能来降低对PSⅡ反应中心的激发压。另外,桂花叶片的光化学猝灭系数(q P)始终较高,说明PSⅡ反应中心能够在越冬期间保持较高的开放程度,进而减少激发能在PSⅡ供体侧积累对PSⅡ反应中心的伤害;而非光化学猝灭系数(NPQ)伴随温度下降而明显降低,由此可以推断,桂花主要通过天线系统以外的热耗散途径来抵御冬季低温胁迫。