Na_2CO_3胁迫下星星草幼苗叶片PSⅡ光能利用和耗散与培养基质渗透势的关系

用荧光动力学的方法研究了碱性盐Na2CO3胁迫下星星草幼苗叶片PSⅡ光能利用和耗散与培养基质渗透势的关系。结果发现在大于-4bar的胁迫下,PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在光化学效率(Fv/Fo)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)以及开放的PSⅡ反应中心有效光化学效率(Fv′/Fm′)的变化不大;然而在小于-4barNa2CO3胁迫下,Fv/Fm、Fv/Fo和Fv′/Fm′均随着渗透势的增大而增大,而ΦPSⅡ、电子传递速率(ETR)、光化学速率、捕光色素吸收的光能被用于热耗散的相对份额及热耗散速率则随着渗透势的增大而减小。这些研究结果说明星星草幼苗在Na2CO3胁迫所导致的不同的渗透胁迫下(小于-4bar和大于-4bar)其过剩光能的耗散机制可能不同,大于-4bar的胁迫下可能存在精细的渗透调节机制,而在高强度的Na2CO3所导致的渗透胁迫下具有与其它植物不同的保护机制,可能通过两条途径耗散过剩的光能,一方面通过增加捕光色素吸收的光能被用于热耗散的相对份额及热耗散速率;另一方面通过增大ΦPSⅡ、光化学速率、ETR,增强假循环式光合磷酸化过程,而由此引起的活性氧的增加则通过体内较高活性的保护酶系统来清除,以保护光合器官免受过剩光能的损伤。

Na_2CO_3胁迫下星星草幼苗叶片电解质外渗率与PSⅡ光能耗散的关系

用荧光动力学的方法探讨Na2CO3胁迫下星星草幼苗叶片电解质外渗率与PSⅡ光能耗散的关系。结果表明,随着星星草幼苗叶片电解质外渗率的增大,PSⅡ的最大光化学效率(Fv/Fm)和潜在光化学效率(Fv/Fo)呈逐渐减小的趋势。同时,当电解质外渗率小于0.2时,PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(qP)、光化学速率(PR)、捕光色素的光能被用于热耗散的相对份额(HD)、热耗散速率(HDR)都随着电解质外渗率的增大而增大;而当电解质外渗率超过0.2时,PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(qP)、光化学速率(PR)却随着电解质外渗率的增大而减小。另一方面,电解质外渗率在小于0.15时,非光化学淬灭系数(qNP)一直在增加,但是当电解质外渗率超过0.15时,qNP却减少。本试验结果说明当电解质外渗率在一定范围内,星星草通过增加热耗散以及增加捕光色素吸收的光能被用于热耗散的相对份额(HD)和热耗散速率(HDR)来改善PSⅡ的功能,由此引起的活性氧增加则由体内较高的保护酶来清除,若超过了一定阈值则抑制了PSⅡ的功能,或者说PSⅡ系统可能遭受了不可逆损伤。

高温胁迫下转甜椒正义甘油-3-磷酸酰基转移酶基因(GPAT)烟草缓解PSⅡ光抑制

【目的】探讨类囊体膜脂组成与高温光抑制的关系。【方法】以转甜椒正义甘油-3-磷酸酰基转移酶基因(GPAT)的烟草植株为试验材料,测定了类囊体膜脂组成,高温胁迫后的光合参数和叶绿素荧光参数。【结果】转基因烟草植株类囊体膜的单半乳糖甘油二脂(MGDG),双半乳糖甘油二脂(DGDG),硫代异鼠李糖甘油二脂(SQDG)和磷脂酰甘油(PG)的饱和程度均上升,其中MGDG饱和程度增加了16.2%,上升幅度最为显著。随胁迫温度的升高,转基因烟草植株与野生型植株Fv/Fm,ΦPSⅡ和Pn逐渐下降,但转基因植株下降幅度小于野生型,48℃时差异最为显著。【结论】转基因烟草植株类囊体膜脂脂肪酸饱和度增加,提高了PSⅡ热稳定性,缓解了PSⅡ光抑制。

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。

弱光环境下葡萄叶片的生长及其在强光下的光合特性

以 1年生京玉葡萄 (Vitisvinefera L.cv.Jingyu)幼苗为材料 ,用遮阳网营造弱光环境 ,研究了弱光环境对葡萄叶片生长及其在强光下光合特性的影响。结果表明 :弱光环境下长成的葡萄叶片比叶面积、单位重量的叶绿素含量明显高于自然光照下长成的葡萄叶片 ,叶绿素 a与叶绿素 b的比值则比对照低。上述变化有利于葡萄在弱光环境下对光能的利用 ;1 80 0μmol.m-2 .s-1 光照条件下测定的弱光环境下长成的葡萄叶片的净光合速率 (Pn)和光系统 (PS )光化学效率 (Fv/ Fm)明显低于对照。通过对强光下不同处理的葡萄叶片气孔导度 (Gs)、细胞间隙 CO2 浓度及气孔限制值的测算可以排除气孔限制的因素存在。

牛心朴子叶绿素荧光参数日变化及其与气象因子的关系

通过测定不同气象条件下牛心朴子(Cynanchum komarovii)叶绿素荧光参数日变化,研究了空气湿度、气温、太阳辐射3个气象因子对其光抑制的影响,结果表明:光抑制受空气湿度和气温的影响较大,当空气湿度低,气温变化大时,空气湿度和气温就成为加速光抑制的主要气候因子;而当空气湿度大,气温变化缓慢时,太阳辐射就成为光抑制的主要气候因子。持续晴天时,光合量子产额随太阳辐射的增强下降极显著,而雨后晴天则变化不显著,说明空气湿度的提高,有利于PSⅡ电子传递速率的提高,为光合碳同化提供更充足的ATP和NADPH。

全生育期UV-B辐射增强对棉花生长及光合作用的影响

植物光合系统是UV-B辐射最初和最重要的作用靶标。本文在大田条件下进行紫外灯照射处理,研究全生育期UV-B辐射增强(高于环境20%和40%)对棉花形态、干物质积累、光合色素和产量的影响,并通过分析棉花主茎功能叶片的气体交换参数和叶绿素荧光参数,探讨UV-B辐射增强影响棉花光合作用的机制。结果表明,UV-B辐射增强抑制了棉花生长和干物质积累,籽棉产量显著降低,且UV-B辐射越强,抑制作用越明显。随UV-B辐射的增强,棉花主茎功能叶的净光合速率(P_n)在各生育期均显著降低,叶绿素含量呈先升高后降低趋势,气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)未发生变化,胞间CO_2浓度(Ci)反而升高,说明P_n下降主要由非气孔限制因素造成。对叶绿素荧光参数的分析表明,PSⅡ的最大光化学量子产率(F_v/F_m)、实际光化学量子效率(ΦPSII)、线性电子传递速率(ETR)和光化学淬灭系数(qP)随着UV-B辐射的增强而降低,非光化学猝灭系数(NPQ)则显著升高,且各叶绿素荧光参数与Pn变化均显著相关;慢速弛豫NPQ(NPQS)及其在NPQ中的比例均随UV-B辐射的增强而显著提高,表明PSⅡ反应中心受损,光化学效率降低。以上结果证明,全生育期UV-B辐射增强降低了棉花的光合叶面积、叶绿素含量和净光合速率,引起棉花生长与物质积累受抑,产量降低。UV-B辐射增强引起的光合速率下降与PSⅡ反应中心遭到破坏密切相关。

干热河谷乡土树种叶绿素荧光特征对水分胁迫的响应

以干热河谷地区典型乡土树种清香木为试验材料,采用快速植物效率分析仪(PEA),对土壤相对含水量为50%(C_1)、30%(C_2)、20%(C_3)、10%(C_4)、5%(C_5)5种处理下清香木的光系统Ⅱ快速叶绿素荧光诱导动力学参数进行测定,探讨清香木快速叶绿素荧光诱导曲线在不同水分处理下的变化机制。结果表明:(1)清香木经水分胁迫处理后,放氧复合体受到了不同程度的损害,光合电子传递链中Q_A^-大量积累,电子传递能力和量子产额逐渐降低。(2)随着土壤相对含水量的逐渐降低,清香木ABS/CS、TR_o/CS、RC/CS、DI_o/CS均在C_3处理下降到了最低值,而此时ABS/RC、ET_o/RC、DI_o/RC、M_o均达到最大值,V_j在C_2处理下达到了最大值,而此时Ψ_o、ΨE_o、ET_o/CS均降至最低值,ET_o/RC却一直增加。(3)清香木光合性能指数PI_(ABS)对水分胁迫的敏感性比F_v/F_m(φp_o)更强。研究认为,清香木在30%土壤水分处理下已经启动了相应的自我防御机制,质体醌Q_A被还原的速率均减慢,电子在传递过程中受阻;在20%土壤水分处理下天线系统发生了一定程度的降解或者损坏,导致光能的吸收降低,同时将过多的激发能及时散失,减少了活性氧对反应中心造成的伤害;在10%土壤水分处理下,清香木的自我防御机制得以解除,光合作用效率进一步提高。说明清香木的生理状况在水分过多或者过少条件下都会受到明显影响,其健康生长的理论土壤相对含水量应保持在10%左右,清香木能够适应干旱的环境。

外源EBR对NaCl胁迫下紫花苜蓿幼苗微量元素吸收及叶绿素荧光动力学参数的影响

为明确外源2,4-表油菜素内酯(2,4-epibrassinolide,EBR)诱导紫花苜蓿(Medicago sativa L.)幼苗抗盐性的效果及其可能的生理调节机制,采用营养液水培法,以紫花苜蓿品种‘中苜3号’和‘陇中苜蓿’为材料,研究Na Cl胁迫下施用外源EBR对紫花苜蓿幼苗微量元素吸收及叶片PSⅡ功能、电子传递速率和光能分配的影响。结果表明:150 mmol·L^(-1) Na Cl胁迫下,苜蓿幼苗不同器官(叶片、茎秆、根系)中的Cu^(2+)含量显著升高,Fe^(2+)、Mn^(2+)、Zn^(2+)含量和Fe^(2+)/Na+、Mn^(2+)/Na+、Cu^(2+)/Na+、Zn^(2+)/Na+显著降低,无机离子的吸收、运输和分配等代谢平衡被打破;同时Na Cl胁迫造成苜蓿幼苗叶片PSⅡ反应中心受损,天线耗散、反应中心耗散增加,光合能力下降。Na Cl胁迫下,施用0.1μmol·L^(-1)外源EBR后,苜蓿幼苗不同器官(叶片、茎秆、根系)中的Cu^(2+)含量显著降低,Fe^(2+)、Mn^(2+)、Zn^(2+)含量及Fe^(2+)/Na+、Mn^(2+)/Na+、Cu^(2+)/Na+、Zn^(2+)/Na+显著升高,幼苗体内无机离子的吸收、运输得到有效调控,Na+和Fe^(2+)、Mn^(2+)、Cu^(2+)、Zn^(2+)等阳离子间的拮抗作用减小;苜蓿幼苗叶片的F_0、NPQ显著降低,F_m、F_v/F_0、F_v/F_m、ФPSⅡ、F_v′/F_m′、q P和ETR显著升高,苜蓿幼苗叶片吸收的光能用于光化学反应部分(P)增加、天线色素耗散部分(D)和反应中心过剩光能部分(E)降低。说明外源EBR能够促进Na Cl胁迫下苜蓿幼苗对无机离子的选择性吸收、运输和分配,维持体内的离子代谢平衡,通过提高光合电子传递效率,降低天线热耗散和反应中心过剩光能,维持较高的PSⅡ光化学活性,进而平衡激发能在PSⅠ、PSⅡ之间的分配,降低Na Cl胁迫对PSⅡ反应中心的损伤程度,有效缓解Na Cl胁迫对苜蓿幼苗所造成的伤害。

基于快速叶绿素荧光参数的不同基因型棉花叶片衰老研究

光系统Ⅱ(PSⅡ)的光反应与作物光合能力密切相关。为了获得更多关于叶片衰老过程中PSⅡ状态的详细信息并快速筛选出具有不同叶片光合功能持续时间的棉花基因型,本试验利用快速叶绿素荧光技术研究了生产上报道叶片衰老快慢不同的3种棉花基因型倒一叶衰老过程中的PSⅡ的光化学反应。结果显示,基于光吸收的性能指数(PIABS)将‘百棉1号’‘百棉5号’和‘DP99B’分为晚衰型、中间型和早衰型。3种基因型棉花品种叶片衰老过程中电子传递受抑制情况遵循同样的规则。放氧复合体(OEC)在生育后期大量降解;PSⅡ受体侧的抑制情况要大于供体侧;叶片衰老显著限制光系统Ⅱ-光系统I间的电子传递;随着叶片衰老,用于热耗散和还原初级醌受体(QA)的能量增加,而用于PSⅡ电子传递链中QA还原(Q-A)之后电子传递的能量下降。但是叶片衰老过程中,电子传递受抑制程度(除荧光开始到荧光最大时间段之间的QA还原次数之外)为‘DP99B’>‘百棉5号’>‘百棉1号’。由此可知,不同棉花基因型的叶绿素荧光特征可快速、无损地反映叶片衰老的快慢及内在生理机制。

2,4-表油菜素内酯对盐胁迫下黄瓜幼苗叶片光合特性的影响

以黄瓜品种’新春4号’为试验材料,研究了在中度盐胁迫(50 mmol/L NaCl)条件下,外源喷施0.01 mg/L 2,4-表油菜素内酯(EBL)和24μmol/L油菜素内酯抑制剂(BZR)处理对盐胁迫下黄瓜幼苗叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(OJIP)及相关荧光参数的影响,探讨EBL缓解黄瓜幼苗中度盐胁迫伤害的光合生理机制。结果表明:(1)盐胁迫导致黄瓜幼苗叶片净光合速率(P_(n))、气孔导度(G_(s))、蒸腾速率(T_(r))下降,胞间CO_(2)浓度(C_(i))增加,初始荧光(F_(o))、最大荧光(F_(m))下降,OJIP曲线中J点、I点显著增加,降低了黄瓜幼苗叶片光合性能,且对PSⅡ受体侧的伤害大于供体侧,表现为PSⅡ反应中心损伤,光合电子从Q_(A)向Q_(B)的传递效率降低,电子传递受阻。(2)在50 mmol/L NaCl处理下,外源喷施0.01 mg/L EBL可显著提升NaCl胁迫下黄瓜幼苗叶片P_(n)、G_(s)、T_(r)、光合性能(PI_(ABS)),降低C_(i),显著增加单位面积内吸收(ABS/CS_(m))、捕获(TR_(o)/CS_(m))、用于电子传递(ET_(o)/CS_(m))的光能以及有活性反应中心的数目(RC/CS_(m))。(3)与NaCl+EBL处理相比,NaCl+EBL+BZR处理后黄瓜幼苗叶片光合性能进一步降低,证明EBL对黄瓜幼苗盐胁迫引起的PSⅡ伤害有缓解作用。研究发现,外源喷施适量2,4-表油菜素内酯能有效缓解黄瓜幼苗叶片在盐胁迫条件下受到的光合电子传递链中(PSⅡ)受体侧的伤害,增加电子从Q_(A)向Q_(B)传递的效率,从而显著改善盐胁迫下黄瓜幼苗叶片的光合性能。

NaCl与Cd对小球藻光系统Ⅱ(PSⅡ)活性的影响

运用叶绿素荧光技术分析了盐胁迫和重金属镉(Cd)对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)光系统Ⅱ(PSⅡ)的影响理.实验中小球藻培养基设置NaCl浓度梯度分别为0、25、100 mmol/L,然后在不同NaCl浓度的培养基中再加入CdCl2溶液,使培养基中Cd2+的浓度分别为0、1、25、100μmol/L.在处理后的1、3、6、12、24 h测定其快速上升荧光曲线和荧光参数.实验发现,高浓度的NaCl(≥25 mmol/L)和Cd(≥25μmol/L)会降低PS的活性,降低应中度.NaCl抑制了依赖于光的应,降低了光能捕获和用于电子传递的量子产额.Cd作用于应中,增加了单应中吸收的光能和用于热耗散的能量.较低浓度(1μmol/L)的Cd处理对小球藻PS活性有作用.NaCl和Cd的处理均体现了时间和浓度的依赖性.盐胁迫和Cd胁迫体现了随浓度增高加重彼此胁迫强度的协同作用的特点.

盐胁迫对蛋白核小球藻光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)的影响同步监测分析

采用叶绿素荧光技术分析盐胁迫对蛋白核小球藻光系统I(PSI)和光系统II(PSII)的影响及其机理.小球藻在BG11培养基中培养,培养基中Na Cl的浓度梯度为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1 mol/L,在处理72 h后测定其叶绿素荧光参数.试验发现,蛋白核小球藻PSII最大潜在量子产量(Fv/Fo)、质体琨库(Fv/2)、潜在光化学效率(Fv/Fo)随盐浓度的升高呈下降趋势,Na Cl的浓度为1 mol/L时,其分别降低了43.9%、70.5%和70.3%;PSII有效量子产量(Y(II))、PSII光化学淬灭(qP)随着有效辐射强度(PAR)的升高而逐渐降低,并在400μmol m-2 s-1以后趋于稳定;而电子传递速率(ETR(II),ETR(I))、非光化学淬灭(qN和NPQ)随着有效辐射强度(PAR)的升高先升高后逐渐降低,最后趋于稳定.综上表明,盐胁迫下蛋白核小球藻PSII的电子传递速率和光化学量子效率降低,PSII复合体受到破坏,最终导致其光化学效率降低;PSI由于受到盐胁迫,其光化学反应速率降低;本研究结果对进一步研究盐胁迫对藻类光合作用的影响机制具有重要意义.

拟南芥逆境响应蛋白SEP1的初步研究

为了研究拟南芥逆境响应蛋白SEP1的生物学功能,通过CRISPR/Cas9基因编辑技术获得了SEP1基因缺失的拟南芥突变体sep1-1.和从诺丁汉拟南芥种子库(NASC)购买的SEP1基因敲降突变体sep1-2一样,sep1-1在正常条件下与野生型没有明显差异.但是在1200μmol photos∙m^(-2)∙s^(-1)高光处理8 h后,两个突变体新生叶片的叶绿体光系统Ⅱ(PSⅡ)的最大量子产量(Fv/Fm)和野生型(WT)相比有着不同程度的下调,说明PSⅡ的活性降低.亚细胞和叶绿体精细定位结果表明,SEP1是叶绿体基质类囊体膜蛋白.通过蓝绿温和凝胶电泳(BN-PAGE)和二向(2D)SDS-PAGE/蛋白免疫印迹分析发现:SEP1与某些未知蛋白结合形成一个分子质量约为100 ku的复合物,它们可能共同参与了PSⅡ的组装或修复.

2-氰基-3-(2-氟吡啶-5-基)甲氨基-3-甲硫基氰基丙烯酸酯类化合物的合成及除草活性

设计合成了系列光系统II(PS-II)电子传递抑制剂2-氰基-3-(2-氟吡啶-5-基)甲氨基-3-甲硫基氰基丙烯酸酯类化合物.其结构经1HNMR、元素分析确证.生物活性测定表明:部分化合物显示出很好的除草活性.其中活性最好的化合物在150g/ha,对阔叶杂草的防效在90%以上.构效关系研究表明:氰基丙烯酸酯的3位取代基对它们的活性影响较大.3位由(2-氟吡啶-5-基)甲氨基取代的氰基丙烯酸酯和相应的氯取代的氰基丙烯酸酯的除草活性相当或稍高.

大型海藻龙须菜对锥状斯氏藻的光合生物控制机制

为了探究大型海藻龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)对锥状斯氏藻(Scrippsiella trochoidea)的光合生物控制机理,在锥状斯氏藻的培养体中加入不同浓度的龙须菜海水浸提液,通过生物量、表观放氧速率和呼吸速率、光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心能量变化,以及反应中心、放氧侧和电子传递链活性变化,来揭示大型海藻龙须菜对锥状斯氏藻的光合抑藻机理.结果表明:共培养3 d的实验中,添加0.6 g·L^(-1)龙须菜海水提取液对锥状斯氏藻的生长有显著促进作用,与对照组相比,藻体密度提高了15.5%;添加1.2、2.4和4.8 g·L^(-1)龙须菜海水提取液对锥状斯氏藻生长则有显著抑制作用,藻体密度分别下降了26.8%、95.1%和91.4%,化感物质对锥状斯氏藻的生长有低促高抑的效果;添加龙须菜海水浸提液能显著抑制锥状斯氏藻最大光合放氧速率和显著增加其暗呼吸作用,呈现出剂量效应,抑制效果随培养时间而减弱.龙须菜中的化感物质能破坏锥状斯氏藻PSⅡ反应中心,使得反应中心数量减少,造成反应中心潜在活力(F_(v)/F_(o))下降,放氧复合体被破坏,电子传递被抑制,进而造成了赤潮藻的消亡,表明了大型海藻龙须菜的海水浸提液在生物控制赤潮藻方面的潜力.

新疆两个品系杂交杨叶绿素荧光生态适应性特征

比较研究了新疆伊犁地区广泛栽植的两个品系的杂交杨Populus balsamifera L.(Da)和Populus euramericana cv(I-467)叶绿素荧光变化特征;揭示两个品系的杂交杨对特殊地理区域中强辐射等环境影响因子的内禀生态适应性.通过暗适应和光适应的荧光实验,表明两个品系的杂交杨暗反应下荧光变化相似,光反应下荧光变化存在明显差异.I-467将光合反应中心PSⅡ吸收的过剩光能以热耗散等非光化学过程消耗的能力大于Da,相应降低了用于光化学淬灭的份额.Da对光的敏感指数(S)和PSⅡ反应中心吸收的过剩光能(E)能均高于I-467.取消光照条件后,两个品系杂交杨叶绿素荧光系统最初均能以较快的速度恢复,恢复速度逐渐减慢.Da对强光的转化适应能力比I-467高,I-467对弱光和快速的光变化的适应程度更强.实验结果表明Da对于强光的适应能力更好,对光能的利用率更高.因此Da更适合作为新疆强光辐射区伊犁河谷人工速生丰产林树种进行造林.