820nm光吸收曲线技术在逆境条件下叶片光系统Ⅰ性能研究中的应用

光合作用是植物生长发育的基础,在逆境条件尤其是低温和弱光等胁迫下,叶片光系统Ⅰ(PSⅠ)性能下降引起越来越多的关注。820 nm光吸收曲线技术可以用来检测发生在PSⅠ的原初光化学反应。本文总结了利用820 nm光吸收曲线技术测定PSⅠ的光化学效率、环式电子传递能力和能量分配的基本原理,及在逆境条件下的研究成果,以期为820 nm光吸收曲线技术在其它条件下对PSⅠ性能影响提供理论和技术支撑。

不同光强与低温交叉胁迫下黄瓜PSⅠ与PSⅡ的光抑制研究

【目的】探讨低温胁迫下不同光强对黄瓜光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统II(PSⅡ)的影响以及低温胁迫下两个光系统之间的相互作用机制。【方法】以冷敏感黄瓜品种津春4号为试材,通过同时测定黄瓜叶片叶绿素荧光快速诱导动力学曲线和对820nm光的吸收曲线,结合叶绿素荧光淬灭分析,探讨了低温(4℃)与不同光强(0,100,200,400μmol·m-2·s-1)结合处理对黄瓜PSⅠ和PSⅡ活性的影响。【结果】低温下,随过剩激发能((1-qP)/NPQ)的增加,PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)持续下降;在过剩激发能较低时,PSⅠ活性(△I/Io)也随过剩激发能的增加而明显下降,但是当过剩激发能增加到一定程度时,PSⅠ活性不再随过剩激发能的增加而明显下降。【结论】在低温下,过剩激发能不但能够抑制黄瓜PSⅠ的活性也能抑制PSⅡ的活性,但是当过剩激发能增加到一定程度时,PSⅡ光化学活性的显著下降减少了光合电子向PSⅠ的供应,避免了PSⅠ光抑制的进一步加剧。

铅胁迫对玉米幼苗叶片光系统功能及光合作用的影响

通过同时测定玉米叶片的叶绿素荧光快速诱导动力学曲线和对820nm光的吸收、分析叶片的气体交换过程以及叶绿体活性氧清除关键酶的活性,研究了不同浓度的铅(Pb)胁迫对玉米光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)的光化学活性和光合作用的影响,并分析了Pb胁迫下两个光系统的相互关系。结果表明:铅胁迫显著抑制了玉米地上部分和地下部分的生长、降低了叶片光合色素含量、并通过非气孔因素限制了光合作用、导致过剩激发能的增加;铅胁迫显著抑制了超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性、伤害了PSII反应中心、PSII的受体侧和供体侧(放氧复合体)以及PSI光化学活性。

灌浆期干旱胁迫对玉米叶片光系统活性的影响

以高淀粉玉米品种郑单21为材料,借助叶绿素荧光快速诱导动力学曲线和820nm光吸收曲线,研究了灌浆期土壤干旱胁迫对玉米籽粒产量和叶片光系统I(PSI)及光系统II(PSII)活性的影响。两年的研究结果均表明,干旱胁迫显著降低叶片光合速率(P<0.05)和籽粒产量(P<0.05)。JIP-test分析发现干旱胁迫导致叶绿素荧光快速诱导动力学曲线中的K点和J点上升,表明PSII放氧复合体(OEC)和QA之后的电子传递链受到抑制,且PSII受体侧受抑制的程度大于供体侧。此外,干旱胁迫也显著地抑制PSI的最大氧化还原活性(ΔI/Io),阻碍光合电子从PSII向PSI的传递,破坏了PSI和PSII的协调性。我们认为干旱胁迫抑制PSI和PSII活性并破坏二者的协调性,是导致Pn和籽粒产量下降的重要原因之一。

氮肥水平对玉米灌浆期穗位叶光合功能的影响

本文在棕壤长期定位实验的基础上,测定了不同水平氮肥处理下灌浆期玉米(郑单958)穗位叶气体交换和叶绿素荧光等光合参数以及SPAD值。结果表明,施用氮肥可以引起荧光诱导曲线(OJIP曲线)显著变化,其中K、J和I点的荧光强度值明显降低;施用氮肥显著提高捕获的激子将电子传递到电子传递链中QA下游的其他电子受体的概率(Ψo)和以吸收光能为基础的性能指数(PIABS),显著降低K点的可变荧光Fk占振幅Fo-Fj的比例(Wk)和J点的可变荧光Fj占振幅Fo-Fp的比例(Vj),说明PSⅡ反应中心电子传递链综合性能以及供体侧和受体侧的电子传递能力均明显提高,并且可以看出受体侧性能的改善大于供体侧;随着施氮量的增加,PSⅠ的最大氧化还原活性ΔI/Io呈先升后降的趋势变化,说明适量施氮可以增强P700的最大氧化还原能力,并可以显著提高叶片PSⅠ与PSⅡ两个光系统之间的协调性Ф(PSⅠ/PSⅡ)。

玉米持绿与早衰品种叶片衰老过程中光化学活性的变化

为了探讨不同衰老型玉米叶片在衰老过程中光化学反应及其对光合能力维持的贡献,本研究使用持绿玉米品种"齐319"和早衰玉米品种"黄早四",在控制的条件下,用乙烯利诱导离体叶片衰老,通过快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(OJIP曲线)和820nm光吸收等技术,研究了衰老过程中叶片叶绿素含量、光合速率、光系统I(PSI)、光系统II(PSII)以及光合电子传递体活性的变化。结果表明,在衰老过程中,齐319叶片叶绿素含量和光合速率的下降速度明显慢于黄早四,是功能型持绿品种。玉米叶片的衰老伴随着OJIP曲线的J、I、K、L点荧光的增加,以及远红光诱导820nm光信号落差的下降。与齐319相比,黄早四叶片的OJIP曲线和820nm光吸收曲线的变化更剧烈。我们认为,在衰老过程中PSI和PSII光化学活性的快速下降和光合电子传递功能的衰退是玉米叶片光合能力迅速下降的重要原因之一。在此基础上,讨论了衰老过程中玉米叶片中与光合作用有关蛋白与光合能力下降的可能关系。

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。

重金属 Mn 对苦楝叶片光系统性能的影响

重金属锰严重抑制植物的光合作用,影响Mn污染地区植被恢复。为给Mn污染地区植被恢复提供合适的树种,以木本植物苦楝为研究对象,分别将0、10 g和30 g的MnCl2(CK、L1和L2)溶于纯水中配成溶液掺入盆栽土壤,通过快速叶绿素荧光诱导动力学曲线、820 nm光吸收曲线以及光合气体交换参数测定技术,研究重金属Mn对苦楝叶片光系统I(PSI)、光系统Ⅱ(PSⅡ)性能及其协调性的影响。结果表明,Mn胁迫下,苦楝叶片PSⅡ性能指数(PIABS)表现为L2<L1<CK,且差异性显著(P<0.05);K点(Wk)和J点(Vj)均显著大于CK;电子从QA传递到PSⅠ受体侧的效率(Ψ(Ro))和捕获的激子将电子传递到电子链中QA下游QB等电子受体的概率(Ψ(Eo))随着时间的推移呈现出先上升后下降的趋势;PSI性能(ΔI/I0)显著低于CK(P<0.05),PSⅠ与PSⅡ的协调性(Φ(PSI/PSⅡ))在L2水平下差异性显著(P<0.05);净光合速率(Pn)、气孔限制值(Ls)和RuBP羧化效率均降低,胞间CO2浓度(Ci)增高。以上结果表明重金属Mn显著影响了苦楝叶片PSⅡ和PSI性能,使苦楝光合能力下降。

生长光强对黄瓜叶片光合机构活性影响研究

本研究利用快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(OJIP曲线)和820 nm光吸收技术,系统研究了生长光强(50、100、200μmol·m^(-2)·s^(-1))对黄瓜(Cucumis sativus)叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)和光系统Ⅰ(PSⅠ)原初光化学反应活性及能量传递效率的影响。随着生长光强增加,OJIP曲线的K、J、I三个特征点数值均明显下降,L点没有明显变化,这表明,生长光强对类囊体的垛叠没有明显影响,但改善了PSⅡ供体侧和受体侧的能量传递效率,其中天线吸收光能能力减弱,能量捕获效率不受影响,电子传递效率明显增加。生长光强的增加同时影响了PSⅡ天线的能量吸收和反应中心活性,但只提高了PSⅠ有活性反应中心的密度而没有影响天线大小。强光生长下,黄瓜叶片质体醌含量更大,可以向下游传递更多电子,从而使反应中心重新开放。本研究表明,生长光强小幅变化即对黄瓜叶片光能吸收和能量传递效率造成明显影响;OJIP曲线和820 nm光吸收技术是在光合机构未受伤害时比较不同植物叶片光合原初光化学反应活性和能量传递效率的有效手段。