不同光合-CO_(2)响应模型对水稻快速A-C_(i)响应(RACiR)曲线拟合效果的比较研究

[目的]光合-CO_(2)响应(photosynthetic carbon assimilation CO_(2)response,A-C_(i))模型是定量研究植物光合特性对环境因子响应的主要手段,也是植物生理和生态学领域的重要研究工具。本文旨在探究合适的测试方法以及数学模型来更好地获取水稻光合参数。[方法]以水稻为试验材料,采用快速A-C_(i)响应(rapid A-C_(i)response,RACiR)曲线与传统的光合-CO_(2)响应曲线测试方法对水稻单叶光合参数进行测量。使用生化模型(FvCB)、直角双曲线模型、Michaelis-Menten模型、非直角双曲线模型、指数函数模型、分段函数模型、叶子飘模型以及指数修正模型对试验数据进行拟合。[结果]RACiR方法通过不同模型获得的参数与A-C_(i)方法测试得到的参数具有较好的一致性,且RACiR技术可节约近50%的测试时间。但也存在不能同步测量荧光数据以及难以实时查看测试数据是否存在异常等弊端。除FvCB外的7种光合-CO_(2)响应模型中,叶子飘模型整体上拟合出的光合特征参数较为可靠。[结论]RACiR测试方法具有较好的可靠性,且相对于传统方法其测试效率显著提高;叶子飘模型在水稻光合作用参数拟合上具有更优的性能。研究结果将为水稻光合作用-CO_(2)响应研究选用合适的测试方式和拟合模型等提供理论依据。

Cd^(2+)胁迫对银芽柳PSⅡ叶绿素荧光光响应曲线的影响

以盆栽银芽柳为材料,利用MINI-IMAGING-PAM荧光成像测定系统,研究了Cd2+胁迫下叶片叶绿素荧光参数的变化及其光响应曲线。结果表明,初始荧光Fo与最大荧光Fm随着Cd2+浓度的增大而呈现先升后降的趋势,Fo与Fm在200 mg/LCd2+处理4周时达到最高值,400 mg/LCd2+处理则显著下降;PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)与PSⅡ潜在光化学效率(Fv/Fo)显著受Cd2+胁迫抑制,但随Cd2+浓度的增加呈先降后升的变化趋势。Cd2+胁迫下各叶绿素荧光参数的光响应结果表明,PSⅡ实际光量子效率Y(Ⅱ)、荧光淬灭系数(qP)随光化光强度的增加呈下降趋势,而同光强下高浓度Cd2+使Y(Ⅱ)与(qP)显著降低;PSⅡ调节性能量耗散的量子产额Y(NPQ)、非光化学淬灭系数(qN)与表观电子传递速率(ETR)则随着光强增加呈上升趋势,同光强下高浓度Cd2+处理显著提高Y(NPQ)、qN与ETR。Cd2+胁迫下,PSⅡ非调节性能量耗散的量子产额Y(NO)稳定在较低水平,同光强下Y(NO)随Cd2+浓度增加略有提高。说明,银芽柳通过调节PSⅡ反应中心开放程度与活性,对Cd2+胁迫表现出较强的耐性,高浓度Cd2+胁迫导致PSⅡ反应中心关闭或不可逆失活,表现出光抑制。

3种柳树叶片PSⅡ叶绿素荧光参数对Cd^2＋胁迫的光响应

以盆栽垂柳、苏柳‘J172’及银芽柳为材料,利用MINI-IMAGING-PAM荧光成像测定系统,测定了Cd2+胁迫下柳树叶片叶绿素荧光淬灭特性及各荧光参数的光响应曲线。结果表明,Cd2+胁迫下柳树叶片初始荧光(F0)与最大荧光(Fm)均显著增大,200mg/LCd2+处理2周时,F0与Fm均达到峰值。并分析了200mg/LCd2+胁迫下各柳树叶片叶绿素荧光参数的光响应,结果显示:PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光量子效率(PSⅡ)、光化学淬灭系数(qP)随光化光强度的增加呈下降趋势;同光强作用下,受Cd2+胁迫的3种柳树叶片PSⅡ与qP均显著降低,但柳树种间存在显著差异;PSⅡ调节性能量耗散的量子产额YNPQ、非光化学淬灭系数(qN)与表观电子传递速率(ETR)则随着光化光强度增加呈上升趋势;同光强作用下,Cd2+胁迫使YNPQ、qN与ETR显著提高;Cd2+胁迫下,柳树叶片PSⅡ非调节性能量耗散的量子产额YNO随光强的增加无明显变化,均稳定在较低水平,但显著高于对照。推断柳树通过增加非光化学淬灭形式耗散过剩能量或提高光化学转化与光能利用效率,调节PSⅡ反应中心开放程度与活性,表现出对Cd2+胁迫的耐性。

不同剂量^(137)Cs-γ辐射对毛竹幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响

利用不同剂量的137Cs-γ射线对毛竹(Phyllostachys heterocycla ‘Pubescens’)种子进行辐射,测定实生苗叶片中的光合色素含量和叶绿素荧光参数等指标,探讨辐射对毛竹幼苗生长的影响,为筛选有利的突变单株奠定良好基础。结果表明:30或60Gy的137Cs-γ射线辐射后,毛竹幼苗的光合色素含量以及最大荧光强度(Fm)、可变荧光强度(Fv)、PSII最大光化学效率(Fv/Fm)、PSII的潜在活性(Fv/Fo)、PSII实际光化学效率(Yield)和表观光合电子传递速率(ETR)等荧光参数值均高于90Gy辐射处理,说明较低剂量辐射后PSII反应中心的能量捕获效率高,且具有较强的光合能力;而90Gy的137Cs-γ射线辐射对毛竹的影响则与之相反。不同处理剂量之间叶片光能耗散程度以及表观光合电子传递速率-光合有效辐射(ETR-PAR)响应曲线的分析结果也进一步证实了以上结论。

AM真菌对烟苗生长及叶绿素荧光特性的影响

为了探明不同AM真菌对烟苗生长的作用效果,通过在烟草播种期接种7种不同AM真菌研究其对烟苗生长及叶绿素荧光特性的影响。结果表明:1)接种164菌根烟苗的生物量和171菌根烟苗的最大叶面积显著高于无菌根烟苗。2)菌根烟苗的株高和主根长均显著低于无菌根烟苗,根冠比变化不明显;菌根烟苗的叶绿素a/b和类胡萝卜素含量显著提高,而总叶绿素含量、叶绿素a含量和叶绿素b含量只有接种Gm01、Gm02、186的菌根烟苗显著高于无菌根烟苗。3)接种AM真菌对烟苗叶片叶绿素荧光特性的影响较大,菌根烟苗的PSII实际光合效率、光化学淬灭系数、最大相对电子传递速率、半饱和光强均高于无菌根烟苗,调节性能量耗散的量子产额及非调节性能量耗散的量子产额降低,即菌根烟苗对强光的耐受能力更强,能较好地利用红光促进烟苗生长,但不同AM真菌的菌根效应不同。

地下水位对芦苇叶片生理特征的影响

选择形态和节数一致的芦苇根状茎栽种到装有江沙的试验桶内,调节并控制试验桶水位,模拟研究江滩湿地地下水位变化对芦苇叶片生理特征的影响。结果表明,在0—-40cm地下水位条件下,芦苇叶片生长情况良好,但随着地下水位降低,芦苇叶长、叶宽和叶面积减小,叶绿素含量降低,最大表观光合电子传递速率和最小饱和光照强度降低。试验时间延长,各试验组叶片进一步生长,但试验组间差异减小,地下水位制约作用减弱。各试验组叶片叶绿素含量和快速光响应曲线均呈现先上升再下降的趋势,与芦苇生长发育的季节性变化规律相一致。地下水位-60cm试验组芦苇植株在试验初期存活,进入快速生长期后叶片发黄枯萎,光响应能力减弱,细胞膜脂过氧化加剧,导致芦苇植株相继死亡,说明-60cm地下水位对芦苇生长形成抑制。

膜下滴灌和淹灌对水稻叶片PSⅡ叶绿素荧光光响应曲线的影响

为探明水稻在膜下滴灌和淹灌2种栽培模式下叶绿素荧光参数的差异,以T-04、T-43、T-66、T-69水稻品系为试材,大田环境条件下,采用膜下滴灌和传统淹灌2种栽培模式种植。测定并分析2种栽培模式下,每个材料在分蘖期、孕穗期、抽穗期、乳熟期、蜡熟期5个生育期叶片的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线。结果发现,不同研究材料之间,同一材料在不同生育期,不同栽培模式下叶绿素荧光参数具有明显差异,其中大部分差异达到显著水平(P<0.05)。膜下滴灌栽培模式下,分蘖期T-43、T-66、T-69的α值,T-04、T-43、T-66、T-69的Pm值,T-04、T-66、T-69的Ik值高于淹灌;孕穗期T-04、T-43、T-69的α值,T-04、T-43、T-66、T-69的Pm值,T-43、T-66、T-69的Ik值高于淹灌;抽穗期T-04、T-43、T-66的α值,T-04、T-43、T-66、T-69的Pm值,T-43、T-66、T-69的Ik值高于淹灌;乳熟期T-43、T-66的α值、Pm值,T-04、T-66、T-69的Ik高于淹灌;蜡熟期T-04、T-43、T-66、T-69的α值、Pm值,T-43、T-69的Ik值高于淹灌。由此得出,滴灌栽培模式下,叶片的光能利用效率、最大光合能力、半饱和光强总体上高于淹灌,进一步可说明,水稻在该模式下,叶片的光合机构并未受到干旱胁迫,作为一种全新的水稻节水栽培方式,在保证高产的同时,还可充分提高水分利用效率。

高温强光照下小飞蓬和假臭草叶绿素荧光参数日变化分析

为探讨入侵植物对高温强光照天气的光适应性及其生理生态学机制,在高温强光照下,比较研究假臭草和小飞蓬2种入侵植物叶绿素参数日变化特征和叶绿素含量。结果表明:(1)在高温强光照下,小飞蓬叶片荧光参数ETRmax、Fv/Fm和φPSⅡ呈双峰型曲线,假臭草呈单峰型;但小飞蓬ETRmax值、IK和φPSⅡ全天平均值高于假臭草,即小飞蓬叶片维持较高水平的电子传递速率,增加了光能利用率。(2)2种入侵植物随着光强的增加而光化学淬灭系数(qP)减小,非光化学淬灭系数(NPQ)增加,即分配在热耗散的光能量均增高。(3)小飞蓬的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b、类胡萝卜素含量及叶绿素a/b的比值均显著高于假臭草。假臭草和小飞蓬在高温强光照环境下均能有效地维持光合系统正常运转,但小飞蓬的光合效率和对高温强光照环境下耐受能力比假臭草强。以上研究均证明小飞蓬比假臭草入侵时间长,分布广,适应性强。

秋冬季光照、水温对菹草萌发和幼苗生长发育的影响

分别于9月、11月和12月将菹草（Potrmogeton cripus）繁殖体石芽种植于盆中（沙：土=1：3），并将盆放置于露天水池70cm水深处．定期统计菹草石芽的萌发率和幼苗的株高、叶片数和叶宽，并利用水下饱和脉冲荧光仪（DIVING—PAM）测定幼苗的Fv／Fm和快速光响应曲线．结果表明，9～12月石芽均能萌发，第17d时萌发率为100％；9月、11月和12月的正午温度和光照差异显著，随着萌发月份的增大，幼苗的株高、叶宽和叶片数呈显著的降低趋势，差异达极显著水平（P〈0．01）；9月组和11月组幼苗叶片的Fv／Fm、rETRmax和饱和光强显著大于12月组幼苗；相关性分析表明，对于秋冬季的菹草萌发幼苗，水下光强和水温均对株高、叶片数和叶宽发育具有影响，特别是水温显著影响叶片的光合能力，因而相对于水下光强来说，在浅水水体中水温是幼苗生长发育的主要影响因素．

不同氮浓度下盐胁迫对坛紫菜(Pyropia haitanensis)生长和光合作用的影响

为了探讨在不同氮浓度条件下盐度胁迫对坛紫菜(Pyropia haitanensis)生长和光合生理的影响,设置高(500μmol/L)、低(50μmol/L)2个氮浓度和15、30和45三个盐度水平,将坛紫菜叶状体在不同的氮和盐度条件下适应培养7d后,测定藻体的生长、色素含量、光合放氧和快速光反应曲线等生理指标。结果显示:在低氮条件下,坛紫菜的生长速率随盐度增加而递减;在高氮下,30盐度水平培养的藻体具有最大生长速率。低氮条件下,叶绿素a(Chl a)、类胡萝卜素(Car)、藻红蛋白(PE)和藻蓝蛋白(PC)的含量在盐度15中较高,而在盐度30和45之间没有显著差异;高氮条件下,盐度对藻体Chl a和Car的含量没有显著影响,但相对于盐度30的处理,盐度15和45都显著降低了PE和PC的含量,虽然这两种色素含量在两个盐度处理间没有显著差异。不同的氮和盐度处理对藻体的光合放氧速率几乎没有影响,除了高氮条件下,单位湿重的放氧速率在盐度30中较低而单位Chl a的放氧速率在盐度45中稍高。从快速光反应曲线的结果看出,盐度虽然对光饱和点(Ik)、电子传递效率(α)和最大相对电子传递速率(r ETRmax)没有显著影响,但高盐胁迫显著提高了光抑制项的值(a)。综上所述,高盐度胁迫能够抑制坛紫菜的生长和光合作用,氮的浓度对这种抑制作用没有显著影响;低盐度胁迫对藻体的生长和光合没有抑制,甚至在低氮条件下表现出对生长的促进。这些结果为坛紫菜的栽培和对富营养化海水的修复提供了一定的理论参考。

一品红不同品种叶片叶绿素荧光特性比较

利用叶绿素荧光技术测定了一品红4个品种‘金多利’、‘圣诞天使’、‘索诺拉飞雪’、‘旗帜’叶片光强依赖的叶绿素荧光特性。结果表明:‘金多利’初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)和可变荧光(Fv)值极显著高于其它3个品种。在各个光强(PAR,0～2171μmol.m-2.s-1)下,表观电子传递速率(rETR)、实际光化学效率(Yield)和光化学淬灭(qP)的变化趋势一致,均为‘金多利’>‘圣诞天使’>‘索诺拉飞雪’>‘旗帜’,在高PAR下这种差异更明显。拟合参数最大潜在相对电子传递速率(rETRmax)、半饱和光强(Ik)和光抑制参数(β)也同rETR等具有一致变化。说明‘金多利’有较高的PSⅡ活性,耐强光;而‘旗帜’则光化学效率较弱,高光强下易受光抑制。

NaCl胁迫对蓖麻功能叶光系统Ⅱ荧光特性的影响

以中科院自育蓖麻品种KB-7号为试验材料采用室外盆栽法,研究了不同浓度Na Cl盐胁迫对其功能叶片叶绿素荧光参数的影响及其光响应曲线。结果发现:在高浓度Na Cl(9g·kg-1)胁迫时,蓖麻幼苗叶片光系统II(PSII)最大光化学量子效率(Fv/Fm)显著下降;随着光强的增加,Y(NPQ)、ETR、NPQ上升,Y(II)、qp等荧光参数显著下降,Y(NO)保持稳定。以上结果表明,蓖麻在低浓度Na Cl(0-6g·kg-1)处理下通过自身的调节机制避免盐离子对PSII反应中心造成伤害,高浓度Na Cl(9g·kg-1)盐胁迫处理引发光合电子传递受阻,导致PSII反应中心关闭或不可逆失活,表现出光抑制现象。

甘蔗与斑茅远缘杂交不同世代材料光合特性分析

以甘蔗与斑茅远缘杂交后代不同世代为材料,采用叶绿素荧光仪PAM-2500测定其快速光曲线,获得了快速光曲线的初始斜率α、最大电子传递速率ETR_m和半饱和光强I_k等光合参数,研究了不同材料的光合作用特征。结果表明,不同材料间光能利用率、最大光合速率和对强光耐受能力存在明显差异,YCE06-63的快速光曲线α最大,YCE01-69的最大电子传递速率ETR_m和半饱和光强I_k都最高。BC_3光能利用率高,不同世代材料最大光合速率和对强光耐受能力大小排序一致,这与最大电子传递速率ETR_m和半饱和光强Ik呈极显著正相关有关,F_1具有较强的最大光合速率和强光耐受能力。以上结果为更好的利用斑茅杂交后代创制高效新种质提供参考。

短期干旱对黄连叶片光合作用限制因素的研究

目的探讨短期干旱对黄连叶片光合作用的限制因素,为黄连栽培中抗旱研究提供科学依据。方法通过测定土壤相对含水量,设置了CK(正常水分)、LD(轻度干旱)、MD(中度干旱)、HD(重度干旱)4个处理组,测定了短期干旱下黄连叶片快速光响应曲线,气孔导度(Cond)、蒸腾速率(Tr)、胞间二氧化碳(Ci)随光强变化特性。结果随着光合有效辐射(PAR)强度的增加,LD、MD、HD组的最大荧光产量(Fm’)下降幅度,非光化学猝灭系数(qN值)的上升幅度均低于CK组,且HD组Fm’下降幅度最低为54.2%,qN值最低为0.595。相反,LD、MD、HD组Ft值上升幅度,qN、有效荧光产量(φPSII)的下降幅度均高于CK组,此外CK组的Cond和Tr高于LD、MD组,但低于HD组,且Ci也低于HD组。结论短期重度干旱胁迫对黄连叶片光合作用的限制主要是非气孔因素起主导作用(PSII反应中心失活,热耗散能力降低,电子传递速率降低等);短期轻度、中度干旱胁迫对黄连叶片光合作用的限制是非气孔因素和气孔因素共同作用。

太湖微囊藻光合作用活性的周年动态变化

应用Phyto-PAM浮游植物荧光仪测定了太湖微囊藻光合作用活性的周年变化,并分析了微囊藻光合作用活性参数与环境因子之间的相互关系.结果显示：冬季期间,检测不到微囊藻的光合作用活性;春季期间,微囊藻的最大光量子产量（Fv/Fm）和有效光量子产量（ΔF/Fm＇）呈现出快速增加趋势;夏季期间,微囊藻的光合作用活性呈现出先增加后下降趋势;秋季期间,微囊藻的光合作用活性呈现出下降趋势.梅梁湾和湖心微囊藻的最大光量子产量分别在0.34~0.55和0.28~0.50之间,平均值分别为0.42和0.39,有效光量子产量分别在0.15~0.38和0.10~0.38之间,平均值分别为0.26和0.23;非光化学荧光淬灭（NPQ）呈现出先增加后下降趋势,在8月达到最大值.光响应曲线（RLC）的3个特征参数从3月到6月呈上升趋势,之后呈现出较大波动性.相关分析结果表明,太湖微囊藻的Fv/Fm、ΔF/Fm＇和NPQ之间有显著的正相关性,且均随着水温升高而增加.Fv/Fm和ΔF/Fm＇与最大电子传递速率（r ETRmax）之间显著正相关,r ETRmax与TN呈显著正相关;饱和光照强度点（Ik）与TP显著正相关,与TN/TP和NO-3显著负相关.总之,太湖微囊藻的光合作用活性与水华形成及发展动态相适应,控制全球气候变暖和削减氮、磷浓度有利于抑制微囊藻光合作用活性.