山豆根(Euchresta japonica)为我国II级重点保护野生植物.该研究通过设置不同遮阴网的层数和采用不同浓度的聚乙二醇溶液浇灌,探讨了山豆根光合特性对光强和干旱的响应.结果表明,山豆根叶片的饱和光强为 683.06～907.07 μmol/(m2·s);单层遮阴处理叶片的最大电子传递速率和最大净光合速率整体高于双层遮阴处理,其中单层遮阴且未进行干旱处理的叶片最大电子传递速率和最大净光合速率最高,分别为55.36和6.73 μmol/(m2·s);相同遮阴条件下,叶片的最大净光合速率及其对应的饱和光强均随干旱程度增加整体呈下降趋势;单层遮阴条件下的蒸腾速率和水分利用效率均整体高于双层遮阴条件下的.不同处理下叶片光系统II的实际光化学效率、光化学猝灭系数以及非光化学猝灭系数等整体上均无显著差异(P＞0.05).山豆根属半阳生植物,其叶片利用弱光能力较强,植株具有较强的耐干旱能力.因此,建议在开展野外回归、迁地保护、人工栽培等工作时,进行适当遮阴处理并保持充足的土壤含水量.

文章选用对汞(Hg)具有较强耐受性的雪衣藻(Chlamydomonas nivalis)为对象,探究藻细胞对汞胁迫的响应及其耐受机制.结果表明,Hg2+对藻细胞的胁迫具有明显的时间依赖的量效关系,48h半数效应浓度EC50为1.44 mg/L.与对照组相比,1.0和1.5 mg/L Hg2+处理组能维持生长和光合活性;2.0 mg/L Hg2+处理组生物量和色素含量在胁迫6h时无显著变化(P＞0.05),48h时均显著降低(P＜0.05).随着Hg2+浓度和暴露时间的增加,藻细胞最大光化学量子产率(Fv/Fm)、最大电子传递速率(ETRmax)、半饱和光强(Ik)及光能利用效率(α)均降低,OJIP快速荧光诱导动力学曲线和Q(-A)再氧化变化明显,光合电子传递受阻.Hg2+胁迫导致能量流的变化,藻细胞部分反应中心失活,显著增加用于热耗散的能量,并提高有活性的反应中心的光合作用效率,从而维持能量平衡和生命代谢活动.光合损伤也造成细胞活性氧(ROS)含量上升,总可溶性蛋白含量降低,超氧化物歧化酶(SOD)活性显著升高、还原型谷胱甘肽(GSH)含量降低,以缓解细胞损伤.研究确认雪衣藻具有较强的Hg2+耐受性,光系统Ⅱ是Hg2+的作用靶标;光合能量分配及抗氧化系统是细胞对抗Hg2+胁迫的重要解毒机制.

为深入研究闽楠幼苗在极弱光环境下的可塑性及生存策略,该文以2年生闽楠幼苗为试验材料,通过人工遮阴方式模拟不同光环境(100％、35％和10％透光率),测定不同处理下闽楠幼苗叶片表观形态、解剖结构和光合生理等参数,探讨幼苗形态、生理可塑性与光适应的内在联系.结果表明:(1)闽楠幼苗的叶长、叶宽、叶面积和比叶面积(SLA)均随着光强的减弱而增加,叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度和栅海比值(栅栏组织厚度/海绵组织厚度)等均以10％透光率下最小.(2)35％透光率的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、光能利用率(LUE)、光系统Ⅱ(PS Ⅱ)的光化学淬灭系数(qp)、非光化学淬灭系数(NPQ)、有效光合量子产量(Fv'/Fm')及潜在光化学效率(Fv/Fo)等均显著高于100％和10％透光率处理.(3)叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素总量及最大光化学效率(Fv/Fm)等均随着光强的减弱而增加,但叶绿素a/b随着光照强度的减弱而降低.(4)幼苗结构和生理表型可塑性指数显示,光合色素含量特征＞形态特征＞光合特征＞解剖结构特征＞叶绿素荧光参数特征,其中叶面积、SLA、Pn、Gs、LUE及光合色素含量的表型可塑性指数在0.455～0.755之间.综上所述,闽楠幼苗不适宜在全光照下生长,在35％左右的透光率下表现良好;在10％透光率下,闽楠叶片通过增加叶面积、SLA、Pn及光合色素含量来提高对光能的捕获;弱光下闽楠幼苗主要通过调节光合色素含量与形态的可塑性,协同解剖结构、光合生理及叶绿素荧光参数可塑性的变化来适应弱光环境.该研究可为今后闽楠栽培管理提供理论依据.

优化机采长绒棉株行距配置与灌溉定额,是构建棉花合理个体与群体结构,提高产量和机采脱叶效率,实现农机农艺融合的重要途径.本研究采用裂区试验设计,在相同种植密度条件下,设置了一膜三行等行距(S3)、一膜四行宽窄行(S4)和一膜六行宽窄行(S6)3种种植模式,副区为3150 m3·hm-2(W1,中度亏缺,田间持水量50％)、4050 m3·hm-2(W2,轻度亏缺,田间持水量75％)和4980 m3·hm-2(W3,充分灌溉,田间持水量100％)3个灌溉定额,研究了不同处理对长绒棉各层次冠层结构、光合有效辐射传输规律和产量形成的影响机制.结果表明:扩大行距和轻度亏缺灌溉可以降低生育后期叶面积指数下降速率,增加下部冠层的光合有效辐射透过率(Tr);在S3W2处理下,冠层上、中、下各层Tr分布均匀,接近2∶2∶1的比例;虽然冠层整体光截获率(In)有降低趋势,但下层光截获率增加,显著提高了生殖器官的分配比例和棉铃质量,促进了产量的提高;此外,平均行距的扩大和灌溉定额的增加显著降低了水分利用效率(WUE);最终,一膜三行等行距种植模式(S3)和轻度亏缺(4050 m3·hm-2)处理有利于促进冠层中下部光合有效辐射光能传输,不仅不会显著降低棉花产量还能够获得相对较高的WUE,该结果对促进长绒棉农机农艺融合,实现产量和机采品质协同提升具有重要意义.

为探析乐昌含笑(Michelia chapensis)在不同光照强度下生长及光合能力的适应机制,以乐昌含笑2年生幼苗为试材,经100％(CK)、70％(T1)、50％(T2)、30％(T3)、10％(T4)全光照5个不同遮荫处理1年(3年生),进而对其生长及光合指标进行测定.结果表明,在70％全光照和100％全光照下,乐昌含笑幼苗存活率与株高、地径生长显著高于其他处理.净光合速率在70％光照强度处理时达最高值(8.553 μmol·m-2· s-1);随着遮荫胁迫的加重,净光合速率逐渐下降,在50％全光照下净光合速率下降主要由气孔限制导致,30％全光照和10％全光照下由非气孔限制导致.与其他遮荫处理相比,100％全光照和70％全光照下乐昌含笑叶片具有更高的最大净光合速率(8.166和8.735 μmol·m-2·s-1)、光饱和点(1215.956和1145.328μmol·m-2·s-1)和光补偿点(16.280和13.572 μmol·m-2·s-1).随着遮荫处理水平的提高,PSII反应中心实际光化学效率(ΦPSII)和光化学淬灭系数(qp)逐渐增加,非光化学猝灭系数(NPQ)逐渐下降;吸收光能中光化学反应耗散能量(P)的比例逐渐增大,天线热耗散能量(D)的光能比例逐渐减小;而所有遮荫处理并未对PSII反应中心的最大光化学效率(Fv/Fm)及潜在活性(Fv/F0)产生显著的影响.初步判断,70％全光照最有利于乐昌含笑生长,在中度和重度遮荫条件下乐昌含笑可降低光补偿点、光饱和点、净光合速率和暗呼吸速率,增加PSII反应中心开放程度、电子传递的活性和光能利用率,从而提高其在弱光环境下的生长能力.

利用光能驱动二氧化碳(carbon dioxide,CO2)还原生产化学品对于缓解环境压力、解决能源危机具有重要意义.光捕获、光电转化和 CO2 固定等作为影响光合作用效率的关键因素,同时也制约着CO2 的资源化利用效率.为了解决上述问题,本文从生物化学与代谢工程相结合的角度,系统总结了光驱动杂合系统的构建、优化与应用,并从酶杂合系统、生物杂合系统以及杂合系统应用 3 个方面分析了光驱动 CO2 还原合成化学品的最新研究进展.在酶杂合系统方面,采用的策略主要有提升酶催化活性、增强酶稳定性等;在生物杂合系统方面,采用的方法主要包括增强生物捕光能力、优化还原力供应以及改善能量再生等;在杂合系统应用方面,主要阐述了光驱动CO2还原生产一碳含能化合物、生物燃料以及生物食品等.最后,从纳米材料(包括有机材料和无机材料)和生物催化剂(包括酶和微生物)两个方面,展望了人工光合系统的进一步发展方向.

低温是青藏高原地区植物生长季内频繁发生的非生物胁迫,然而其对典型高山植物叶片光能利用和分配的影响如何,尚缺乏研究.该研究以高寒草甸优势种高山嵩草(Kobresia pygmaea)为材料,采用叶绿素荧光成像分析技术,研究了低温对光系统Ⅱ(PSⅡ)光化学及非光化学猝灭中光诱导和非光诱导的量子产量相对份额的影响.结果表明:PSⅡ最大光化学量子效率(Fv/Fm和1/Fo-1/Fm)的最适温度在10 ℃左右,且变异系数(CV)较小;PSⅡ相对电子传递速率(rETR)的光响应曲线随温度降低而整体下移,其初始斜率(α)也相应降低.低温逆境可引起PSⅡ实际光化学量子效率(ΦPSⅡ)和非光化学猝灭中非调节性能量耗散量子产量(ΦNo)的降低,及调节性能量耗散量子产量(ΦNPQ)的增大,并导致均值CV的增高.1 000 μmol·m-2·s-1稳态光强下,ΦPSⅡ、ΦNPQ和ΦNO三组分的相对比率在20、10、5、0和-5 ℃分别为:23:57:20、18:63:19、15:68:17、1 1:75:14和8:80:12.PSⅡ反应中心光化学效率的相对限制(LPPFD)随温度降低而逐渐增大,且光强越大其限制增强.一般线性模型的双因素方差分析表明,PSⅡ光化学和非光化学能量耗散过程没有交互效应产生.尽管光化学能量转换和保护性的调节机制可有效分配激发能,能避免ΦNO的增加,但高山嵩草叶片的光合机构在维持运行的同时依然承受着来自低温的胁迫,是影响植物光合生理过程及限制生长发育的重要因素.

为探究耐淹速生竹种水竹对不同程度水淹胁迫的光合生理响应,以一年生水竹(Phyllostachys het-eroclada)为试验材料,以正常浇水为对照组,测定根部全淹及根部半淹处理下水竹光合气体交换参数、光合色素及叶片资源利用效率随水淹时长产生的差异.结果表明:水淹胁迫第3天,半淹处理的水竹叶片净光合速率、光饱和点和蒸腾速率较对照均出现显著上升,而全淹胁迫下则无显著差异,其后均随胁迫时间的延长而下降,下降幅度与胁迫程度呈正相关;水淹胁迫处理第6天,水竹叶片气孔导度均显著高于对照组,后呈下降趋势;水淹胁迫导致水竹胞间CO2浓度呈现先下降后上升的趋势,至第9天与对照组的数据差异不显著,其恢复时长与胁迫程度呈正相关;暗呼吸速率及光补偿点则随胁迫时长的增加而上升;总光合色素呈现先下降后上升趋势,叶绿素与类胡萝卜素的比例仍保持在3∶1,而叶绿素a与叶绿素b的比例从3∶1下降至2∶1;叶片水分利用率呈现先下降后上升的趋势,而表观光能利用率与表观CO2利用率均呈现下降趋势,其下降幅度随水淹时长的延长而逐渐减小.研究表明,半淹胁迫短期内对水竹的光合作用表现出促进作用,但随胁迫时间的延长,光合各参数会逐渐下降至稳定水平,水竹通过调节光合色素比例及提高水分利用效率,适应水淹环境后,具有较好的耐淹能力.

雌雄异株植物资源分配模式上往往表现出显著的性别二态性,但在叶片光合及功能性状上是否有差异目前仍未有定论,且与发育阶段的关系尚不明确.阐明上述问题,能够进一步了解雌雄异株植物的生理生态特征,并为理解性别对性二态植物生长发育的影响机制提供理论依据.以雌雄异株绒毛白蜡(Fraxinus velutina Torr.)为研究对象,针对不同发育阶段不同性别植株进行光合特征及叶功能性状测定,采用双因素方差分析了不同发育阶段下雌雄植株光合能力及叶功能性状的性别间差异,采用Pearson检验了雌雄植株各叶功能性状之间的相关性,并采用标准化主轴分析(Standardized major axis regression,SMA)分析不同性别植株净光合速率与叶功能性状的相关性.结果表明性别和发育阶段显著影响植物个体的光合能力和叶功能性状.总体而言,雄树在坐果期和果实成熟期均表现出更强的净光合速率(Pn)、更高的比叶面积(SLA)、叶绿素含量(Chl)和叶氮含量(LNC);而雌树在果实膨大期表现出更强Pn、SLA和Chl.雌雄性别内Pn与SLA、Chl和LNC间均呈显著正相关(P＜0.05),雄树的SLA vs.Pn的斜率大于雌树(P＜0.05);Chl vs.Pn的关系在性别间不显著(P＞0.05);雄树的LNC vs.Pn的斜率大于雌树(P＜0.05).SMA结果表明雄树的光能利用效率和光合氮素利用效率高于雌树,雌树将更多的生物量和氮素用于非光合作用过程,但两者的光吸收率并无差异.结果表明绒毛白蜡雌雄个体的生活史策略不同,在不同发育阶段中的光合特征及叶功能性状上存在显著的性别二态性.

为探讨红树植物光适应的生理生态机制,通过遮荫控制试验对无瓣海桑(Sonneratia apetala)、秋茄(Kandelia candel)、木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、老鼠簕(Acanthus ilicifolius)、卤蕨(Acrostichum aureum)、银叶树(Heritiera littoralis)、黄槿(Hibiscus tiliaceus)等8种红树植物的1 a生幼苗在不同生长光强(自然光强的100%、45%、30%、10%)下的叶绿素荧光参数进行了研究.结果表明,8 种红树植物在遮荫后光系统II最大光化学效率(Fv/Fm)和光系统II实际光化学效率(ΦPSII)总体呈上升趋势,而电子传递速率(ETR)则显著下降.无瓣海桑、秋茄、桐花树、银叶树和黄槿在全光照下表现出比其他3种植物更高的Fv/Fm,同时桐花树和银叶树的ΦPSII和ETR也显著高于木榄、老鼠簕和卤蕨.因此,无瓣海桑、秋茄、桐花树、银叶树和黄槿在高光辐射下具有更高的光能利用率,同时桐花树和银叶树能更好地利用高光并耗散过剩光能,适宜作为中上层树种或在郁闭度较低的林下种植.而木榄、老鼠簕和卤蕨在高光辐射下ΦPSII值均不足 0.2,ETR也仅为无瓣海桑等阳生物种的20%～33%,更适宜在光照条件较弱的林下种植.