为筛选耐受汞胁迫的衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)藻株,研究不同衣藻光合作用过程响应汞胁迫的差异,比较了不同汞浓度下11株衣藻的生长、叶绿素a含量及叶绿素荧光活性.结果表明,随着汞离子浓度升高,叶绿素a含量显著下降且生长受抑制,叶绿素荧光活性参数Wk、Vj和Mo快速增加,ψo和φEo快速下降,表明光合系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心的供体侧和受体侧的电子传递受阻,光合活性被抑制.在11株衣藻中,衣藻FACHB-889(EC50为0.762 mg/L)对汞耐受能力最弱,衣藻FACHB-2217对汞耐受能力最强(EC50为2.848 mg/L).与对照相比,在低浓度汞(<0.5 mg/L)胁迫下,衣藻FACHB-889 PSⅡ活性显著降低(P<0.05),衣藻FACHB-2217光合系统Ⅱ(PSⅡ)活性无显著差异.在高浓度汞(>1.0 mg/L)胁迫下,衣藻FACHB-889光合活性受抑制,单位面积活性反应中心数量(RC/CSo)显著下降(P<0.05),单位活性反应中心吸收的能量(ABS/RC)持续增加,单位反应中心耗散的能量(DIo/RC)和单位反应中心捕获的用于电子传递的能量(ETo/RC)呈下降趋势,表明吸收的能量不能被光合作用有效利用,且无法通过热耗散释放,导致能量的非正常积累,使细胞失活甚至死亡;衣藻FACHB-2217单位活性反应中心吸收的能量(ABS/RC)、用于还原QA的能量(TRo/RC)及用于电子传递的能量(ETo/RC)均显著升高,细胞通过有活性的单位反应中心光合能力的增强,有效转化吸收的能量,消除部分反应中心失活的负面影响.研究表明,光合活性及其能量分配的差异是衣藻对汞敏感/耐受的重要原因.

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.

为了研究遮荫对贫瘠土壤上生长的植物存活率、相对生长率(RGR)、生物量分配模式及光合特性的影响,本文以耐荫的沙地柏和不耐荫的樟子松苗木为试材,进行全光和不同遮荫处理(35％、65％和95％),遮荫处理时间为2个生长季.结果表明,随着光照强度减弱,沙地柏的存活率和生长量没有明显变化,总生物量和RGR均呈先上升后下降的趋势,且RGR指标均为正值,茎根比显著提高;而樟子松存活率和生长量显著降低,总生物量和RGR一直呈下降趋势,且95％遮荫率下RGR为负值,茎根比显著降低.沙地柏的最大光化学效率(Fv/Fm)对遮荫更加敏感,在35％遮荫率下就显著增加,而樟子松在65％遮荫率时才开始显著增加.JIP-测定进一步表明,遮荫下沙地柏标准化荧光值(Vt)从O相到接近P相的过程中均明显低于全光照(CK),电子越过QA的能量占反应中心捕获能量的比例(ψo)、用于电子传递的量子比率(ψEo)均提高,且质体醌库(Sm)变大,质体醌库还原速率(Sm/Tfm)提高、初级醌受体被还原的次数(N)增多,单位激发态面积用于电子传递的能量(ETo/ CSo)增加、反应中心数目(RC/Cso)增多,单位反应中心电子传递的能量(ETo/Rc)增加,同时单位激发态面积(DIo/cs.)和单位反应中心(DIo/RC)的热耗散的能量均降低,最终导致其性能指数(PIABS,PJCSo,PICSm)明显高于全光照.遮荫下樟子松标准化荧光值从O相到接近P相的过程中均明显高于CK,除热耗散指标外以上这些荧光参数与CK没有明显差异,甚至更低,而DIo/RC指标保持不变,最终导致其性能指数(PIABS,PICSo,PICSm)与CK没有明显差异.以上结果暗示,沙地柏在较低的光强下能维持较高的生长量,通过维持正向碳平衡保持了较高的存活率,增加了地上生物量的比例,提高了光反应阶段电子传递的能量水平;而樟子松碳收支失衡导致了较低的存活率,地上生物量比例下降,电子传递的能量水平降低.

以杜鹃(Rhododendron simsii)和香樟(Cinnamomum camphora)两种园林植物为材料,利用英国Hansatech公司生产的M-PEA多功能植物效率分析仪检测了经50 mg·L-15-氨基乙酰丙酸(5-ALA)溶液处理25 d后的离体叶片对-20°C低温胁迫10～30 min的响应,发现处理后的叶片可以维持较高的光化学效率(φPo)和较低的光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心供体侧放氧复合体抑制程度(Wk)以及PSⅡ反应中心最大关闭速率(Mo),处理后的叶片也具有较高的光合电子传递量子产额(φEo)、有活性的反应中心密度(RC/CS)、PSⅠ反应中心还原末端电子受体的效率(φRo)以及光合性能指数(PIabs).相反,低温胁迫降低杜鹃和香樟叶片PSI反应中心失去电子被氧化的速率(VPSⅠ)以及从PSⅡ反应中心传递过来的电子还原PSⅠ反应中心的速率(VPSⅠ-PSⅠ),且对后者的影响更大,似乎PSⅡ电子传递对短时间急速低温胁迫更为敏感.本试验结果还表明,香樟叶片耐寒性高于杜鹃,而5-ALA对香樟耐寒性的促进效应比对杜鹃更明显.5-ALA作为一种新型植物生长调节剂,可以运用于提高园林植物耐低温能力,减轻冬季寒冷和春季倒春寒伤害.

以溶液培养的棉花(Cossypium hirsutum L.)幼苗为材料,测定了不同盐胁迫程度和不同根环境供氧状况条件下棉花幼苗的叶片气体交换参数、叶绿素荧光参数和植株的Na+、K+离子含量等的变化,以探索根环境供氧状况对盐胁迫下棉花光合作用和离子吸收的影响.结果表明,盐胁迫和根环境供氧不足均导致净光合速率下降.在处理后的前期,盐胁迫对棉花叶片光合作用的不利影响大于供氧不足(不通气)的影响,而后期根环境供氧不足的不利影响快速增大,并逐渐超过盐胁迫的影响.在低浓度盐胁迫和根环境不通气处理的初期,棉花叶片光合速率下降的主要原因是气孔因素(气孔关闭或部分关闭引起的CO2供应不足);随着盐胁迫程度的增大和胁迫持续时间的延长,光合速率下降的原因逐渐转变为非气孔因素(光合系统损伤引起的光合能力下降).相同程度盐胁迫下,根环境通气处理的棉花叶片的净光合速率和PSⅡ最大光化学效率等均显著高于根环境不通气处理的,说明根环境供氧不足加重了盐胁迫对光合作用的不利影响.对棉花植株各器官离子积累量的测定、分析发现,盐胁迫导致了棉花根系拒Na+、吸K+的能力和选择性运输K+的能力降低,使棉花根系和叶片的Na+含量增多、K+含量减少、[Na+]/[K+]比值升高;而根环境通气则可显著提高盐胁迫下根系的拒Na+、吸K+能力和根系向叶片选择性运输K+的能力,降低根系和叶片的[Na+]/[K+]比值.试验还发现,根系K+、Na+含量受盐胁迫的影响较大,而叶片K+、Na+含量受根环境通气状况的影响更大一些.综合分析可见,盐胁迫和根环境供氧不足均可导致棉花叶片光合速率下降、光合机构损伤以及离子平衡失调,而根环境通气可以缓解盐胁迫对棉花叶片光合作用的不利影响、增加根系和叶片对K+的选择吸收和积累、降低[Na+]/[K+]比值,从而增强棉花植株对盐胁迫的适应性和抵抗力.

以阔叶树种木荷和栾树1年生幼树为对象,采用室内盆栽,通过配制3个不同浓度梯度的PbCl2溶液于盆栽土壤中(L1＜L2＜L3),对比研究Pb胁迫下两种幼树叶片叶绿素荧光参数的响应规律,运用Lake模型从能量平衡及分配的角度揭示不同浓度Pb胁迫下木荷和栾树光系统Ⅱ运转状况,并为木本植物幼树耐Pb程度的快速诊断提供数据支撑.结果表明:3个不同浓度的Pb处理下,两种供试幼树随着入射光强(PAR)的增大,除非调节性能量耗散(YNO)以外其他叶绿素荧光参数均随着PAR的变化而变化,相对电子传递速率(rETR)和可调节性能量耗散(YNPQ)呈上升趋势,而光系统Ⅱ(PSⅡ)量子效率(YⅡ)和光化学猝灭(qL)呈下降趋势.同时,两种供试幼树的最大光能利用效率(Fv/Fm)、rETR、YⅡ、qL,随着Pb污染浓度的增加而降低,而YNPQ和YNO则随着Pb污染浓度的增加而升高.Pb对两种供试植物叶绿素荧光参数的抑制效果在最大净光合速率(Pn)上也有体现.本实验还得出,在L1浓度时木荷PSⅡ反应中心的开放程度能保持在较高水准,随着污染浓度的增大,其光能转化能力弱于栾树.同时,栾树调节能量耗散的能力和对Pb胁迫的敏感程度均高于木荷,进一步说明了栾树对Pb的耐性高于木荷.综合分析后得出,YNO和YNPQ可作为植物Pb胁迫的评价指标.

为探明氮素水平对不同品种茶树的光合系统的影响机制,以'福鼎大白茶'、'保靖黄金茶1号'、'白毫早'两年生茶苗为材料,设置不施氮N0(0 g)、低氮N1(11 g)、中氮N2(22 g)和高氮N3(33 g)4个氮素[(NH4)2SO4]水平的盆栽实验,研究了铵态氮对3个品种茶树的生长势、叶片叶绿素含量、光合参数与叶绿素荧光参数的影响.结果表明:(1)施氮处理能够显著促进茶树的生长,提高茶树叶片叶绿素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr) ,降低胞间CO2浓度(Ci) ,并以N2处理最好,但水分利用率(WUE)在3个品种茶树间表现不同. (2)在N2处理下,3个茶树品种的叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)暗适应下的最大光化学效率(Fv/Fm) 、光化学猝灭系数(qP) 、PSⅡ的相对电子传递速率(rETR)亦增加最大,非光化学淬灭系数(NPQ)降低. (3)茶树叶片叶绿素含量与光合参数间存在着一定的联系,并且具有品种特异性.研究发现,适量施氮能够显著增加茶树叶绿素含量、气孔导度、光合活性,从而使得各品种茶树净光合速率增加;氮素水平对各茶树品种的光合及荧光特性影响存在差异,水分利用率亦具有品种特异性;生产中应综合叶绿素含量、光合作用参数、叶绿素荧光参数,可快速、直观地评价不同品种茶树对氮素营养的内在需求,为茶园施肥管理提供指导.

以紫球藻(Porphyridium purpureum)为供试材料,研究了5个不同浓度的Cd2+对紫球藻的细胞密度、叶绿素a含量、藻红蛋白含量及ATP含量的影响,以及对紫球藻的最大光量子产额(Fv/Fm)、实际光量子产额(YII)、相对电子传递效率(ETR)及非光化学淬灭(NPQ)的影响,探讨了各荧光参数在不同浓度的Cd2+胁迫下的变化规律.研究结果表明,在Cd2+胁迫的6d内,紫球藻的生长速度显著下降,且Cd2+的浓度越高,生长速度下降越快;Cd2+胁迫显著的减少叶绿素a、藻红蛋白及ATP含量,且浓度越高,减少的幅度越大;在Cd2+浓度低于200μmol/L时,紫球藻的叶绿素荧光参数Fv/Fm、YII及ETR呈现先下降后上升的趋势,而且随着胁迫时间的延长,下降幅度逐步增大;NPQ在低浓度下(<200μmol/L)呈现显著上升趋势,高浓度下(>500μmol/L)呈现显著下降趋势.因此,水体中浓度超过50μmol/L的Cd2+就会显著影响紫球藻的生长及光化学活性,水生环境中不断累积的Cd2+将会对紫球藻的生态平衡产生影响.

以抗旱性不同的4个小麦(Triticum aestivum)品种为材料,利用室内水培的方法,系统研究了正常、轻度干旱、重度干旱及旱后复水对小麦苗期干物质量及叶绿素荧光参数的影响.研究结果表明:干旱胁迫下各小麦品种干物质量均明显降低,且4个小麦品种在不同干旱条件下抗旱性均表现为'晋麦47'＞'洛麦26'＞'洛麦23'＞'郑引1号';干旱胁迫使叶绿素荧光诱导动力学(OJIP)曲线发生变化,最小荧光强度(Fo)值呈增加趋势,且'郑引1号'重度干旱组与对照组存在明显差异;随着4个小麦品种抗旱性强弱和干旱程度的增加,叶绿素荧光诱导曲线初始斜率(Mo)、在J点的相对可变荧光强度(Vj)、在I点的相对可变荧光强度(Vi)值均呈递增趋势,最大光合效率(φPo)、用于电子传递的量子产额(φEo)和反应中心捕获的激子将电子传递到初级醌受体以后其他电子受体的概率(ψo)值均呈递减趋势;不同品种小麦光合性能指数(PIABS)在干旱胁迫下比最大光化学效率(Fv/Fm)更为灵敏;干旱胁迫解除后,抗旱性强的品种和中等抗旱小麦品种光合机构还可恢复,而抗旱性弱的'郑引1号'在重度干旱下受到不可逆的伤害;干旱敏感系数与叶绿素荧光参数单位面积电子传递的量子产额(ETo/CS)和单位面积热耗散(DIo/CS)的相关性达到显著水平.因此,可以根据PIABS、ETo/CS和DIo/CS参数的变化来鉴定小麦的抗旱性.

采用盆栽试验,设置0、20％、40％、60％和80％遮阴度5种遮阴处理,研究遮阴对刻叶紫堇、伏生紫堇、紫堇和黄堇4种紫堇属植物叶绿素含量、光合特性和叶绿素荧光参数的影响,以加快其在园林方面的应用.结果 表明:随着遮阴度的提高,4种植物叶绿素a、叶绿素b和叶绿素(a+b)总量不断增加,刻叶紫堇在80％遮阴处理均达到最大,而伏生紫堇、紫堇和黄堇在60％遮阴处理达到最大;叶绿素a/b、光饱和点、光补偿点和暗呼吸速率的变化趋势呈相反的趋势.4种植物中,刻叶紫堇在80％遮阴处理下,伏生紫堇、紫堇和黄堇在60％遮阴度下各叶绿素荧光参数达到最大.4种植物耐阴性大小为刻叶紫堇＞伏生紫堇＞紫堇＞黄堇.刻叶紫堇在80％遮阴处理,以及伏生紫堇、紫堇和黄堇在60％遮阴处理下光能利用率最大,光合能力最强,最有利于植物的生长.