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.

[目的]前山带是天山北坡山地-绿洲-荒漠生态系统的重要组成部分,探讨植物对干旱胁迫的动态生理适应性和抗旱性评价方法,筛选植被恢复的适宜树种,对该区域植被生态恢复具有重要意义.[方法]以新疆天山北坡前山带种植的12种植物为研究对象,观测灌水后土壤水分时空变化,分析干旱和复水对植物光合和抗逆生理指标的影响,采用主成分分析评价12种植物的抗旱能力.[结果](1)干旱胁迫后,土壤水分散失在0-20 cm层最快,20-40 cm层次之,40-60 cm层最慢,不同植物采用不同策略改变生长情况来适应干旱;(2)干旱胁迫后,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、电子传递速率(ETR)和叶绿素含量降低,而抗逆生理指标超氧化物歧化酶(SOD)活性、脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量及非光化学淬灭系数(qN)升高,复水后各指标都有一定程度的恢复,但均未达到初始水平;(3)主成分分析结果显示,P、叶绿素含量、ETR和MDA含量等指标贡献率较大,梭梭、柽柳、刺蔷薇和柠条锦鸡儿抗旱性较强,'中亚沙棘'、'新棘5号'、'新棘1号'和山杏次之,而'新棘4号'、'新棘3号'、文冠果和'新棘2号'较弱.[结论]Pn、叶绿素含量、ETR和MDA含量可作为评价植物适应干旱的重要指标;新疆天山北坡前山带植被生态恢复应优先选择梭梭、柽柳、刺蔷薇及柠条锦鸡儿进行建植.

电子传递速率光响应模型是研究植物光合生理和生态学的重要工具,可为量化原初反应光能的吸收和传递对光的响应提供理论依据.该文综述了目前常用的电子传递速率光响应模型的数学特征,分析了不同模型的优势及其在实际应用中的潜在问题,并在此基础上对这些模型可能的发展趋势进行了展望.原初反应包括光能的吸收、光合色素分子的激发和退激发(包括光化学反应、荧光发射和热耗散)、激子共振传递以及光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心发生电荷分离产生电子传递速率等一系列复杂的物理和生化反应过程.电子传递速率光响应经验模型和半机理模型因不涉及或只涉及部分原初反应过程而难以解释藻类和高等植物的PSⅡ动力学下调、光适应和光保护等现象.电子传递速率光响应机理模型综合考虑了光合色素分子的物理参数(如本征光能吸收截面(σik)、分子处于最低激发态的平均寿命(τmin)、分子的能级简并度和处于激发态的光合色素分子数(Nk))在整个原初反应过程中的重要作用,不仅可以获得藻类和高等植物叶片的最大电子传递速率以及对应的饱和光强等光合参数,还可以获得σik和τmin等重要的物理参数,以及有效光能吸收截面(σ'ik)和Nk对光的响应规律等.将环境因子(如温度、CO2浓度等)耦合到已有的电子传递速率光响应机理模型中,并明确其与植物的σ'ik和Nk等参数间的关系,可能是今后光合电子传递速率光响应机理模型的发展方向.

全球气候变化与人类活动导致的CO2 排放息息相关.海洋是净吸收大气CO2 的重要环境,因此影响海洋碳存储能力的生物地球化学过程成为研究热点.海洋微生物的呼吸作用是调节碳"源-汇"转换的关键生物过程之一,呼吸速率是海区碳收支研究的重要参照指标.依据不同生物化学原理,海洋领域研发了多种微生物呼吸速率测定方法.依据海洋水文环境和微生物群落等不同应用场景的差异,使得采用一种或多种方法准确测定呼吸速率具有重要意义.文章着重陈述了各种呼吸速率测定的原理、优缺点和适用范围等,系统分析了常规测定方法和前沿测定技术,为碳中和背景下的海洋碳汇关键过程解析提供技术选择的理论支撑.

多枝柽柳作为干旱荒漠区重要的防风固沙灌木,其长期与风沙作用过程中形成了柽柳灌丛沙堆,在维持区域生态环境稳定及遏制沙漠蔓延方面发挥着重要作用.以古尔班通古特沙漠西南缘地区不同发育阶段沙堆上生长的多枝柽柳(Tamarix ramosissima)为研究对象,以空间序列代替时间序列的方法模拟沙堆堆积发育过程,揭示多枝柽柳生理特征对沙堆不同堆积发育阶段的响应及适应机制.结果表明:(1)在沙堆堆积发育过程中,多枝柽柳叶片相对含水量(RWC)及自由水/束缚水(Vs/Va)均呈先上升后下降的变化,其中,在增长阶段沙堆上最高,衰退阶段沙堆上最低,水分饱和亏(WSD)则呈相反趋势;组织含水量(TWC)呈逐渐上升的变化,清晨水势(ΨPD)及正午水势(ΨMD)呈逐渐降低的变化.(2)在沙堆堆积发育过程中,多枝柽柳的光合有效辐射(PAR)、叶片温度(TL)、光合电子传递速率(ETR)以及调节性能量耗散[Y(NPQ)]日变化均呈先上升后下降的变化,衰退阶段沙堆上多枝柽柳各参数的日均值最大;各发育阶段沙堆上多枝柽柳的非调节性能量耗散[Y(NO)]日变化均呈先下降后上升的变化,实际光化学效率[Y(Ⅱ)]日变化均呈"N"型,且Y(Ⅱ)日均值大小依次为增长阶段沙堆(0.489)＞稳定阶段沙堆(0.463)＞雏形阶段沙堆(0.455)＞衰退阶段沙堆(0.439).(3)气温(TEMP)和PAR与叶片Y(Ⅱ)均呈显著负相关,与ETR均呈显著正相关;Y(Ⅱ)与ETR、Y(NO)与Y(NPQ)均呈现显著负相关;PAR、TEMP是影响不同堆积阶段沙堆上多枝柽柳生理特性的主要环境因子.综合分析表明,在沙堆堆积发育过程中,多枝柽柳可通过调节光合作用和水分利用之间的协同关系来响应微环境的变化,从而减少其脱水风险以实现最大程度资源利用.

[目的]山茶的花型和花色丰富、花期长,其耐热性日益受到关注,筛选合适的评价方法和指标可为山茶属植物耐热性鉴定、种质发掘和新品种选育提供理论依据.[方法]以耐热性较强的单体红山茶和'串花瀑布'为对照,7个自育束花茶花新品种为试验对象,采用瓶插方法,在短期(5 h)和长期(7 d)高温(42 ℃/35 ℃)处理后,考察各品种形态及光合生理标指标的变化,并综合评价其耐热性.[结果](1)'垂枝粉玉'和'串花瀑布'在高温胁迫下叶绿素含量、类胡萝卜素含量、叶绿素a/b、净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)均上升,PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/F0)和电子传递速率(ETR)维持在较高水平,且长期高温胁迫后均未出现热害.'金叶粉玉'、'上植华章'和'玫瑰春'在高温胁迫下Pn和Gs均显著降低,而Ci升高,'金叶粉玉'和'上植华章'的Fv/Fm、Fv/F.和ETR均大幅降低,且长期高温胁迫后出现较严重热害或死亡.(2)通过主成分分析将15个单项指标换算成4个独立的综合指标,累计贡献率可达90％;短期高温时以叶绿素含量、类胡萝卜素含量、叶黄素含量的综合权重值较高,长期高温时以叶绿素a/b、Fv/Fm、光化学淬灭系数(qP)、非光化学淬灭系数(qN)的综合权重值较高.[结论]新品种'垂枝粉玉'耐热较强,'上植月光曲'、'上植欢乐颂'和'玫玉'中等耐热,'玫瑰春'、'上植华章'和'金叶粉玉'耐热性较弱;叶绿素、类胡萝卜素、叶黄素含量可作为山茶短期耐热性考察指标,而叶绿素a/b、Fv/Fm、qP、qN可作为山茶长期耐热性的考察指标.

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.

黄梅秤锤树(Sinojackia huangmeiensis)是我国特有种,被列为国家Ⅱ级重点保护植物和极小种群野生植物.为探讨黄梅秤锤树对不同光环境的响应与适应,选择3种生境中(林窗、林下、全光照)的植株为研究对象,比较不同生境中叶片表型性状、光合特征和叶绿素荧光特征.结果表明:林窗和林下生境黄梅秤锤树的比叶面积(SLA)显著高于全光照生境,叶厚度(LT)和叶干物质含量(LDMC)显著低于全光照生境;最大净光合速率(Pmax)和光饱和点(LSP)在全光照生境中最高,光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd)在林下生境中最低;林窗和全光照生境黄梅秤锤树的表观电子传递速率(ETR)、PSⅡ实际光量子产量[Y(Ⅱ)]、光化学猝灭系数(qP)和非光化学猝灭系数(NPQ)都高于林下生境.黄梅秤锤树通过增加SLA,降低LCP、Rd和NPQ来适应弱光环境,通过增加LT、LDMC、LSP和NPQ来适应强光环境,对不同的生境表现出较强的适应性,对其种群更新与维持具有重要意义,也为其人工引种的成功提供重要保障.

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.

海洋暖化导致海水上部混合层变浅,使营养盐限制情况加剧,也导致硅藻接收到的阳光辐射量增加.高光及营养盐限制的双重胁迫会影响硅藻的光合产量.该研究主要探索硅藻应对磷饥饿及高光胁迫的光合生理调控,以进一步了解海洋环境变化对硅藻光合作用的影响.将体积不同的假微型海链藻(Thalassiosira pseudonana)和威氏海链藻(T.weissflogii)在磷饥饿条件下培养,监测其光系统Ⅱ(PSII)功能变化,并将其置于高光强下,研究其光合生理响应.结果表明:磷饥饿条件下,体积较小的假微型海链藻PSII活性逐渐下降,从与D2蛋白结合的质体醌QA-到与D1蛋白结合的质体醌QB的电子传递效率降低,单位反应中心捕获的用于电子传递的能量下降,并诱导产生非光化学淬灭,而体积较大的威氏海链藻则能够维持较长时间的PSII活性;假微型海链藻在磷充足条件下相比威氏海链藻具有较高的PSII光失活功能截面(σi)值,易发生光抑制,但同时也具有高的PSII修复速率,磷饥饿对其光抑制敏感度无显著影响,而威氏海链藻在磷饥饿条件下的σi显著升高,其对高光强的耐受能力显著降低.在营养盐限制及辐射水平增强情况下,体积较大的威氏海链藻可能倾向于分布在真光层的下部海域.该研究表明海洋环境变化可能会改变不同粒径硅藻的生态位,并影响其初级生产力.