通过研究生长于不同环境光强(29.8％、9.6％、5.0％、1.4％和0.2％全日照)下的2年生三七光合作用对光照强度、CO2浓度、模拟光斑的响应及叶绿素荧光和能量分配特征,研究光照强度对阴生植物三七光合特征及光适应的影响.结果表明:29.8％全日照(FL)下三七表观量子效率(AQY)、光系统Ⅱ(PSⅡ)潜在的量子效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)较低,最大净光合速率(Pn max)、最大电子传递速率(Jmax)、实际光化学量子效率(F/Fm’)、电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(qp)和光能分配到光化学途径的比例(ΦPS Ⅱ)较高,但非光化学淬灭系数(NPQ)并不是最高.9.6％ FL和5.0％ FL处理Pn max、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、暗呼吸速率(Rd)无显著差异,但它们的AQY、羧化效率(CE)、最大羧化速率(Vc max)、Fv/Fm、Fv/Fo较高,NPQ也相对较高.生长环境光强低于5.0％ FL时,Pn max、CE、Vc max、Jmax、ETR、F/Fm’、qP、NPQ和ΦPSⅡ均随生长环境光强的降低呈下降趋势,而捕获的光能分配到荧光耗散的比例(Φf,D)逐渐增加.在500 μmol·m-2·s-1光斑诱导下,生长环境光强大于5.0％FL下的三七ΦPSⅡ随诱导时间的延长缓慢增加,1.4％FL和0.2％FL下ΦPSⅡ迅速达到饱和,且Φf,D迅速增加.三七在受到长期高光胁迫的环境下,通过适度的PSⅡ光抑制和保持较高光合电子传递速率,从而提高光能的利用来保护光合机构遭受不可修复的氧化伤害;适度的遮荫能够有效保持较高的非光化学热耗散能力;但过度遮荫会使其光合能力明显降低,捕获的光能更多地通过非光化学的途径耗散,且在接受到高光照射时较容易引发光氧化伤害.

为探讨自然生境中不同生活型水生植物光合生理特征的差异,选取4种挺水植物菖蒲(Acorus calamus L.)、再力花(Thalia dealbata Fraser)、梭鱼草(Pontederia cordata L.)、茭草(Zizania latifolia(Griseb.) Stapf),以及4种浮叶植物黄睡莲(Nymphaea mexicana Zucc.)、莼菜(Brasenia schreberi J.F.Gmel.)、金银莲花(Nymphoides indica(L.)O.Kuntze)、菱(Trapa bispinosa Roxb.)为研究对象,比较其叶绿素荧光参数、色素组成和比叶重的差异.研究发现,高光强下挺水植物电子传递速率(ETR)、非光化学淬灭(NPQ)等光合荧光参数、以及低光强下ETR拟合曲线的初始斜率(α)均值显著大于浮叶植物.不同挺水植物间光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(Fv/Fm)、ETR、NPQ、最大潜在电子传递速率(Ps)、最大电子传递速率(ETRm)及饱和光强(Em)变化幅度较大;不同浮叶植物间上述参数变化幅度较小.挺水植物叶绿素(Chls)、类胡萝卜素(Cars)含量均值也高于浮叶植物.但由于比叶重(SLW)的影响,不同水生植物间单位叶面积和单位叶鲜重色素含量的变化规律略有不同.挺水植物中再力花、梭鱼草光合能力较强,其光合荧光参数和色素比例均符合典型阳生型特征;菖蒲、茭草光合能力略弱,部分指标符合阴生型特征.4种浮叶植物各指标均符合阳生型特征.实验推测,挺水植物和浮叶植物由于叶片所处环境不同,其光合适应机制存在明显分化.挺水植物叶片所处环境异质性较大,因而不同物种之间光合参数适应范围也大;浮叶植物叶片所处环境相对均一,因而光合参数差异也小.浮叶植物也不依赖NPQ进行高光保护.在湿地植被恢复工具种筛选过程中应综合考虑环境异质性和不同物种光适应能力的差异.

实验以浒苔(Ulva prolifera)为材料,设置3个温度(20℃、25℃及30℃)和两个光照强度(低光:70μmol/m2·s;高光:250μmol/m2·s),通过测定不同培养条件下浒苔的生长、叶绿素含量、光合荧光参数、呼吸速率及光合放氧速率,初步探讨温度和光照强度对浒苔生长和光合特性的复合效应,为研究浒苔绿潮爆发及规模化养殖提供一定的参考.结果显示:1)光照强度的升高显著促进浒苔的生长;温度从20℃升高至25℃对浒苔生长的影响不显著,但升高至30℃具有显著的抑制作用.2)30℃、250μmol/m2·s条件下,浒苔的有效光化学效率(Fv′/Fm′)及最大相对传递速率(rETRmax)显著降低.3)高光条件下,25℃时浒苔具有较高的暗呼吸(Rd)及净光合放氧速率(Pn);20℃时浒苔的暗呼吸和总光合放氧速率的比值(Rd/Pg)最低.整体来说,光照强度的适度增加提高了浒苔对升温的适应.

光和海洋酸化(CO2浓度升高)分别对海洋硅藻的光合能力具有不同程度的影响,但两者的耦合响应被较少关注.研究以三角褐指藻作为实验材料,测定了不同光强下CO2浓度升高对三角褐指藻的生长、净光合速率、生化组分、胞外碳酸酐酶(eCA)活性和核酮糖-1,5-二磷酸羧化/氧化酶(Rubisco)活性的影响.结果显示在低光下,CO2浓度对三角褐指藻的生长和净光合速率(Pn)并没有显著影响,而在高光下,具有明显的影响.无论是在高光或是低光下,eCA活性、叶绿素和可溶性蛋白的含量都随着CO2浓度的升高而降低.在低光下,高浓度CO2 (HC)培养下的Rubisco活性分别是低浓度CO2 (LC)和中浓度CO2 (MC)的2.42和1.39倍,而在高光下,HC培养下的Rubisco活性分别是LC和MC的6.72和3.45倍.以上结果表明硅藻能够通过调节光合生理特征和CCM运行中能量的分配来适应环境中光强和CO2浓度的变化.

次生植被是珠海淇澳岛主要的植被类型之一,为揭示岛上次生植被特征及物种多样性特点,采用标准样方法进行植被调查,从地理成分、叶性质、生活型谱和物种多样性四个方面进行分析研究.结果显示:(1)15个样方共有维管束植物46科69属86种,科与属的地理成分均以热带亚热带成分占优势.(2)叶性质特征表现为:叶型以单叶植物占优势(71.8％),叶缘以全缘叶植物(65.9％)多于非全缘叶植物,叶质以革质叶植物(52.9％)为主,叶级比例构成中以小型叶植物的占比具优势(45.3％);且淇澳岛与临近陆地区域的地带性植被差异大,叶功能性状是对淇澳岛干季生长环境(高光且干燥)的适应结果.(3)淇澳岛植物生活型因受人为因素干扰(人工引进植物进行群落构建)与植被演替阶段影响,以小型(33.72％)和矮小型(23.26％)高位芽植物为主.(4)受海风及海岛土壤贫瘠等不利因素影响,乔木层的物种多样性低于灌木层,植被中各群落Shannon-Wiener多样性指数较低(1.84～2.65),为不成熟的群落构成,群落演替至稳定状态还需要一定时间.

以金潮种铜藻(Sargassum horneri)为对象,探讨了不同硝态氮水平下光照强度对其生长和光合生理特性的影响,以期为金潮暴发机制的研究提供一定的参考.实验设置了高(100 μmol·L-)、低(自然海水,50 μmol·L-1)2个硝态氮浓度和高(150 mol photons·m-2·s-1)、中(60μmol photons·m-2·s-1)、低(10 μmol photons·m-2·s-1)三个光照水平,检测了藻体在不同硝态氮浓度和光照条件下适应培养7d后生长、色素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、氮吸收速率及最大光合放氧速率(Pmax)等生理指标的变化.结果表明:氮浓度相同时,铜藻的生长速率、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、氮吸收速率、Pmax均随光照强度的增加而增加,而色素含量随着光照强度的增加而降低;低氮条件下,除类胡萝卜素外,以上指标在高光处理下均显著高于低光处理(P＜0.05);高氮条件下,除可溶性糖外,以上指标在高光条件下也均显著高于低光处理(P＜0.05);同一光照强度下,色素及可溶性蛋白含量、氮吸收速率及Pmax随氮浓度的增加而增加;可溶性糖含量随着硝态氮浓度的增加而减少;且在3个光照条件下,高氮处理下藻体的Pmax均显著高于低氮处理.总之,不同光照和氮浓度处理7d后,高光、高氮适应后的藻体表现出较高的生长和光合作用潜能.铜藻断裂后漂浮于海面极易获得较高光强条件,而富营养海水中的高氮条件会刺激铜藻的光合潜能而使其加速生长,进而加剧铜藻金潮的暴发.

为改善玉米群体内光环境,进一步提高玉米单株光合能力以获得高产,本研究以郑单958为试验材料,通过设置种子定向入土方式,研究了定向有序种植条件下群体内光分布特征,以及单株玉米穗位叶花后光合性能,并借助快速叶绿素荧光动力学曲线分析了与叶片光合性能有密切联系的光系统Ⅱ(PSⅡ)的性能特征.结果表明:叶片不同朝向显著改变夏玉米群体内穗位叶处光合有效辐射截获量,朝南处理(S)平均比朝北处理(N)高271.8％.不同朝向的叶片对高光与弱光的利用能力差异显著,朝南处理饱和光强下净光合速率(Pn)显著升高,表明其高光强利用能力显著提升;而朝北处理(N)表观量子效率(α)则随生育期推进显著增加,有利于叶片适应长期弱光环境.生育前期朝南处理PSⅡ电子供体侧和受体侧性能显著提高,进而改善了PSⅡ反应中心性能(PIABS)和荧光光化学淬灭系数(ψo),电子在电子传递链中转移效率(φEo)的提高增强了电子由PSⅡ向光系统Ⅰ(PSⅠ)的传递性能.生育前期叶片性能呈现出朝南＞朝东＞朝西＞朝北的趋势.但成熟末期朝南处理对强光的利用效率显著降低,朝北处理在生育后期表现出较强的弱光利用能力,表观量子效率显著升高,花后40dPn与PSⅡ性能均表现为朝北＞朝西＞朝东＞朝南的趋势.总体上,朝南与朝东处理群体内光环境改善显著,群体穗位层截获光合有效辐射较多,光合能力和干物质生产能力增强,有利于夏玉米产量提高.

以塔里木盆地胡杨3种典型异形叶(条形叶、卵形叶与锯齿阔卵形叶)为材料,利用光合与叶绿素荧光测定技术测量胡杨异形叶气体交换与叶绿素荧光动力学参数,探讨异形叶光合机构对太阳辐射光能的利用、能量分配与耗散特性及影响其光合能力的主要因素,揭示胡杨异形叶光合生理功能的差异与生理生态适应机制.结果 表明:(1)晴天正午胡杨异形叶净光合速率(Pn)、PSⅡ有效光化学量子效率(Fv’/Fm’)、实际光化学量子效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)显著降低,而PSⅡ激发能压力(1-qP)、光合功能相对限制(LPFD)则显著增大,至傍晚Fv'/Fm’、ΦPSⅡ、qP与光化学反应能量(P)恢复,表明荒漠强太阳辐射导致正午胡杨异形叶光合作用发生了光抑制,但并未造成PSⅡ反应中心的不可逆破坏.(2)3种异形叶采取了不同的适应方式来适应荒漠强光环境.卵形叶通过提高光能捕获与转化效率、光化学反应能量来保持叶片高光合能力以消耗多余能量、降低过剩激发能对光合机构的影响;锯齿叶通过保持高光合电子传递能力来缓解光合膜上的还原态压力并以热耗散清除过剩激发能,二者协同保护光合机构免受强光损伤从而维持较高的Pn;条形叶不耐强光,但可以通过降低光能捕获与转化效率并将吸收的光能更多用于热能和荧光辐射耗散过剩激发能来适应强光环境.(3)逐步回归分析表明,锯齿叶光合能力主要受PSⅡ反应中心光合电子传递速率和非光化学猝灭过程中的非辐射能量耗散的影响;卵形叶、条形叶分别受PSⅡ反应中心光能捕获与转化效率和非光化学猝灭过程中的过剩激发能耗散的影响.综上所述,胡杨异形叶在生长发育过程中采取了不同的生态策略来适应荒漠环境.

叶绿体在发育和环境适应过程中受到细胞核基因的调控,同时叶绿体也会通过某些信号分子调控细胞核基因的表达,这些来自叶绿体的信号被称为质体的逆向信号.定位于叶绿体的叶绿体囊泡化蛋白(chloroplast vesiculation,CV)在衰老或受到非生物胁迫时会诱导叶绿体形成囊泡,从而介导叶绿体蛋白的降解,而CV蛋白是否参与质体的逆向信号目前还不清楚.本实验以CV基因沉默型(amiR-CV)拟南芥(Arabidopsis thaliana)转基因植株为材料,研究植物对高光胁迫的应答,并利用qRT-PCR的方法,检测高光处理后不同逆向信号途径来源的核编码光合作用相关基因(PhANGs)的表达差异.结果 表明,高光胁迫下,CV基因沉默型植株比野生型植株的存活率更高,同时DREB2A、RD29A、ZAT10及ELIP2等逆境胁迫响应基因的上调程度均显著高于野生型.说明在CV基因沉默型植株中质体逆向信号得到了增强,响应逆境的胁迫基因表达量增加,从而提高了植株对高光胁迫的耐受力,证明了CV除了能够诱导胁迫条件下叶绿体的降解,也可以通过调节质体的逆向信号来影响植物对非生物胁迫的应答.

为探讨闽楠幼树对不同光环境的光合生理响应,本研究分析了不同光照条件(全光和88.3％遮光率)对闽楠1年生和3年生幼树叶绿素含量、叶绿素荧光参数、捕光色素分子内禀特性和光能分配的影响.结果 表明:88.3％遮光率条件下生长的闽楠1年生和3年生幼树叶绿素a、叶绿素b、类葫芦卜素含量均显著大于全光照.遮阴导致闽楠1、3年生幼树初始荧光(Fo)、PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)和PSⅡ有效光化学量子产量(Fv'/Fm')增加,光化学淬灭系数(qP)和非光化学淬灭系数(NPQ)下降.88.3％遮光率条件下生长的闽楠1年生和3年生幼树捕光色素分子有效光能吸收截面(σik')和天线热耗散(D)显著低于全光照,处于最低激发态的捕光色素分子数(Nk)和非光化学能量耗散(E)高于全光照.在全光照或88.3％遮光率条件下,闽楠1年生幼树叶绿素含量、类葫芦卜素含量、Fv/Fm、Fv'/Fm'、NPQ与3年生幼树无显著差异.在全光照条件下,闽楠1年生幼树qP、电子传递速率(ETR)、σik'、光化学耗散(P)显著小于3年生幼树,Nk和E高于3年生幼树.这说明闽楠1年生和3年生幼树适宜在遮阴条件下生长,全光照条件下会产生光抑制,闽楠3年生幼树对高光环境的抗性较1年生幼树强.