植物光合作用及其对光的需求

正无论是采用太阳光还是人工光进行植物生产,最终都是通过光合作用来完成产物的积累。光合作用是通过植物叶绿素等光合器官,在光能作用下将CO_2和水转化为糖和淀粉等碳水化合物并释放出氧气的生理过程;与光合作用相对应的是呼吸作用,呼吸作用是通过植物线粒体等呼吸器官,吸收氧气和分解有机物而释放CO_2     

植物对大气CO2浓度升高的光合适应机理研究进展

近年来围绕大气CO2浓度升高下植物光合适应现象的研究不断深入,植物光合作用对CO2浓度升高适应的可能原因主要表现在以下几个方面：CO2浓度升高下所增强的光合作用导致碳水化合物的过量积累以及光合电子传递链中质体醌与过氧化氢（H2O2）的氧化还原信号对光合作用发生反馈抑制;核酮糖1,5-二磷酸羧化/加氧酶（Rubisco）的含量及其活性的下降;气孔状态的变化.此外,植物体内C/N平衡、生长调节物质和己糖激酶对光合基因表达水平的调控等多个方面也会对光合适应产生影响.     

根际反硝化作用与N2O释放

对根际反硝化作用及N2O的释放进行了综述。反硝化过程与N2O的产生及释放有密切的关系。反硝化作用产生的N2O量不仅取决于反硝化速率，而且也取决于那些影响反硝化产物N2O／N2比值的参数。在植物根际这一特殊土壤区域中，反硝化作用受NO3^-,C及O2的综合影响，豆科作物根瘤是一个特殊的根际系统，根瘤菌的反硝化作用及N2O释放应引起更大的关注。植物根际不仅对反硝化作用产生影响，而且对N2O释放也起了重要的通道作用，特别是对渍水土壤有重要的意义。文章最后指出了一些尚需深入研究的问题。     

大豆N_2O释放与光照度和光合作用的关系

采用分隔式封闭箱法,测定盆栽大豆植株氧化亚氮(N2O)通量以及光照度、光合速率和气孔导度的日变化。同时,观测田间大豆—土壤系统在主要生长阶段N2O释放的变化。在温室里,大豆植株N2O释放在上午10:00时出现一个高峰;中午时N2O释放量较低,此时光照度和光合速率都保持在较高的水平上;在14:00时,N2O释放量达到低谷,光照度达到最大,但光合速率却处于很低的水平;在15:00时,植株N2O的释放达到第二个高峰,但光照度和光合速率却处于快速下降期。结果表明:植物N2O的释放不仅与光合作用的光反应有关,而且也与暗反应有关。上午10:00以后植株N2O释放通量与气孔导度变化没有一致的关系。在大豆生长季,大豆—土壤系统N2O释放通量有两个高峰,第一个峰出现在6月中下旬,第二个高峰出现在9月下旬。     

大豆N2O释放与光照度和光合作用的关系

采用分隔式封闭箱法，测定盆栽大豆植株氧化亚氮（N2O）通量以及光照度、光合速率和气孔导度的日变化。同时，观测田间大豆—土壤系统在主要生长阶段N2O释放的变化。在温室里，大豆植株N2O释放在上午10：00时出现一个高峰；中午时N2O释放量较低，此时光照度和光合速率都保持在较高的水平上；在14：00时，N2O释放量达到低谷,光照度达到最大，但光合速率却处于很低的水平；在15：00时，植株N2O的释放达到第二个高峰，但光照度和光合速率却处于快速下降期。结果表明：植物N2O的释放不仅与光合作用的光反应有关，而且也与暗反应有关。上午10：00以后植株N2O释放通量与气孔导度变化没有一致的关系。在大豆生长季，大豆—土壤系统N2O释放通量有两个高峰，第一个峰出现在6月中下旬，第二个高峰出现在9月下旬。     

高浓度CO2对马尾松光合速率的影响

提高环境CO2浓度可扩大适宜马尾松中幼林光合作用的光合有效辐射强度(PAR)范围,有利于提高用光能利用率.正常CO2浓度环境中,马尾松中幼林的适宜光合作用范围为300～600 μmol·m-2·s-1,5.50×10-4环境中的适宜范围为300～850 μmol·m-2·s-1,7.00×10-4环境中,光合有效强度达1 100 μmol·m-2·s-1时马尾松中幼林仍然具有较强的光合作用.高温也有利于提高马尾松中幼林的光合速率,但温度过高则会对光合作用产生抑制.300～600 μmol·m-2·s-1的光强范围内,正常CO2浓度环境中的临界温度约为36.0℃,在5.50×10-4的环境中约为39.0℃.高浓度CO2有利于提高马尾松中幼林光合速率,也加快了大气CO2消耗,CO2浓度的增加和植物消耗之间可能会在一个较高的CO2浓度水平上达到动态平衡.     

高浓度CO2处理后土壤N2O排放特征

土壤被认为是大气氧化亚氮(N2O)的重要生物排放源.随着大气CO2浓度升高,土壤N2O排放规律可能发生改变.无锡FACE(Free-air CO2 Enrichment)基地至2003年已运行2年,分别采集Ambient(背景大气CO2浓度处理)和FACE(背景大气CO2浓度 200 mmol·mol-1处理)农田土壤,调节含水量至40%WFPS,在25℃室内有氧预培养7 d后,按250 μgN·-1添加NH4NO3,将含水量调节至80%WFPS,在25℃进行有氧培养7 d.在此培养期间,定期测定施肥后土壤N2O和CO2排放速率,探讨来自田间Ambient和FACE土壤N,2O排放差异及其可能的影响因素.结果表明,所有土壤N2O和CO,2排放速率均随培养时间延长而迅速递减,来自Ambient处理的土壤N,2O和CO,2排放速率均高于来自FACE处理的土壤相应排放量,且土壤N,2O与CO,2排放速率存在显著正相关.通过比较培养前后土壤交换态NH,4 和NO,3-含量的变化,显示培养过程中可能存在相当量的微生物氮固持,有必要加强相关研究.     

影响土壤反硝化作用的因素

<正>土壤反硝化作用包括生物反硝化过程和化学反硝化过程,以生物反硝化过程最为重要。生物反硝化过程是指微生物在无氧、或者微量氧供应条件下的硝酸呼吸过程,其中,反硝化微生物将NO3-、NO2-或者N2O作为呼吸过程的末端电子受体,并将其还原为NO2-、NO、N2O或者是N2。一、土壤反硝化作用概述通常所说的土壤反硝化作用主要是指土壤生物反硝化过程。反硝化的基本过程是:NO3-→NO2-→NO→N2O→N2     

丹参对溃疡性结肠炎患者外周血中性粒细胞的凋亡、O-2和NO产生的调节作用

目的:观察丹参(SM)对溃疡性结肠炎患者外周血中性粒细胞(PM N)凋亡及超氧阴离子(O2-)和一氧化氮(NO)产生的影响。方法:选择中度活动期溃疡性结肠炎(UC)患者15例(UC组)和健康体检者18例(对照组),采用人外周血PM N体外培养细胞模型进行实验研究,采用流式细胞术检测PM N凋亡,以细胞色素C还原法、化学比色法分别检测PM N产生O2-和NO的量。结果:UC组外周血PM N凋亡率明显低于对照组(P<0.01),产生O2-和NO的量高于对照组(P<0.01)。在体外丹参明显促进UC患者PM N凋亡(P<0.01),在500 m g/L内呈剂量依赖性;同时丹参可抑制UC患者PM N释放O2-、合成NO。结论:SM对体外PM N的凋亡及其产生O2-和NO有调节作用。     

环境CO2浓度升高对植物的影响研究

本文阐述了环境CO2浓度升高对植物的影响。环境CO2浓度升高对植物光合生产有促进作用,其中对C3植物光合生产的促进作用最大。环境中短期CO2浓度升高时,植物光合生产率增加;长期CO2浓度升高条件下,植物光合速率下降并发生光合适应现象。这可能是植物在长期高浓度CO2环境中,光合生产的库源关系不平衡引起的反馈抑制作用和营养吸收不能满足光合速率增加的需求所引起Rubisco活性和含量下降的原故。另外,在环境CO2浓度升高的条件下,植物的呼吸强度也会发生变化;根的分枝数增多,根系的分泌量和吸收能力增加;植物的总生物量增加,对臭氧伤害的抗性增强。同时,温度、土壤N素和P素含量对植物在CO2浓度升高的反应产生影响,适量的N和P素供应能协同CO2升高时植物生长的促进作用．     

免耕对旱地春小麦成熟期CO_2和N_2O排放日变化的影响

利用静态箱/气相色谱法对黄土高原旱地进行为期7a的免耕和常规耕作条件下春小麦成熟期农田生态系统CO2和N2O排放通量日变化进行了研究.结果表明:春小麦成熟期CO2和N2O的排放具有明显的日变化特征.CO2排放通量明显表现为常规耕作免耕(除16∶00时观测值外),日最高排放值出现在14∶00,最低排放值出现在3∶00;N2O排放通量在10∶00、18∶00、22∶00时,表现为常规耕作免耕,其余观测时段均表现为免耕常规耕作.CO2和N2O排放通量均与地表温度、5cm地温和气温呈极显著正相关性,且常规耕作与免耕处理条件下,CO2排放通量与气温的相关系数最高,均为0.95,呈指数函数关系;N2O排放通量与地表温度的相关系数最高,分别为0.86和0.88,呈线性函数关系.     

无CO_2气流中光下C_3植物叶片长时间CO_2气体交换特性研究

由于无CO_2空气中,光合CO_2固定受阻,光合环中间产物无法正常再生,以往有关无CO_2空气中C_3植物叶片CO_2猝发研究报道都是测定预光合处理的叶片迅速移入无CO_2空气中,断光后瞬间的CO_2猝发,且仅作为光呼吸强度的测定指标。在探讨无CO_2空气中C_3植物叶片光合碳代谢与光抑制相互关系时,作者观察到经光合预处理的小麦、水稻叶片,在无CO_2空气中随光暗交替,CO_2猝发可长时间进行。其强度及持续时间受氧气浓度、光强及光合产物积累量的显著影响,并受到光合能量代谢抑制剂DCMU的显著抑制。暗呼吸抑制剂碘乙酸等无明显影响。饥饿(暗处理)叶片在无CO_2空气中,CO_2猝发活性需经一定时间的光诱导方可表现。诱导过程与气孔导度变化不完全相关。诱导所需时间与光强成反比,与饥饿程度成正比。叶片光合CO_2固定以及高于2％的氧气浓度非诱导过程所必需。上述结果清楚表明:无CO_2空气中,C_3植物叶片CO_2猝发其碳源不仅来源于Calvin循环中活跃的中间产物,而且还可能经某种转化途径来源于贮藏性光合产物。本研究结果不仅揭示了无CO_2空气中C_3植物光合碳代谢的复杂性,其重要意义还在于揭示了在无CO_2空气中,甚至在相当长一段时间内,C_3植物光合碳循环并非停止,而是维持某种特殊运转。其作用可能在于通过重新动员贮藏性光合产物,“回迁”光合碳循环,参与光合机构对光抑制的适应。     

诸葛菜试管苗的光合特性及其对CO2浓度升高的响应

用Li-840 CO2/H2O气体分析仪对诸葛菜试管苗的光合特性及其对CO2升高的响应进行研究。结果表明:诸葛菜试管苗的光合速率日变化不大,午间没有明显的“午休”现象。在不同光源下实际光合速率的比较,在相同的光强下LED-红光下的试管苗的光合速率最高,LED-蓝光次之。正常大气条件下,LED-蓝光在70μmol/(m2.s)光强下的诸葛菜试管苗的CO2饱和点为5 058μmol/mol,CO2补偿点为266μmol/mol。     

苗期弱光对花生光合特性的影响

【目的】探讨苗期不同弱光条件下花生(Arachis hypogaeaL.)叶片光合特性的变化规律,为合理规划麦套花生布局提供理论依据。【方法】以丰花1号为供试材料,在花生苗期用不同透光率的黑色遮阳网进行遮光,设置不遮光(CK)、遮光27%、遮光43%和遮光77%4个处理。测定遮光后花生功能叶片的叶绿素含量、净光合速率、光合曲线参数、荧光参数以及光合酶的活性,比较不同遮光处理间的差异。【结果】遮光后随遮光程度的增强,花生叶片净光合速率(Pn)显著降低,气孔导度(Gs)、细胞间隙CO2浓度(Ci)、光补偿点、光饱和点、CO2补偿点、CO2饱和点、羧化效率、RUBPCase和PEPCase活性显著降低;叶绿素含量、表观量子效率显著增加,实际光化学效率ФPSⅡ和最大光化学效率(Fv/Fm)升高;即时光强和长期遮光处理均能明显降低光合酶的活性。【结论】苗期遮光显著降低花生叶片的光合速率,原因是气孔限制、非气孔因素即叶肉细胞光合活性下降和光系统Ⅱ光能分配变化;提高了花生利用弱光的能力;遮光27%的影响较小,可据此合理规划麦套花生的种植规格。     

光合作用和果树生产

高产果园群落应是适应栽培环境的高效光合系统,其最佳单位是有高光合能力的单株,叶只是其光合器官。叶的实际光合速率与8量子光合作用的理论光合速率相差甚远,这个差距是由于光合作用及其产物在运转和利用过程中的不利因素造成的。主要不利因素有1.LAI不足,对PAR的吸收不完全;2.光合产物在呼吸上的消耗;3.光合反应中心不足;4.电子传递系统和CO_2的吸收及传递系统的工作能力不足;5.水分、矿质营养的不平衡或温度不适。从光合生产的角度来看,高产果树栽培应有下列特点:1.叶对较大的PAR范围表现适应,光能利用率高,对水分和无机营养亏缺有较强的耐力;2.电子传递和还原能力强,向羧化中心扩散CO_2的阻力小,羧化活性高;3.在经常改变的外界条件下,能按植株需求改变光合速率和光合产物成分;4.有较高的经济系数;5.根系有较强的吸收力。因之,高产栽培的任务应是尽量减弱和消除不利因素的影响,把光合作用和生长发育协调起来,使果树遗传潜力得到充分发挥,以便創造出适应具体条件的高光合生产率果园群落。     

基于植物光响应修正模型的水稻Kok效应研究

Kok效应是植物在其光补偿点附近光合作用对光强的响应有一个较大的改变.应用植物光响应修正模型研究温度为30℃、CO_2浓度分别为300和400μmol·mol~(-1)时水稻在光补偿点附近量子效率的改变情况以及Kok效应.结果表明:水稻叶片的量子效率在光补偿点附近不是常数,且与暗呼吸速率无关,但与光呼吸有关.认为水稻叶片在光补偿点附近量子效率的改变来自其净光合速率对光强的非线性响应和它的光呼吸作用.     

钾素对杂交水稻个体及群体的生理效应

研究了钾素对杂交水稻个体与群体的生理效应。结果表明:钾通过提高光合速率、光合面积、光合势、净同化率及相对延长光合时间,增强杂交水稻的光合机能;钾促进碳水化合物的合成和低糖向多聚糖的转化,使抽穗期水稻光合器官中的还原性糖含量和贮藏器官中的淀粉含量增加;钾能提高蔗糖酶活性,降低呼吸速率,增加经济系数:钾促进杂交水稻的养份吸收机能,表现出个体根量、根系活力的增加和群体养分积累量、积累速率的提高。     

遮光下外源水杨酸对韭菜硝酸盐还原同化效应的研究

【目的】通过研究不同光强下外源水杨酸（SA）对韭菜叶片硝酸盐（NO3-）累积、氮代谢关键酶活性、光系统II电子传递速率（ETR）及主要氨基酸和可溶性蛋白合成的调控效应,以期明确遮光水平下SA对硝酸盐还原同化的影响。【方法】以韭菜品种‘新世纪雪韭’为供试材料,在前期试验工作基础上,采用显著降低韭菜硝酸盐累积的3.0 mmol•L-1 SA对韭菜叶面进行喷施处理,设自然光（900-1 050 μmol•m-2•s-1）和遮光（40%自然光）2种光照强度,分析SA对韭菜硝酸盐累积及NO3-还原同化的影响。【结果】SA处理缓解了遮光水平下韭菜叶片氮代谢关键酶硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)和谷氨酸丙酮酸转氨酶（GPT）活性的降低,显著降低了硝酸盐的累积,其中,与弱光对照相比,SA处理下GOT活性和GPT增幅较明显,分别为23.7%和12.3%;SA处理还显著提高了弱光下叶片的全氮含量和干物率,但叶绿素含量和光系统间电子传递速率ETR的增幅不大;另外,SA处理增加了弱光下韭菜叶片多数游离氨基酸组分的含量,效果最为显著的为色氨酸和丝氨酸,分别比对照提高了89.8%和50.6%;并且提高了游离氨基酸总量和可溶性蛋白含量,但降低了游离氨基酸与可溶性蛋白比值A/P。【结论】弱光降低了韭菜氮素同化能力和物质生产能力,而SA处理促进了弱光下韭菜叶片氮代谢中硝酸盐的还原和铵的同化,同时调动转氨作用的积极协同配合,促进了硝态氮转化为游离氨基酸和可溶性蛋白,这可能是遮光下SA降低韭菜硝酸盐累积的一个重要原因。     

腐胺提高黄瓜根际低氧耐性的生理机理

 【目的】明确腐胺（putrescine,Put）对黄瓜根际低氧耐性的作用及其机制。【方法】以黄瓜为材料,分别在抑制和不抑制酸还原过程的条件下,在水培体系中对植物进行Put和根际低氧胁迫处理。【结果】外源Put显著提高了硝酸还原酶的实际（NRact）和最大（NRmax）活性,且这种作用在低氧胁迫植株中表现尤为明显。Put缓解了低氧胁迫下黄瓜叶片的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）以及根系线粒体总呼吸（Vt）、细胞色素途径呼吸（Vcyt）和交替途径呼吸（Valt）速率的下调。然而,当硝酸还原过程被钨酸钠抑制后,Put不仅失去了对光合作用及线粒体呼吸的缓解作用,反而进一步加剧了这两个基础代谢过程活性的下降。【结论】Put参与提高黄瓜对低氧胁迫抗性的作用和硝酸还原过程有关。