不同冬小麦品种光合作用对环境因子响应的初步研究

不同作物品种对环境因子的响应不同,而对作物生长影响最大的环境因子是光照和CO2浓度。研究不同冬小麦品种对环境因子的响应非常有意义。试验于2006年3-6月在中国科学院栾城农业生态试验站进行,采用LI-6400便携式光合仪测定了8个冬小麦品种在不同光照和CO2浓度条件下光合作用的变化。结果表明:光合作用对光强和CO2浓度响应的特征参数,在不同冬小麦品种间表现出明显的差异;叶片水分利用效率在不同冬小麦品种间差异显著,并随着光照强度和CO2浓度的增加而呈二次曲线变化。     

不同作物需光特性的研究

在自然条件下,作物单叶光合作用强度受光照条件的影响最为显著,二者的关系通常用需光量曲线(或称光-光合作用曲线)来表示。各种作物的需光量曲线,大体可用双曲线表示,但光饱和点、光补偿点以及在强光和弱光下光合作用强度的大小,则因作物种类而有差异,因生育环境而有变化。光补偿点低,而光     

光照强度对大豆叶片光合特性及同化物的影响

间套作荫蔽环境下, 光强是影响作物生长和产量的直接因素。本试验通过设定不同光照强度, 分析不同大豆品种的光合特性、光合同化物和叶片中叶绿体超微结构的昼夜变化, 明确光强对大豆叶片结构和同化物积累的影响, 了解品种间差异, 以期为提高大豆产量、改善大豆品质提供理论依据。以耐阴品种南豆12和敏感品种桂夏3号为试验材料, 分别设置CK (正常光照, 遮光度0)、A1 (一层黑色遮阳网, 遮光度10%)、A2 (两层黑色遮阳网, 遮光度36%) 3个不同光照强度。结果表明, 随着遮阴程度的增加, 2个大豆品种净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和生物量均呈逐渐降低趋势, 但胞间二氧化碳浓度、叶绿素b含量逐渐上升。同一大豆品种在相同处理下叶片蔗糖和淀粉含量昼夜变化差异显著。正常光照和A1处理下的大豆叶片蔗糖含量昼夜变化呈双峰曲线, 波峰分别出现在16:00和次日6:00, A2处理下南豆12蔗糖含量昼夜变化呈单峰趋势, 峰值出现在16:00, 为32.80 μg g ^-1。淀粉含量昼夜变化呈单峰曲线, 最高值均出现在21:00, 且耐阴品种大豆在A2处理下蔗糖和淀粉含量日变化幅度大于敏感品种大豆。大豆叶片超微结果表明, 弱光处理下大豆叶片叶绿体结构完整, 无破碎现象, 相同品种在同一处理下淀粉粒与叶绿体截面积比值昼夜变化显著, 均呈先增加后降低的变化趋势, 耐阴品种变化幅度大于敏感品种, 最大值均出现在21:00。因此, 随着遮阴程度增加, 大豆叶片生物量积累减少, 光合作用降低, 但耐阴品种在适度遮阴下通过调节光合器官结构的昼夜变化而保持良好的光合作用, 以更好地适应荫蔽环境。     

水稻温敏型叶片白化转绿突变体tsa2的表型鉴定与基因定位

水稻温敏型叶色突变体是研究植物光合作用、叶绿体结构和功能以及温度影响叶绿体发育的理想材料。利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变籼型水稻(OryzasativaL.)三系保持系西农1B,从其后代中筛选到一个突变性状稳定遗传的温敏型叶片白化转绿突变体tsa2 (temperature-sensitive green-revertible albino 2)。与野生型相比, tsa2突变表型受温度影响, 22°C条件下萌发的野生型幼苗表型正常,而tsa2幼苗完全白化,且约40%白化苗死亡,存活白化苗的光合色素含量、光合速率均显著降低,成熟期主要农艺性状均显著变劣;在28°C下萌发的tsa2幼苗叶片呈浅绿色并伴有白条纹,其光合色素含量显著降低,光合速率及主要农艺性状差异较小; 32°C下萌发的tsa2幼苗叶片无明显差异。透射电镜观察显示,与野生型相比,tsa2在22°C下叶肉细胞中无叶绿体或存在异常发育叶绿体(尚未分化出基粒和基层),在28°C下部分叶肉细胞含少量发育完整的叶绿体,在32°C下叶肉细胞数量及形态均正常。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析表明,与野生型相比,tsa2突变体中部分光合色素代谢途径基因、叶绿体发育相关基因及光合作用相关基因的表达水平呈不同程度变化。遗传分析表明, tsa2突变表型受一对隐性核基因控制, TSA2被定位于第5染色体SSR标记S5-57和S5-119之间,物理距离为718 kb。本研究为水稻遗传改良及研究温度影响叶绿体发育机制奠定了基础。     

非生物胁迫诱导植物叶绿体降解

<正>非生物胁迫是包括干旱、高盐和极端温度等在内的影响植物正常生长和发育的环境逆境,是影响农作物产量的主要因素。非生物胁迫抑制植物的光合作用,影响叶绿体的稳定性并诱导叶绿体的降解(叶片由绿变黄的一个过程),从而引起植株的早衰,并最终影响农作物的产量。目前对胁迫条件下叶绿体降解的具体过程和调控机制还不清楚。中国科学院成都生物研究所汪松     

油菜叶绿体在干旱处理过程中的超微结构变化

<正>西北地区干旱频繁，严重影响了农业生产。从叶绿体的超微结构变化来研究作物的耐旱特性，不仅有助于抗旱品种的培育和选择，还可作为干旱的检测指标，做到及时灌溉和合理使用有限水源。众所周知，作物产量的形成主要受光合作用支配，而光能的吸收，电子的传递，还原     

稻和玉米光合生理特性研究进展

光合作用是植物获得干物质的主要来源,氮素是调节植物光合作用的重要手段。综述了水稻不同植株部位、不同生育时期等内部因素以及光照、环境温度、CO2浓度等外部因素对水稻光合作用的影响,还综述了水稻光合产物的运输、分配和积累及与光合作用的关系,以及氮肥及调亏灌溉对玉米光合特性的影响,并从调节和控制光能转化效率方面对培育新的高光合效率作物品种前景进行了展望。     

玉米光合突变体hcf136 (high chlorophyll fluorescence 136)的转录组分析

玉米是典型的C₄作物, 其光合作用由花环结构的两种细胞(叶肉细胞和维管束鞘细胞)共同完成。玉米hcf136 (high chlorophyll fluorescence 136)突变体叶肉细胞叶绿体不能形成基粒从而丧失了PSII活性, 但维管束鞘细胞的叶绿体发育不受影响, 是研究玉米C₄光合机理的好材料。本研究利用转录组测序(RNA-Seq)技术, 通过对高光和低光下野生型和hcf136突变体不同叶片部位进行转录组分析发现, PSII相关基因的转录未发生明显差异, 表明PSII复合体的缺失是非转录水平变化所引起。此外, 突变体中淀粉合成受阻, 糖降解、糖转运及Cu²⁺转运等代谢过程加剧, 且一些转录因子表达发生显著变化。该结果对进一步深入研究玉米HCF136基因的功能提供了参考。     

茶树叶绿体DNA的无性繁殖

由于 DNA 重组技术的进步,使得分子生物学既使在高等植物的生理,生物化学,甚至育种领域中的利用也成为可能。例如,已知叶绿体遗传因子对光合作用起重要作用,所以可以认为对这些遗传因子的构造解析和发现的研究将对提高作物的光合作用是有益的。因此,为力图提高茶树物质生产机能,作为预备试验,先对叶绿体 DNA 无性繁殖进行了研     

土壤干旱对小麦绿色器官光合电子传递和光合磷酸化活力的影响

比较研究了开花后干旱胁迫下小麦(Triticum aestivum L.)不同绿色器官光合活性的变化，发现叶片光合对干旱胁迫的敏感性大于穗器官。在干旱胁迫下各器官叶绿体Hill反应活力、光合电子传递活性及光合磷酸化水平均下降，但下降幅度以旗叶叶片明显大于穗、穗下节间和叶鞘。暗示穗等非叶器官的光合作用具有较强的耐逆性。     

转基因棉花苗期光合特性的研究

以3种不同转基因棉花及其亲本对照为材料,研究了盆栽条件下不同棉花品种苗期光合作用及有关生理特性。结果表明,与其非转基因对照相比,转基因棉花叶片的气孔导度、蒸腾速率和胞间CO₂浓度的变化不明显,且不同抗虫棉的变化趋势不同,其中仅有转Bt基因棉Z30与其对照Z16之间的净光合速率差异达显著水平;所有供试转基因棉花叶片中的RuBP 羧化酶活性均显著下降而乙醇酸氧化酶的活性均显著上升,但叶绿素a、b和总含量以及叶绿素a/b无显著变化。推测转基因抗虫棉花叶片RuBP 羧化酶和乙醇酸氧化酶参与调控的光合及呼吸代谢过程可能发生了改变。随着转入基因的多样化,其可能引发转基因作物产生的非预期效应更加不确定与复杂。     

Less Chlorophyll Does not Necessarily Restrain Light Capture Ability and Photosynthesis in a Chlorophyll‐Deficient Rice Mutant

A chlorophyll‐deficient rice mutant, yellow‐green leaf 1 (ygl1), with a photosynthetic rate similar to that of wild type (Oryza sativa L., cv. Zhenhui 249 China) is presented in this study. Forty percent of the chlorophyll in the mutant captured 70 % of the light in photosystem II (PSII) compared with wild type. The 30 % decreased light in the mutant was compensated for by a relatively higher quantum yield of PSII, which conferred a total electron transport rate (J_T) equal to that in wild type. More photons were absorbed by wild type and exhausted through thermal dissipation. Gene expression analysis of the thylakoid membrane showed that the chlorophyll deficiency in the mutant did not impair the electron transport chain. To determine why the photosynthetic rate was similar between the chlorophyll‐deficient mutant and wild type, the leaf nitrogen (N) and Rubisco contents, stomatal and mesophyll CO₂ conductance, and chloroplast development were investigated. Our results indicate that the chlorophyll deficiency in the mutant had no negative impact on the chloroplast development in terms of size and grana stacking; moreover, the chloroplastic CO₂ concentration and Rubisco content were comparable to those in wild type. We conclude that the light‐capturing ability of normal rice plants is not fully utilized and that absorbed light in the chlorophyll‐deficient mutant is more efficient in participating photosynthesis.     

Morpho-physiological traits characterizing environmental adaptation of Avena barbata

Seventeen morphological and physiological characteristics of three Avena barbata L. populations from Israel were measured in order to define possible combinations explaining adaptation of these populations to different precipitation, temperature and altitude regimes. Five genotypes from each A. barbata populations were collected from Ashqelon (31°63′N, low annual precipitation), En Hamifraz (32°46′N, high temperature), and Mount Carmel (32°73′N, high altitude), Israel. The behavior of the populations was followed by measuring the morpho-physiological characteristics under well-watered and moderately drought stressed conditions. The experiment was conducted at the Department of Plant Production, University of Helsinki, Finland (60°13′N). The measured traits characterized macro-morphology, transpiration rate, photosynthesis and chloroplast features. The data were subjected to principal component and discriminant analyses and the characteristic combinations that most adequately accounted for the differences among A.barbata populations were established. Differences among the populations were related to adaptation to low water availability and high altitude characterized by special light conditions. The Mount Carmel population (high water availability, high light intensities and increased proportion of UV-light) was characterized by higher tillering, hairy leaf sheaths, high transpiration, high stomatal conductance, slow fluorescence quenching capacity, and less starch granules per chloroplast when compared with populations adapted to lower altitudes. The En Hamifraz population (high mean temperature) was characterized by a high CO₂ exchange rate and both En Hamifraz and Ashqelon populations (both adapted to arid conditions) used water sparingly when moderately drought stressed. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

60Co-γ辐照对三七叶片叶绿体和线粒体超微结构的影响

应用透射电子显微镜观察了经不同剂量⁶⁰Co-γ射线辐照的三七叶片叶绿体和线粒体超微结构,研究了⁶⁰Co-γ辐照对三七叶片叶绿体和线粒体超微结构的影响,旨在为三七辐照育种提供理论依据。结果表明：（1）未受辐照情况下,三七叶片细胞形态规则,细胞内叶绿体数量多,基粒片层、基质片层多且有序,光合作用能力强;线粒体形态饱满,双层膜完整,管状内嵴清晰可见,基质浓厚。（2）当辐照剂量为10 Gy时,叶绿体和线粒体超微结构发生变化,但受影响程度较轻。叶绿体被膜轻微破坏,内部基粒片层和基质片层结构基本不受影响,淀粉粒增大增多;多数线粒体结构完整,数量略微增加,可以看出,线粒体对⁶⁰Co-γ射线辐照的耐受性比叶绿体强。（3）随着辐照剂量的增加,叶绿体和线粒体超微结构受损伤程度随之增强。当辐照剂量达到40 Gy时,叶绿体大量解体,空泡大量出现,并连成大的空洞,结果必然影响叶绿素含量和光反应的正常进行,从而显著减弱光合作用强度;部分线粒体内部降解严重甚至已完全空泡化,线粒体数目明显减少,线粒体结构和功能遭到不可逆的严重损伤,细胞衰老严重。上述结果表明,⁶⁰Co-γ射线辐照对三七叶片叶绿体和线粒体超微结构产生不同程度的损伤,但适当的辐照可增加线粒体数量。以上结论可以为不同目的的三七育种提供理论依据,并为选择最适辐照诱变育种剂量提供理论参考。     

植物生长物质对大豆叶片形态解剖结构及光合特性的影响

2006年度在黑龙江八一农垦大学实验农场大田栽培条件下,以大豆垦农4号为试材,选用植物生长物质为2-N,N-二乙氨基乙基己酸酯(DTA)、氯化胆碱(CC)和SOD模拟物(SOD_M),于开花始期叶面喷施,对大豆叶片形态解剖结构和光合指标进行了研究。结果表明,各处理的叶片栅栏组织厚度及栅海比增加,栅栏组织细胞排列的紧密程度为SOD_M＞DTA ＞CC＞CK;各处理不同程度地增加了单个细胞的叶绿体数、单个叶绿体中的基粒片层数和淀粉粒数,降低了叶绿体中的嗜锇体数;SOD_M、DTA分别显著、极显著增加了叶绿体的基粒数;各处理普遍提高了生育后期叶片Chl a、Chl b和Chl(a+b)含量,增加了Chl b/a比值;在较干旱条件下,与对照相比,各处理能使叶面积指数和光合势达到最大值时间提前,增加了籽粒干物质积累时期的总光合势,提高了净光合速率。     

玉米–大豆带状种植中套作高光效玉米窄行穂位叶光合特性对弱光胁迫的响应

玉米–大豆带状套作模式下,宽窄行种植玉米,窄行叶片存在着明显的光限制现象。采用低(A1:众望玉18)、中(A2:川单418)、高(A3:荣玉1210)光效玉米品种,玉米–大豆带状套作种植模式,带宽固定为2 m,每带种植2行玉米2行大豆,设置大豆行距40 cm和玉米不同的窄行行距(B1:20 cm; B2:40 cm; B3:单作)。探究套作高光效玉米窄行穂位叶在不同窄行光胁迫下的光合指标差异。结果表明,与低光效和中光效品种玉米相比,套作常规行距(40cm)下,高光效玉米品种(荣玉1210)窄行穗位叶光合速率、PEPCase活性分别显著高出46.9%、230.1%和11.8%、13.98%;对弱光(10:00前、16:00后)的利用效率及叶绿体结构完整程度较高,而叶绿素初始荧光(Fo)和最大荧光(Fm)较低;随套作窄行行距减小,3类品种玉米窄行穗位叶光合速率、光合作用关键酶活性均呈下降趋势,叶绿素初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)及有效光化学量子产量(Fv'/Fm')均呈现不同程度的升高,但均以套作高光效玉米变化幅度最小。套作高光效玉米在套作环境中窄行穗位叶的光合速率、光合作用关键酶活性、产量与单作差异均未达显著水平,而低光效玉米和中光效玉米套作与单作相比,光合速率、PEPCase活性显著降低28.9%、24.2%和7.4%、5.5%。因此,不同玉米品种适应套作窄行光胁迫的能力差异显著,套作高光效玉米(荣玉1210)在套作条件下仍具有相对理想的光合生理指标,这为其适应套作光环境并获得高产提供了理论依据。     

NaCl胁迫下外源壳聚糖对菜用大豆光合作用及叶绿体活性氧代谢的影响

采用蛭石栽培,以菜用大豆为试材,研究外源壳聚糖对NaCl胁迫下幼苗叶片光合作用及叶绿体活性氧(ROS)代谢的影响,以期探明NaCl胁迫下壳聚糖调控菜用大豆光合作用的生理机制。结果显示:NaCl胁迫下,外源壳聚糖通过诱导非气孔因素显著缓解了菜用大豆在胁迫中期(第6~12天)净光合速率(Pn)的下降;外源壳聚糖显著抑制了叶绿体O-·2的产生速率及H2O2含量的上升,显著提高了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性及抗坏血酸过氧化物酶(APX)在胁迫中期(第6~12天)的活性。无盐条件下,外源壳聚糖在处理早期对上述各指标产生了显著影响,中、后期该作用消失。上述结果表明:外源壳聚糖在NaCl胁迫下对菜用大豆的作用与无盐条件下不同;NaCl胁迫下,壳聚糖可诱导菜用大豆叶绿体保护酶活性及As A-GSH循环的运转速率,及时清除过量ROS,以抑制盐胁迫对光合膜的伤害,这可能是壳聚糖缓解Pn下降,进而缓解菜用大豆干质量下降的重要原因之一;外源壳聚糖的作用具有时效性。     

不同磷效率小麦品种的光合特性及其生理机制

以典型的不同磷效率小麦品种为材料,对磷低效（L）、吸收高效（Ha）和利用高效（Hu）品种的光合特性及其生理机制进行了研究。随着叶片生长进程,供试品种旗叶CO₂传导参数气孔导度（G_s）、叶肉导度（G_m）和碳酸酐酶（CA）活性,春4叶和旗叶叶绿素含量（Chl）、可溶蛋白含量（SP）、叶绿体无机磷（P_i）浓度和Mg²⁺-ATPase活性以及光合速率（P_n）均不断降低。光合暗反应关键酶RuBPCase活性则以叶片全展后15 d较高,叶片全展时次之,全展后30 d最低。在缺磷条件下,春4叶和旗叶各测定时期上述参数均以L较低,Ha和Hu较高。表明磷高效小麦品种（Ha和Hu）叶片光合碳同化作用的相对提高,是其光合器官捕光能力较强、光合作用的气孔限制和非气孔限制程度较低和暗反应速率较高综合作用的结果。叶片全展后15 d的RuBPCase活性及单位RuBPCase蛋白的比活性较叶片全展时有所增加,暗示着在叶片老化过程中或在磷营养逆境胁迫条件下,植物体内部分代谢酶类,如RuBPCase,存在着一定的自我调节和保护机制以维持自身功能。     

水稻低叶绿素含量突变对光合作用及产量的影响

突变体水稻叶绿素含量仅是其野生型水稻的51%,但是其饱和光合值在低氮、中氮、高氮处理下,却比对照野生型水稻分别高3.7%、20.4%与39.1%。为了探究其生理学机制,分别在大田与盆栽试验中,不同氮肥水平研究了突变体材料与野生型材料的叶片Rubisco酶含量、气孔导度、水通道蛋白表达水平、叶绿素荧光、叶片解剖结构和叶绿体超微结构。叶绿体超微结构表明突变体材料虽然叶绿素含量降低,叶绿体的发育并未受到影响;叶绿素荧光试验结果表明,高光强下,低叶绿素含量突变体并未受到光抑制,光反应电子传递未受影响。气孔导度数据、叶片显微结构观察与水通道蛋白基因表达数据表明叶黄突变体具有较高的气孔与叶肉导度;同时低叶绿素含量突变体内较高的Rubisco酶含量也是其在高光照条件下具有较高光合速率的重要原因。产量数据表明,叶黄突变体虽然生育期短,但其产量水平与对照无显著差别,这可能与其高光强条件下有较高的光合速率有关。上述试验结果表明高叶绿素含量并不是叶片高光合速率的必需条件。在今后的高光效育种中,挑选叶绿素含量适宜的品种更有利于叶片内氮素在其他光合器官中的分配,提高光合效率,最终获得高光效品种。在本研究中使用的叶绿素含量降低突变体在高光效育种中有潜在的研究价值。     

High temperature reduces photosynthesis in maize leaves by damaging chloroplast ultrastructure and photosystem II

Global warming has increased the frequency and duration of high temperature (HT) stress. Photosynthesis determines yield in maize and is extremely HT sensitive. The effects of HT on photosynthesis in maize leaves have been strongly examined under controlled conditions. Here, to explore the mechanism and primary inhibitory sites of HT to photosynthesis, the HT sensitivity of photosynthesis in XY335 and ZD958 maize hybrids was systematically studied in field by multiple methods. HT decreased leaf area and photosynthetic rate of unit leaf area and hence limited growth. HT disrupted chloroplast and mitochondrial membrane structure, possibly delaying photosynthetic recovery after HT. These changes were greater in XY335 than ZD958. Stomatal conductance decreased significantly under HT, and this did not restrict CO₂ fixation but may weaken the heat dissipation through transpiration. HT caused photoinhibition of PSII but not PSI. HT damaged both the oxygen-evolving complex, located at donor side of PSII, and electron transfer from Q_A to Q_B, located at acceptor side of PSII. Interference of electron transfer from Q_A to Q_B caused by degradation of Q_B-binding (D1) protein was the primary site of PSII inhibition by HT in maize leaves. The different stomatal behaviour and photoinhibition sites under HT between maize and wheat were discussed.