Carotenoid cation formation and the regulation of photosynthetic light harvesting

Photosynthetic light harvesting in excess light is regulated by a process known as feedback deexcitation. Femtosecond transient absorption measurements on thylakoid membranes show selective formation of a carotenoid radical cation upon excitation of chlorophyll under conditions of maximum, steady-state feedback deexcitation. Studies on transgenic Arabidopsis thaliana plants confirmed that this carotenoid radical cation formation is correlated with feedback deexcitation and requires the presence of zeaxanthin, the specific carotenoid synthesized during high light exposure. These results indicate that energy transfer from chlorophyll molecules to a chlorophyllzeaxanthin heterodimer, which then undergoes charge separation, is the mechanism for excess energy dissipation during feedback deexcitation.     

基于叶绿素荧光分析的油菜响应低温胁迫机制研究

为探明油菜幼苗叶绿素荧光响应低温胁迫的生理机制,将油菜幼苗进行低温胁迫处理,研究低温胁迫处理下油菜幼苗叶片的叶绿素荧光参数及其光响应曲线的变化特征。结果表明,胁迫处理后油菜幼苗叶片的最大光化学效率(F_v/F_m)与激发能捕获效率(F’_v/F’_m)较对照显著降低;实际光化学效率(F’_q/F’_m)在低温胁迫5～10 d后较对照显著降低,光化学淬灭(F’_q/F’_v)在低温处理1、3和10 d后较对照无显著变化,由此表明,低温胁迫使PSⅡ反应中心受损,导致反应中心捕获激发能的效率降低;此时虽然反应中心吸收的光能中用于光合电子传递的份额未发生显著变化,但光能转化效率在低温胁迫5和10 d后较对照显著降低。此外,F’_q/F’_v光响应曲线较对照变幅较小;但低温胁迫5～10 d后,F’_v/F’_m与F’_q/F’_m<...     

不同光强与低温交叉胁迫下黄瓜PSⅠ与PSⅡ的光抑制研究

 【目的】探讨低温胁迫下不同光强对黄瓜光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统II（PSⅡ）的影响以及低温胁迫下两个光系统之间的相互作用机制。【方法】以冷敏感黄瓜品种津春4号为试材,通过同时测定黄瓜叶片叶绿素荧光快速诱导动力学曲线和对820 nm光的吸收曲线,结合叶绿素荧光淬灭分析,探讨了低温（4 ℃）与不同光强（0,100,200,400μmol&#8226;m-2&#8226;s-1）结合处理对黄瓜PSⅠ和PSⅡ活性的影响。【结果】低温下,随过剩激发能（（1-qP）/NPQ）的增加,PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）持续下降; 在过剩激发能较低时,PSⅠ活性（△I/Io）也随过剩激发能的增加而明显下降,但是当过剩激发能增加到一定程度时,PSⅠ活性不再随过剩激发能的增加而明显下降。【结论】在低温下,过剩激发能不但能够抑制黄瓜PSⅠ的活性也能抑制PSⅡ的活性,但是当过剩激发能增加到一定程度时,PSⅡ光化学活性的显著下降减少了光合电子向PSⅠ的供应,避免了PSⅠ光抑制的进一步加剧。     

Antioxidants in photosynthesis and human nutrition

The harnessing of solar energy by photosynthesis depends on a safety valve that effectively eliminates hazardous excess energy and prevents oxidative damage to the plant cells. Many of the compounds that protect plant cells also protect human cells. Improving plant resistance to stress may thus have the beneficial side effect of also improving the nutritional quality of plants in the human diet. The pathways that synthesize these compounds are becoming amenable to genetic manipulation, which may yield benefits as widespread as improved plant stress tolerance and improved human physical and mental health.     

水杨酸与植物抗热性研究进展

从水杨酸与活性氧、抗氧化系统、热激蛋白、光合作用、脱落酸和钙离子的关系方面综述了水杨酸与植物抗热性的最新研究进展.研究发现一定浓度的水杨酸能减少植物体内H2O2的含量,且外源 SA可提高植物体内POD活性,但对CAT和POD的活性的影响尚有争议.外施SA和高温锻炼可能有相似的提高抗热机制,SA可能诱导热激蛋白的合成.适当浓度的SA能够保持叶片较高的光合速率.SA和ABA都是响应高温锻炼的重要信号分子,SA对抗病信号的传导可能通过钙信使系统.最后就SA在植物抗热性方面提出了进一步的展望.     

茶树抗冻机制研究进展

从形态结构、生理生化和分子生物学3个层面综述了茶树抗冻性方面的研究成果,并提出,茶树抗冻机制研究不仅要服务于茶树防冻减灾和抗冻育种,为解决茶树冻害奠定理论基础,还应将其作为解读常绿木本植物与草本和落叶木本植物间冷驯化差异分子机制的切入点。     

植物抗寒基因工程研究进展

随着植物寒害机理、抗寒冻和冷驯化分子机理研究的深入,已发现了多种抗寒基因,包括各种抗寒调控基因和抗寒功能基因,从而使植物抗寒冻基因工程的研究与应用以开展,以期有效地提高农作物的抗寒性,增加产量。本文综合论述了国内外有关植物抗寒冻基因工程的最新研究进展,并提出了尚存的一些问题及其前景展望。     

非生物胁迫下植物体内活性氧和丙酮醛代谢的研究进展

活性氧（ROS）和丙酮醛（MG）是植物响应非生物胁迫过程中不可或缺的组成部分。低剂量的ROS或MG参与信号交流、种子萌发、植物生长发育及非生物胁迫应答等过程,而过量的ROS或MG具有高反应性和细胞毒性,会导致植物处于氧化胁迫或MG胁迫状态。为了维持植株体内ROS和MG的动态平衡,植物自身进化出了一系列的ROS和MG产生及清除机制。文章归纳总结了植物体内ROS和MG的合成代谢过程、分解代谢过程以及两者合成和分解代谢间的关系,阐明了不同非生物胁迫（干旱、温度、盐、碱、盐碱和重金属胁迫）条件下植物体内ROS和MG代谢间的调节情况。提出今后应加强植物体内MG的信号作用、乙二醛酶系统响应非生物胁迫的机理以及乙二醛酶系统耐逆基因工程开发的深入研究,以期为非生物胁迫下植物体内ROS和MG代谢机制的深入研究提供借鉴。     

水杨酸诱导表达AtCBF1的转基因烟草研究

CBF是植物低温驯化过程中的关键性调控因子,过量表达CBF可显著提高转基因植物的非生物胁迫抗性。但是,组成型高表达CBF基因常导致转基因植株生长受阻。通过使用人工合成的水杨酸诱导型启动子,结果发现拟南芥CBF1基因在转基因烟草中受低浓度水杨酸诱导表达,且不影响烟草的生长发育。本研究结果说明,组合化学诱导型启动子和CBF基因,可以用于提高作物的抗环境胁迫的遗传改良中。     

拟南芥At3g28220基因抗寒功能初步分析

采用RT-PCR分析、基因克隆、转化等方法对At3g28220基因功能进行了研究.结果发现At3g28220基因在拟南芥受到低温及盐胁迫时才会在拟南芥中表达,且在不同生长期不同器官中的表达量无明显差异.通过构建35s:At3g28220基因正反向表达载体转化拟南芥,T1植株经卡那霉素抗性筛选,RT-PCR检测,结果表明At3g28220基因已经整合到拟南芥基因组中,并在转录水平表达.正常生长条件下,转基因拟南芥与野生型拟南芥的生长未见明显区别,而经过低温胁迫研究发现,正向表达转基因拟南芥的冷冻耐受能力明显高于野生型植株.说明拟南芥hos10-1冷驯化能力的丧失是与At3g28220基因的表达下调有直接的关系.     

热锻炼对高温胁迫下2个杜鹃花品种耐热性的影响

以2个杜鹃花品种‘粉珍珠’(Rhododendron‘Fen zhen zhu’)和‘状元红’(Rhododendron‘Zhuang yuan hong’)为材料,经过30℃6 d的热锻炼后,分别在38、42℃高温下胁迫6 d,研究经过热锻炼的2个杜鹃花品种光合作用、叶片解剖结构、渗透调节物质以及抗氧化系统的变化,以期探究热锻炼对不同杜鹃花品种耐热性影响的生理机制。结果表明:热锻炼处理通过气孔导度(G_s)、细胞间隙CO_2摩尔分数(C_i)及蒸腾速率(T_s)的不同变化进而提高2个杜鹃花品种的净光合速率(P_n);热锻炼提高栅栏海绵组织比,保证了叶片组织结构的稳定;热锻炼处理后,2个品种中渗透调节物质可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸(Pro)质量分数均下降;热锻炼处理后,叶片中过氧化氢(H_2O_2)和丙二醛(MDA)质量摩尔浓度下降且差异显著性不同,‘状元红’叶片MDA质量摩尔浓度在38℃高温胁迫下变化显著,这是2个品种中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性变化差异的结果。这些结果说明,热锻炼处理能提高杜鹃花植株的耐热性,其减轻伤害的机理与植物品种有关。     

高温逆境下葡萄叶肉细胞叶绿体与线粒体位置相关性分析

利用透射电镜对经水杨酸(SA)和高温锻炼处理过的葡萄幼苗叶肉细胞进行了超微结构观察。观察到高温下,叶绿体与线粒体关系非常密切,线粒体数量较多,且常分布在叶绿体附近,二者靠的很紧,常常可以看到5~6个线粒体将叶绿体包围起来的现象。研究表明,葡萄叶肉细胞中线粒体和叶绿体在位置上的这种变化是对逆境的一种适应,是高温胁迫的结果。     

温度逆境交叉适应过程中葡萄幼苗质膜Ca2+-ATPase的细胞化学定位与活性变化

【目的】研究植物交叉适应现象及其生理生化机制。【方法】以京秀葡萄（Vitis vinifera L. cv. Jingxiu）为试材，研究了38℃/10 h的高温锻炼预处理和8℃/2.5 d的低温锻炼预处理分别对随后0℃低温和45℃高温胁迫期间葡萄叶片细胞质膜Ca2+-ATPase的影响。从生化水平测定了定位在质膜、液泡膜上的Ca2+-ATPase的活性，并用氯化铈沉淀的电镜细胞化学方法，定位观察了质膜Ca2+-ATPase的活性。【结果】高温锻炼预处理提高了微粒体膜上的Ca2+-ATPase酶的活性，并且在随后的低温胁迫条件下，保持了酶活性的稳定性；低温锻炼提高了微粒体在高温胁迫下的ATP酶活性。【结论】高温锻炼诱导的抗冷性和低温锻炼所诱导的耐热性的提高与微粒体膜上Ca2+-ATPase活性的变化有关，且高温锻炼和低温锻炼具有相同的调控机制。     

淹水条件下紫丁香幼苗叶片的PSⅡ能量分配特点

[目的]为探究淹水条件下紫丁香幼苗叶片PSⅡ能量分配特点.[方法]在盆栽条件下,利用叶绿素快相荧光动力学曲线研究胁迫对紫丁香叶片PSⅡ能量分配的影响.[结果]淹水胁迫下紫丁香幼苗叶片单位反应中心吸收光能ABS/RC增加,其原因可能是由于在淹水胁迫导致紫丁香幼苗有活性PSⅡ反应中心数量降低的情况下,通过以剩余有活性反应中心的功能增强的方式来维持淹水胁迫下PSⅡ的光能供应.在剩余有活性PSⅡ反应中心吸收光能增强造成PSⅡ反应中心压力增大的情况下,紫丁香幼苗叶片PSⅡ反应中心的光能分配参数发生了明显的改变,淹水6d后紫丁香幼苗叶片PSⅡ反应中心吸收光能用于光化学反应的量子产额（ΦNSⅡ）明显降低,而失活PSⅡ反应中心的热耗散量子产额（ΦNF）明显增加,说明淹水胁迫导致紫丁香幼苗叶片PSⅡ反应中心光化学效率降低,失活反应中心的比例也随着淹水时间的延长而增加.但在淹水过程中紫丁香幼苗叶片Φf,D呈增加趋势,而ΦNPQ呈先增加后降低趋势.[结论]紫丁香幼苗不但可以通过热能和荧光的形式耗散过剩光能,而且可以通过启动依赖于叶黄素循环的非辐射能量耗散过程来调整过量能量的耗散,以降低PSⅡ反应中心过剩光能的压力,但是在淹水第10天开始ΦNPQ却呈降低趋势,说明在长期淹水胁迫下这种光保护机制的作用逐渐降低,从而导致光能分配到失活反应中心的比例剧增.     

土壤铜污染对植物的毒性研究进展

介绍了土壤中铜污染对植物的影响,包括Cu污染对植物、植物群落、个体生长发育的影响,并分析了其影响机制。土壤Cu污染引起的植物毒性受到土壤中Cu的生物可利用性的影响,因此在评价土壤Cu污染的环境风险时应充分考虑土壤中Cu的生物可利用性,在土壤中Cu的生物可利用性、植物个体影响和群落变化之间建立联系。     

植物淹水胁迫响应的研究进展

在概述植物对淹水胁迫各种适应方式的基础上,重点从质外体障碍的形成和根系的向氧性生长,发酵途径、厌氧多肽、植物激素及低氧锻炼等方面,对近年来植物抗淹水胁迫适应性的研究进展作了简要评述.     

热锻炼对高羊茅和多年生黑麦草抗氧化能力的影响

通过对高羊茅凌志(Festuca arundinacea cv.Barlexas) 和多年生黑麦草爱神特(Loliumperenne cv.Accent) 2种冷季型草坪草热锻炼后进行高温胁迫,并与没有热锻炼的植株在高温胁迫下的表现进行对比分析,来研究热锻炼对高温胁迫下高羊茅凌志和多年生黑麦草爱神特的影响.结果发现,热锻炼通过减缓草坪草叶片活性氧的积累而减轻氧化胁迫,降低膜脂过氧化,减轻高温对细胞膜系统的伤害;高温F经过热锻炼的冷季型草坪草叶片可能通过缓减抗坏血酸(AsA) 和还原型谷胱甘肽(GSH) 含量的降低来提高适应高温的能力;随着温度的升高,高羊茅和黑麦草叶片叶绿体的损伤程度不断增加,当温度达到46℃时,热锻炼不能防止高温对叶绿体的破坏.同时对比2种草坪草发现,经过热锻炼处理的高羊茅比多年生黑麦草耐热性更强.     

铈对UV-B胁迫下大豆幼苗光合原初反应的影响

用水培法研究了Ce(Ⅲ)对紫外辐射(UV-B,280～320nm)胁迫下大豆幼苗光合原初反应的影响。结果表明,20mg·L-1CeCl3能有效减缓紫外辐射(T1/3.34kJ·m-2和T2/11.76kJ·m-2)胁迫所导致的叶绿素与类胡萝卜素含量减少、光能转换效率(Fv/Fm)及传递能力(Fv/F0)降低,且对低剂量胁迫的调控效果优于高剂量,即以上指标Ce+T1T1,Ce+T2T2,Ce+T1Ce+T2。从光合原初反应的能量分配看,Ce(Ⅲ)能促使大豆叶片吸收光能的总量增加,加快内囊体膜上光电的转换和电子的传递,降低UV-B辐射伤害而导致的过剩激发能积累,从而消除过剩激发能诱发的膜脂过氧化对光合器官的潜在威胁。     

转录组学在植物响应干旱胁迫中的研究进展

干旱胁迫是植物生长周期中极易遭受的非生物胁迫之一,了解植物如何响应干旱逆境及其调控途径,成为了一个热点问题。随着转录组技术的广泛应用,人们可以从基因层面了解在干旱胁迫下,植物体内的信号转导及其相关的网络调控机制。本文主要查阅近年来RNA-Sep技术在植物干旱胁迫方面的研究进展,介绍了植物受到干旱胁迫后,从膜上信号感受器,到细胞内信号转导,以及主要的植物激素代谢调控途径等方面的调控机制,展望了未来转录组学在植物响应干旱胁迫中的发展方向。     

毛乌素沙地2种蒿属植物光合作用特征

用LI-6400光合仪和PAM-2100荧光仪测定了油蒿(Artemisia ordosica)和籽蒿(A.sphaerocephala)的气体交换及叶绿素荧光参数日变化规律,探讨了2种蒿属植物光合作用对沙地强光环境的适应机制。结果表明:2种蒿属植物净光合速率(P_n)均出现"午休"现象,根据Pn、气孔导度(G_s)、胞间CO_2摩尔分数(C_i)、气孔限制值(L_s)的变化方向,推测油蒿叶片午间光合下调主要是由非气孔因素引起的,籽蒿则主要是由气孔因素引起的;2种蒿属植物午间最大光化学效率(F_v/F_m)均显著降低,说明2种蒿属植物可能受到光抑制;随着午间实际光化学效率(Φ_Ⅱ)的下降,2种蒿属植物调节性能量耗散量子产量(Φ_(N,P,Q)和Φ_(N,O))均上升,暗示调节性热耗散可能是其光保护途径之一。从而说明蒿属植物光合作用对午间环境的适应机制存在种间差异。