Studies on photosynthetic activities, photoprotective mechanisms and photosystem II thermostability with leaf development

叶片在成长进程中光饱和光合速率持续提高，尽管幼叶光呼吸的测定值较低，但幼叶光呼吸与总光合之比较高。叶片在成长初期就具有较高的最大光化学效率，但是仍略低于发育成熟的叶片。随着叶片的成长，光下叶片光系统II实际效率增加，而非光化学猝灭下降。幼叶叶黄素总量与叶绿素之比较高，随着叶而积的增加该比值下降；光下，幼叶脱环氧化程度较高。同时，我们也观察到叶片生长初期活性氧清除酶系的活性较高。叶片生长过程中提高的光破坏防御机制与叶片相对含水量呈现很好的负相关，而不是叶片水势。因此，推测叶片生长过程中光破坏防御机制的建立可能与叶片膨压有关。 自然状态下，不同展开程度的叶片均未发生明显的光抑制；但将所柏‘叶片平展并暴露在强光下时幼叶发生明显的光抑制，伴随叶丽积的增加光抑制程度减轻。自然条件下测量叶片角度，观察到在叶片展开过程中叶柄夹角逐渐增加：日动态过程中幼叶的悬挂角随光强增加而明显减小，而完全展丌叶的悬挂角变化幅度很小。叶片角度的变化使实际照射到幼叶叶表的光强减少。推测较强的光ll乎吸、依赖叶黄素循环的热耗散、活性氧清除酶系以及较大的叶角变化可能是自然状态下幼叶未发生严重光抑制和光破坏的原因。 与成熟叶片相比，高温严重地伤害新生叶片光系统IT的结构，并导致最大光化学效率和光系统II活性下降。高温对光系统II的伤害包括供体测和受体测；而进一步的研究和分析表明高温很可能影响放氧复合物活性，从而改变光系统II的结构并最终导致受体测电子传递受阻。叶片生长和光合机构的健全使得光系统II热稳定性逐步增强，因此推测叶片生长过程中光系统II热稳定性的增强可能主要与其放氧复合物结构和功能的完善有关

密植对薄荷叶片光系统Ⅱ功能的影响

通过气体交换、荧光诱导动力学和荧光淬灭动力学等技术探讨了种植密度对薄荷光合特性及光系统Ⅱ(PSⅡ)功能的影响。结果显示:增加种植密度会显著降低单株的总叶面积、叶绿素含量和光饱和光合速率,但对叶片的表观量子效率(AQY)影响较小。随着种植密度的升高,叶片的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(OJIP)明显改变,但最大光化学效率(φ_(Po))变化不大;进一步分析表明,叶片单位截面有活性反应中心的数量(RC/CS_0)和单位面积吸收(ABS/CS_0)、捕获(TR_0/CS_0)及用于电子传递的能量(ET_0/CS_0)均下降。在光下,密植还诱导PSⅡ实际光化学量子效率(Φ_(PSⅡ))下降,而非光化学淬灭(NPQ)升高。因此,密植抑制了薄荷叶片的光合能力和PSⅡ功能,并进而导致光下PSⅡ的光能利用下降和激发能耗散增强

无根系竞争时田间密植对高粱光合色素的影响

[目的]探讨田间密植群体植株相互遮阴对高粱(Sorghum bicolor)光合色素的影响。[方法]通过排除根系竞争,研究了种植密度对高粱群体光环境、叶片光合色素及叶绿素相对含量(SPAD)的影响。[结果]升高种植密度降低了群体内的光强,但叶绿素含量增加;密植群体冠层叶位的叶绿素含量随叶位的升高而增加,但低密度群体下降;相比高密度群体,中密度群体下层叶位的持绿期与功能期延长,而低密度群体下层叶位的衰老脱落加快。[结论]在排除田间高粱根系竞争的前提下,提高种植密度导致叶片的叶绿素含量增加,并且随冠层叶位的升高而递增;增加种植密度在改变高粱叶片持绿期的同时,也促使单株发生了功能优化

栽培密度对高粱茎叶性状及籽粒质量的影响

为了探讨田间植株自遮阴对高粱冠层器官性状及籽粒灌浆的影响,通过排除根系竞争研究了高粱茎叶及果穗籽粒对栽培密度的响应。结果表明,栽培密度升高后,高粱植株的单叶面积、比叶质量(鲜质量)、茎秆节间的直径与干质量、穗柄的直径与干质量等均下降,但茎秆的节间长度与节间数及穗柄长度增加;高粱籽粒干质量随栽培密度的升高而下降,栽培密度对粒质量影响最大的时期是高粱生长的第100天前后;随着叶位与节位的升高,高粱的单叶面积与比叶质量以及茎秆的节间性状等在各密度群体内的变化趋势类似。因此,在排除地下根系间的竞争后,增加种植密度同样会抑制田间高粱冠层器官的生长,并进而影响果穗产量

植物叶片解剖结构的量化及其在C4植物高粱中的应用

测量切片内所有细胞或细胞器的总周长,并乘以切片厚度和校正因子是一种量化植物叶片解剖结构的常用方法。前人在使用该方法时因忽视了细胞大小、切片厚度等影响估算精确度的因素,从而导致计数样本偏少并产生较大误差。通过分析该方法误差产生的原因及其与精确度的关系,明确了该方法在实际应用中不同精确度所要求对应的切片数量。在此基础上,将该方法用于C4植物高粱(Sorghum bicolor)叶片结构的量化,提出叶肉细胞与维管束鞘细胞接触面积(CABM)等参数,发展并完善了植物叶片解剖结构的量化方法。&nbsp;</p

叶片生长进程中气孔发育对叶温调节的影响

鉴于气孔发育影响气孔导度和蒸腾速率,推测气孔发育可能影响叶温调节。为验证这一假设并阐述相关规律,在控光和控温条件下研究了冬青卫矛和华北紫丁香气孔发育、气孔导度、蒸腾速率及其与叶温的关系。结果表明,伴随冬青卫矛、华北紫丁香叶片生长气孔逐渐增大,但气孔密度下降;在此过程中,气孔导度和蒸腾速率逐步提高,而叶片温度降低;尽管冬青卫矛和华北紫丁香叶片的气孔密度和大小差异很小,但华北紫丁香近轴侧和远轴侧均有气孔分布,而冬青卫矛则只有远轴侧分布气孔,且相同条件下华北紫丁香的气孔导度和蒸腾速率高、叶温低。因此,气孔发育能够促进气孔导度和蒸腾速率提高,有助于降低叶温;近轴侧气孔可能更有利于蒸腾降温

作物应对复杂光环境的光合作用机制

光不仅是光合作用的驱动力,还是影响作物光合器官结构和功能的重要环境因子。虽然光合作用有其适宜的光强需求,但作物在光合作用过程中将不得不面对非常复杂的光环境。因此,作物光合作用能否适应复杂的光环境直接涉及其同化物生产、生长发育,甚至产量。光合器官对强光或弱光的响应规律和机制一直是作物适应光环境的重要研究内容。强光下,作物叶片的叶面积降低、叶片变厚、气孔密度增加;生化组成上,单位叶面积的叶绿素、叶黄素、电子载体、Rubisco的量以及叶绿素a/b比值均较高;叶片功能表现为光合能力和气孔导度高,对过剩激发能的耗散能力强。更重要的是,无论强光还是弱光环境,光环境的改变都是光强与照光时间的交互作用。较短的强光生长条件下,作物叶片一般倾向于提高光合能力,把较多的光能分配到光合碳同化;诱导光破坏防御则要求相对更长的强光光照时间;而且,随着照光时间的变化,光能吸收和捕获一直是光合作用过程中的重要调控位点。弱光下,作物光合器官的表现则恰恰相反。因此,弱光下生长的叶片遭遇强光时光抑制程度不可避免的比强光下生长的叶片要严重,极端条件下甚至还会发生光破坏和光漂白,进而影响植株的生长和发育。此外,田间条件下作物冠层上部叶片往往处于强光下,而下部叶片则处于弱光;栽培密度的提高会加剧这种情况。因此,田间植株个体实际上经常处于严重异质性光环境中。该条件下,植株下部叶片的光合能力和强光敏感性等会一定程度上通过系统信号调节冠层上部叶片的发育和光合特性,而叶上部叶片叶绿体的大小和垛叠程度受系统调控的影响较小。上述结果暗示密植导致的群体内光强减弱和异质性增强会较大程度上影响其个体光合功能。理解复杂光环境下作物光合作用的适应规律和调节机制不仅对发展和完善高光效栽培理论有重要科学价值,而且对推动栽培技术进步和品种定向改良具有重要实践意义。</p

叶片生长进程中气孔发育对叶温调节的影响

鉴于气孔发育影响气孔导度和蒸腾速率,推测气孔发育可能影响叶温调节。为验证这一假设并阐述相关规律,在控光和控温条件下研究了冬青卫矛和华北紫丁香气孔发育、气孔导度、蒸腾速率及其与叶温的关系。结果表明,伴随冬青卫矛、华北紫丁香叶片生长气孔逐渐增大,但气孔密度下降;在此过程中,气孔导度和蒸腾速率逐步提高,而叶片温度降低;尽管冬青卫矛和华北紫丁香叶片的气孔密度和大小差异很小,但华北紫丁香近轴侧和远轴侧均有气孔分布,而冬青卫矛则只有远轴侧分布气孔,且相同条件下华北紫丁香的气孔导度和蒸腾速率高、叶温低。因此,气孔发育能够促进气孔导度和蒸腾速率提高,有助于降低叶温;近轴侧气孔可能更有利于蒸腾降温