超高产杂交稻Oryza sativa L.光合作用和光抑制特性的研究

较系统地比较研究了超高产杂交稻两优培九培矮64S 93-11和华安3号X07S 紫恢100与多年来大规模推广种植的杂交稻品种汕优63珍汕97A 明恢63的光合生理特性结果表明 1 从苗期到抽穗期超高产杂交稻两优培九和华安3号的净光合速率Pn都比汕优63高而在苗期的午间强光条件下和分蘖期的早晨以及抽穗期的早晚相对弱光条件下其Pn的差别尤为显著说明超高产杂交稻两优培九和华安3号不仅有较高的Pn和较强的抗光抑制能力而且还能充分利用早晨和傍晚较弱的光照条件有效地进行光合作用 2 超高产杂交稻剑叶具有较高的光合色素含量和Chla/b比值同时也具有较高的水分利用效率WUE较高的Chla/b比值表明超高产杂交稻剑叶能够更有效地利用太阳能而较高的WUE则有利于后期节约稻田用水 3 两优培九和华安3号类囊体膜的77K荧光光谱在不同发育时期均高于对照汕优63对其进行Gaussan分析发现这两个超高产杂交稻的反应中心以及天线复合物的发射峰均优于汕优63表明超高产杂交稻具有更强光能吸收能力并且能够将所吸收的光能高效地应用于光合电子传递 4 超高产杂交稻在苗期和分蘖期的净光合速率Pn都明显高于对照可以为群体的扩大后期的生长发育和高产奠定坚实的物质基础 5 三个杂交稻品种抽穗期剑叶的净光合速率相差不大但两优培九和华安3号具有较汕优63高得多的表观量子效率和羧化效率即超高产杂交稻能够高效地利用光能和田间二氧化碳首次提出对光能和二氧化碳的高效利用是两优培九和华安3号高产地重要原因 在对杂交稻净光合速率日变化的研究中发现超高产杂交稻两优培九和华安3号在午间强光条件下具有较对照汕优63更高的净光合速率表明超高产杂交稻具有更强的抗光抑制能力为了研究其光保护机理进一步研究了杂交稻对光抑制的响应结果表明 1超高产杂交稻两优培九和华安3号较对照品种汕优63具有更强的抗光抑制及光保护能力同时在光抑制结束后又能够更迅速地恢复光合功能较强的抗光抑制能力和较高的恢复能力可能是其高产的重要生理原因之一 2光抑制过程中超高产杂交稻叶黄素循环玉米黄素积累速率和积累量都明显高于对照并且在其后的恢复过程中其恢复速率和恢复程度也明显高于汕优63发现叶黄素循环的脱环化作用在光抑制处理30min时即基本接近最大值并未随着光抑制的进一步加重而不断上升认为叶黄素循环在杂交稻光保护中的重要作用可能在于玉米黄素的快速积累对光保护作用的启动 3在对自然条件下光抑制的研究中发现汕优63比超高产杂交稻两优培九和华安3号更容易受到午间光抑制的伤害 4午间光抑制条件下叶黄素循环的玉米黄素Z和环氧玉米黄素A大量积累而叶黄素循环库则没有什么变化认为是叶黄素循环脱环化组分A和Z的积累而不是叶黄素循环库对水稻在中午强光条件下的光保护起重要作用 5在所研究水稻品种的午间光抑制实验中叶绿素荧光的非光化学猝灭系数和叶黄素循环的脱环化状态DES之间没有正比例关系进一步推论环式电子传递可能在杂交稻的光保护中起重要作用 6对用不同试剂处理的杂交稻叶片进行光抑制处理研究发现ASAVDE酶底物其含量可以有效地调节活性处理对杂交稻的抗光抑制能力并没有带来多大改善而DTTVDE酶的特异抑制剂处理也没有使其光抑制大大加重而用DBMIB环式电子传递抑制剂处理则使杂交稻受到比对照强得多的光抑制对qN解析的结果发现强光下qE并未上升反而下降而qT却在光抑制条件下表现出上升现象这些实验结果首次阐明叶黄素循环的热耗散在杂交稻的光保护中不起关键作用而环式电子传递则对于杂交稻的光保护起至关重要的作用其机理可能在于强光条件下环式磷酸化的加剧生成大量ATP用于光破坏的修复作用同时避免类囊体膜的过度酸化从而导致强光下qN的下降这也是光抑制条件下qE下降和qT上升的原因所在此外在研究中发现光抑制处理导致Chla/b比值的上升并且提出这种上升的原因可能在于强光条件下光合系统对LHCII需求减少从而导致对Chlb需求减少最终使得部分Chlb向Chla转化这种转化可能是杂交稻在光抑制条件下的一种保护性响应 7对超高产杂交稻华安3号冠层不同衰老程度叶片的光合功能比较研究的结果表明剑叶的光合功能最强第二叶次之第三叶具有一定的光合功能第四和第五叶则相当衰老基本上丧失光合能力而光合机构的衰老可能始于反应中心的衰老天线系统的衰老要迟于反应中心的衰老叶片衰老进程中Chla和Chlb同步降解但是Chlb先还原为Chla导致Chla/b比值的上升并且认为衰老过程中的这种Chlb的还原是Chlb降解的一个早期的和不可避免的步骤

高温和衰老对光合膜结构与功能影响的研究

本部分研究以菠菜和水稻为材料，比较系统的研究了高温对类囊体膜、PSII颗粒、PSII外周捕光天线LHCII、PSII核心复合物和PSII反应中心等不同层次膜蛋白结构与功能的影响，以探讨高温对光合膜蛋白的伤害机理。其主要结果如下： 1．类囊体膜结构与功能的完整性对于维持PSII的结构与功能在高温胁迫下的稳定性具有重要作用。当类囊体膜的完整性受到破坏，当与PSI有关的一系列保护机制失去作用时，PSII对高温胁迫的敏感性会大大加强。 2．虽然PSI的功能在高温下保持相对稳定，但PSI的结构在高温胁迫下并不稳定。本文的研究发现LHCI对高温非常敏感，在中度高温胁迫下就开始降解，但PSI的核心在高温下比较稳定，所以PSI介导的电子传递活性仍然维持在较高水平。 3．高温胁迫会对PSII的结构和功能产生多重破坏。这个过程首先应该是放氧复合体的失活：其次是反应中心的可逆失活;接下来可能是核心天线CP43和CP47的失活导致捕光天线同反应中心的能量传递受阻;再下来是QA到QR电子传递的受阻、反应中心的不可逆失活、捕光效率下降等过程;最后是大范围色素蛋白的变性和失活，PSII的结构和功能遭到彻底破坏。 4．高湿胁迫下Fo显著升高，Fo的升高的原因可能源于少量捕光天线同反应中心的分离和反应中心的失活。 5．高等植物体的类囊体膜中存在多种Chla和Chlb的光谱吸收形式。这些代表不同的光谱吸收形式的组分在高温胁迫下表现出不同程度的降解，其中C678 和C684组分降解最快。这些不同的光谱吸收形式组分可能以不同的比例存在于每一种色素蛋白复合物中。 6．LHCII的结构与功能对于维持PSII结构与功能的热稳定性具有重要作用，LHCII完全缺失的水稻突变体VG28及分离纯化的PSII核心复介物都人大增强了对高温的敏感性。但一种LHCII减少的水稻突变体249-Mutant,反而增加了PSII的热稳定性，进一步的研究表明，类囊体膜中 LHCII本身含量的多少对PSII热稳定性的影响不足决定性的，关键性因素可能主要取决于 LHCII含量改变而引起的膜脂组成和膜脂不饱和程度的改变，以及由膜脂变化引起的PSII放氧复合体结构与功能的变化。 7．本研究首次发现，高温可以促使分离纯化的LHCII的红区吸收光谱发生显著红移，而680nm处的荧光发射降低，长波长荧光组分大大增强。绿胶电泳表明中度高温胁迫能够诱导LHCII产生寡聚体，这种寡聚体可能在调节能量耗散方面具有重要生理意义：而严重高温胁迫下LHCII倾向于聚合产生大分子的非活性聚集体。 8．分离纯化的反应中心对高温非常敏感，各种色素的结构和功能在轻度高温胁迫下就开始受到破坏和抑制，各种色素变性和降解的顺序由快到慢是：P680>Pheo>Chla>β-Car。反应中心的多肽组分在高温胁迫下显著减少，Dl和D2减少的原因可能归因于高温胁迫导致大分子聚合物的产生，D2的减少显著快于D1的减少。

细胞色素b6f蛋白复合体中叶绿素 a的性质和功能研究

细胞色素b6f蛋白复合体（Cytochrome b6f complex, Cyt b6f）是光合膜上参与光合作用原初反应过程的主要膜蛋白超分子复合体之一。莱茵衣藻和嗜热蓝细菌的Cyt b6f三维晶体结构均显示，每Cyt b6f单体分子含有1分子Chlorophyll a (Chl a )，充分肯定了Chl a 是Cyt b6f天然成分的观点(Kurisu et al，2003;Stroebel et al，2003)。研究表明不同来源的Cyt b6f中Chla单线激发态寿命(或荧光寿命)并不一样，多数的研究结果认为Cyt b6f中Chla单线激发态寿命只有200ps左右，但是也有Cyt b6f中Chla单线激发态寿命为～600ps的报道;而甲醇中游离Chl a 的单线激发态寿命为4ns左右。针对Cyt b6f中Chla单线激发态寿命快速淬灭的现象，Dashdorj 等(2005)根据晶体结构推测Cyt b6f中Chla单线激发态和邻近的Cyt b6亚基上Tyr105残基发生电子交换传递，从而快速淬灭Chla单线激发态，减少了三线态Chl a和单线态氧的产生，并且认为这是Cyt b6f保护自身不受单线态氧破坏的一种机制，但是这一推测缺乏有力的证据。另外，Cyt b6f中Chla的功能仍然未知。本文以菠菜Cyt b6f为对象，结合多种实验手段，测定了菠菜Cyt b6f中Chl a单线激发态寿命，并对复合体中Chl a 单线激发态淬灭的机理进行了深入研究。此外，我们还对复合体中Chl a 可能的功能进行了初步地探讨。获得了如下的结果： 1．针对不同来源的Cyt b6f中Chla单线激发态寿命（或荧光寿命）测定结果不同的报道，仔细分析了其中的原因，发现除了样品来源的差异外，使用不同的去垢剂可能是一个不可忽视的因素。在实验中，不同的研究者分别采用了十二烷基麦芽糖苷（n-Dodecyl β-D-maltoside，DDM，）和八烷基葡萄糖苷（n-Octyl β-D-glucopyranoside，β－OG)作为溶解样品的去垢剂。因此，本文借助稳态吸收和稳态荧光光谱、瞬态光散射技术，CD光谱和亚皮秒时间分辨吸收光谱等技术，分别研究了这两种去垢剂对Cyt b6f结构和功能的不同影响。结果表明，DDM去垢剂能使Cyt b6f处于较好的分散体系中，其中血红素和Chl a分子处于特定的蛋白环境中，不会导致Cyt b6f变性;而β－OG去垢剂会使Cyt b6f产生聚合现象，其中的血红素和Chl a与蛋白环境的相互作用减弱，和DDM相比其电子传递活性显著降低，Chl a单线激发态寿命延长，Chl a更容易被光破坏。通过这一工作，我们优化和确定了Cyt b6f的溶解条件，为下面的研究工作打下了良好的基础。 2．利用Tyr的特异性修饰剂p-Nitrobenzenesulfonyl Fluoride（NBSF）对Cyt b6f样品进行特性修饰，经原子吸收谱、荧光谱、CD谱、质谱等方法对修饰后的样品进行鉴定，并结合时间分辨飞秒吸收光谱技术，测得修饰后的样品在660nm激发下Chl a 单线激发态寿命延长，从而在实验上提供了Tyr与淬灭Chla单线激发态有关的证据。但是对Cyt b6f 中Chl a瞬态吸收图谱仔细研究表明，菠菜Cyt b6f 中Chl a单线激发态快速淬灭过程中并没有发现Tyr与Chl a 之间发生电子传递时所形成的Chla•¯。以上结果表明，Cyt b6f 中Chl a单线激发态快速的淬灭确实和邻近的Tyr105有关，但是与Dashdorj 等提出的Chla单线激发态和Tyr105残基发生了电子交换传递从而淬灭Chla单线激发态这一想法不符，关于这一问题值得进一步深入研究。 3．红光和绿光对Cyt b6f 照射，Cyt f可以被还原，并且红光比绿光更容易使Cyt f 还原，暗示Cyt f 的还原与Chl a 的关系密切，有可能是Chl a 被激发后，其被激发的电子传给Cyt f。对这一现象的进一步研究表明，Cyt b6f在光照条件下，Cyt f 的还原与体系内C10－PQ库的氧化还原状况相关，氧化型的C10－PQ可能介导电子从Chla传向Cyt f。由于在体内质体醌库的氧化还原状态往往决定Cyt b6f 的氧化还原状态，而通过对Cyt b6f不同氧化和还原状态的吸收谱和荧光谱的研究表明，氧化态和还原态的Cyt b6f 中，Chl a 与蛋白的结合状态是有差异的。这些差异可能暗示着Chl a 分子在行使其功能时与复合体的氧化还原状态是有关系的。通过以上的结果，对Cyt b6f中Chl a 可能的功能进行了假设。 4．此外，我们还发现Cyt b6f具有明显的过氧化物酶活性。在0.1 mmol/L乙酸钠缓冲液，pH3.6，25℃，[H2O2] <40mmol/L的条件下，其催化反应的速度常数为kobs＝26±1.2M•s-1;对H2O2的Km 值为50mmol/L，对guaiacol的Km 值为2mmol/L;反应的最适pH为3.6，最适离子强度为0.1，最适温度为35℃。推测Cyt b6f的这种过氧化物酶活性可能是在胁迫环境下使Cyt b6f中的血红素和Chl a 分子免受H2O2的破坏。

盐胁迫对螺旋藻光合作用影响的研究

盐胁迫是限制高等植物和藻类生长和产量的主要环境因子之一。PSII对环境胁迫的响应被认为是光合作用适应逆境过程中最重要的一个环节。尽管盐胁迫对PSII的影响已进行了大量的研究，但有关盐胁迫对PSII作用方式和位点的研究仍存在着争议。我们主要研究了盐胁迫对螺旋藻PSII结构和功能的影响，以探讨盐胁迫对PSII的作用方式和位点以及该藻细胞PSII对盐胁迫的适应机理。主要研究结果如下： 1． 用0、0.2、0.4、0.6、0.8M NaCl处理螺旋藻细胞12小时。随盐浓度的增加，螺旋藻细胞的Chla、carotenoid、PC、APC及蛋白含量均呈下降趋势，说明盐胁迫抑制了上述色素及蛋白的合成或加速了它们的降解，从而影响了螺旋藻的光合作用。 2． 随盐浓度的增加，螺旋藻细胞光合放氧活性和PS II电子传递活性显著降低，表明盐胁迫引起藻细胞PS II活性的下降。 3． 通过放氧活性、热致发光（TL）、多相荧光瞬态上升动力学曲线的测定以及Western 杂交，来探讨盐胁迫对螺旋藻细胞PS II供体侧电子传递及OEC33蛋白含量的影响。结果显示：随盐浓度的增加，螺旋藻细胞光合放氧活性和PS II电子传递活性下降;TL B-band和Q-band强度降低，在0-0.6M NaCl下，B-band的周期性振荡清楚，最大值出现在第二次和第六次闪光，而在0.8M NaCl时，S态振荡基本上消失，S 态氧化还原循环受阻;Fm， J、I和P相荧光水平降低。以上结果都表明盐胁迫使PS II的放氧侧受损伤。且随盐浓度的增加，盐分引起螺旋藻细胞外周蛋白OEC33的降解，在蓝藻中首次提出放氧机构的S态循环受阻，放氧活性降低。 4． 通过OJIP曲线的测定以及JIP-test、闪光诱导的可变荧光衰减动力学、热致发光（TL）的分析，我们研究了盐胁迫对螺旋藻细胞PS II受体侧的影响。结果显示： JIP-test的参数Ψo和φEo随盐浓度的增加而下降,显示QA-到QB 电子传递受阻;可变荧光衰减动力学快相组分半衰期延长，所占总可变荧光百分比下降，表明QA-到QB 电子转移变慢，中相组分半衰期延长、所占百分比下降，说明空的QB位点对PQ的结合减慢，有可能PQ分子对QB位点的结合能力下降;TL B-band和Q-band的峰温度出现了位移，可能QA、QB的氧化还原电势发生了改变。以上结果表明，盐胁迫伤害了PSII受体侧的电子传递。 5． 首次运用闪光诱导下的叶绿素荧光上升及其衰减动力学来研究盐胁迫对PS II受体侧的影响。 6． 盐胁迫下，PS II供体侧和受体侧电子传递受抑制，有活性的PSII反应中心数量下降，说明盐胁迫对螺旋藻细胞PSII的伤害也可能是多位点的作用方式。此外，盐胁迫下，藻细胞放氧活性的下降快于受体侧QA 到QB电子传递所占百分比的下降，有可能PS II放氧侧先受损伤，然后是反应中心和受体侧。上述结果表明盐胁迫下PSII活性的降低是由于PSII供体侧和受体侧电子传递的抑制，有活性的PSII反应中心的减少。 7． 借助螺旋藻类囊体膜的Western杂交分析，来研究盐胁迫对螺旋藻类囊体膜PSII相关蛋白的影响。结果表明，上述PSII活性的抑制是由于类囊体膜蛋白的损失。主要与PSII反应中心CP43、CP47和OEC33蛋白含量的下降有关。 8． PS II机构对盐胁迫的适应涉及以下几个方面：降低吸收横截面，（PC/chla，APC/chla比值的降低）;光系统II光化学反应的改变，通过关闭的PS II反应中心比例的增加，使得PS II机构免于过多激发能的伤害而得以保护;提高了剩余的有活性反应中心的耗能效率（DIo/RC增加）;保持有活性反应中心高的激发能转化效率，比如，TRo/RC保持不变;另外，随盐浓度的增加，由藻胆体向光系统I的能量传递增加，避免过量激发能对 PSII的伤害，使螺旋藻细胞适应盐胁迫环境。

三峡水库香溪河库湾夏季藻类水华的时空动态及其影响因素

2008年6—8月,三峡水库香溪河库湾相继暴发蓝藻和绿藻水华.依据香溪河库湾夏季的每周监测,对研究区2次水华分别进行聚类和判别分析,研究了2次水华的时空动态及其影响因素.结果表明:研究区2次水华过程均可划分为无水华组、过渡组和水华组;2次水华的暴发对可溶性硅(DSi)、硝态氮与亚硝态氮(NO3--N+NO2--N)和磷酸盐(PO43--P)3种营养盐的吸收程度不同;蓝藻水华暴发期间的DSi、总氮/总磷(TN/TP)、DSi/TN和DSi/TP值均低于绿藻水华;判别蓝藻水华暴发的参数为叶绿素a(Chla)、

HCO_3~-碱度对铜绿微囊藻生长与光合活性的影响

研究了2.3 mM(ALK2.3)和12.4 mM(ALK12.4)HCO3-对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosaFACHB 927)生长与光合特性的影响。实验结果表明,ALK2.3显著抑制铜绿微囊藻的生长,至培养结束,与对照相比对生物量的抑制率为38%,ALK12.4条件下虽然至培养结束生物量没有显著变化,但碱度增加铜绿微囊藻生物量有一个快速的增殖期,之后其生长速率持续下降。碱度增加强烈抑制光合色素Chla的合成,ALK2.3和ALK12.4条件下对Chla含量抑制率分别为74%和

HCO_3~-碱度增加对铜绿微囊藻光合活性和超微结构的影响

研究了不同重碳酸盐(HCO3-)碱度2.3mmol/L(ALK2.3)和12.4mmol/L(ALK12.4)对铜绿微囊藻(Mi-crocystis aeruginosa FACHB 905)生长、光合特性、丙二醛(MDA)含量和超微结构的影响。实验结果表明,与对照相比碱度增加对铜绿微囊藻生物量抑制率分别为7%(ALK2.3)和55%(ALK12.4)。对光合色素Chla含量的抑制率分别为22%(ALK2.3)和88%(ALK12.4)。Chla/PC与对照相比先升高后降低。ALK2.3前期显著抑制光合活

Zn~(2+)胁迫对绿球藻生长、生理特性及细胞结构的影响

Zn2+对绿球藻胁迫的实验浓度为0.1、1、10、50、100、200、400mg/L,BG11培养基作对照。实验结果表明,在特定浓度条件下,Zn2+对绿球藻的生长、生理特性以及细胞结构具有显著影响。低浓度Zn2+(0.1—1mg/L)对绿球藻生长基本没有影响;浓度在10—50mg/L时,绿球藻能维持一定的生长速率;但当Zn2+浓度大于100mg/L时,绿球藻的生长受到显著抑制。绿球藻Chla+Chlb以及Chla含量均随培养基中Zn2+浓度的升高而逐渐减少。当Zn2+浓度低于10mg/L时,绿球藻的净光

滇池水体理化环境状况时空分布格局研究

在滇池全湖设置了 4 0个采样点 ,从 2 0 0 2年 9月至 2 0 0 3年 8月 ,按每月一次的频度对滇池水体的pH、溶解氧、透明度、总磷、溶解性总磷、溶解性磷、总氮、氨氮、Chla进行了为期一年的监测。结果表明 ,滇池外海水质已属V类及超V类水质 ,重富营养程度 ,只能满足工业和农业供水水质要求。滇池外海水质存在区域性强的特点 ,其污染程度与该地区的工农业分布格局相关 ,西北部水质污染情况最为严重 ,北部次之 ,南部最轻 ;在不同月份水质存在明显差异 ,在汛期 (5— 9月份 )水质污染最为严重

评价湖泊富营养化的一个综合模型(英文)

湖泊富营养化的评价 ,即确定水体的状态属性 ,实际上是一个将定性问题定量化的多变量的综合决策过程 ,因此 ,对湖泊的富营养化程度进行评价应以综合评价为主 .在综述国内外若干综合评价方法的基础上 ,指出营养状态指数 (TSI)法应可作为湖泊富营养化评价的主要方法 ,因其可对湖泊的营养状态进行连续的数值化分级 ,从而为富营养化机理的定量研究提供坚实基础 .采用层次分析 (AHP)法确定综合评价指标中的权重分配 ,构建一综合评价模型 :TSI =W (Chla)×TSI(Chla) +W (Sd)×TSI(Sd

武汉东湖富营养化的综合评价

兼顾富营养化评价和水生态系统常规监测,提出了以7种常见营养物(NO_3-N,NO_2-N,NH_4-N,TN,PO_4-P,TP,SiO_2)和浮游植物3个常用参数(日平均初级生产量P_G,生物量B,chla)为指标体系的湖泊营养类型评价标准;使用层次分析法,对上述10个因子作出权重分配,从而建立起评价湖泊富营养化程度的一种新方法。评价结果表明:尽管近年来东湖浮游植物的几项指标有所下降,但东湖富营养化程度奉有明显改变,

川西亚高山人工针叶林下11种植物对两种光生境的适应性研究

青藏高原东缘的亚高山针叶林是长江上游重要的生态屏障，经过近六十年的采伐后，取而代之的是大量人工种植的云杉纯林。目前，这些人工林已经表现出树种单一，结构层次简单等生态问题，其物种多样性及生态效益与同地带天然林相比差距较明显。如何丰富该地区物种多样性，完善人工林生态系统的生态功能是一个十分重要的课题。林下植物是人工林群落的重要组成部分，对维持群落的生物多样性及完善生态系统功能具有明显的作用。因此，研究该地区人工针叶林的林下植被对不同生境的适应性对于理解人工林生态系统物种多样性的形成和维持机制都具有重要的意义。 本文以青藏高原东部亚高山针叶林的主要森林类型----云杉人工林为研究对象，选择林下11种具有不同喜光特性的常见植物，分别设置人工林林冠下及成熟林窗为研究样地，通过对各种植物叶片形态与物质分配特征、叶片解剖学特征、叶片光合生理特性、植物自然分布特征等方面的比较分析，研究林下植物对不同光生境的适应策略及其适应能力，揭示不同物种对人工林生境的适应共性，为西南亚高山地区植被恢复及人工林的经营管理提供科学依据。具体研究结果如下： 在叶片形态和物质分配特征方面：在林窗光生境中，11种林下植物叶片比叶重(LMA)显著高于林下光生境的同种植物。同时，林窗下生长的植物叶片叶片厚度及栅栏细胞长度显著增加，这是影响叶片比叶重变化的直接原因。而多数植物叶重比在两种生境中无明显变化。说明在长期适应自然生境之后，植物可能更多地采取调节叶片组织细胞水平（即叶片功能细胞形态）及叶片器官水平（即单个叶片形态）特征的策略来适应各类生境，而非整株水平上的叶片总比重的增减。 在叶片解剖结构特征方面：多数阔叶物种栅栏组织厚度(PT)、栅栏组织厚度/海绵组织厚度(PT/ST)、栅栏细胞层数及近半数种的气孔密度(SD)在林窗生境中更大或更多，而叶片表皮细胞厚度(UET、LET)气孔长径(SL)及海绵组织厚度(ST)受两种生境影响不大。喜光特性相似的物种在生境适应策略上具有一定的趋同性。 在光合生理特征方面：在林窗生境中多数种植物的最大光合速率(Amax)、暗呼吸速率(Rd)及喜光植物光补偿点(LCP)显著或极显著高于林内生境同种植物。且在同一生境条件下，多数深度耐荫植物比喜光及轻度喜光植物有稍低的Rd和LCP。各植物在林内低光生境中具有更大的内禀光能转化效率，并在中午12:00～14:00之间光强最大的时刻发生了的最深程度的光抑制。多数种能通过调节自身某种光合素含量或色素之间的比例来适应不同的光生境，即通过增加叶绿素含量或降低Chla/b值来适应林内弱光生境，通过提高类胡萝卜素含量或单位叶绿素的类胡萝卜素含量降低强光带来的伤害。绝大多数物种并不采取调节叶片C、N含量的策略来适应不同的光生境。总之，植物部分光合参数(Amax、Rd、LCP)受生境的影响与其自身喜光特性有关，但另一些参数（Fv/Fm日变化、色素含量及比例、叶氮相对含量）受生境影响与其自身喜光特性无明显关联。 在表型可塑性方面：在叶片各表型参数中，器官水平及细胞水平的形态特征参数平均可塑性大于整株水平形态和物质分配特征参数可塑性；叶片光合组织的可塑性大于非光合组织可塑性；反映植物光合能力的参数可塑性大于叶片色素含量参数可塑性。植物叶片形态和物质分配、解剖学特征参数平均可塑性大小与其自身喜光特性基本吻合，即喜光种及轻度耐荫种各参数可塑性最高，深度耐荫种可塑性最小，而这种规律并未在光合生理参数的可塑性大小上体现出来。但是叶片形态和物质分配参数、光合生理参数的平均可塑性水平却大于叶片解剖学参数。 在植物自然分布特征方面：喜光物种云杉幼苗及歪头菜在林内生境中分布密度明显降低，深度耐荫种疏花槭却恰恰相反，更多数物种（7种植物）在两种生境中密度变化趋势不明显。从分布格局来看，7种植物在两种生境中均为聚集分布，但聚集强度为林窗>林内；少数物种桦叶荚迷、直穗小檗、冰川茶藨、黄背勾儿茶在林窗中为聚集型，在林内生境中的分布型发生改变而成为随机型，说明光生境的差异能影响到植物种群的分布特征。但这种影响程度与植物自身的喜光特性无关，同时与各物种叶片表型平均可塑性的大小也无明显关联。 The subalpine coniferous forest area in eastern Qinghai-Tibet Plateau is important ecology-barrier of upriver Yangtze. In past sixty years, those forests had been cut down and replaced with a lot of spruce plantations. At now, there are many ecology problems presenting to us such as singleness species, simple configuration, lower species diversity and ecological benefit than natural forests at the same belt. How to restore the species diversity and enhance the eco-function of the plantations is a very important issue. The understory plants are important part of plantation community, which improved the bio-diversity and eco-function distinctly of forests. So, it is very significance to study the adaptation of understory plants to different environment in plantation, and this study would helping us to understand how plantations to develop and remain their biodiversity. This study was conducted in a 60a spruce plantation in Miyaluo located in western Sichuan, China, and spruce plantation is major types of subalpine coniferous forest in eastern Qinghai-Tibet Plateau. In this paper, the leaf morphological and biomass-distributed characteristics, the anatomical characteristics, the photosynthetic characteristics and the distribution patterns characteristics of eleven different light-requirement understory species grown in two different environments (forest gaps and underneath close canopy) were studied and compared. The purpose of this study was to analyze the adaptation of this forest understory plants, to show up the commonness of these different light-requirement understory species in light acclimation, and to provide some scientific reference to manage and restore the vegetation of subalpine plantation of southwest China. The results were as follows: The leaf morphological and biomass-distributed characteristics: These eleven species in forest gaps had significantly higher dry weight per leaf area (LMA) than those under close canopy. The palisade parenchyma cells of the broad-leaved species in gaps were significantly longer than those grown under the canopy, which been a directed factor for the change of leaf mass per unit area (LMA) in different environment. But the leaf weight ratio (LWR) of most plants species were not evidently changed by the contrasted environments in our study. It was shown the morphological characteristics changing been adopted as a strategy of light acclimation for plants wasn’t on whole plant level (leaf weight ratio) but cellular level (the function cells morphological characteristics) and organic level (the leaf morphological and biomass-distributed characteristics) mostly. The leaf anatomical characteristics: Most broad-leaved plants in gaps increased palisade parenchyma thickness (PT), the palisade parenchyma cell layers and the ratio of palisade to spongy parenchyma (PT/ST). So did as almost about half species in this study in stomatal density (SD). No significant differences in thickness of leaf epidermal cells (UET, LET), stomatal length (SL) and spongy parenchyma (ST) between two environments of most species were observed. The results suggested that species with light-requirement approximately had convergent evolution on adaptation to light condition. The leaf photosynthetic characteristics: The dark respiration rate (Rd) of most plants species, the light compensation point (LCP) of light-demanding plants species in gaps were significantly increased than under close canopy in this study. In a same habitat, most deep-shade-tolerant plants had lower Rd and LCP than those light-demanding plants and slight-shade-tolerant plants. Each species has bigger inherent electron transport rate under close canopy than in gaps, and the greatest photoinhibition happened during 12 to 14 in the daytime. Most species could adapt different light environment by the way of changing their photosynthetic pigments content or the ratio of pigments content. For example, some plants under close canopy increased chlorophyll (Chl) or reduced the values of the ratio Chla/b to adapted the low light condition, some plants in gaps increased carotenoid (Car) or reduced the weight ratio CarChl to avoid been hurt in high light. For most plants, changing the content of C and N in leaf wasn’t a strategy of light acclimation. In conclusion, the variation of some leaf photosynthetic parameters in different light environment such as Fv/Fm, pigments, C and N in leaf related with the light-requirmnet of species, but the others such as Amax, Rd, LCP did not. The leaf plasticity indexes: Among those leaf plasticity indexes, the leaf morphological and biomass-distributed parameters on cellular and organic level were greater than on whole plant level for same species, and the photosynthetic parenchyma parameters were greater than non-photosynthetic parenchyma parameters in same leaf, and photosynthetic capability parameters were greater than photosynthetic pigments content parameters for same species. The average plasticity indexes of leaf morphological and biomass-distributed and anatomical parameters were accordant with plants’ light-requirement approximately: those light-demanding plants and slight-shade-tolerant plants had bigger plasticity indexes than deep-shade-tolerant plants. But this regular wasn’t observed in physiological plasticity indexes for most plants, though the average leaf plasticity indexes of leaf morphological and biomass-distributed, photosynthetic characteristics parameters was greater than the anatomical characteristics parameters. The distribution patterns characteristics: Oppositely to the deep-shade-tolerant specie Acer laxiflorum Pax., the density of light-demanding species Picea asperata Mast. and Vicia unijuga A. Br. in gaps was bigger than under close canopy. Each of the other species has the approximately density in two different environment. The spatial patterns of seven species were aggregated distribution in two environments, but the trend of aggregation of population under close canopy was decrease from in gaps. A few species such as Viburnum betulifoium Batal., Berberis dasystachya Maxim., Ribes glaciale Wall. and Berchemia flavescens Brongn. were aggregated distribution in gaps while random distribution under close canopy. It was shown that the difference between two light environments could affect the distribution pattern of plant population, and the effect didn’t relate with the light-requirement or plasticity indexes of species.

青杨(Populus cathayana Rehd.)雌雄植株对干旱胁迫的生理生态响应差异

随着全球气候变暖和温室效应加剧，干旱和荒漠化成为威胁人类生存和发展的主要 灾害，许多被子植物对干旱胁迫的生理、生态和生化响应已逐步得以报道，但很少有开 展干旱胁迫对雌雄异株植物的影响方面的研究。由于这类植物在长期进化过程中已经在 生长、性比、生殖格局、空间分布、资源配置和生物量分配等方面形成了明显的性别差 异，因此，干旱胁迫必将对其雌雄植株产生不同的生理生态影响。本研究以青杨为模式 植物，采用植物生态、生理及生物化学等研究方法，系统研究青杨雌雄植株在常温、增 温以及喷施外源脱落酸的条件下对干旱胁迫的响应，揭示其在生长形态、生物量分配、 光合作用、用水效率和生理生化等方面的性别间差异。主要研究结果如下： 1. 青杨雌雄植株对干旱胁迫的综合响应。 与较好水分条件相比，干旱胁迫显著降低了青杨雌雄植株的光合作用和生长发育， 影响了许多生理生化过程，并导致雌雄植株在生长发育、气体交换、用水效率、膜脂抗 氧化和抗氧化系统酶活性方面表现出显著的性别间差异。在较好水分条件下，雌雄植株 之间在株高、基径、生物量、净光合速率、蒸腾速率、用水效率以及丙二醛、脱落酸和 游离脯氨酸等生化物质含量方面均无显著差异。但在干旱胁迫下，雄株在生长发育、气 体交换、水分利用效率、膜脂过氧化保护和抗氧化系统酶活性方面均显著高于雌株，表 现出比雌株更高的株高、基径、叶面积、总叶片数、总生物量、总色素含量、类胡萝卜 素含量、净光合速率、蒸腾速率、羧化效率、光系统II最大光化学效率、内在水分利用 效率、碳同位素组分、过氧化氢酶和过氧化物酶活性等，而在CO2补偿点、比叶面积、 叶绿素a/b、丙二醛、脱落酸和超氧化物歧化酶活性等指标上显著低于雌株。与雌株相比， 雄株表现出更高的干旱胁迫适应能力，而雌株的生长发育和生理生化过程更易遭受干旱 胁迫的影响。 2. 干旱胁迫下的青杨雌雄植株对增温处理的综合响应 与环境温度相比，增温在干旱胁迫前后均显著促进了雌雄植株的生长发育、气体交 换，降低水分利用效率，影响生化物质含量，并促使青杨雌雄植株之间在干旱胁迫下表 现出显著的差异。在较好水分条件下，增温导致雌株的株高、基径、叶面积、总叶片数、 总生物量和超氧化物歧化酶活性显著高于雄株，而用水效率、丙二醛、脱落酸和游离脯 氨酸、抗坏血酸过氧化物酶和过氧化物酶活性低于雄株。在干旱胁迫下，增温将导致雄 株的株高、基径、叶面积、总生物量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、总色素含量、 相对含水量、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶活性等显著高于雌株，而光系统II 最大 光化学效率、内在水分利用效率、碳同位素组分、丙二醛、脱落酸、游离脯氨酸和超氧 化物歧化酶活性显著低于雌株。与雄株相比，水分较好条件下的增温有利于促进雌株的 生长发育，并在生理生态特征上优于雄株。而干旱胁迫下的增温则加剧了水分胁迫强度， 致使雌株的生长发育遭受比雄株更多的负面影响。 3. 干旱胁迫下的青杨雌雄植株对喷施外源脱落酸处理的综合响应 与对照相比，在干旱胁迫下喷施外源脱落酸可显著增加青杨雌雄植株的生长发育、 气体交换、降低水分利用效率，影响了生化物质含量，并导致青杨雌雄植株之间在干旱 胁迫下表现出显著的生理生态差异。在干旱胁迫下，喷施外源脱落酸致使雌株的株高、 叶面积、叶干重、细根干重、总生物量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、光系统II 最大光化学效率、非光化学淬灭系数、相对含水量、总光合色素、类胡萝卜素、脱落酸、 超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性的增加量显著高于雄株，而根重比、根冠比、细根/ 总根、比叶面积、内在水分利用效率、碳同位素组分、丙二醛、脯氨酸、过氧化氢酶和 抗坏血酸过氧化物酶活性等指标的减少量上显著低于雄株。与对照相比，干旱胁迫下的 喷施外源脱落酸则一定程度能减缓植株遭受胁迫的压力，促进植株生长和气体交换，减 少了植株体内的过剩自由基数量，并促使雌株的生长发育和光合能力显著提高，增强其 抗干旱胁迫能力。 With development of global warming and greenhouse effect, drought and desertification have been became main natural disasteres in resent years. Studies on ecophysiological responses of most angiosperm species to environmental stress have been reported, but little is known about dioecious plant responses to drought stress. Since significant differences on growth, survival, reproductive patterns, spatial distribution, as well as resource allocation between males and females of dioecious plant have been formed during evolutionary process, sexual different ecophysiological responses should be caused by drought stress. In this experiment, Populus cathayana Rehd. was used as model plant to study the sex-related responses to drought by using the ecological, physiological and biochemical methods under normal atmospheric temperature, elevated temperatures and exogenous abscisic acid (ABA) application treatment respectively, and to expose the sexual differences in growth, biomass allocation, photosynthesis, water use efficiency and some biochemical material contents in the males and females of dioecious plant. The results are follows: 1. A large set of parallel responses of males and females of P. cathayana to drought stress Compared with well-watered treatment, drought significantly decreased growth and photosynthesis of P. cathayana individuals, affected some physiological and biochemical processes, and induced males and females to exhibit obvious sexual differences in growth, gas exchange, water use efficiency, lipid peroxidation protection and antioxidant defenses enzyme system. Under well-watered treatment, there were no significant sexual differences in height growth (HG), basal diameter (BD), dry matter accumulation (DMA), net photosynthesis rate (A), transpiration (E), water use efficiency (WUE), and malondialdehyde (MDA), abscisic acid (ABA) and praline (Pro). However, under drought stress, males were found to exhibit higher HG, BD, leaf area (LA), total leaf number (TLA), DMA, total chlorophyll contents (TC), carotenoids content (Caro), A, E, carboxylation efficiency (CE), the maximum efficiency of PSII (Fv/Fm), intrinsic water use efficiency (WUE ), carbon isotope composition (δ13C), catalase (CAT), peroxidase (POD) and lower CO2 compensation point (Γ), specific leaf area (SLA), chlorophyll a/b ratio (Chla/Chlb), MDA, ABA and superoxide dismutase (SOD) than females. The results suggest that males possess greater drought resistance than do females and females suffer more negative effect on growth and development, physiological and biochemical processes than males under drought stress. 2. A large set of parallel responses of drought-stressed males and females of P. cathayana to elevated temperatures Compared with environmental temperature, elevated temperature treatment significant increased growth and gas exchange, decreased water use efficiency, changed some biochemical material contents of P. cathayana individuals, and induced males and females to exhibit obvious differences under drought stress. Under good water condition, elevated temperature treatment caused females to show significant higher HG, BD, LA, TLN, DMA, SOD activity, and great lower WUE, MDA, ABA, Pro, ascorbate peroxidase (APX) and POD than do males. On contrary, under drought condition, elevated temperature treatment induced males to exhibit higher HG, BD, LA, DMA, A, E, stomatal conductance (gs), relative water content (RWC), CAT, APX activity but lower Fv/Fm, WUE, δ13C, MDA, ABA, Pro, SOD activity than do females. The results suggest that females will benefit from elevating temperature under good water condition by possessing better ecophysiological processes than that of males, but will suffer from greater negative effects than do males when grown under drought stress with elevated temperature treatment. 3. A large set of parallel responses of drought-stressed males and females of P. cathayana to exogenous ABA application Compared with controls, exogenous ABA application under drought greatly increased growth and gas exchange, decreased water use efficiency, changed some biochemical material contents in P. cathayana individuals, and induced males and females to exhibit obvious sexual differences under drought. Under drought stress, exogenous ABA application induced females to exhibit more increases in HG, LA, leaf weight (LW), fine root weight (FRW), DMA, A, E, g, Fv/Fm, non-photochemical quenching coefficient (qN), RWC, TC, Caro, ABA, SOD, POD s activity than males, but to show lower decreases in root/weight ratio (RWR), root mass/foliage area ratio (RF), fine root/total root ratio (FT), SLA, WUE, δ13C, MDA, Pro, CAT, APX than males. The results suggest that exogenous ABA application under drought stress will eliminate negative damages caused by drought stress at a certain extent，promote the growth and gas exchange of plant and decrease the number of superfluous 1O2 in plant cells of males and females of P. cathayana. Furthermore, exogenous ABA application promoted more drought resistance in females than in males by increasing more growth and photosynthetic capacity in females under drought stress.

CO_2浓度升高对两种沈阳城市森林树种光合特性的影响

利用开顶式气室,研究了CO2浓度升高条件下城市森林主要树种油松(Pinus tabulaefomis)和银杏(Ginkgo biloba)主要光合特性的变化。结果表明,整个生长季,CO2浓度升高(700μmol.mol-1)条件下2树种叶片的净光合速率、可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白含量均接近或高于相应对照(自然CO2浓度)值,但不同树种增加的幅度不同;而2树种的叶绿素含量和Chla/Chlb值对CO2浓度升高反应不一,表现为CO2浓度升高条件下油松的叶绿素含量较对照值高,Chla/Chlb值降低,银杏的叶绿素含量为前期升高,后期降低,Chla/Chlb值变化与之正好相反,说明城市森林组成树种对CO2浓度升高的响应具有复杂性。CO2浓度升高条件下,两树种均未发生光合适应现象。

O_3浓度升高对油松光合作用的影响

采用开顶箱(OTC)设施试验方法,研究分析了O3浓度升高处理对沈阳市主要绿化树种油松光合生理特性的影响。结果表明,与对照相比,高浓度O3处理下油松叶片净光合速率随着处理时间的延长显著降低(P<0.01);类胡萝卜素含量变化复杂,处理初期显著降低(P<0.05),随后迅速升高,随着处理时间延长与对照无显著差异。chla与chl(a+b)含量变化相似,表现为先升高后降低的趋势,而chlb含量则显著低于对照(P<0.05);可溶性糖含量无显著变化,淀粉积累在处理初期受到明显的抑制作用,随着处理时间的延长无显著变化;可溶性蛋白含量均低于对照,并随着处理时间的延长下降幅度增大。叶片中MDA含量显著增加,并且随着处理时间的延长差异变大;类胡萝卜素含量的变化与MDA含量的显著增加引起了光合作用的下降,导致了可溶性蛋白和淀粉含量的下降。