Cultivation of the brown alga Hizikia fusiformis (Harvey) Okamura: stress resistance of artificially raised young seedlings revealed by chlorophyll fluorescence measurement

Commercial farming of the intertidal brown alga Hizikia fusiformis (Harvey) Okamura in China and South Korea in the sea depends on three sources of seedlings: holdfast-derived regenerated seedlings, young plants from wild population and zygote-derived seedlings. Like many successfully farmed seaweed species, the sustainable development of Hizikia farming will rely on a stable supply of artificial seedlings via sexual reproduction under controlled conditions. However, the high rate of detachment of seedlings after transfer to open sea is one of the main obstacles, and has limited large-scale application of zygote-derived seedlings. To seek the optimal condition for growing seedlings on substratum in land-based tanks for avoidance of detachment in this investigation, young seedlings were grown in both outdoor tanks exposed directly to sunlight and in indoor raceway tanks in reduced, filtered sunlight. Results showed that young seedlings, immediately after fertilization, could withstand a daily fluctuation of direct solar irradiance up to a level of 1800 mu mol photons m(-1)s(-1), and maintained a faster growth rate than seedlings grown in indoor tanks. Detailed experiments by use of chlorophyll fluorescence measurements further demonstrated that the overnight (12 h) recovery of optimal fluorescence quantum yield (F-v/F-m) of seedlings after 1 h treatment at 40 degrees C was 98%, and the 48 h recovery of F-v/F-m of seedlings after 1 h exposure to 1800 mu mol m(-2)s(-1) was 92%. Forty-one-day-old seedlings showed no significant decrease of optimal fluorescence quantum yield at salinity ranging from 30 to 5 ppt for a treatment up to 17 h. Six-hour desiccation treatment did not have any influence on the optimal fluorescence quantum yield. Exposure to 18 mmol L-1 sodium hypochlorite for 10 min did not damage the PSII efficiency, and thus could be used to remove epiphytic algae. The strong tolerance of young seedlings to high temperature, high irradiance, low salinity and desiccation found in this investigation supports the view that mass production of Hizikia seedlings should be performed in ambient light and temperature instead of in shaded greenhouse tanks.

Temperature and light tolerance of representative brown, green and red algae in tumble culture revealed by chlorophyll fluorescence measurements

Laminaria japonica, Undaria pinnatifida, Ulva lactuca, Grateloupia turuturu and Palmaria palmata are Suitable species that fit the requirements of a seaweed-animal integrated aquaculture system in terms of their viable biomass, rapid growth and promising nutrient uptake rates. fit this investigation, the responses of the optimal chlorophyll fluorescence yield of the five algal species in tumble Culture were assessed at a temperature range of 10 similar to 30 degrees C. The results revealed that Ulva lactuca was the most resistant species to high temperature, withstanding 30 degrees C for 4 h without apparent decline in the optimal chlorophyll fluorescence yield. While the arctic alga Palmaria palmata was the most vulnerable one, showing significant decline in the optimal chlorophyll fluorescence yield at 25 degrees C for 2 h. The cold-water species Laminaria japonica, however, demonstrated strong ability to cope with higher temperature (24 similar to 26 degrees C) for shorter time (within 24 h) without significant decline in the optimal chlorophyll fluorescence yield. Grateloupia turuturu showed a general decrease in the optimal chlorophyll fluorescence yield with the rising temperature from 23 to 30 degrees C, similar to the temperate kelp Undaria pinnatifida. Changes of chlorophyll fluorescence yields of these algae were characterized differently indicating the existence of species-unique strategy to cope with high light. Measurements of the optimal chlorophyll fluorescence yield after short exposure to direct solar irradiance revealed how long these exposures could be without significant photoinhibition or with promising recovery in photosynthetic activities. Seasonal pattern of alternation of algal species in tank culture in the Northern Hemisphere at the latitude of 36 degrees N was proposed according to these basic measurements.

Temperature tolerance of young sporophytes from two populations of Laminaria japonica revealed by chlorophyll fluorescence measurements and short-term growth and survival performances in tank culture

The cold-water subtidal brown alga Laminaria japonica has been commercially fanned in the Far East and has been on top of all marine-fanned species in terms of farming area and annual output worldwide. The successful trials of transplantation of young sporophytes from the north to the south in winter along the Chinese coast in the 1950s led to the spreading of cultivation activities down to a latitude of 25-26 degrees N. Up to today, nearly 50% of the annual output of this farmed alga, as a cold-water species, comes from the sub-tropical south in China. The demand to have high-temperature-tolerant strains/ecotypes in farming area calls for a practical method to judge and select the desired parental plants for breeding programs and for seedling production. In this paper, we report our results on using chlorophyll fluorescence measurement and short-term growth performance in tank culture to estimate the temperature tolerance of offspring from two populations, Fujian Farmed Population (FFP) sampled from Fujian province (latitude: 25-26 degrees N) in subtropical area and Qingdao Wild Population (QWP) sampled from Qingdao (latitude: 36 degrees N). Contrary to what has been usually thought, the results revealed that offspring from Qingdao wild population in the north showed better performance both in short-term growth and survival rates and in optimal quantum efficiency (F-v/F-m) when exposed to higher temperature (20-25 degrees C). This result was further confirmed by fluorescence quenching analysis. QWP distributed along the southern distribution limit at a latitude of 36 degrees N in the Pacific west coast is thus taken as a more ideal one than the fanned population in subtropical region as a source of parental plants for breeding high-temperature-tolerant varieties. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Response of chlorophyll fluorescence to dynamic light in three alpine species differing in plant architecture

A study was carried out to examine the effect of dynamic photosynthetically active photon flux density (PPFD) on photoinhibition and energy use in three herbaceous species, prostrate Saussurea superba, erect-leaved S. katochaete, and half-erect-leaved Gentiana straminea, from the Qinghai-Tibet Plateau. Chlorophyll fluorescence response was measured under each of three sets of high-low PPFD combinations: 1700-0, 1400-300, and 1200-500 mu mol m(-2) s(-1), illuminating in four dynamic frequencies: 1, 5, 15, and 60 cycles per 2 h. The total light exposure time was 2h and the integrated PPFD was the same in all treatments. The highest frequency of PPFD fluctuation resulted in the lowest photochemical activity, the highest level of non-photochemical quenching, and the greatest decrease of F-v/F-m (maximal photochemical efficiency of PSII). The 5 and 15 cycles per 2h treatments resulted in higher photochemical activity than the 1 cycle per 2h treatment. The 1700-0 PPFD combination led to the lowest photochemical activity and more serious photoinhibition in all species. S. superba usually exhibited the highest photochemical activity and CO2 uptake rate, the lowest reduction of F-v/F-m,F- and the smallest fraction of energy in thermal dissipation. With similar fractions of thermal dissipation, S. katochaete had relatively less photoinhibition than G. straminea owing to effective F-o quenching. The results suggest that high frequency of fluctuating PPFD generally results in photoinhibition, which is more serious under periods of irradiation with high light intensity. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Three phases of dark-recovery course from photoinhibition resolved by the chlorophyll fluorescence analysis in soybean leaves under field conditions

The chlorophyll fluorescence in soybean leaves was observed by a portable fluorometer CF-1000 under field conditions. On clear days, F-0 increased while F, and F-v/F-m decreased gradually in the morning. At midday F-O reached its maximum while F-v and F-v/F-m reached their minimum. The reverse changes occurred in the afternoon. At dusk these parameters could return to levels near those at dawn. Following exposure to a strong sunlight for more than 3 h, the dark-recovery process displayed three phases: (1) slow increases in F-0, F-v and F-v/F-m within the first hour; (2) a faster decrease in F-0 and faster increases in F-v and F-v/F-m within subsequent two hours; (3) a slow decrease in F-0 and slow increases in F-v and F-v/F-m within the fourth hour. In comparison with darkness, weak irradiance had no stimulating effect on the recovery from photoinhibition. Hence the photoinhibition in soybean leaves is mainly the reflection of reversible inactivation of some photosystem 2 reaction centres, but not the result of D1 protein loss.

Three-stage transformation of chlorophyll transient fluorescence pattern under sustained dehydration and the discovery of critical water content in seaweeds

The chlorophyll fluorescence kinetics of marine red alga Grateloupia turutunt Yamada, green alga Ulva pertusa Kjellm and brown alga Laminaria japonica Aresch during natural sustained dehydration were monitored and investigated. The pulse amplified modulation (PAM) system was used to analyze the distinct fluorescence parameters during thallus dehydration. Results proved that the fluorescence kinetics of different seaweed all showed three patterns of transformation with sustained water loss. These were: 1) peak kinetic pattern (at the early stage of dehydration fluorescence enhanced and quenched subsequently, representing a normal physiological state). 2) plateau kinetic pattern (with sustained water loss fluorescence enhanced continuously but quenching became slower, finally reaching its maximum). 3) Platform kinetic pattern (fluorescence fell and the shape of kinetic curve was similar to plateau kinetic pattern). A critical water content (CWC) could be found and defined as the percentage of water content just prior to the fluorescence drop and to be a significant physiological index for evaluation of plant drought tolerance. Once thallus water content became lower than this value the normal peak pattern can not be recovered even through rehydration, indicating an irreversible damage to the thylakoid membrane. The CWC value corresponding to different marine species were varied and negatively correlated with their desiccation tolerance, for example. Laminaria japonica had the highest CWC value (around 90%) and the lowest dehydration tolerance of the three. In addition, a fluorescence "burst" was found only in red algae during rehydration. The different fluorescence parameters F-o, F-v and F-v, F-m were measured and compared during water loss. Both F-o and F-v increased in the first stage of dehydration but F-v/F-m. kept almost constant. So the immediate response of in vivo chlorophyll fluorescence to dehydration was an enhancement. Later with sustained dehydration F-o increased continuously while F-v decreased and tended to become smaller and smaller. The major changes in fluorescence (including fluorescence drop during dehydration and the burst during rehydration) were all attributed to the change in F-o instead of F-v This significance of F-o indicates that it is necessary to do more research on F-o as well as on its relationship with the state of thylakoid membrane.

根瘤菌、铵态氮、光照强度对大豆固氮和光合作用影响的研究

生物固氮和植物光合作用作为全球生态系统的两个基本生物学过程, 在碳氮循环、自然生态系统的维持和演替，以及农业生产中起了重要作用。尽管过去关于共生固氮与光合作用的研究取得了巨大成就，但是，很少将两者直接联系起来。本研究通过比较低光效和高光效大豆接种高效固氮根瘤菌后固氮与光合作用的差异，比较接种根瘤菌和施用铵态氮肥对大豆光合生理的影响或光照强度对大豆光合固氮的影响，以及C4基因转化C3 豆科植物—苜蓿的研究，试图将两者偶联起来。研究获得以下结果： 1．用nifA和dct工程根瘤菌接种低光效和高光效大豆后，与出发菌株比，均提高了大豆的固氮和光合作用。两者相比，nifA工程菌对低光效大豆黑农37号发挥了比较好的作用，大豆的光合作用参数，固氮活性和植物株高、株重等产量参数比dct工程菌好;dct工程菌接种高光效大豆黑农40号后，尽管固氮酶活性与nifA工程菌相比没有明显差异，但是大豆光合作用和产量参数有了比较明显的提高。 2．光照培养条件下，对大豆进行了接种根瘤菌（108细菌/ mL）、低氮（5 mmol/L (NH4)2SO4）和高氮（30 mmol/L (NH4)2SO4）处理。测定的大豆生长状况和光合作用系列参数结果表明：低氮处理的最好，接种根瘤菌的次之，高氮处理的最差。由此说明单纯接种根瘤菌满足不了大豆发育过程中的氮营养要求，其光合作用和生长受到不利影响。但是，高氮处理也并没有提高大豆的光合作用，其生长发育甚至受到抑制。该结果为生产实践中合理施肥提供了光合生理方面的参考。 3．接根瘤菌和不接根瘤菌的大豆在正常光强（150μmol photons m-2s-1）下生长三周后进行遮光（15μmol photons m-2s-1，7天）和复光（正常光强，7天）处理，大豆的光合作用有下降和回复。测定的一系列光合参数、叶绿素荧光参数，以及植物的生长生理参数结果表明：接根瘤菌大豆与不接根瘤菌的大豆对遮光的响应有不同。正常光照下，接种根瘤菌能促进大豆生长与光合作用;遮光处理后，根瘤菌对大豆的促进作用不显著。 4．获得了不同苜蓿品种的愈伤组织及其诱导的再生植株。并作了用小米、甘蔗的PEPC基因转化苜蓿的研究。由于在实验过程中，考虑转基因植物的安全性，着重于用甘露糖筛选转化体系的研究工作，忽略了用抗生素筛选转化体。用PCR法从苜蓿中扩增出甘露糖异构酶基因（pmi），表明苜蓿体内含有自己的甘露糖异构酶基因，使得甘露糖筛选没有成功。

毛乌素沙地优势植物对全球气候变化的响应研究

毛乌素沙地是中国半干旱地区典型沙地，这里的干旱生态系统对全球的水热配合格局的变化具有很灵敏的响应。随着未来全球气候变化，如温度和降水量变化，将给这里的陆地生态系统分布格局和生产力以及水分平衡带来巨大影响。故本文人工控制157. 5mm、315. Omm、472. 5mm和630. Omm4种施水量水平以及25/20℃和28/23℃（白天／晚上）两种温度，来研究与模拟毛乌素沙地优势植物对水分和温度变化的响应。 以沙柳、杨柴和油蒿幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨它们的水分平衡对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，随着施水量的增加，沙地贮水量及其它的变化量、湿度、蒸发量和蒸腾量均逐渐增大。并且157. 5mm和315. Omm施水量的植物沙地出现水分亏缺现象。相同施水量下，沙地蓄水量和湿度均杨柴沙地>沙柳沙地>油蒿沙地，而植物蒸腾量却油蒿>沙柳>杨柴。 以沙柳和油蒿幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨植物气体交换过程对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，施水量的增加显著提高了两种植物的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和光能利用效率，并且显著降低了叶片温度。同时，157. 5mm施水量造成沙柳和油蒿的净光合速率和蒸腾速率具有显著的“午睡”现象，而充足施水却有效的解除或缓解这种“午睡”现象。 以沙柳、杨柴、油蒿和柠条幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨植物叶绿素荧光对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，不同施水量对这4种植物的初始荧光、最大荧光、可变荧光和PSII光化学效率均具有显著影响。157. 5mm施水量的沙柳、杨柴、油蒿和柠条以及630. Omm施水量的柠条出现明显的光抑制现象。 以沙柳、杨柴、油蒿和柠条幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨植物生长对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，施水量的增加对沙柳、油蒿和杨柴枝叶形态和生物量等都具有显著正效应。而157. 5mm和630. Omrn的施水量对柠条生长具有负作用。另外，沙柳、杨柴和油蒿根冠生物量比随着施水量增加均逐渐减小，而不同施水量的油蒿根冠生物量比之间差异不显著。 以柠条、杨柴和油蒿幼苗为研究对象，人工控制两种温度水平来探讨植物形态、生物量和气候交换特征对增温的响应。结果表明，增温显著提高了柠条和杨柴株高、叶数、叶面积、生物量、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度，却显著降低了水分利用效率。增温对油蒿叶数、叶大小、叶面积、生物量、蒸腾速率和气孔导度没有显著影响，却显著提高了油蒿的树高和净光合速率。柠条、杨柴和油蒿之间的种间生长和生理特征均有显著差异。

Ⅰ濒危植物银杉幼树对生长光强的适应研究、Ⅱ滴灌棉田根区水分对棉花根系生长的调节研究

一． 濒危植物银杉幼树对生长光强的适应研究 银杉（Cathaya argyrophylla）是我国松科中的特有单种属植物，被认为处于濒危状态。在对银杉群落多年调查研究的基础上，针对银杉幼树生长过程对光强的需求特性，开展了银杉幼树对光的适应性研究。试验在人工培育的银杉苗圃地，采用遮荫的方法，设置不同的光环境处理（100%、45%和3%自然光强），利用气体交换技术和叶绿素荧光技术测定了3种光强下银杉叶片光合生理指标的变化，探讨了不同光环境下银杉幼树光合能力在不同季节的变化及对生长光强的响应等。结果表明，在夏季银杉生长旺盛时期，遮荫导致叶片最大光合速率（Pnmax）、羧化效率(CE)明显下降。不同叶龄叶片的下降幅度不同，在3%低光环境下，当年生叶片较1年生叶片降低幅度大。银杉幼树光补偿点(LCP)和光饱和点(L．SP)随生长光强的下降均有所降低，但低光强（3%自然光强）条件下，全晴天时实际的光辐射量高于当年生叶片光补偿点的累积时间约6h，而且距离光饱和的区域相差极大，造成全天碳同化量低，同化物累积少，严重影响了银杉幼树的正常生长：在不同处理中全光强条件下银杉幼树长势最好，45%光强条件下幼树生长减慢。冬季银杉最大光合速率（Pnmax）、羧化效率(CE)值均低于夏季，光补偿点(LCP)和光饱和点(L．SP)也较夏季降低。全光照条件下无论是当年生叶片和1年生叶片，在冬季均出现了轻微光抑制现象，适度遮荫有利于银杉抵御冬季光抑制。无论在遮荫或不遮荫条件下，冬季银杉叶片将所吸收的相对过多光能通过非辐射途经耗散出去，表现出一种光保护策略。 二．滴灌棉田根区水分对棉花根系生长的调节研究 为了探讨膜下滴灌棉花根区土壤水分对棉花根系生长的影响及地上部的关系，揭示膜下滴灌棉花节水高产的生理机理，本试验通过设置不同滴水量处理，控制根区水分供应，研究膜下滴灌棉花根区水分变化对根系生长的调节效应。结果表明，限量滴灌条件下0-40cm土层内相对田间持水率在每次滴水前下降到50%以下，难以满足棉花正常生长对水分的要求;常规滴灌在每次滴水前，根区水分保持在临界水平下限以上，可基本满足棉花根系正常生长的需要，而充分滴灌量处理根区水分偏多。水分对根系生物量的影响表现为，充分滴灌与常规滴灌处理根系生物量差异不显著，两者均显著高于限量滴灌处理。随滴水量的增加，土层中根系分布集中，土壤浅层根量所占比重增加;根系在水平方向上以棉株为中心10cm区域内根量约占总根量的80%以上。根区水分对棉株生理特性也具有一定的调节作用，常规滴灌量的根系活力在生育后期高于充分滴灌量和限量滴灌处理，且深层根系活力所占比例较高。根区水分能够调节棉花根系与地上部生长比例，限量滴灌条件下棉花受到严重的干旱胁迫，虽然根冠比升高，但根系及地上部生物量均明显降低;充分滴灌量条件下单位面积根系总量、总生物学产量在各生育时期均高于常规滴灌量和限量滴灌处理，有较高铃数，但营养器官生物量占总生物量的比例较常规滴灌量处理高，最终实收棉花产量较常规滴灌量处理的低;常规滴灌在各生育时期根冠比适宜，单位重量根系的生产力较高，棉花经济产量高和水分利用效率均较高，增产潜力大。

华山松（Pinus armandi）地理变异的生态生理学研究

华山松(Pinus armandi)是我国西部高海拔温凉山区的主要树种，自然分布大约在北纬23° 30'-36°30'，东经88°50'-113°30'之间，横跨13个省（区）包括两个季风区，六个气候带。由于水平空间区域广阔，分布区中间地带又为川藏高原的高山峡谷区，群体疏散，基因的迁移和交流困难，致使南北群体出现深刻的遗传分化，并在形态上、生理上充分表达出来。研究结果表明: 1)华山松树高生长出现明显的地理渐变模式，在同一适宜的立地条件下，15年生的南方群体的树高会超出北方种源的2-3倍。针叶长度也同样具有明显的南北差异，南方群体较长。 2)地理因子相关分析表明纬度因子是主导因子，根据种源的地理坐标，利用中科院植物所植被数量生态学开放室有关数据库和生态信息系统(EIS)进行有关气候数据统计分析表明大多数环境气候因子主要是由纬度决定的。在环境因子当中，年平均温度和极端最低气温，在华山松地理变异过程中起主要作用。利用聚类分析方法，可把华山松大致分为南北两个地理型，正好与气候因子聚类而成的两个环境类型相对应，反映着两个自然地理区的自然生态因子的综合区别。 3)利用已有的幼林生长数据和我们在华山松进入杆材期(15年生)的树高调查结果，作相关分析，发现二者相关关系显著。因此，利用早期树高作生长预测在林木选育上是可行的。 4)根据六个种源测定结果，发现南方温暖湿润气候条件下华山松种子较大，种壳较薄，而北方种源种子相对较小，种皮要厚一些。 5)虽然种群之间中性盐及碱性溶液提取的种子蛋白含量差异明显，但没有地理变异趋势。分析多肽组成，中性盐溶种子蛋白也没有地理特征。但碱性溶液提取的种子蛋白多肽组成却有明显地域性。其中36KD多肽仅出现在北方种群中，南方种群则没发现有同样多肽。 6)西藏种源表现出了一种独特的生物学特性，其种子较大有南方种源特征，但种皮厚又带有北方种源的特点，除此之外，它的碱性溶液提取的种子蛋白中含有36KD多肽，因此它可能是南北两个类群中的中间类型。 7)用活体针叶作测材料时，没能检测出光谱特性的地理变异。但改用分离的叶绿体作试验材料，发现南方种群的光能吸收4阶导数光谱在680nm处的峰值较大，670nm峰值较小，而北方种群中出现了670nm峰值较大的类群，推测北方种群反应中心活力有下降趋势。另外，低温荧光发射光谱及低温荧光激发光谱也有明显的地域分化，表明体内色素状态有一定的地理变异。 8)时绿素a荧光诱导动力学测定表明，南方种群可变荧光(Fv/Fo)与光能转换效率(Fv/Fm)较高，北方种群则相对要小一些，与四阶导数吸收光谱测定结果吻合．利用饱和脉冲重复激发技术，发现光化学荧光淬灭(Qp)和非光化学荧光淬灭(Qn)在北方种群中较大，南方种群较小，其中，Qn变化非常明显，而Qp变化较小． 综合研究结果，除树高生长．针叶和种子形态外，36KD碱溶性种子蛋白多肽680nm处4阶导数吸收光谱峰值大小，可变荧光强度(Fv/Fo)光能转换效率(Fv/Fm)以及非化学荧光淬灭系数都带有明显的地理特征，与华山松生长和适应能力紧密相关，可作为生理指标应用于生态地理型的区分或华山松的早期选择。

外源ABA对玉米幼苗光抑制的调节

玉米幼苗经外源脱落酸(ABA)处理后，其生长与光合作用，如株高、干物质积累、净光合速率(Pn)、光合作用的量子效率(фC02)和羧化效率(CE)，以及光系统II (PSII)实际光化学效率(фPSII)等受到抑制，且该抑制程度与处理ABA的浓度呈相关性。PSII最大光化学活性(Fv/Fm)变化表明，以10和25μmol L-I ABA处理玉米幼苗7天，可明显提高其抗光抑制能力，而50μmol L-1ABA处理的玉米幼苗在相同条件下的抗光抑制能力下降。进一步以25μmol L-lABA处理玉米幼苗来研究，结果表明ABA处理可减缓强光下玉米叶片Pn、CE、фPS II和叶片吸收光能光化学猝灭(qP)的下降，同时增强叶片吸收光能的非光化学猝灭(NPQ)。另外，叶绿素荧光非光化学猝灭的中间组分(qm)增强，光抑制后Fv/Fm的恢复能力提高，这表明ABA处理高提高了强光下玉米幼苗的光系统状态转换能力和Psn循环修复作用。除此之外，ABA处理后玉米幼苗的叶黄素循环类色素，如紫黄质(V)、环氧玉米黄质(A)和玉米黄质(Z)的含量增加，叶黄素循环库(V+A+Z)增大，说明依赖于叶黄素循环的热耗散在ABA处理玉米幼苗中得到加强。另外，ABA处理幼苗在强光下保持较高фPsII／Pn活性，以及叶片抗氧化酶活性提高，如超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)，抗氧化物含量增加，如抗坏血酸(AsA)、脱氢抗坏血酸(DHAsA)、还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSH)，这说明ABA诱导Mehler-peroxidase反应的增强在提高玉米幼苗抗光抑制能力中也发挥重要作用。 玉米叶片光系统I和光系统II在相同强度(300μmolm-2 S-l)的红光（655nm）和远红光（700-770 nm）共同照射下，光系统I(PSI)和光系统II(PSII)吸收光能基本平衡，叶片光合作用处于状态1，此时Psn保持较高的光适应下最大荧光( Fml)。关闭远红光，使叶片只处在红光照射下，则会引起光下PSII最大荧光( Frri2)的降低。关闭远红光约20nun后，光下下降的Psn最大荧光基本达到稳定，叶片光合作用处于状态2。这种在状态l向状态2的转换过程中所发生的PSII最大荧光下降不受DTT（叶黄素循环抑制剂）的影响，且整个过程中PsII最大光化学效率( Fv/Fm)保持不变，而光下PSII初始荧光(F0')在前20min内迅速降低。另外，在PSII吸收的红光照射下，玉米叶片吸收光向PSII分配的量(B)不断减少，与此同时，吸收光能向PSI分配的量(a)不断增多。ABA预处理玉米幼苗7天，可进一步加强红光下PSII最大荧光(Fm2)的降低，使荧光参数Fm1/Fm2—1增大，而使β／α-1降低。另外，ABA处理较对照幼苗在红光下呈现更高的荧光非光化学猝灭中间组分(qm)。在引入叶绿体蛋白激酶抑制剂NEM的情况下，ABA处理与对照玉米叶片在红光下所表现的qm差异则消失。从状态1向状态2的转换过程中，ABA处理引起玉米叶片77K低温荧光F684/F732的下降幅度显著加大。以上结果说明ABA处理可提高玉米幼苗光合作用的状态转换能力。 用的25μmol L-l ABA对玉米幼苗进行长时间（根系浇灌7天，LT）和短时间（实验前一天晚上叶面喷施1次，ST）处理，研究叶片C02同化、PsII化学活性，以及叶黄素循环的变化。结果表明在非光抑制状态下，LT与ST对玉米叶片光化学活性( Fv/Fm)及叶片羧化效率(CE)没有明显影响，但二者都引起叶片净光合速率(Pn)与气孔导度(Gs)下降。LT处理增大玉米叶片叶黄素循环库，而ST处理对该库大小没有影响。1500μmol m-2 s-1强光可明显引起玉米幼苗叶片Fv/Fm降低，但与对照幼苗相比，LT处理能显著减缓Fv/Fm降低。经60min强光照射后，ST与对照在Fv/Fm、фPS II、Pn和CE等参数上没有明显差异，但这些参数在LT处理的玉米幼苗中仍保持较高水平。LT处理幼苗叶黄素循环类色素含量及非光化学荧光猝灭(NPQ)都显著高于对照，膜脂过氧化产物MDA含量比对照低。而ST处理与对照在叶黄素循环类色素含量、NPQ和MDA含量等方面没有明显差异。以上结果说明ST处理对玉米幼苗光抑制没有明显影响，而LT处理可增强玉米幼苗抗光抑制能力，这可能与ABA处理使玉米幼苗在强光下维持较高的C02同化作用，以及其诱导叶片叶黄素循环增大有关。

盐适应植物光合作用耐热性研究

　　"盐渍土是一种分布广泛的土壤类型，盐渍土中生长的植物如何响应夏季较常出现的高温生长环境一直很少受到人们关注，我们以5种不同耐盐类型的植物为材料，研究其盐适应后光合作用的耐热性，并对耐热性原因做了进一步探讨，主要研究结果如下： 　　1． 用0、100、200、400 mM NaCl处理盐生植物碱蓬、滨藜、大莳萝蒿;用0、50、100、150 mM NaCl处理耐盐的甜土植物小麦和棉花。盐处理后碱蓬的整株干重变化不显著，而其他四种植物随着盐浓度的升高，整株干重逐渐减小，说明5种植物耐盐能力不同。盐处理对所有实验植物的光系统II最大光化学效率（Fv/Fm）、反应中心能量捕获效率（Fv′/Fm′）、实际量子产率（ΦPSII）、光化学猝灭系数（qP）等影响不显著;但对碳同化有明显影响。碱蓬盐处理后虽然气孔导度和胞间CO2浓度稍有下降，但CO2同化速率却高于对照;其他4种植物盐处理后CO2同化速率都明显降低，同时伴随着气孔导度和胞间CO2浓度的显著下降。以上结果表明盐适应植物的PSII并没有受到盐胁迫伤害，盐胁迫抑制这4种植物光合作用的一个重要原因可能是气孔限制。 　　2． 高温处理（36～48℃）结果显示，在42℃或45℃以上极端高温下，非盐处理植物的CO2同化速率下降至很低甚至为零，而盐适应植物仍保持一定强度的CO2同化能力。高温处理后盐适应植物的Fv/Fm、Fv′/Fm′、qP、ΦPSII下降幅度也都小于非盐处理植物。不同程度的盐胁迫都能诱导5种植物的光合作用对热胁迫产生抗性，说明植物在适应盐胁迫过程中都能启动一些耐逆机制，使得这5种植物的光合作用在获得耐盐性的同时也获得了对热胁迫的抗性。 　　3． 室温下（30℃）碱蓬盐处理后，过氧化氢酶、单脱氢抗坏血酸还原酶、抗坏血酸过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶活性等显著下降，超氧化物岐化酶活性变化不大，只有脱氢抗坏血酸还原酶活性显著增加;抗坏血酸和谷胱甘肽含量也显著下降。42℃高温处理后，碱蓬叶片的抗氧化系统的酶活性和抗氧化小分子物质含量变化与室温时变化类似。而且盐处理碱蓬叶片的膜脂过氧化产物MDA含量无论在室温下还是42℃处理后都显著高于非盐处理。盐处理后，碱蓬的抗氧化能力没有提高，推测盐处理叶片抗氧化能力大小不是决定其光合作用耐热性主要因素。 　　4． 在菠菜PSII颗粒的保存液中加入不同浓度的甜菜碱、脯氨酸和蔗糖（0~800 mM），测定PSII最大光化学效率（Fv/Fm）结果表明，有机相容性溶质的积累能显著缓解盐（400 mM和800mM NaCl）、热(30℃和40℃)及盐热胁迫共同作用对菠菜PSII颗粒的伤害。而盐处理后碱蓬、滨藜和莳萝蒿叶片中脯氨酸和可溶性糖含量都显著升高，说明盐胁迫诱导的有机相容性溶质的积累可能在盐适应植物光合作用的耐热性中起重要作用。 　　5． 提取室温下（30℃）或42℃高温处理碱蓬叶片的叶绿体和类囊体膜，用30℃、35℃、40℃、45℃、50℃水浴进行热处理，结果显示：用室温下或42℃高温处理的碱蓬盐适应叶片提取的叶绿体和类囊体经45℃以上水浴温度处理后，其PSII最大光化学效率（Fv/Fm）和放氧活性都显著高于非盐处理碱蓬叶片的叶绿体和类囊体;用42℃高温处理碱蓬叶片提取的叶绿体和类囊体热稳定性显著高于室温下碱蓬的叶绿体和类囊体。表明盐胁迫和热胁迫类似，都能在类囊体水平上诱导某些保护物质，增加植物PSII的耐热性。 　　6． 分析类囊体膜膜脂组成，结果显示，盐处理后碱蓬的类囊体膜脂中的饱和脂肪酸含量减少，不饱和脂肪酸含量增加;MGDG和DGDG含量变化不明显，而PG含量显著下降;42℃高温处理后碱蓬的类囊体膜脂组成也有类似的变化规律。盐诱导的碱蓬类囊体膜脂成分的变化可能不影响盐适应植物光系统的耐热性。"

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。

高温胁迫对螺旋藻光系统II影响的研究

高温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。光系统II（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。高温胁迫对螺旋藻PSII的研究相对较少，对PSII受体侧的研究更加少了。我们借助热致发光及QA-再氧化动力学，这两种检测完整光合生物PSII供体侧和受体侧电子传递的有效、简单、无损伤的方法，为高温胁迫如何影响供体侧和受体侧的电子传递提供更直接的依据，获得高温胁迫对PSII功能影响的更精确的消息。另外，有关螺旋藻在高温胁迫下的能量传递过程研究较少，希望在荧光光谱研究的结果上探求其对高温胁迫的适应机理。主要研究结果如下： 1.高温胁迫抑制螺旋藻PS II的活性， PSII原初光能转化效率Fv/Fm随处理温度的提高而下降。高温去除后Fv/Fm可以得到部分恢复（5-15%）。 2.高温胁迫对闪光诱导的可变荧光衰减动力学有显著影响，分别代表QA-到QB 的直接电子传递和PQ分子扩散到空的QB位点后QA-到QB电子传递的快相(半衰期160 ms)和中相(半衰期2 ms)占整个可变荧光的比例，随处理温度的升高显著降低，而代表S2QA- 电荷重组的慢相（半衰期约4s）显著增加。显示高温导致QA到QB的电子传递以及PQ与QB位点的结合受阻，从而促进了QA-与放氧复合体S2态的重组过程。同时我们发现，经过5分钟的恢复，这些光系统II还原侧电子传递的功能抑制能够大部分得到恢复，显示高温胁迫对受体侧电子传递的影响具有可逆性。 3. 通过采用77K低温荧光光谱等手段，我们研究了高温胁迫对螺旋藻细胞光合能量传递的影响。研究显示，高温胁迫对580nm和436nm激发的低温荧光光谱都有显著影响。高温胁迫对PS I的发射峰F725和F751没有显著影响，显示高温没有影响藻胆体到光系统I的激发能传递。而高温胁迫引起了PBS对PS II荧光发射比值的上升，说明高温抑制了藻胆体到光系统II之间的激发能传递。但藻蓝蛋白的发射峰643nm在高温处理后基本没有变化，显示高温抑制PBS到PS II的能量传递不是由于藻蓝蛋白到别藻蓝蛋白之间的能量传递受阻造成的。结果还显示，高温胁迫对藻胆体到光系统II能量传递的抑制也不是由于藻胆体与光系统II发生分离，而是抑制了别藻蓝蛋白到CP43和CP47的能量传递，原因可能是由于藻胆体内部结构的改变引起的。 ４.热致发光（TL）和荧光衰减动力学的测定和分析结果显示，高温胁迫改变了S2QA-和S2QB-重组体的稳定性，其中S2QA-的稳定性降低，S2QB-的稳定性升高。根据具有异质性的TL信号，我们推测有活性PSII中有可能存在对高温胁迫敏感度不同的两种亚基，它们具有不同的QB/QB-氧化还原势能。当高温胁迫造成相当数量的反应中心失活，QA到QB正常的电子传递受阻时，光系统有可能通过保存更多的具有较高能量的反应中心亚基，达到促进QA到QB的电子传递的目的。 5. OJIP荧光瞬态上升曲线在高温胁迫后出现标志性K峰，说明螺旋藻的放氧复合物受到伤害，放氧S态引起的多次闪光下的TL振荡，显示这个高温处理对S1→S2的转变没有影响，却抑制了S2→S3的转变，这同OJIP荧光瞬态上升曲线的结果相一致，说明高温对螺旋藻放氧复合体造成了伤害。