Research on the ultrafast fluorescence property of thylakoid membranes of the wild-type and mutant rice

A high yielding rice variety mutant (Oryza sativa L., Zhenhui 249) with low chlorophyll b (Chl b) has been discovered in natural fields. It has a quality character controlled by a pair of recessive genes (nuclear gene). The partial loss of Chl b in content affects the efficiency of light harvest in a light harvest complex (LHC), thus producing the difference of the exciting energy transfer and the efficiency of photochemistry conversion between the mutant and wild-type rice in photosynthetic unit. The efficiency of utilizing light energy is higher in the mutant than that in the wildtype rice relatively. For further discussion of the above-mentioned difference and learning about the mechanism of the increase in the photochemical efficiency of the mutant, the pico-second resolution fluorescence spectrum measurement with delay-frame-scanning single photon counting technique is adopted. Thylakoid membranes of the mutant and the wild-type rice are excited by an Ar+ laser with a pulse width of 120 ps, repetition rate of 4 MHz and wavelength of 514 nm. Compared with the time and spectrum property of exciting fluorescence, conclusions of those ultrafast dynamic experiments are: 1) The speeds of the exciting energy transferred in photo-system I are faster than that in photo-system II in both samples. 2) The speeds of the exciting energy transfer of mutant sample are faster than those of the wildtype. This might be one of the major reasons why the efficiency of photosynthesis is higher in mutant than that in the wild-type rice.

干旱对不同抗旱性冬小麦旗叶光合及主茎干物质转运的影响

以冬小麦品种长武134(抗旱性强)和陕253(抗旱性弱)为材料,研究干旱对旗叶净光合速率和叶绿素含量、主茎及其组成节间花前积累干物质的转运及其对穗粒重贡献的影响。结果表明,干旱条件下长武134主茎穗粒重降幅小于陕253;干旱缩短了小麦花后旗叶光合速率高值持续期(PAD)和叶绿素含量缓降期(RSP),长武134受影响程度较小。长武134除穗下节外,其余各节间及茎杆干物质转运量及对籽粒贡献率降幅均大于陕253;干旱提高了陕253穗下节和倒二节干物质转运率,降低了倒三节和下部节干物质转运率,茎杆干物质转运率无明显变化;长武134除穗下节外其余各节间及茎杆干物质转运率均明显低于对照,而且距离穗部越远的节位降低幅度越大。上述结果表明,干旱条件下不同节位干物质转运能力变化与距离穗远近有关,花前茎杆干物质转运并不能补偿籽粒产量的损失,花后旗叶光合功能期延长是小麦抗旱高产的主要原因。

大气NH_3升高对不同供氮水平下小麦叶片光合生理特征的影响

以小麦品种‘小偃6号’(氮高效品种)和‘长旱58’(氮低效品种)为材料,采用开顶式气室和土培实验研究了大气NH3浓度升高对生长于高、低两种供氮介质下小麦植株不同生育期叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、叶绿素含量、叶绿素荧光参数(Fv/Fm、Fv/F0)和可溶性糖含量的影响。结果显示:两小麦品种高氨低氮处理植株的Pn、Fv/F0和可溶性糖含量均高于高氨高氮和低氨低氮处理,并在生育后期差异达显著水平(P<0.05),氮低效品种的Gs也符合上述规律且不同处理间差异显著(P<0.05);小麦各生育期高氨高氮处理下植株的Pn均显著低于低氨高氮处理,且两处理间灌浆期的叶绿素含量和灌浆期以前的可溶性糖含量的差异显著(P<0.05),而两处理灌浆期以前的叶绿素荧光参数Fv/Fm在各处理条件下均无显著差异;不同处理间及品种间各项光合特征指标差异缺乏规律性。可见,大气中NH3浓度升高有利于改善低供氮介质条件下小麦植株的氮营养状况,但不同氮效率品种间的响应存在差异。

黄土高原半干旱区侧柏(Platycladus orientalis)树干液流动态

应用热扩散式树干茎流计(TDP)于2008年4～10月对黄土高原安塞县侧柏人工林树干液流速率进行了连续测定,并对周围气象、土壤水分等多个环境因子进行了同步测定。结果表明:侧柏在不同月份晴天树干液流速率变化具有明显的昼夜节律性,呈单峰曲线;且各月液流速率日均值受土壤供水水平限制总体上呈下降趋势,即4月份最大,为0.00135cm.s-1;10月份最小为0.00011cm.s-1;树干液流速率与光合有效辐射、大气温度、水汽压差呈极显著正相关,与相对湿度呈负相关,其相关程度:光合有效辐射>水汽压差>大气温度>相对湿度,并可用线性表达式来估算;侧柏边材面积和地径呈幂指数关系,并以此结合密度估算出样地侧柏人工林的边材面积为4.65m2,最终估算出侧柏人工林生长季总耗水量为1159.6t.hm-2。

干旱胁迫下本氏针茅光合特性和水分利用效率日动态研究

采用盆栽和人工控制土壤水分的方法,使用Li-6400便携式光合测定系统观测本氏针茅(Stipa bungeana)光合生理生态特征的日变化。结果表明:在不同土壤水分状况下,本氏针茅净光合速率日变化曲线均呈"双峰"型,并有不同程度的"午休"现象,且上午的净光合速率明显高于下午,随着土壤水分的升高而增加;蒸腾速率日变化曲线也呈"双峰"型,表现为较高土壤水分处理针茅具有较高的蒸腾速率;气孔导度受水分和光热胁迫的影响,日变化曲线呈凹型;胞间CO2浓度受空气CO2浓度和气孔导度的双重影响,呈现早晚高,正午低的日变化进程;水分利用效率最高值出现在上午较早的时段,随着土壤水分的增加,水分利用效率却降低。

灌浆期干旱对不同倍性小麦光合和产量的影响

为揭示灌浆期水分亏缺对不同倍性小麦光合特性和产量的影响,选用二倍体野生一粒、栽培一粒小麦,四倍体野生二粒、栽培二粒小麦,六倍体小麦"长武134"和"陕253"等6个小麦品种作为供试材料,通过盆栽控水方式,对不同倍性小麦旗叶净光合速率、瞬时水分利用效率和产量进行了研究。结果表明,在正常供水、轻度干旱和严重干旱3种水分处理下,不同倍性小麦旗叶净光合速率、水分利用效率和产量差异极显著。在灌浆过程中,水分亏缺对不同倍性小麦净光合速率变化趋势的影响不明显。而最大净光合速率和水分利用效率随水分胁迫的加重而减小。六倍体小麦平均最大净光合速率为22.03μmol CO2.m-2.s-1),高于二倍体和四倍体小麦。六倍体小麦平均最大水分利用效率约为7.12μmol CO2/mmol H2O,分别是四倍体和二倍体的1.63倍和2.05倍,并且在灌浆开始时就达到最大。因此,小麦长期进化过程中,六倍体小麦花后较强的光合能力和较高的水分利用效率是提高小麦产量的重要生理基础。

配施钾肥、有机肥对旱地春玉米光合生理特性和产量的影响

以长期定位施肥试验为平台,研究在施用氮磷肥条件下,配施钾肥、有机肥对黄土塬区春玉米光合生理特性和产量的影响。结果表明:配施钾肥在灌浆前期降低了LAI、WUE、叶片水势、干物质积累量、叶片光合和蒸腾速率,但在灌浆后期提高了LAI、WUE、干物质积累量和叶片光合速率,且与对照间达显著差异,这说明配施钾肥对春玉米生长的影响主要表现在生育后期;配施钾肥可显著提高整个生育期的SPAD(叶绿素相对含量)、株高;可促进同化向籽粒的转移,使籽粒产量增加;但收获指数下降了3.2%。而配施有机肥可显著提高春玉米整个生育期的LAI、株高、SPAD、光合速率和蒸腾速率等生理指标(WUE和水势除外)和产量,使籽粒产量和生物产量增加,与对照、钾肥间差异均达到显著水平(P<0.05)。在富含钾素的黄土塬区,配施有机肥对春玉米光合生理特性和产量的作用优于配施钾肥。

本氏针茅与柳枝稷光合生理生态特征比较研究

采用美国LI—COR公司生产的Li-6400便携式光合测定系统,选择在干旱季节里,在田间自然条件下,测定并比较研究了引种牧草柳枝稷和天然牧草本氏针茅两种禾本科植物的光合生理生态特征的日变化。结果表明,柳枝稷属于高光合、低蒸腾和高水分利用效率的植物,具有较强的气孔调节能力。柳枝稷之所以具有较高的光合速率,主要是因为它具有较强的叶肉细胞羧化能力,较低的气孔导度降低了蒸腾速率,从而提高了水分利用效率;本氏针茅属于较低光合,较高蒸腾和低水分利用效率的植物,但二者均能在黄土高原保持良好的生长。

水土保持耕作及施肥对盛花期大豆光合生理的影响

依据陕西安塞田间试验,采用LI-6400便携式光合仪,在自然条件下对黄土丘陵区旱作农田传统翻耕化肥(CF)、翻耕有机肥(CM)、翻耕无肥(CN)、免耕化肥(NF)、免耕有机肥(NM)、免耕无肥(NN)等处理下盛花期大豆叶片的净光合速率、气孔导度、水分利用效率及影响因子日变化进行了研究。结果表明:6种不同处理的大豆叶片净光合速率日变化均为双峰曲线,峰值分别在11:30、16:00出现。NM、NF处理对提高大豆净光合速率有明显的促进作用,其中以有机肥(NM)最为显著。气孔导度与蒸腾速率之间达极显著正相关(P<0.01,r=0.9994)。气孔导度日变化也为双峰,峰值分别出现在11:30、16:00。不同处理下,大豆的水分利用效率呈单峰曲线,峰值出现在10:00,低谷出现在13:00以后。其中,NF、NM处理能显著提高大豆盛花期的水分利用效率。相关分析表明:气孔导度、蒸腾速率、叶温、光合有效辐射及基于叶温的蒸汽压亏缺是大豆光合作用的促进因子,而胞间CO_2浓度、空气CO_2浓度、空气相对湿度则为主要的限制因子。CF、NF处理在8:30~10:20和13:00,CM、NN处理在8:30、11:30~13:00、17:...

黄土旱塬冬小麦水分利用效率及相关生理特性研究

采用Li-6400便携式光合测定系统在模拟光照条件下,通过对冬小麦叶片生理指标及其相应环境因子的测定,研究了小麦的生理指标和叶片水分利用效率的动态变化规律及其对环境因子的响应。结果表明:净光合速率日变化呈不明显的双峰曲线,蒸腾速率日变化呈明显的倒"U"型曲线,且不同生育期两者峰值出现的时间不同。拔节期环境因子对生理指标的影响要比灌浆期明显的多。光合有效辐射和CO2浓度是对净光合速率和叶片蒸腾速率影响最强烈的环境因子。在小麦整个生长过程中,温湿度对气孔导度的影响在逐渐增大,对胞间CO2浓度的影响也比较明显。小麦叶片水分利用效率的日变化呈不明显的双峰曲线,其峰值出现的时间早于净光合速率和蒸腾速率峰值出现的时间。灌浆期日平均WUE比拔节期低30.5%。小麦净光合速率、蒸腾速率和气孔导度三者之间极显著相关,叶片温度与气孔导度显著负相关。

黄土高原半干旱区人工林刺槐展叶期树干液流动态分析

应用热扩散式树干茎流计(TDP)于2008年4月26日至5月31日,在黄土高原半干旱区安塞县对人工林刺槐展叶期树干液流及其气象、土壤水分等6个指标进行连续测定。结果表明:刺槐展叶期可分为芽期、展叶初期、中期和全叶期。在芽期,刺槐树干液流速率日变化无明显昼夜波动;在展叶初期至全叶期日变化呈现出从微弱波动逐渐增大到趋于平稳的剧烈波动;在展叶中期以后液流速率表现为上升快、下降缓慢的单峰曲线;在全叶期平均峰值约为0.0027cm.s-1;树干液流速率与光合有效辐射强度、大气温度、水蒸气压亏缺和风速呈极显著正相关,与相对湿度呈负相关,其相关程度依次为光合有效辐射强度>大气温度>水蒸气压亏缺>相对湿度>风速,且可用光合有效辐射强度和大气温度线性表达式来估测;土壤水分在展叶期呈逐渐减少趋势,但对树干液流的胁迫不显著;在展叶期刺槐单株日蒸腾耗水量随直径的增大而增大并与胸径呈良好的线性关系,可用来估算展叶期刺槐人工林蒸腾耗水量。

长期水分胁迫下氮、钾对夏玉米叶片光合特性的影响

采用2种不同夏玉米基因型(陕单9号,抗旱品种;陕单911,不抗旱品种)的盆栽试验,研究了长期水分胁迫下氮、钾对各生育期叶片净光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度和叶绿素含量的影响,旨在从光合生理特性揭示这些因子的抗旱机理。结果表明,长期水分胁迫下叶片净光合速率,蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度(除成熟期)和叶绿素含量显著降低,不抗旱品种降幅更甚。抗旱品种的净光合速率和叶绿素含量大于不抗旱品种,而蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度则相反。两品种苗期光合作用较弱,净光合速率和叶绿素含量均较低,抽雄期达到高峰。施氮能不同程度降低水分胁迫下玉米叶片的蒸腾速率,增加叶绿素含量.提高净光合速率,从而减缓水分胁迫对光合作用的伤害。随氮肥用量增加,不抗旱品种净光合速率和叶绿素含量显著升高,蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度明显降低,两种氮肥用量间有显著差异;抗旱品种在低氮用量时效果显著,但高低氮用量间无显著区别。钾对受水分胁迫的玉米表现出比氮肥更突出的效果。相反,在适量供水条件下,氮、钾肥的作用明显下降。以上结果表明,适当用量的氮、钾肥可以有效地改善水分胁迫下作物叶片的光合特性,从而增强作物的抗旱性。

中国沙棘、俄罗斯沙棘和俄罗斯沙棘×中国沙棘光合特性及影响因子

在陕北黄土丘陵沟壑区用LI-6400光合仪对中国沙棘、俄罗斯沙棘和俄罗斯沙棘×中国沙棘光合特性及影响因子进行了测定。测定结果表明三者的光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率日变化均为"双峰"曲线。中国沙棘光合"午休"现象较轻,日光合速率和午后光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率极显著(p<0.01)高于俄罗斯沙棘和俄罗斯沙棘×中国沙棘。中国沙棘光合作用最适气孔导度、大气CO2浓度、空气相对湿度比俄罗斯沙棘小,最适胞间CO2浓度、蒸腾速率、气温、光合有效辐射比俄罗斯沙棘高。中国沙棘在最适气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率和大气CO2浓度下的光合速率比俄罗斯沙棘高;在最适气温、空气相对湿度、光合有效辐射下的光合速率比俄罗斯沙棘低。俄罗斯沙棘×中国沙棘光合"午休"现象比中国沙棘强,比俄罗斯沙棘弱,午后光合速率与俄罗斯沙棘相近;俄罗斯沙棘×中国沙棘最适气孔导度、大气CO2浓度高于中国沙棘和俄罗斯沙棘,最适胞间CO2浓度低于中国沙棘和俄罗斯沙棘,最适蒸腾速率、气温、空气相对湿度、光合有效辐射居于中国沙棘和俄罗斯沙棘之间。俄罗斯沙棘×中国沙棘在最适气孔导度下的光合速率高于中国沙棘和俄罗斯沙棘;在最适胞间CO...

玉米根系活力杂种优势及其与光合特性的关系

对大田不同水分处理条件下玉米杂交种及其亲本在经济产量形成期的根系活力及其衰退的杂种优势进行了研究,并分析了根系活力与叶片光合特性之间的关系。结果表明,水分亏缺显著降低了玉米的根系活力;充分供水和水分亏缺条件下,玉米杂交种根系活力都具有显著的杂种优势;杂交玉米种根系活力衰退速率具有显著的负优势,抽雄后灌水能够显著降低玉米根系活力衰退速率。杂交玉米种在抽雄期各水分处理下的光合速率显著大于亲本;玉米根系活力与光合速率之间具有显著的正相关关系,随着根系活力的增高,玉米光合速率、气孔导度和蒸腾速率均增高。因此,杂交种较高的抗旱性是根冠共同作用的结果。在玉米育种和栽培中,要充分地考虑到根系对地上部生理活性的影响。

花椒主效化感物质分离鉴定及化感作用研究

近年来，随着对作物重茬障碍原因的深入研究，植物的化感作用越来越受到国内外众多学者的重视。花椒（Zanthoxy piperitum.）为芸香科植物，是一种收益早、用途广、价值高的经济树种，是川西干旱河谷地区的重要经济作物，其连作障碍也倍受关注，系统研究花椒化感作用将有助于理解和最终解决花椒连作障碍问题。本文首先通过萃取、层析等方法分离花椒主效化感成分；通过外加不同浓度的花椒叶水浸液研究了对土壤氮素养分循环的影响；研究了花椒叶水浸液对苜蓿生理生化、光合作用、氮素养分吸收的影响，并对外施氮肥对这种化感影响的缓解作用做了研究；研究了花椒化感潜力对全球变化——UV-B增强辐射的响应。主要研究结果如下： 1．用不同极性的有机溶剂对花椒叶水浸液浓缩浸膏萃取、柱层析，结合生物活性检测，分离得到主效化感作用组分的一种化感物质——对甲氧基苯酚。采用该物质纯品进行生物活性检测，证明其具有化感作用。 2．花椒叶水浸液处理土壤30天后，土壤硝态氮、铵态氮、无机氮（硝态氮＋铵态氮）与对照相比，随着花椒叶水浸液浓度的增加呈现降低的趋势，其中土壤铵态氮含量显著降低，而硝态氮含量的变化则不显著，无机氮含量也显著降低。土壤脲酶和蛋白酶的活性与无机氮含量的变化趋势相同。随着花椒叶水浸液浓度的增加，氨化细菌数量显著降低，固氮菌的数量变化不显著，硝化细菌和反硝化细菌数量有减少的趋势。60天后，硝态氮含量、铵态氮含量、无机氮随水浸液浓度增加的变化趋势与30天时相似；随着花椒叶水浸液浓度的增加，氨化细菌、固氮菌的数量显著减少，硝化细菌数量、反硝化细菌数量仍呈减少趋势；土壤脲酶、蛋白酶活性与第30天的变化趋势相同。第60天与第30天的结果相比，相同水浸液浓度处理的硝态氮、铵态氮、无机氮均有下降的趋势，但除了25g.L－1水浸液处理的外，其它相同浓度的处理间差异均不显著；除了12.5 g.L的处理外土壤脲酶活性均呈增强的趋势；蛋白酶活性都有不同程度的增加；花椒叶水浸液处理的土壤硝化细菌和反硝化细菌数量呈增加趋势。 3．随着花椒叶水浸液浓度的增加，显著抑制了苜蓿根长、地上地下生物量、叶绿素含量、叶片中可溶性蛋白的含量，净光合速率。苜蓿体内四种抗氧化酶（POD、SOD、CAT、APX） 活性随着水浸液浓度的增加而降低，而丙二醛含量则增加。苜蓿氮初级同化相关酶硝酸还原酶（NR）、谷氨酰合成酶(GS)、谷氨酸脱氢酶（GDH）的活性随着水浸液浓度的增加受到不同程度的影响。总的来说，苜蓿硝酸还原酶、谷氨酰合成酶的活性受到抑制，而谷氨酸脱氢酶活性的变化则比较复杂，根呈先降低后增加的趋势，叶片则无显著变化。外施两种不同浓度的硝酸铵氮肥后，对12.5、25 g.L－1花椒叶水浸液处理的苜蓿化感作用有显著的缓解作用，表现在株高、生物量、光合作用等方面，大多达到与对照（0 g.L－1）未施氮肥无显著差异的水平，而对50 g.L－1水浸液处理的苜蓿幼苗，虽有一定的缓解作用，但这种作用均未达到与对照（0 g.L－1）未施氮肥时无显著差异的水平。 4． UV-B增强辐射处理花椒后，花椒的化感潜力显著增强。花椒叶片内UV-B吸收物质的含量和总酚含量均显著增加。 In recent years, with profound research on the reasons of continuous cropping obstacles, allelopathy received increasing attention to many scholars at home and abroad. Zanthoxy bungeanum as a Rutaceae plant is a high economic value species which gains early and uses widely. Zanthoxylum is an important economic crop in the arid valley of western Sichuan region, and its not even has received much concern for the continuous cropping obstacles. The systematic study of allelopathy of Zanthoxylum will contribute to the understanding and final settlement of this issue. The major allelopathic composition was separated through the extraction, chromatography combined with other methods. The impact on soil nutrient cycling was also studied through the addition of different concentrations of water extracts of Zanthoxylum. Furthermore, the effects of water extracts of Zanthoxylum leaves on alfalfa leaf physiological and biochemical indexes, photosynthesis, soil enzymes and nutrient uptake of nitrogen and the mitigation of allelopathy through using external fertilizer were studied to put forward scientific resolvent for Zanthoxylum continuous cropping obstacles .The response of allelopathic potential of Zanthoxylum to global change - UV-B enhanced radiation was studied . The main findings are as follows: 1. Through extraction with different polar organic solvents on concentrated water extract of Zanthoxylum leaf and then using column chromatography combined with detection of biological activity, one of the main allelopathic components- methoxy-phenol was isolated. The biological activity testing of the pure material of methoxy-phenol proved that it does have allelopathic potential. 2. Thirty days after treating soil with water extract of Zanthoxylum leaf, as compared with the control, the contents of soil nitrate, ammonium, nitrate plus ammonium nitrogen showed a trend of decrease with the increase of the concentration of water extract whereas the content of ammonium nitrogen showed a significant reduction, and the content of nitrate did not change significantly, the content of nitrate plus ammonium nitrogen also showed a significant (P <0.05) redction. The activity of soil urease and protease showed the same trend as the content of nitrate nitrogen plus ammonium nitrogen. With the increase in the concentration of water extract, the number of ammonification bacteria significantly reduced but nitrogen-fixing bacteria did not change significantly and there was a decreasing trend in the number of nitrifying bacteria and denitrifying bacteria. Sixty days after the treatment, with the increase in solution concentration of water extract of Zanthoxylum leaf, the content of nitrate、 ammonium nitrogen, nitrate plus ammonium nitrogen showed a similar change trend to 30 days’; the number of ammonification bacteria, nitrogen-fixing bacteria significantly reduced ; the number of nitrifying bacteria, denitrifying bacteria was still an downward trend; the activity of soil urease and protease showed the same trend as the 30th days’. Compared to the results of the 30th days’, the content of nitrate, ammonium, nitrate plus ammonium nitrogen showed a decrease trend between the treatment of same concentration, but there was no significant difference except the treatment of 25g.L-1 between the same concentration; the activity of soil urease showed enhanced trend except the treatment of 12.5 g.L-1; the activity of protease increased to varying degrees; the number of ammonification bacteria、 nitrifying bacteria and denitrifying bacteria were growing while nitrogen-fixing bacteria reduced.. 3. With the increase of the concentration of water extract of Zanthoxylum leaf, the water extract significantly inhibited the root length, aboveground biomass, content of chlorophyll and soluble protein in leaf and net photosynthetic rate. The activity of four antioxidant enzymes (POD, SOD, CAT, APX) reduced with the increase in concentration of the water extract but the content of MDA increased. The activity of enzymes related to primary nitrogen assimilation such nitrate reductase (NR), glutamyl synthetase (GS), glutamate dehydrogenase (GDH) were subject to different degrees with an increase in the concentration of water extracts. In general, the activity of nitrate reductase, glutamyl synthetase were inhibited, while change in the activity of glutamate dehydrogenase was more complex. The activity of glutamate dehydrogenase in leaf was first reduced and then increase,but did not change significantly in root. After using two external different concentrations of nitrogen fertilizer, there was a significant mitigation in inhibiton in plant height, biomass, photosynthesis, etc. in the treatment of 12.5,25 gL-1 of water extract of Zanthoxylum leaf, and most of these indexes showed no significant difference with the control (0 g.L-1, no external fertilizer was added) .Although there showed a certain degree of ease in the treatment of 50 g.L-1 , there was still a significant difference compared with the control (0 gL-1) in which no external fertilizer was used. 4.The allelopathic potential of Zanthoxylum positively responded to enhanced UV-B significantly. The content of UV-B absorbing compounds and the total phenol also significant increased.