纵向岭谷区高速公路建设对沿线植物光合速率影响的定量研究

以大保(大理-保山)和思小(思茅-小勐养)两段高速公路为例,结合研究区地形特征确定了公路沿线典型的样点及其参照点,对各处乔、灌、草和作物4个优势植物种的光合速率进行了实地测定;采用对比分析、回归分析和数理统计等方法定量研究了高速公路建设对沿线植物光合速率的影响,分析了其发生机理．结果表明:高速公路建设降低了沿线选定乔木和作物优势种群植物的光合速率,改善大部分样点处灌木、草本优势种群植物的光合作用;公路建设对沿线植物群落结构和生命状态产生了直接的影响,并通过干扰影响植物光合速率的环境因素对其产生了间接影响;二者综合作用导致了公路沿线植物光合速率的改变;不同地貌条件下两条公路对沿线各类植物光合速率的影响范围和影响强度明显不同．     

好氧不产氧光合异养细菌及其在海洋生态系统中的作用

海洋生态系统中好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)有着独特的生理特征和生态功能. AAPB具有罕见的3裂方式, 形成“Y”形细胞, 并常集合成自由漂浮的群体. 绝大多数AAPB是专性好氧的. AAPB以细菌叶绿素(BChl a)为惟一的光合色素, 且细胞BChl a含量(分子数)明显比典型的厌氧光合菌低, 但其胡萝卜素含量很高且种类繁多. 除了普遍存在的含Mg的BChl a外, 有的AAPB 还有含Zn的BChl a. AAPB具光捕获系统Ⅰ, 但常缺少光捕获系统Ⅱ. 尽管AAPB可利用光进行光合作用, 但其生长对光无依赖性, 它们具有控制自身光合作用的机制. AAPB分布广泛, 在海洋特别是贫营养的大洋环境的生物量中占有重要份额, 在碳及其他生源要素生物地球化学循环中扮演着独特的角色. 同时AAPB对重金属的矿化作用、解毒以及在生物除污方面有着巨大潜力. AAPB研究对于光合作用的起源与进化、环境调控, 以及海洋生态系统的结构与功能的深入认识具有重要意义.     

光合作用放氧反应

光合作用放氧中心(OEC)是植物光系统II(PSII)中利用太阳能高效、安全地将水氧化,释放出电子、质子和氧气的生物催化剂。OEC的合成、结构和催化机理及其仿生模拟一直是光合领域广受关注的研究热点和难点。近年PSII高分辨率晶体结构研究揭示出OEC是一个特殊的Mn₄CaO₅ 簇合物,这一重要进展使人类可以在原子水平上探讨光合放氧反应的微观机理,同时也为OEC的人工合成提供了重要依据。我们近年来成功合成出结构和理化性能均与生物OEC类似的系列仿生Mn₄CaO₄簇合物,为研究OEC的微观机理提供了理想的化学模型,同时也为发展高效、廉价人工光合作用水裂解催化剂奠定了基础。目前无论是自然光合放氧研究,还是人工光合放氧研究都有大量重要的科学问题亟待深入研究。     

大型海藻光合碳代谢类型的研究进展

作为海洋藻类的一部分,大型海藻通过光合作用参与了海洋对全球CO2和O2的周转,其食用和药用价值也 得到了广泛应用。因此无论从生态还是经济角度来看,研究大型海藻通过光合作用对CO2进行固定和代谢的过程都 具有重要意义。到目前为止,世界上对大型海藻光合碳代谢途径的研究从代谢组学和酶学角度证明了大型海藻体内 除了C3途径外,还同时存在不能确定完整与否的PEPCK 或PEPC 类型的C4途径或CAM途径;光合气体交换的结 果显示其光合碳代谢途径从整体上表现出类似C4(C4-like)类型。这种情况与一些体内存在C4途径的陆生C3植物相 似。因此大型海藻光合碳代谢途径仍然有待深入研究。     

藻类天线系统的结构与功能研究进展

藻类在植物进化序列中处于低等的光合细菌和高等植物之间.藻类和高等植物光合器相似,它们都有光系统Ⅱ和光系统Ⅰ两个光合反应中心,因而它们具有相似的光合作用功能,因此藻类光合作用的研究具有一般的意义;另一方面,高等植物的捕光天线是类囊体膜内的叶绿素,而藻类的捕光天线色素主要集中于紧连在类囊体膜外的藻胆体内.藻胆体是由多种藻胆蛋白组成的超分子复合物,含有数百个开链四吡咯色团,分子量高达几百万道尔顿.藻胆体的核心部分是变藻蓝蛋白,由核心向外放射状排列六根由藻红和藻蓝蛋白构成的天线杆,藻胆体的结构如图1所示.各种藻胆蛋白的巧妙搭配使得藻胆体内具有非常高能量传递效率(90%以上).因而,研究藻类天线系统的结构与功能,弄清其中高效能量传递的分子机理,对人工利用太阳能和光能转换器件的开发有借鉴和指导意义,多年来,藻类天线系统的结构与功能研究一直是重要的研究课题之一.     

藻胆体-类囊体膜复合物内能量传递机制研究——Ⅰ.光状态转换技术和光谱解叠方法

目前,对藻类光合作用原初过程的研究大多集中在藻胆体(PBS)、孤立藻胆蛋白(Biliproteins)及PSⅡ和PSⅠ反应中心上,得出激发能在这些复合物内的定性流向和定量参数,从而为这一领域进行深入研究奠定了可靠的基础。然而,由于上述研究是对孤立的或部分的光合器而不是对整体来进行的,所以,它不可能解释藻胆体为什么能将其所吸收的光能高效地和快速地传递给反应中心并将其在两个反应中心(PSⅡ和PSⅠ)之间进行合理地分配。为了解决这一问题,一些研究人员利用光状态转换(Light state transition)技术和时间分辨光谱技术对整藻细胞进行研究,基于研究结果,人们对藻胆体向光合反应中心能量传递机制找出3种可能的模式:(1)“溢出”模型(Spillover over model),该模型认为:能量传递途径是PBS-PSⅡ-PSⅠ;(2)二元复合物模型,也就是说PBS-PSⅡ复合物和PBS-PSⅠ复合物独立存在,能量传递途径是PBS-PSⅡ和PBS-PSⅠ;(3)三元复合物模型,它认为存在一个三元复合物(PSⅡ-PBS-PSⅠ),能量从PBS向PSⅡ和PSⅠ分配是通过PBS在该复合物中精确的位移来调节的。许多研究结果表明能量“溢出”模型不是能量从PBS向PSⅠ传递的主要途径。目前蓝藻光合作用光状态1和光状态2的相互转换的分子作用机制还不清楚,鉴于此,本文通过对藻胆体-类囊     

夏玉米叶片和冠层尺度的水碳耦合模拟

蒸腾作用和光合作用是两个密切联系、相互耦合的过程,主导作物的生理活动及产量形成,研究不同尺度水碳耦合关系对提高水分利用效率(WUE)意义重大.以光合仪、涡度相关仪等实测数据为依据,分析了我国华北地区夏玉米叶片和冠层尺度的光合与蒸腾(蒸散)的变化规律,率定和验证了SMPT-SB模型在这两个尺度的应用效果.结果表明,在夏玉米生育期典型日内,叶片尺度的光合与蒸腾速率,以及冠层尺度的光合与蒸散速率日变化趋势基本一致,但冠层尺度蒸散受表层土壤含水量的影响较大.SMPT-SB耦合模型估算的叶片光合、蒸腾和WUE与实测值之间的回归系数接近1,确定系数大于0.74,二者之间的相对误差小于11%,能够较好反映叶片光合与蒸腾之间的耦合关系.SMPT-SB耦合模型估算的冠层尺度光合与实测值一致性也较好,但该模型低估了表层土壤含水量较高时的冠层蒸散量,并在一定程度上导致了冠层WUE的高估.该研究为理解不同尺度水碳耦合关系及提高水分利用效率提供科学依据.     

在线多参数分析光学生物传感技术的植物胁迫反应实时、无损监测

延迟荧光(delayed fluorescence, DF)是光合效率的灵敏探针. 基于定量化测量活性氧(reactive oxygen species, ROS)和DF, 发展了一植物胁迫反应监测的在线多参数分析光学生物传感技术. 利用这一生物传感器技术, 实践检测了热激蛋白101突变体(hsp101)与野生型(wild type, WT)拟南芥热激反应的差异性. 结果表明, WT拟南芥和hsp101突变体热激(40℃, 30 min)后, 其DF强度都和各自光合速率(net photosynthesis rate, Pn)表现出一致的变化趋势. 而且, WT拟南芥和hsp101突变体在热激下的DF光响应和恢复动力学特征都与各自Pn光响应和恢复动力学特征一致. hsp101突变体热激下表现出较差的光合性能, 其叶绿体发生严重的改变并生成较多的ROS. 过氧化氢酶减少ROS生成并能抑制DF强度下降, 表明光合作用性能下降可能是由热胁迫诱导的氧化损伤所致. 基于以上结果, 提出的光学传感方法有望是检测植物胁迫反应、鉴定植物抗性差异的一个有力工具.     

紫外线光照会降低植物的光合作用

由于大气臭氧层变薄,使更多的紫外线照射到地球表面,这将使某些蛋白质包括植物光合作用生成的某种蛋白质受到破坏。美国农业部一位科学家奥塔·马顿(A·Mattoo)认为,过多的紫外线照射会影响植物的光合作用效率,最终将导致世界范围的作物减产。遭受损害的植物蛋白质通常是32KDA蛋白,它是植物光合作用某一时期(通称为“光系统2”)的四种蛋白质中的一种。马顿认为植物不断合成蛋白质,然后在光合作用的化学反应中消耗。马顿等研究了浮萍中的32KDA,他们所以选择研究浮萍,是由于浮萍能够在洁净的水中生长,也就是说,这种植物不受土壤中     

揭示光之奥秘的植物

美国一位研究人员发现了植物为何有两种稍微不同的生理机制进行光合作用的原因.植物在进行光合作用时,从水中获得的电子能提供足够的能量,使二氧化碳转变为碳水化合物.为了实现这种转变,吸收光的波长略有不同的两个系统连续进行工作.这两个系统叫做PSI和PSII.     

来自反应中心的信号

借助蛋白质工程技术的帮助,使我们不断加深着对光合微生物利用太阳能氧化水的分子机制的理解。两个研究小组各自报道了最新的研究成果,鉴别确定了处于反应中心的一个氨基酸残基,可能关系到电子从水分裂的复合物向主要氧化剂p680~ 的传递。光合微生物使水氧化向大气中释放分子氧,这是所有动物赖以生存的过程。水被氧化的结果,每产生一分子氧,分别产生4个氢离子(H~ )和4个电子(e~-): 4liv2H_2O 4hv→O_2 4H~ 4e~-。这样产生的氢离子和电     

光合细菌

光合作用是地球上最重要、规模最大的生物化学过程,通过这个过程,光合生物把太阳能转化成细胞合成所必需的化学能。除了绿色植物能进行光合作用外,还有许多原核生物也能进行光合作用。在漫长的生物进化过程中,很早就出现了这些能利用太阳光作为能源的原核生物,根据它们在光合作用中能否释放氧,可以把它们分为两个大类。第一类群原核生物在光合作用中不释放氧,光合细菌就属于这一类群。第二类群原核生物与绿色植物相似,在光合作用中能释放氧,蓝绿细菌     

温度对完整菠菜叶片荧光光谱影响的研究

光合作用中许多光化过程,例如原初光化学反应、电子传递反应、酶催化反应等均受到温度的影响。温度可以改变高等植物体内上述各反应之间的平衡,严重影响光合作用的进行。在自然的生态环境里,由于植物叶片组织内两个光合系统对已吸收的激活能的可逆变化,自动调节由于温度变化造成的各种反应之间的差别,使碳循环反应、能量传递和电子传递各反应之间维持平衡,促进光合作用的有效进行。     

旋光色散和圆二色性及其在光合作用研究中的应用

叶绿体光合膜的结构与功能的研究是目前国际上光合作用研究中极为活跃的领域。因为光合作用的所谓“光阶段”的功能,如光能吸收、传递、电荷分离、水光解、电子传递以及光合磷酸化等,都是在一定分子排列的膜结构中进行的,因此,把膜的结构与功能紧密结合起来进行研究,才能最终阐明光合作用光能转化的规律。光合膜中的光合色素分子、光合色素与蛋白质的复合体以及整个类囊体膜都具有一定的不对称结构,这种不对称结构无疑与光合膜的     

藻胆体-类囊体膜复合物内能量传递机制研究——Ⅰ.光状态转换技术和光谱解叠方法

<正>目前,对藻类光合作用原初过程的研究大多集中在藻胆体(PBS)、孤立藻胆蛋白(Biliproteins)及PSⅡ和PSⅠ反应中心上,得出激发能在这些复合物内的定性流向和定量参数,从而为这一领域进行深入研究奠定了可靠的基础。然而,由于上述研究是对孤立的或部分的光合器而不是对整体来进行的,所以,它不可能解释藻胆体为什么能将其所吸收的光能高效地和快速地传递给反应中心并将其在两个反应中心(PSⅡ和PSⅠ)之间进行合理地分配。为了解决这一问题,一些研究人员利用光状态转换(Light state transition)技术和时间分辨光谱技术对整藻细胞进行研究,基于研究结果,人们对藻胆体向光合反应中心能量传递机制找出3种可能的模式:(1)“溢出”模型(Spillover over model),该模型认为:能量传递途径是PBS-PSⅡ-PSⅠ;(2)二元复合物模型,也就是说PBS-PSⅡ复合物和PBS-PSⅠ复合物独立存在,能量传递途径是PBS-PSⅡ和PBS-PSⅠ;(3)三元复合物模型,它认为存在一个三元复合物(PSⅡ-PBS-PSⅠ),能量从PBS向PSⅡ和PSⅠ分配是通过PBS在该复合物中精确的位移来调节的。许多研究结果表明能量“溢出”模型不是能量从PBS向PSⅠ传递的主要途径。目前蓝藻光合作用光状态1和光状态2的相互转换的分子作用机制还不清楚,鉴于此,本文通过对藻胆体-类囊体膜复合物状态转换进行研究,以便探测出能量是如何从PBS传递给PSⅡ和PSⅠ这两个反应中心的。     

坛紫菜光合作用对重碳酸盐的利用

为了探讨坛紫菜（Porphyra haitanensis)在海水中进行光合作用时的无机碳源，对其叶状体的碳酸酐酶（CA）和光合放氧特性进行了测定。CA在坛紫菜的细胞外和细胞内都有酶活性。在ph8.2或10.0的海水中，CA抑制剂乙酰唑磺胺（acetazolamide,AZ)或已氧苯并噻唑磺胺（6－ethoxyzolamide,EZ)对坛紫菜光合放氧速率有强烈的抑制作用，且EZ比AZ抑制作用更大。在pH8.2海水中观测的光合放氧速率远大于海水中HCO3^-离子的理论脱水速率。另外，坛紫菜具有很高的pH补偿点（9.9)。这些结果表明，坛紫菜利用HCO3^-作为光合作用时的碳源，其机制主要是胞外CA催化的HCO3^-脱水作用。海水中的无机碳组成能充分地满足坛紫菜的光合作用，其低的Km值及低的无机碳补偿点表明坛紫菜具有浓缩碳的作用。     

我国科学家首次实现二氧化碳合成淀粉

<正>二氧化碳能人工合成淀粉?这听着是个天方夜谭的问题,但我国科学家经过6年多的研发,给出了肯定的答案——不依赖植物光合作用,以二氧化碳、电解产生的氢气为原料,成功生产出淀粉。这使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能。     

低渗胁迫导致杜氏盐藻光合机构向状态Ⅰ转换

研究了在黑暗中低渗胁迫对杜氏盐藻光合机构状态转换的影响. 当培养液中的NaCl浓度从1.5 mol/L突然降低到0.5 mol/L时, 杜氏盐藻的光合作用降低, 但呼吸作用被促进, 同时杜氏盐藻细胞内ATP含量在黑暗中明显增加. 与对照相比, 被胁迫细胞的77 K荧光F_PSⅡ/F_PSⅠ比值较高, 据此可以推测,当受低渗胁迫的杜氏盐藻细胞转移到光下时更多的激发能将被分配到PSⅡ. 低渗处理同时还会引起杜氏盐藻磷酸化的LHCP去磷酸化, 表明杜氏盐藻的光合机构在低渗胁迫下发生了向状态Ⅰ转换的过程, 这可能与黑暗中低渗处理促进呼吸作用及细胞内ATP含量增加有联系.     

温度影响集胞蓝藻PCC 6803叶绿素荧光在作用光关闭后短期上升的机制探讨

<正>许多研究认为光系统I(PSI)循环电子传递的功能是提供ATP和产生质子动力势保护反应中心免受多余光能的破坏等,然而由于测定其反应较困难,人们对PSⅠ循环电子传递在活体内运转的机理尚欠了解.近年来,在C₄植物、C₃植物以及蓝藻中发现了作用光关闭后荧光短期上升现象(Post-illumination transient increase in chlorophyll fluorescence),认为这是由于NADPH等光下积累的还原产物还原质醌(PQ)所致,因而可以间接地反映PSⅠ循环电子传递,这就为活体内研究PSⅠ循环电子传递提供了简捷的研究手段.过去的工作已表明,单细胞集胞蓝藻(Synechocystis)PCC 6803在作用光关闭后荧光短期上升现象与类囊体膜上的NAD(P)H脱氢酶介导的PSⅠ循环电子传递有关,其显著程度受温度影响,但是温度影响的机制尚不清楚.Murata等的研究表明,光合放氧等光合电子传递等的Arrhenius图的活化能改变折点可以作为膜脂物理相变温度的指示.本文测定集胞蓝藻PCC 6803中反映PSⅠ循环电子传递速度的作用光关闭后荧光上升速度的Arrhenius图,比较和分析它与光合放氧的关系以及能增加膜脂流动性的乙醇的影响,我们的结果表明,PSⅠ循环电子传递与类囊体膜脂状态有着密切的关系.     

气候科学家发现全球光合作用在加速

<正>气候科学家发现，自21世纪初以来，大气中二氧化碳含量的增加导致了全球光合作用速度加快。植物通过光合作用产生能量，从大气或水中吸收二氧化碳，这个过程被称为“初级生产”。随着二氧化碳气体浓度增加，这一过程的速度会加快。这种现象被称为“二氧化碳施肥效应”。近日，美国的一个研究团队量化了全球陆地植物的二氧化碳施肥效应。该团队从全世界68个地点——包括农田、草地和森林收集了数据，测量了2001年至2014年间植物正上方空气中二氧化碳浓度的变化，