Modifications of photochemical efficiency,cellular viability and total phenolic content of Prosopis glandulosa leaves exposed to copper

The effects of copper (Cu²⁺) on photochemical efficiency, cellular viability and total phenolic content in Prosopis glandulosa leaves were evaluated after 4, 8 or 12 h exposure to 0.1, 10 or 100 mM Cu²⁺ using the tissue tolerance test. The results showed that significant reductions (p<0.003) of photochemical efficiency in P. glandulosa leaves were found after 8 h exposure to 100 mM Cu²⁺ compared with controls leaves. The results also showed a significant increase (p<0.05) on electrolyte leakage values in P. glandulosa leaves after 4 h exposure to 100 mM Cu²⁺ compared with control leaves. Total phenolic content in P. glandulosa leaves only differed significantly when exposed 12 h to the highest concentration of Cu²⁺. These results suggest that Cu²⁺ can produce reactive oxygen species that may form hydroxyl radicals that damage proteins and lipids, which in turn causes loss of integrity and reduce photochemical efficiency of leaves. In conclusion, the photochemical efficiency and cellular viability analyses can be used as useful physiological tools to assess early changes in photosynthetic performance of P. glandulosa in response to copper pollution.     

Differential effects of UV-B radiation fluence rates on growth,photosynthesis, and phosphate metabolism in two cyanobacteria under copper toxicity

This work was undertaken to ascertain the impact of different fluence rates of ultraviolet-B (UV-B) radiation on two cyanobacterial biofertilizers, Phormidium foveolarum and Nostoc muscorum, growing under copper toxicity. Copper (2 and 5?µmol?L^?1) and high UV-B fluence rate (UV-B_H; 1.0?µmol?m^?2?s^?1) decreased the growth, pigment content, photosynthetic oxygen yield, phosphate uptake, and acid phosphatase activity in both the strains analyzed after 24 and 72?h of experiments, and combined exposure further enhanced the toxic effects. Respiration and alkaline phosphatase activities were stimulated appreciably. The damaging effect was shown on the order on pigments: phycocyanin?>?chlorophyll a?>?carotenoids, and on photosystems: whole chain photosynthetic reaction?>?photosystem II?>?photosystem I. Partial recovery in the photosystem II activity in the presence of artificial electron donors; diphenyl carbazide (DPC), hydroxylamine (NH₂OH), and manganese chloride (MnCl₂) pointed out the interruption of electron flow on the oxidation side of photosystem II. Unlike UV-B_H, low UV-B fluence rate (UV-B_L; 0.1?µmol?m^?2?s^?1), rather than causing damaging effect partially, alleviated the toxic effects of Cu. This study suggests that the cyanobacterium P. foveolarum is less sensitive against UV-B_H and excess Cu (2 and 5?µmol?L^?1), thus P. foveolarum may be used as a biofertilizer for sustainable agriculture.     

田间小气候对水稻产量的影响

在中科院桃源农业生态试验站,选择了3个不同类型水稻品种(常规稻、一般杂交稻和超级杂交稻)为材料,利用稻田中部(距稻田边界6 m)和近边界(距稻田边界1 m)小气候的差异,研究了田间小气候对水稻产量和生物量的影响.稻田中部与近边界相比,在光合盛期(10:00-14:00),CO2含量低10~15μmol·mol-1,日平均温度低0.081℃,日平均相对湿度高10%.近边界水稻产量和生物量均显著高于稻田中部.稻田中部和近边界0.081℃的温度差异对光合速率的影响微小.稻田中部较高的相对湿度有利于缓解光合“午休”,促进光合作用.因此,温度和湿度差异均不是近边界水稻产量和生物量均显著高于稻田中部的原因.通过Li-6400光合仪测定发现水稻叶片光合速率与250~400μmol·mol-1的CO2含量内成线性正相关.在1200μmol·m-2·s-1光强下,如果 CO2含量增加10~15μmol·mol-1,水稻光合速率将增加0.6523~0.9785μmol·m-2·s-1.所以 CO2含量差异是近边界产量和生物量高于稻田中部的主要原因.最后建议通过一些栽培措施,改善群体通风状况,增加冠层内CO2含量,从而增加水稻产量和生物量.     

四环素对铜绿微囊藻光合作用和抗氧化酶活性的影响

以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)为试验材料,研究了四环素暴露对铜绿微囊藻光合作用和抗氧化酶活性的影响。结果显示,0.80~35.00 mg.L-1四环素暴露胁迫4 d时,铜绿微囊藻的叶绿素荧光和潜在最大电子传递速率(Re,t,max)受到抑制,抑制作用随ρ(四环素)的增加而增强,最大抑制率分别为39.95%和44.08%;暴露7 d时,2者最大抑制率分别升高至59.48%和91.90%。抗氧化酶系统也受到四环素的影响,暴露4和7 d时,超氧化物歧化酶(SOD)活性分别下降30.36%~35.92%和25.03%~35.51%,不同四环素浓度组间差异不显著;过氧化物酶(POD)活性升高,在7 d内呈现诱导现象。可见,四环素暴露能够阻碍铜绿微囊藻光合作用,破坏抗氧化酶系统平衡,抑制藻类生物量的增长。     

不同生境下报春苣苔的光合作用日变化特性

国家一级濒危植物报春苣苔Primulina tabacum Hance是苦苣苔科多年生草本植物。研究不同生境下报春苣苔在干湿季的光合作用日变化动态及其对环境因子响应,结果表明：旷地午间时段,光合有效辐射（PAR）增加伴随着空气湿度（RH）的显著下降,此时报春苣苔的净光合速率（Pn）因受光抑制和气孔限制的影响而下降。岩洞生境下报春苣苔的Pn没有受到抑制,但其Pn和光合碳水化合物（CH2O）生成速率较低,洞内光照缺乏是限制其光合碳同化的原因之一。3个样地检测的Pn、CH2O产生速率、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）以及Rubisco的Vo/Vc比率等在湿季均优于干季。主成分分析表明叶片Narea与Chl含量、比叶重（LMA）以及气孔密度对光合作用具有显著影响。Pearson相关分析表明不同生境下影响报春苣苔Pn的关键生态因子有所不同,旷地强光环境下过高的叶片水蒸气压亏缺（VPD）和气温（ta）直接限制净光合速率的水平,而在岩洞弱光高湿环境中,PAR则成为Pn的限制因子。同一环境因子在不同生境下对报春苣苔Pn的影响也有所不同：在旷地强光生境下,空气湿度（RH）的适度增加有利于降低过高的VPD,促进气孔开放而提高Pn。而在岩洞低光条件下,过高RH则会使降低VPD而不利于叶片的气体交换,使光合作用受影响。这个结果启示,在进行报春苣苔野外回归栽培时,应该注意PAR和RH等环境因子的控制。     

铜胁迫对高丹草和紫花苜蓿生长和光合特性的影响

以高丹草（Sorghum×S.sudanes）和紫花苜蓿（Medicago sativa L.）为试验材料,通过水培试验,研究了不同浓度Cu处理对两种牧草生长及光合特性的影响。试验结果显示,随着Cu处理浓度增加,两种牧草叶、茎、根生物量逐渐下降,并在100μmol.L-1 Cu2＋处理后达到显著水平。Cu胁迫导致两种牧草气孔导度、RuBP羧化酶的最大羧化效率、最大电子传递速率调控的RuBP再生的潜在速率和磷酸丙糖利用中有机磷的释放速率、以及叶绿素质量分数降低,最终导致净光合速率降低。Cu胁迫下,两种牧草二氧化碳饱和点和二氧化碳饱和点净光合速率降低,而二氧化碳补偿点却升高。另外,Cu处理还降低了两种牧草的蒸腾速率和日间呼吸速率。且在光合、蒸腾和呼吸作用参数的变化幅度上高丹草要大于紫花苜蓿。这些结果表明Cu胁迫抑制了两种牧草的生长、光合作用、蒸腾作用和呼吸作用,而且对高丹草的抑制作用要强于紫花苜蓿;Cu胁迫下光合作用的下降不仅与气孔导度的下降相关,而且与光反应和暗反应的受阻有关。这些研究结果可为筛选和培育耐Cu和富集Cu的牧草品种和用牧草修复铜污染水体及土壤提供依据。     

菹草石芽萌发及幼苗生长对光、温因子的响应

试验分冬夏2季进行.冬季采用盆栽试验方法,研究了菹草石芽在弱光环境下的萌发和幼苗生长以及弱光对菹草叶片光合效率的影响.冬季试验共设6个光照处理,即:2×104～5×104(对照,晴天中午最大[光]照度)、350～450、160～260、60～80、30～50、0～30 lx,试验时间为67 d.夏季试验在光照培养箱内进行,研究高温条件下石芽萌发的[光]照度阈值.夏季试验设6个光照处理,即:1 400、970、660、450、160、120 lx.结果表明:(1)冬季试验,栽培45 d时菹草石芽全部萌发,光照对石芽萌发无显著影响;夏季水温(32±1) ℃条件下,石芽萌发的[光]照度阈值为120～160 lx,[光]照度达到1 400 lx,石芽就能够达到自然萌发率.(2)菹草幼苗生长前期,5个弱光处理菹草株高生长速率(约1.20 cm·d-1)快于光照较充足的对照(0.92 cm·d-1);幼苗生长后期,对照菹草生长速率(3.15 cm·d-1)快于5个弱光处理菹草生长速率(1.09 cm·d-1),且各处理叶片数并未随株高的增加而增加.(3)冬季试验,菹草石芽萌发后的第39天,对照及各处理菹草幼苗的PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ光量子产量(ΦPSⅡ)、光化学淬灭系数(qp)随着[光]照度的减弱而下降,弱光对菹草幼苗光系统Ⅱ(PSⅡ)产生显著影响;非光化学淬灭系数(qn)随[光]照度的减弱而增加,对菹草幼苗叶片PSⅡ有一定的保护作用.(4)从快速光响应曲线可以看出,长期光照不足导致菹草植株的光响应能力显著降低.     

人工湿地污水处理对三种植物光合作用及叶绿素荧光特性的影响

人工湿地环境下,湿地植物的光合代谢过程与陆生自然环境有较大的不同.通过对人工湿地三种中生植物即薏米(Coixaquatica Roxb)、文殊兰(Crinum asiaticum)和蜘蛛兰(Hymenocallis Americana)进行污水处理,研究人工湿地对植物的光合作用和叶绿素荧光特性的影响.结果表明:(1)与陆地自然环境相比,在人工湿地环境下,薏米,文殊兰和蜘蛛兰的净光合速率(Pn),蒸腾速率(Tr),气孔导度(Gs),叶绿素含量,最大荧光(Fm)和PSII最大光化学效率(Fv/Fm)均降低,而胞间CO2浓度(Ci)和初始荧光(Fo)升高.其中叶绿素含量,Fo和Fv/Fm在四月份生长旺盛期差异极显著(P<0.01),Gs差异显著(P<0.05).(2)在整个生长期,三种植物的光合参数和荧光参数的变化趋势不是单一的上升或下降,不同植物其变化过程和变化幅度也不一样.蜘蛛兰在生长旺盛期较薏米和文殊兰Pn,Gs,Fv/Fm,Fm,Fo大,而Ci较薏米和文殊兰低.可见人工湿地污水处理对三种植物光合作用和叶绿素荧光特性均有影响,但对各植物影响不一致.综合各项参数,蜘蛛兰耐性强于薏米和文殊兰.     

广州南沙海岸防护林群落的生态效应初步研究

采用群落生态学和植物化学监测的研究方法,对广州市南沙海岸滩头近6 a生防护林群落的生物量、高温胁迫光合特征、NPP及吸储C、N、S、Pb、Cd、Cu、Hg的生态效应进行了定位观测研究,结果表明：海岸6种防护林群落的生物量的平均达到10.7 t.hm-2、NPP达到2.5 t·hm-2·a-1、生长要素表现为速生性生长特征。各种海防林群落的年均吸储空间CO2、NO2、SO2质量分别为4.2 t.hm-2、27.1 kg·hm-2和3.4 kg·hm-2,吸储Pb、Cd、Cu分别为13.2、4.4、0.1 g·hm-2,其生态环境功能已经初步凸显,可有效地减少这些元素在地表和土壤积累、迁移或随地表径流输出至生活环境的危害,对于海岸环境区域是非常有益的。雨季高温（气温t≥35.5℃）胁迫下,海岸路网林群落的优势种群净光合速率日均达到9.8μmol·m-2·s-1且乡土树种高于引进树种,高山榕（Ficus altissima）的日最高净光合速率达到14.3μmol·m-2·s-1,较羊蹄甲（Bauhinia blakeana）高0.4μmol·m-2·s-1、较塞楝（Kaya senegaiensis）高2.2μmol·m-2·s-1,优势树种适宜海岸滩头立地、高温胁迫的光合生理特点,是其速生长的原因之一。