【正文】 這種方法常被用來測定干旱逆境下，光呼吸對光合機(jī)構(gòu)的保護(hù)作用。 如果把上面所講的問題避開， ΦPSII可以提供田間植物光合表現(xiàn)的有用信息，特別是，熒光分析測定既快速，又不破壞葉片，可以進(jìn)行連續(xù)測定。在實驗室條件下， PSII電子傳遞與 CO2固定之間有很好相關(guān)，但這種相關(guān)在田間條件下被打破。這些聽起來好像很模糊的信息，然而，對于研究 PSII的專家來說，它是非常重要的。 大多數(shù)情況下，對 NPQ的主要貢獻(xiàn)者稱作高能態(tài)猝滅（ qE） ,被認(rèn)為對保護(hù)葉片免受光致破壞是必須的。當(dāng)植物暴露在逆境下時，低于此值，尤其可以表明發(fā)生了光抑制現(xiàn)象。計算如下： qP=(Fm’Ft)/(Fm’Fo’) 盡管從表面上看它與 ΦPSII非常相似，但實際意義有所不同。 常用的熒光參數(shù)： 光化學(xué)猝滅參數(shù)： ΦPSII： PSII量子產(chǎn)量（效率） （ F m’Ft） /Fm’ qP: 開放 PSII的比例（光化學(xué)猝滅） （ F m’Ft） /（ Fm’－ Fo） Fv/Fm PSII最大量子效率 （ FmFo） /Fm 非光化學(xué)猝滅參數(shù)： NPQ: 非光化學(xué)猝滅 (FmFm’)/Fm’ qN: 非光化學(xué)猝滅 （ FmFm’） /(FmFo) （一）光化學(xué)過程 光化學(xué)猝滅總是與 Fm’和 Ft有關(guān)。這一點在田間不易做到，通常是估測黎明前的 Fm值。在這種技術(shù)中，給一個高強(qiáng)度、短時間的閃光，使所有的 PSII中心暫時全部關(guān)閉。 對于典型的植物，這兩個過程大約需要 15－ 20分鐘完成，達(dá)到一種穩(wěn)態(tài)。在這期間，反應(yīng)中心呈 “ 關(guān)閉 ” 狀態(tài)。葉綠素吸收的光能有 3種命運： ● 用于推動光化學(xué)反應(yīng)（光合作用） ● 過多的能量以熱的形式耗散 ● 發(fā)光：釋放熒光 葉綠素去激途徑 這三個途徑同時存在，并發(fā)生競爭，任何一個途徑增強(qiáng)，都會削弱另外兩個途經(jīng)。在沒有環(huán)境脅迫時，產(chǎn)物積累低于閾值，產(chǎn)物限制就不是主要的限制因子。 當(dāng)然，磷過多時，也會引起光合下降，因為無機(jī)磷酸是 Rybisco的一種競爭性抑制劑。這時，光合速率不再隨 CO2濃度增加而升高。 RuBP羧化限制 在飽和光強(qiáng)下， Pn對 Ci的響應(yīng)曲線，可分為 2個明顯的階段： 第一階段： 在較低的 Ci下， Pn隨 Ci增加而直線增加，這段直線的斜率，叫做羧化效率（ CE: carboxylic efficiency）。 上述結(jié)果表明：在中度水分脅迫之前，水分虧缺雖然也影響葉肉細(xì)胞的光合能力，使葉肉導(dǎo)度和 A下降，但起主導(dǎo)作用的是氣孔關(guān)閉，即一氣孔限制為主。 Ao－ A：是氣孔限制造成的光合下降。 根據(jù) CO2濃度差值計算 Ca－ ci Ci Ls= = 1－ Ca Ca ● 當(dāng)氣孔完全關(guān)閉時，可設(shè)想 Ci=0， Ls=1 ● 當(dāng)氣孔完全開放時， Ci=Ca， Ls=0 所以， Ls在 0于 1之間變動。即： rL’= 于是， CO2在氣相中擴(kuò)散的總阻力為： Σr’=+ 明確以上關(guān)系后，即可計算 Ci’: 由于： Pn=(Ca’Ci’)/ Σr’ 得： Ci’=Ca’－ Pn Σr’ ＝ Ca’－ Pn/Σg’ 因為 r’與 g’互為倒數(shù)： Σg’＝ 1/Σr’ (四 )氣孔限制值的計算 在研究光合速率與光強(qiáng)、 CO2的關(guān)系時，人們常用光合作用的光響應(yīng)曲線（ PFD－ Pn曲線）、光合作用的 CO2響應(yīng)曲線 (Ca－ Pn曲線 )來進(jìn)行分析。而阻力與通量則為雙曲線關(guān)系，數(shù)據(jù)處理常有不便。 氣孔阻力 rs和 rs’: 指氣孔對氣體擴(kuò)散的阻力，其大小取決于氣孔密度、孔口大小和張開度。 對于蒸騰速率，其關(guān)系式是： ΔC Tr＝ Σr ΔC=Ci－ Ca 對于光合作用： ΔC’ Pn＝ Σr’ ΔC’=Ca’－ Ci’徑 但是，光合作用的情況與蒸騰作用不同，CO2從大氣進(jìn)入葉肉并沒有完成擴(kuò)散的全過程，CO2必須到達(dá)葉綠體的羧化部位，才能被同化，才算完成了擴(kuò)散。同 時影響酶活性。 （ 2）光合酶系 在高 CO2濃度下，葉片的可溶性蛋白含量、Rubisco的含量與活性均表現(xiàn)下降趨勢。因此，采用 CO2施肥可以取得明顯效果。制 高溫對光合機(jī)構(gòu)的損傷部位 ● PSII反應(yīng)中心及其氧化側(cè)的類囊體膜。 ΔA320： 320nm光吸收的變化主要反映 QA還原情況，它是光抑制破壞的一個良好指標(biāo)。等活性氧的潛在危害，而且比 Mehler反應(yīng)的光保護(hù)作用更有效。占 20－ 25％。 高光強(qiáng)，低 pH(),紫黃質(zhì)脫環(huán)氧化酶 紫黃質(zhì) 環(huán)氧玉米黃質(zhì) 玉米黃質(zhì) （ violaxanthin） （ antheraxanthin） (zeaxanthin) 低光強(qiáng)，高 pH(),玉米黃質(zhì)環(huán)氧化酶 葉黃素循環(huán) 耗能機(jī)理 ：玉米黃質(zhì)是類胡蘿卜素的一種，各種類胡蘿卜素的單線態(tài)的能量高低，取決于其分子中共軛雙鍵的多少，共軛雙鍵多，則其單線態(tài)能量低。 （ 5）葉黃素循環(huán) Yamamoto等（ 1962）報道了植物體內(nèi)存在著葉黃素循環(huán)，但其功能一直不清楚。此循環(huán)是由醌提供電子給 cytb559,后者把電子傳給 chlz（聯(lián)接天線和 PSII反應(yīng)中心的輔助葉綠素）， chlz再把電子傳給 P680。（如用 λ700nm，主要被 PSI吸收的光照射小球藻，吸收的激發(fā)能向 PSII分配比例增加） 狀態(tài) II：激發(fā)能向 PSI分配增加的狀態(tài)。 而采用環(huán)己亞胺（ cycloheximide） ,一種細(xì)胞質(zhì)蛋白質(zhì)合成抑制劑處理，不加劇光抑制，也不妨礙恢復(fù)過程。 光抑制后光合功能的恢復(fù) 光抑制引起的破壞與自身的修復(fù)過程是同時發(fā)生的，兩個相反過程的相對速率決定光抑制程度和對光抑制的忍耐性。按其發(fā)生的原初部位可分為： ◆受體側(cè)光抑制： 常起始于還原型 QA的積累。 一、光照 （一）植物光合機(jī)構(gòu)對光照條件的適應(yīng) 陰生植物與陽生植物光合機(jī)構(gòu)比較 部位 參數(shù) 陽生植物 陰生植物 葉綠體 體積 正常 偏大 基粒類囊體 多 少 chla/chlb 高 低 葉片 厚度 厚 薄 氣孔密度 大 小 柵欄組織 /海綿組織 高 低 光合速率、光補(bǔ)償點、光飽和點 高 低 整體 R/T 大 小 （二）植物光合機(jī)構(gòu)對光照條件的響應(yīng) 短時間內(nèi)光強(qiáng)的改變，光合機(jī)構(gòu)具有一定的調(diào)節(jié)功能： 酶活性變化：激活或失活（如 C3途徑中的光調(diào)節(jié)酶：RuBP羧化酶、 NADP磷酸甘油醛脫氫酶、 SBP酯酶、 FBP酯酶、 Ru5P激酶。 光合電子傳遞鏈的三種抑制劑 DCMU、 DBMIB和百草枯的化學(xué)結(jié)構(gòu) 葉綠體電子傳遞鏈的抑制劑作用位點 ： DCMU和 DBMIB阻止電子傳遞反應(yīng)，而還原態(tài)的百草枯自動氧化為基本離子，導(dǎo)致超氧和其他活性氧種類的形成。 電子傳遞順序： 綠藻： cytf → PC → P700 高等植物： cytf → PC → P700 （六） PSI結(jié)構(gòu)與運轉(zhuǎn) PSI復(fù)合體組成 反應(yīng)中心 P700 電子受體 LHCI（捕光天線） PSI反應(yīng)中心的運轉(zhuǎn) P700： chla雙分子體 A0： chla單分子體 A1：葉醌（維生素 K1） FA, FB, FX: 三個鐵硫中心，含 12個 Fe， 12個 S。 cytb/f復(fù)合體 （ 1）組成 4個多肽鏈組成（多亞基膜蛋白）： cytf, cytb6, Rieske鐵硫蛋白， 17KD蛋白（功能不詳） （ 2）電子傳遞順序 PQH2 → FeSR → Cytf → PC （ 3） cytb/f 復(fù)合體介導(dǎo)跨膜質(zhì)子轉(zhuǎn)移的機(jī)理 ——Q循環(huán) 關(guān)于 Cytb６ /f 復(fù)合體介導(dǎo)的跨膜質(zhì)子轉(zhuǎn)移的機(jī)理， Mitchell曾提出 Q循環(huán)的假設(shè)：還原的 PQH2將 2個電子中的一個傳給 Cytb6/f 復(fù)合體中的 FeSR，再交給 Cytf，進(jìn)而傳給 PC，與此同時， PQH2又將第二個電子交給低電位的 b６，并釋放 2個 H+到膜腔內(nèi)，電子由低電位的 b６傳至高電位的 b６，再將電子傳至 PQ。 （ 2） Mn, Cl, Ca與放氧的關(guān)系 （ 1） Mn 直接參與水裂解積累 4個氧化當(dāng)量的過程。此外，許多逆境因子，如強(qiáng)光、高鹽等對電子傳遞的抑制部位，也是這里。 （ 3）水氧化放氧系統(tǒng) 包括：三種外周蛋白（ 33， 23， 17KD） , Mn簇 , Cl, Ca2+ PSII的運轉(zhuǎn) PSII是執(zhí)行光誘導(dǎo)電荷分離及電子傳遞的基本單位， P680中心色素是一個 chla雙分子體。 （四） PSII的結(jié)構(gòu)與運轉(zhuǎn) PSII復(fù)合體的結(jié)構(gòu) PSII反應(yīng)中心結(jié)構(gòu)模式圖 示意 PSII反應(yīng)中心 D1蛋白和 D2蛋白的結(jié)構(gòu)。 （ 二 ） 原初光化學(xué)反應(yīng) 原初反應(yīng)是光合作用中將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的最初步驟 ， 其反應(yīng)非?？?， 在 fs— ps之間 。 當(dāng)光量子被一個基態(tài)的電子吸收 ， 光量子的能量就被加到電子上 ， 電子躍遷為能級較高的激發(fā)態(tài) 。 光合作用生態(tài)生理 Eco－ Physiology of photosynthesis 第一章 光合作用機(jī)理進(jìn)展 地球上生命活動的能量 ， 基本上都是依賴于太陽能 ， 光合作用是最主要的能將太陽能固定的生命過程 。 對于可見光 ， 電子躍遷時間為 10－ 15s. 葉綠素激發(fā)與去激 色素之間的能量傳遞 共振傳遞： 在色素系統(tǒng)中 ， 一個色素分子吸收光能被激發(fā)后 ， 其中高能電子的振動會引起附近另一個分子中某個電子的振動 (共振 )， 當(dāng)?shù)诙€分子電子振動被誘導(dǎo)起來 ，就發(fā)生了電子激發(fā)能量的傳遞 ， 第一個分子中原來被激發(fā)的電子便停止振動 ， 而第二個分子中被誘導(dǎo)的電子則變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài) ， 第二個分子又能以同樣的方式激發(fā)第三個 、 第四個分子。 反應(yīng)部位：光合膜（反應(yīng)中心） （三）葉綠體電子傳遞 光合電子傳遞的順序 （ 1） 兩個光系統(tǒng) 紅降現(xiàn)象： 雙光增益效應(yīng)： PSII和 PSI： PSII： P680核心、捕光色素蛋白復(fù)合體(LHCII)、放氧復(fù)合體（ OEC） PSI: P700核心、 LHCI （ 2） Z鏈 （ Z schem） 電子傳遞體在類囊體膜上的分布 類囊體膜上存在 4中蛋白復(fù)合體： PSII復(fù)合體： PSIIα：基粒中央 PSIIβ：間質(zhì)片層 Cytb/f復(fù)合體：基粒垛疊區(qū)、基粒末端與邊緣 PSI復(fù)合體： PSIα：基粒外周