枫杨幼苗对土壤水分"湿-干"交替变化光合及叶绿素荧光的响应

以盆栽1年生枫杨幼苗为实验材料,通过人工设置土壤水分来模拟三峡库区消落带不同土壤水分对枫杨幼苗的光合参数、光合色素含量、叶绿素荧光特性等的影响.试验设置4个处理组,分别为常规供水、常规供水-轻度干旱-复水、水淹、水淹-轻度干旱-复水,3个处理期分别为前期(0-33 d)、中期(34-63 d)、后期(64-78 d).结果表明,不同的水分处理显著地影响了枫杨幼苗“表观性”的气体交换、光合色素含量和水分利用效率等特性,但相较而言对枫杨幼苗“内在性”的叶绿素荧光特性影响较小,且影响的结果和程度因处理组和指标而异.78 d时,除胞间CO2浓度(Gi)、叶绿素a/叶绿素b、光化学猝灭值(qP)和非光化学淬灭值(qN)外,水淹组(FL组)的各项指标在4个处理组中都为最低值;“湿-干”交替组(FD组)的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)及总叶绿素含量则表现出先降低复水后显著增加的趋势;DR组的变化趋势与FD组类似,但变化的幅度较FD组小.研究发现,枫杨幼苗面对不同水分状况呈现出了一定的敏感特性,但随着胁迫时间的延长其无论是从光合、水分利用还是叶绿素荧光特性方面都表现出积极的响应,较能适应干旱、水淹、“湿-干”交替等多种环境胁迫,且在胁迫解除后能够迅速恢复生长,可以考虑用于三峡库区消落带的植被重建.     

土壤水分对湿地松幼苗光合特征的影响

通过设置常规供水(CK)、轻度干旱(T1)、水饱和(T2)、水淹(T3)4个处理组,研究湿地松当年实生幼苗在不同土壤水分条件下的光合生理响应及叶绿素荧光特性。结果表明:不同水分处理对湿地松幼苗的叶片气体交换参数、水分利用效率(WUE)、光合色素、叶绿素荧光参数等指标有不同的影响;其中,T3的光合色素含量最低;T2、T3组的湿地松幼苗表现出较低的净光合速率(Pn)、电子传递速率(ETR)和PSⅡ光化学的量子效应(ΦPSⅡ),但与其他耐水淹植物相比,T3条件下的湿地松幼苗仍具有较高的Pn,说明湿地松幼苗具有较强的耐水淹能力;在T1条件下,湿地松幼苗具有较高的WUE和较低的蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)以对抗干旱的逆境,其Pn、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、ETR和ΦPSII均有所下降,但仍能维持在相对正常的水平。研究证明,湿地松幼苗具有一定的耐淹耐旱特性,可运用于三峡库区消落带的植被重建。     

前期水淹对牛鞭草后期干旱胁迫光合生理响应的影响

水淹和干旱是限制植物生长的两种主要环境因子。三峡库区消落带由于其特殊的地形条件和人工水文节律,呈现以年度为周期的“水淹-落干”交替变化的水文变动特征,在消落带生长的植物因此受到水淹和干旱交替胁迫的双重影响。为了探究库区蓄水对消落带植被干旱耐受性的影响,以当年生牛鞭草扦插苗为试验对象,设置对照组(CK)、表土水淹组(SF)、全淹组(TF)、对照-干旱组(CD)、表土水淹-干旱组(SFD)、全淹-干旱组(TFD)6个处理组,研究不同水分处理对牛鞭草光合特性的影响。结果表明:(1)水淹和干旱胁迫均对牛鞭草光合特性造成显著影响;(2)水淹胁迫阶段,与CK组相比,牛鞭草SF和TF组净光合速率、气孔限制值和水分利用效率显著下降,胞间CO_2浓度显著上升;(3)干旱胁迫阶段,牛鞭草CD和SFD组净光合速率、气孔导度、胞间CO_2浓度和蒸腾速率等光合参数显著低于CK组,TFD组净光合速率、气孔导度、胞间CO_2浓度和蒸腾速率等指标与CK组无显著差异;(4)复水阶段,各处理组净光合速率、气孔导度、胞间CO_2浓度和蒸腾速率等指标均与CK组无显著差异。研究表明,前期水淹并未增加牛鞭草对后期干旱胁迫的敏感性,牛鞭草对水淹和干旱胁迫均具有较好的耐受性,有助于牛鞭草对库区消落带生境变化的适应性。     

模拟三峡库区消落带土壤水分变化对落羽杉幼苗光合特性的影响

为三峡库区消落带植被恢复建设进行适生树种优选,本研究模拟三峡库区消落带土壤水分变化特征设置了常规生长水分条件、轻度干旱水分胁迫、土壤水饱和以及水淹4个不同处理组,研究落羽杉当年实生幼苗光合特性以及生理生态适应机理。研究结果表明,不同水分处理均显著影响落羽杉幼苗光合色素、叶片气体交换以及资源利用效率。其中,水淹处理组光合色素含量一直处于最低,受到的影响最大且最为明显;与轻度干旱组和水饱和处理组在干重条件下的光合色素含量和对照组并无显著差异形成鲜明对比。各组叶绿素a与b比值介于2.043~2.691之间,叶绿素与类葫萝卜素含量比则介于3.079~4.514之间。在轻度干旱水分胁迫环境下,落羽杉幼苗表现出较低的光能利用效率、CO2利用效率和净光合速率,其净光合速率比正常下降24.9%;相反在土壤饱和水与水淹环境下,其光能利用效率、CO2利用效率和净光合速率并未受到显著影响,仍保持与正常生长条件下一致的水平。在整个实验期,落羽杉幼苗各组的水分利用效率均随时间延长而持续增加,以水淹组增幅最小,常规生长组最大。研究证实落羽杉树种具有喜水和耐水淹生理学特性,完全可以考虑将落羽杉树种列为三峡库区消落带防护林体系建设树种之一,但应避免将其置于干旱环境之中。     

不同水分处理对湿地松幼苗生长与根部次生代谢物含量的影响

模拟三峡库区土壤水分变化特征,设置常规生长水分条件(NG组)、轻度干旱水分胁迫(MD组)、土壤潮湿(WS组)以及水淹(BS组)4个不同处理组,研究多种水分胁迫对湿地松(Pinus elliottii Engelm.)当年实生幼苗的生长与生理影响。结果表明:不同水分处理、时间对湿地松幼苗的生长、生物量、根系的草酸与酒石酸含量均产生显著的影响(P0.05,水分处理对茎生物量的影响例外)。与NG相比,MD、WS和BS均显著降低湿地松幼苗的高生长与叶生物量积累,但对茎生物量的影响均不显著。MD显著降低地径生长,与WS和BS显著增加地径生长正好相反。与此同时,MD、WS和BS能显著增加湿地松幼苗主根、侧根以及总根的草酸和酒石酸含量(MD主根的草酸含量例外)。在同一处理组内,湿地松幼苗根系草酸与酒石酸含量随着处理时间的延长呈现出不同的变化趋势。在多种水分逆境胁迫条件下,湿地松幼苗虽然在生长与生物量方面表现出一定的敏感性,但该树种幼苗较好的适应性特征仍然表现明显。因此,在对湿地松幼苗进行管护时,应当特别注意干旱环境下浇水、水淹环境下排水等土壤水分管理措施,确保湿地松幼苗的健康生长。     

不同生育期玉米叶片光合特性及水分利用效率对水分胁迫的响应

利用大型移动防雨棚开展了玉米水分胁迫及复水试验,通过分析玉米叶片光合数据,揭示了不同生育期水分胁迫及复水对玉米光合特性及水分利用效率的影响。结果表明:水分胁迫导致玉米叶片整体光合速率、蒸腾速率和气孔导度下降以及光合速率日变化的峰值提前;水分胁迫后的玉米叶片蒸腾速率、光合速率和气孔导度为适应干旱缺水均较对照显著下降,从而提高了水分利用效率,缩小了与水分充足条件下玉米叶片的水分利用效率差值;在中度和重度水分胁迫条件下,玉米叶片的水分利用效率降幅低于光合速率、蒸腾速率和气孔导度的降幅, 有时甚至高于正常供水条件下的水分利用效率;适度的水分胁迫能提高玉米叶片的水分利用效率,从而增强叶片对水分的利用能力,抵御干旱的逆境;水分亏缺对玉米光合速率、蒸腾速率及水分利用效率的影响具有较明显滞后效应,干旱后复水,光合作用受抑制仍然持续;水分胁迫时间越长、胁迫程度越重,叶片的光合作用越呈不可逆性;拔节-吐丝期水分胁迫对玉米叶片光合作用的逆制比三叶-拔节期更难恢复。     

黑河中游边缘绿洲湿润和干旱条件下棉花叶片光合特性比较

在甘肃河西走廊中部黑河中游临泽北部边缘绿洲区,测定了湿润和干旱条件下早熟陆地棉(Gossypiumhirsutum L.)品种'新陆早8号'棉花叶片的气体交换参数及叶绿素荧光参数动态日变化.结果表明:(1)不同土壤水分条件下棉花叶片均出现"光合午休"现象.但均未出现光抑制;干旱条件下91起棉花"光合午休"以非气孔因素为主,湿润条件下非气孔因素和气孔因素先后共同起作用.(2)干旱条件下棉花叶片净光合速率(Pn)在8:00～11:OO高于湿润条件下,且均值提高10.5%,而其在12:OO～18:00低于湿润条件下,且均值降低16.5%;干旱条件下叶片Pn和蒸腾速率(Tr)日均值(8:00～18:00)分别比湿润条件下降低4.9%和26.1%,水分利用效率(WUE)却提高了23.4%且达到显著水平.(3)不同土壤水分条件下棉花叶片PSlI最大光化学效率(Fv/Fm)都于14:00达全天最低值,但最低值均大于0.80.研究发现,湿润土壤条件并不能消除棉花的"光合午休"现象;干旱土壤条件也未使棉花出现光抑制,却使一定时段的水分利用效率显著提高.     

干旱胁迫对两种油桐幼苗生长、气体交换及叶绿素荧光参数的影响

为了探究干旱胁迫对两种油桐(三年桐和千年桐)幼苗光合生理特性的变化及响应,采用盆栽试验,研究不同水分处理(正常供水、轻度干旱、中度干旱、重度干旱)对油桐幼苗生长、叶片气体交换及叶绿素荧光参数的影响。结果表明:与对照相比,轻度干旱胁迫对两种油桐生长、气体交换及叶绿素荧光参数无明显影响(P0.05);中度干旱及重度干旱使两种油桐的叶绿素SPAD值、生长量、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、气孔限制值(L_s)、最大净光合速率(P_(nmax))、光饱和点(LSP)、表观量子效率(AQY)、暗呼吸速率(R_d)、最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学量子效率(Φ_(PSⅡ))、电子传递速率(ETR)及光化学猝灭系数(q_P)显著下降(P0.05),且在重度干旱胁迫下迅速下降,胞间CO_2浓度(C_i)、水分利用效率(WUE)、光补偿点(LCP)、初始荧光(F_o)、非光化学猝灭系数(NPQ)显著升高(P0.05);中度干旱胁迫下油桐幼苗P_n的降低是由气孔因素及光合机构活性降低的非气孔因素共同引起的,而重度干旱胁迫下光合作用的下降主要是由光合机构活性降低的非气孔因素引起的。三年桐的光合机构活性及光合效率高于千年桐,对干旱胁迫的适应性较千年桐强。     

珙桐苗木叶片光合特性对土壤干旱胁迫的响应

通过控制土壤含水量,研究了土壤干旱胁迫对2年生珙桐(Davidia involucrata Baill.)幼苗叶面积、叶绿素含量、光合作用及叶绿素荧光参数的影响,以探讨珙桐光合作用对土壤干旱胁迫的响应机理.结果表明,干旱胁迫后,珙桐叶片失水脱落,各干旱胁迫处理叶面积比对照显著降低23%～98%,但单位面积的叶绿素含量却无显著变化;干旱处理的珙桐幼苗净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)显著低于对照(P<0.05);干旱胁迫对珙桐幼苗叶片的初始荧光产量(F0)及最大荧光产量(Fm)没有产生显著影响,却显著降低了PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学量子产量(Yield)、电子传递速率(ETR)及光化学淬灭系数(qP),使非光化学淬灭系数(qN)显著升高(P<0.05).研究发现,土壤水分亏缺对珙桐叶片的光合系统造成了不可逆的伤害,严重抑制了其正常的光合作用和生长发育;珙桐幼苗对土壤干旱胁迫极为敏感.     

干旱和遮荫对马尾松幼苗生长和光合特性的影响

为探究马尾松对干旱和遮荫胁迫的生理响应规律和适应机制,以2年生马尾松幼苗为对象,设置对照(CK)、模拟干旱(DR)、遮荫(LL)以及干旱与遮荫的交互处理(DRLL)4种环境,研究干旱和遮荫对马尾松幼苗的生长和光合生理特性的影响。结果表明:(1)在干旱、遮荫和二者的交互处理下,马尾松幼苗的基径和株高增长量均显著减小,且二者的交互处理加重了干旱和遮荫单一处理下的减小趋势,二者交互作用的影响符合"相互作用理论"。(2)在干旱处理下,针叶长度和比叶面积减小,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和细胞间隙CO_2浓度显著降低,水分利用效率显著增加,光合色素含量基本不变。(3)在遮荫处理下,针叶长度和比叶面积增大,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度显著降低,光合色素含量显著增加,水分利用效率和细胞间隙CO_2浓度基本未发生改变。(4)二者的交互处理下,针叶长度、比叶面积减小,净光合速率、蒸腾速率和气孔导度显著降低,且降低程度大于干旱单一处理,光合色素含量显著增加,但其增加程度小于遮荫单一处理。说明干旱和遮荫均能抑制马尾松植株的生长,但其光合生理特性在干旱和遮荫胁迫下分别表现出不同的响应特征。在干旱处理下,通过牺牲针叶长度和比叶面积、调节气孔导度达到保水目的来适应干旱环境;在遮荫处理下,通过增大针叶长度、比叶面积和光合色素含量来响应遮荫环境。在二者的交互处理下,干旱胁迫导致马尾松针叶长度、比叶面积和气孔导度的减小趋势不仅未因遮荫环境而得到缓解,而且还削弱了对光合色素的合成能力,因此,二者的交互作用会进一步加重对马尾松生长的抑制。     

不同淹水条件下河竹叶片光合生理特性的变化

为阐明淹水条件下河竹( Phyllostachys rivalis H. R. Zhao)叶片的光合生理特性,设置对照组( CK,正常供水)及中度淹水(T1,水面高出基质表面5 cm)和重度淹水(T2,水面高出基质表面10 cm)处理组,对持续淹水360 d内2年生河竹幼苗叶片的光合气体交换参数、光响应曲线、光合特征参数、资源利用效率参数、光合色素含量及比值的变化进行了分析;在此基础上,探讨了河竹对淹水环境的适应性。结果表明：随淹水时间延长,2个处理组的多数光合生理参数呈“升高—降低—升高”的变化趋势,且多数参数在淹水90 d时达到峰值、在淹水270 d时达到谷值;T1组的各项光合生理参数总体上高于T2组。淹水30~180 d,与CK组相比,2个处理组的净光合速率( Pn)、蒸腾速率( Tr)、气孔导度( Gs)、胞间CO2浓度( Ci)和叶面饱和水汽压亏缺( Vpdl)总体上降低,表观量子效率( AQY)显著降低;气孔限制值(Ls)升高,而光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)显著升高;T1组的最大净光合速率(Pmax)略降低,而T2组的Pmax值则显著降低;但2个处理组的水分利用效率( WUE)、表观CO2利用效率( CUE)和表观光能利用效率(LUE)却无明显变化。淹水270和360 d,与CK组相比,2个处理组的Pn、Tr、Gs、Ls和Vpdl值降低,Pmax、LSP、LCP、WUE、CUE和LUE值显著降低,仅Ci值升高;T1组的AQY值略降低,而T2组的AQY值则显著降低。2个处理组的光响应曲线变化趋势与CK组相似,但随淹水时间延长,2个处理组的Pn值变幅不同,其中T1组的Pn值总体上高于T2组。淹水30和90 d,与CK组相比,T1组的叶绿素b( Chlb)和总叶绿素( Chl)含量总体上显著升高,而T2组的Chlb和Chl含量总体上显著降低;2个处理组的叶绿素a(Chla)和类胡萝卜素(Car)含量以及Chla/Chlb和Chl/Car值也显著降低。淹水180~360 d,仅2个处理组的Chla/Chlb值显著升高,而其他光合色素含量及比值总体上显著降低。综合分析结果显示：河竹叶片Pn值在淹水前期和中期下降的主要原因为气孔限制,而在淹水后期下降的主要原因为非气孔限制。河竹对淹水环境有较强耐受性,并对长期淹水有一定的适应性;此外,中度淹水条件下河竹叶片的光能转化效率、对光辐射的利用范围和对光变化的适应能力均高于重度淹水条件。     

水淹对枫杨幼苗光合生理特征的影响

通过设置对照(CK)、连续性水淹(CF)和间歇性水淹(PF)3个水分处理,模拟三峡库区库岸带土壤水分变化,研究乡土树种枫杨当年实生幼苗的生理生态适应机制.结果表明: 不同水分处理均显著影响枫杨幼苗的光合作用、生物量积累和生长.与CK相比,CF和PF组枫杨幼苗除胞间CO₂浓度升高,净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)均显著降低.其变化趋势是枫杨幼苗的P_n、g_s在试验初期下降,然后逐渐恢复或趋于稳定.随着处理时间的延长,CF和PF组枫杨幼苗的总生物量、根生物量、茎生物量、叶生物量、株高和地径均呈现上升趋势.CF和PF组的总生物量、根生物量、叶生物量和株高,以及PF组的茎生物量均显著低于CK,而CF组的茎生物量与CK无显著差异,其地径还高于CK.枫杨幼苗具有耐受水湿而不耐水淹-干旱交替的生理生态特征.     

干旱胁迫对降香黄檀幼苗光合生理特性的影响

采用温室盆栽方法,设置对照(CK)、轻度(LS)、中度(MS)和重度(HS)干旱胁迫4个水分条件,研究不同水分条件对降香黄檀幼苗光合和生理特性的影响。结果表明:(1)随着干旱胁迫程度增加,降香黄檀幼苗叶片叶绿素总含量总体呈现出下降趋势。(2)降香黄檀幼苗叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率随着干旱胁迫强度增加均呈现出先增加后降低趋势,且MS和HS处理下的气孔导度和胞间CO2浓度同时降低,此时幼苗光合能力的下降主要受气孔因素限制。(3)随着干旱胁迫强度的增加,降香黄檀幼苗叶片细胞膜相对透性、丙二醛含量、游离脯氨酸含量和POD活性均呈现出增加趋势,而同期SOD和CAT活性呈现出先升高后降低趋势。可见,降香黄檀幼苗在轻度干旱胁迫下可通过增加叶片保护酶活性来清除活性氧对其组织造成的伤害,但胁迫超过一定程度后保护酶活性下降,表明降香黄檀幼苗的耐旱能力有限。     

干旱胁迫对条墩桑生物量分配和光合特性的影响

以1年生红皮花桑为材料,采用盆栽的方法,研究了不同水分条件下条墩桑幼苗的生物量、荧光参数、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率及水分利用效率的变化.结果表明： 随着干旱胁迫程度的增加,植株地上部分的生物量和总生物量逐渐降低,但光合产物向根部的分配比例逐渐增大,根冠比逐渐增加;叶片的荧光参数F_o、F_v和F_v/F_m逐渐降低;气孔导度、蒸腾速率、净光合速率和水分利用效率逐渐下降.     

沙埋对沙米幼苗生长、存活及光合蒸腾特性的影响

沙米(Agriophyllum squarrosum)是藜科沙蓬属1年生沙生植物,广泛分布于我国各主要沙漠和沙地中。为了解沙埋对沙米生长、存活和光合蒸腾特性影响,2010-2011年在科尔沁沙地研究了不同沙埋深度下沙米幼苗高度、存活率、光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率的变化,结果表明:沙米具有极强的耐沙埋能力。埋深为株高25%时,沙米幼苗存活率和株高显著增加,埋深为株高50%-100%时,其株高和存活率虽有下降,但与非沙埋对照差异不显著。当沙埋深度超过株高后,其株高和存活率急剧下降,但沙埋达到株高266%时仍然有部分幼苗存活。沙埋第5天,随着沙埋深度的增加,沙米幼苗的光合速率缓慢下降,蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率均呈波动式变化。随着沙埋时间的延长,和对照相比,沙米幼苗的光合速率、蒸腾速率和气孔导度均随沙埋深度增加而大幅度下降,但水分利用效率仍呈波动式变化。沙埋第15天时其光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率分别较非沙埋对照下降了86.7%、89.0%、90.0%和4.2%。相关分析表明,沙米幼苗的存活率和高生长与其光合速率、蒸腾速率、气孔导度变化呈显著正相关,而其光合速率、蒸腾速率、气孔导度之间也呈显著正相关,但与水分利用效率的相关性未达到显著水平。沙埋胁迫下沙米幼苗存活率下降和生长抑制不仅源于沙埋造成幼苗顶土困难和光合面积减少,光合速率、蒸腾速率和气孔导度下降也是重要原因。     

水淹对秋华柳幼苗生理生态特征的影响

秋华柳广泛分布于三峡库区河谷与溪流坡岸,对水土保持及稳固堤岸具有重要作用.通过模拟水淹试验,研究了秋华柳幼苗对水淹的适应能力及机理.结果表明：所有处理秋华柳植株全部存活.水淹对秋华柳幼苗的最大光合速率、蒸腾强度、气孔导度和水分利用效率都有显著影响.水淹初期(20 d),植株的各项生理指标值变化较小,其中最大光合速率和蒸腾强度分别比对照下降18.5%和2.2%;30 d后,分别下降53.4%和23.7%,随后又趋于稳定.植株叶绿素和类胡萝卜素含量及其比值均随水淹时间的增加而逐渐降低,其中叶绿素/类胡萝卜素比值在4.873～6.883,而叶绿素a/b比值则在2.855～3.912之间变动.水淹还诱导秋华柳幼苗产生不定根,有利于植株氧气的补给.说明秋华柳幼苗对水淹的适应能力较强,可作为库区水位消落带植被恢复与重建的先锋物种.     

Photosynthesis in different types of transgenic tobacco plants with elevated cytokinin content

Photosynthetic parameters were compared in three types of transgenic tobacco plants: ipt-transgenic plants with slightly elevated endogenous cytokinin (CK) content, Pssu-ipt-transgenic plants with markedly increased CK content, and zmp-transgenic plants with slightly elevated CK content accompanied by elevated auxin content. Slightly increased CK content promoted net photosynthetic rate (P_N) in both ipt- and zmp-transgenic plants, and chlorophyll (Chl) and carotenoid contents in zmp-transgenic plants. Morphology, growth characteristics, stomatal conductance, and parameters of Chl a fluorescence kinetics were similar in control and transgenic plants with slightly higher CK content. No significant effect of increased level of endogenous auxin (indole-3-acetic acid) on development of zmp-transgenic plants and measured parameters was found. Pssu-ipt-transgenic plants with highly increased CK content revealed suppressed root development, wilting of plants, and depression of P_N and stomatal conductance; however, Chl content was slightly increased and parameters of Chl a fluorescence kinetics did not indicate damage to photosynthetic apparatus. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.