沙木蓼和沙枣对地下水位变化的生理生态响应I.叶片养分、叶绿素、可溶性糖和淀粉的变化

 在甘肃民勤沙生植物园内利用植物蒸腾耗水量观测场,研究了两种优势旱生植物沙木蓼(Atraphaxis frutescens)和沙枣(Elaeagnus angustifolia)叶片中的叶绿素、可溶性糖、淀粉和N、P、K含量等对不同地下水深度(1～3.4 m)的响应。结果表明：1) 1.4 m、2.4 m和3.4 m 3种不同的地下水深度处理,产生了3种差异显著的土壤水分梯度;2) 地下水深度的变化导致了这两种旱生植物叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、叶绿素a与叶绿素b的比值等的显著变化(p<0.01);3) 地下水深度的增加引起了两种植物叶片可溶性糖含量的升高和淀粉含量的降低;4) 地下水深度的增加引起了两种植物叶片中N、P、K含量的降低;5) 不同的地下水深度引起沙枣和沙木蓼叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、叶绿素a与叶绿素b的比值、N、P、K含量、可溶性糖和淀粉增加或减少的程度不同。沙枣是非豆科固氮植物,两者的差异是否与固氮作用相关还有待于进一步研究。     

沙木蓼和沙枣对地下水位变化的生理生态响应Ⅰ.叶片养分、叶绿素、可溶性糖和淀粉的变化

在甘肃民勤沙生植物园内利用植物蒸腾耗水量观测场,研究了两种优势旱生植物沙木蓼（Atraphaxis frutescens)和沙棘（Elaeagnus angustifolia)叶片中的叶绿素、可溶性糖,淀粉和N、P、K、含量等对不同地下水深度（1－3．4m）的响应。结果表明：1）1.4m,2.4m和3．4m 3种不同地的地下水深度处理,产生了3种差异显著的土壤水分梯度;2）地下水深度的变化导致了这两种旱生植物叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、叶绿素a与叶绿素b的比值等的显著变化（P＜0．01）;3）地下水深度的增加引起了两种植物叶片可溶性糖含量的升高和淀粉含量的降低;4）地下水深度的增加引起了两种植物叶片中N、P、K含量的降低;5）不同的地下水深度引起沙棘和沙木蓼叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、叶绿素a与叶绿素b的比值、N、P、K含量,可溶性糖和淀粉增加或减少的程度不同。沙棘是非豆科固氮植物,两者的差异是否与固氮作用相关还有待于进一步研究。     

水分胁迫对大果沙枣光合特性及生物量分配的影响

选取大果沙枣1年生幼苗,盆栽于相对含水量分别为70%~75%(CK)、50%~55%(T1)、35%~40%(T2)和15%~20%(T3)的土壤中培养25 d,研究大果沙枣在水分胁迫下的光合特性变化和生物产量积累及其分配规律。结果显示:水分胁迫抑制了大果沙枣的光合作用,与对照相比,T2和T3处理导致净光合速率、叶片蒸腾速率和水分利用效率显著降低,气孔阻力、胞间二氧化碳浓度和叶绿素含量升高,而且光合午休明显,非气孔因素是干旱时大果沙枣净光合速率下降的主要原因;水分胁迫下,大果沙枣的生长受到抑制,地上部分和地下部分的干生物量积累同时降低,但地下干生物量降低的程度低于地上部分;干旱处理中,T3处理显著抑制大果沙枣的生长,但仍保持一定的生物量增加。结果表明:大果沙枣具有一定的自我调节与保护能力,在水分胁迫下大果沙枣趋于将更多的资源分配给根系,以提高根冠比而适应干旱的环境。     

4种沙生灌木幼苗PV曲线水分参数对干旱胁迫的响应

以柠条、沙木蓼、杨柴和花棒4种沙生灌木幼苗为材料,采用盆栽法在适宜水分、中度干旱和重度干旱(田间持水量的75%、50%和35%)3种土壤水分条件下,应用PV技术测定了它们在膨压为0时的渗透势(ψstlp)、相对水含量(RWCtlp)和相对渗透水含量(ROWCtlp),以及饱和含水时的渗透势(ψssat)、束缚水含量(Va)、膨压随叶水势下降而降低的速率b值和组织细胞总体弹性模量(ε′)等水分参数,并用隶属函数值法对4种苗木在干旱下保持膨压的能力进行了综合评价.结果显示:与适宜水分条件下相比较,除花棒幼苗在中度及重度干旱下ψssat值、柠条苗在中度干旱下ψssat和ψstlp差值和在中度及重度干旱下Va值、沙木蓼苗在中度干旱下ε′和RWCtlp值均变化很小以外,4种苗木其它水分参数在不同程度干旱胁迫下均有较明显的变化,且其变化幅度随干旱胁迫的加剧而增加,从而使苗木保持膨压及吸水保水的能力较适宜水分下明显增强;苗木保持膨压能力的综合评价结果为:中度干旱下柠条>花棒>杨柴>沙木蓼,重度干旱下柠条>花棒>沙木蓼>杨柴.研究表明,柠条幼苗对干旱胁迫具有极强的渗透调节适应性.     

沙埋对两种一年生藜科植物存活及光合生理的影响

为了解沙埋对沙生植物存活的影响及其光合生理响应特征,比较不同藜科沙生植物耐沙埋能力及其光合响应,在内蒙古科尔沁沙地研究了沙米(Agriophyllum squarrosum)和大果虫实(Corispermum marocarpum)在不同沙埋深度下第5、10、15天的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率的变化,并于植物生长末期对存活率进行了测定。结果表明:沙米较大果虫实具有较强的耐沙埋能力,其中沙米幼苗最大耐沙埋深度超过苗高10 cm,大果虫实在埋深等于其苗高时全部死亡;随沙埋深度增加,沙米和大果虫实的存活率均显著下降,但沙米的下降幅度明显小于大果虫实;沙埋后,2种植物的气孔关闭或开放程度减小,通过降低蒸腾速率和提高水分利用效率来适应沙埋胁迫;随着沙埋胁迫的加剧,2种植物的净光合速率下降,表明沙埋胁迫对植物的光合作用破坏较大;相比于大果虫实,沙米对于沙埋胁迫有着更好的光合适应,随着胁迫的时间增加,其净光合速率有所恢复。     

遮荫对连翘光合特性和叶绿素荧光参数的影响

本文系统研究了不同程度的遮荫(0%、43%、70%、97%)处理对连翘叶片光合特性和叶绿素a荧光参数的影响。结果表明：随着遮荫程度增加,最大净光合速率、光补偿点、光饱和点、暗呼吸速率降低;净光合速率日变化均呈单峰型,峰值和光能利用率增加;叶绿素a b、叶绿素a、叶绿素b含量增加,叶绿素a/b降低;叶绿素a荧光参数Fv/Fm和Fv/Fo日变化呈单谷曲线,值均高于全光照的,且随着遮荫程度的提高其值均依次增加。这说明,连翘是一种耐荫性很强的植物,遮荫可使其降低光补偿点、光饱和点、净光合速率、暗呼吸速率以及叶绿素a/b,增加总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b含量、光能利用率以及PSⅡ原初光能转化效率和潜在活性,从而增强其在弱光条件下的生长发育能力。     

不同基质和生长调节剂对红桂木光合与水分利用效率的影响

利用不同的栽培基质和生长调节剂,探讨其对红桂木光合作用和水分利用效率的影响。结果表明,基质土经改良(S2)并配以适量的吲哚丁酸(IBA)和萘乙酸(NAA),能增强植株的光合速率、蒸腾速率和水分利用率。改良基质(S2)与传统基质(S1)相比,前者显著地促进植株同化物的产生,极显著提高净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用率、叶绿素b含量;IBA+NAA处理与IBA处理、CK相比,前者显著提高净光合速率、水分利用率、总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b含量。综合而言,S2-IBA-NAA栽培组合有利于增强红桂木光合作用,提高红桂木同化能力。     

入侵植物加拿大一枝黄花对土壤水分变化的生态学响应

以盆栽的入侵植物加拿大一枝黄花为材料,在100%(CK)、80%(W_80)、60%(W_60)和40%(W_40)土壤田间持水量条件下,研究了该植物的生长、生物量分配和光合生理特征,以探讨其入侵机制.结果表明:(1)加拿大一枝黄花的生长速率、株高、叶面积(叶长、叶宽)等均随土壤含水量的降低而下降;总生物量及根、茎、叶各器官生物量积累均随土壤含水量的减少而呈不同程度降低,根生物量比、叶生物量比和根冠比则表现出逐渐增大趋势,并在W_40处理下达到最大;克隆生长在W_40处理下受到严重抑制,表现为无克隆分株和二级根茎,分枝强度低、根茎直径小等特征.(2)随着土壤含水量减少,植株叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量逐渐下降,叶绿素a/b比值却升高,同期的净光合速率、最大净光合速率、光饱和点下降,而光补偿点却上升,其光适应范围逐渐变小.研究发现,加拿大一枝黄花具有较强的抗旱性和耐旱性,但重度干旱仍严重影响其正常生长,其适宜的水分生态位是中偏湿的土壤环境;其通过一系列形态和生理上的可塑性变化来适应和占据各种异质性生境,表型可塑性可能是其成功入侵的重要机制.     

不同土壤水分下4种沙生灌木的光合光响应特性

采用盆栽试验在适宜水分、中度干旱和重度干旱(土壤田间持水量的70%-75%、45%-50%和30%-35%)条件下,研究了4种沙生灌木柠条、花棒、沙木蓼和杨柴1年生幼苗的光合光响应特性。结果表明:各灌木光响应曲线的变化趋势基本一致,采用非直角双曲线模型拟合良好;各灌木净光合速率在同等光合有效辐射时均表现为适宜水分中度干旱重度干旱;各灌木在干旱条件下叶片表观量子效率与最大净光合速率均较适宜水分下降低,两项参数在中度与重度干旱下的平均降幅柠条均为最小,反映出柠条光合作用对干旱胁迫较强的适应性;干旱条件下光饱和点的降低是造成4种沙生灌木对光照需求改变的主要原因,光补偿点和饱和点的协同变化表明柠条具有对光环境良好的适应性;4种沙生灌木在干旱条件下暗呼吸速率均降低。在西北沙区人工植被建设中从光合特性考虑,柠条更宜作为土壤水分较差立地上的先锋树种。     

铝胁迫对蓼科植物生长和光合、蒸腾特性的影响

采用水培试验,设置5种铝处理浓度,研究了铝对3种蓼科植物酸模叶蓼、杠板归和辣蓼叶片光合、蒸腾和叶绿素荧光参数的影响。结果表明,高铝处理(400μmol.L-1)显著抑制3种蓼科植物地上部和根系生长,并且导致3种蓼科植物叶片叶绿素含量、Chla/Chlb、净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)、PSII光合电子传递量子效率(φPSII)和光化学猝灭系数(qP)显著下降。中低铝处理(25~100μmol.L-1)时,与对照相比,酸模叶蓼生物量显著增加,杠板归显著减少,辣蓼先增加后减少。其中,酸模叶蓼和辣蓼叶绿素含量、Chla/Chlb、Pn、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、PSII最大光化学效率(Fv/Fm)、qP均未发生显著变化,但辣蓼WUE、φPSII和非光化学猝灭系数(NPQ)显著下降,酸模叶蓼无显著变化;而杠板归除Ci、Fv/Fm外,其余叶片光合、蒸腾及叶绿素荧光参数均出现显著下降。上述结果表明,酸模叶蓼在中低铝处理条件下可通过保持较高的叶绿素含量、Chla/Chlb、WUE、Pn、PSII反应中心光化学反应效率以及提高非辐射能量耗散来增强其对铝的耐性。     

生物结皮对3种荒漠草本植物光合生理特性的影响

通过人工去除生物结皮实验，研究古尔班通古特沙漠生物结皮对3种荒漠草本植物生理特性的影响，根据生物结皮对土壤养分和水分的影响，综合分析生物结皮对3种草本植物光合生理特性的影响。结果表明，生物结皮对3种荒漠草本植物光合生理的影响基本一致，在植物生长早期，生物结皮区的尖喙牻牛儿苗（Erodium oxyrrhynchum M.Bieb.）、条叶庭荠（Alyssum linifolium Steph.ex Willd.）和琉苞菊（Hyalea pulchella（Ldb.） C.Koch）的叶片相对含水量（RWC）、净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（E）、水分利用效率（WUE）、PSⅡ最大光化学量子效率（F_v/F_m）、PSⅡ实际光化学效率（φ_PSⅡ）和叶绿素（Chl）含量均高于去除生物结皮区；但是，在植物生长后期，却是去除生物结皮区的各项生理指标高。生物结皮对3种荒漠草本植物光合生理过程的影响与其对植物生长的影响基本一致，这与土壤养分和水分状况的变化密切相关。     

Ecophysiological significance of leaf traits in Cypripedium and Paphiopedilum

There is a close phylogenetic relationship between Paphiopedilum and Cypripedium, but these two genera diverge considerably in terms of their leaf traits. To understand the evolution and the ecophysiological significance of leaf traits, we investigated the leaf traits of three Paphiopedilum species and three Cypripedium species in southwestern China. Cypripedium tibeticum and C. flavum showed a significantly higher light-saturated photosynthetic rate (P(max) ), stomatal conductance (g(s) ), photosynthetic nitrogen utilization efficiency (PNUE) and specific leaf area (SLA), but lower ratio of leaf carbon to nitrogen content (C/N) and leaf construction cost (CC) than Paphiopedilum. These leaf traits of Cypripedium suggest its high resource use efficiency and high growth rate reflecting adaptation to a short growing period and abundant soil nutrients and water in alpine habitats. Conversely, the low P(max) , g(s) , PNUE, SLA and the ratio of chlorophyll a to chlorophyll b (Chl a/b), but high leaf nitrogen investment in light-harvesting component (P(L) ), CC and C/N in Paphiopedilum indicate its adaptation to a low light, nutrient-poor and limited soil water habitats in karst areas. As a sympatric species of Paphiopedilum, although C. lentiginosum retained the phylogenetic leaf traits of Cypripedium, such as high mass-based light-saturated photosynthetic rate (P(max-M) ), g(s) and PNUE, it had some similar leaf traits to those of Paphiopedilum, such as low mesophyll conductance (g(m) ) and Chl a/b, and high P(L) , which reflected an adaptation to the same habitat. Our results show that the evolution of the leaf traits of Paphiopedilum and Cypripedium are shaped by both phylogeny and environment.     

桃儿七光合生理特性的地理差异研究

对中国由南向北5个种源地桃儿七(Sinopodophyllum hexandrum)的光合生理生态特性进行了研究.结果表明:(1)北部宁夏六盘山地区植株的光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)最高,表观光量子效率(AQY)、瞬时光能利用效率(ILUE)和最大光合速率(Pmax)最低,光合能力最差;最南部云南纳帕海植株的LSP和LCP很低,但因其AQY和ILUE最高,故其Pmax最大,强光下的光合能力最高.(2)最南部云南纳帕海和最北部甘肃兴隆山个体的羧化效率(CE)最高,且CO2补偿点(CCP)较低,因此CO2利用率较高;而较南部四川刷经寺个体的CE最低,且CCP最高,故CO2利用效率最低.(3)各种源植株叶片的叶绿素总量及叶绿素a含量无显著差异,而不同地区个体的Chla/Chlb值差异显著,最北部甘肃兴隆山植株的Chla/Chlb值最大,而南部四川刷经寺的Chla/Chlb值最小.(4)各种源地植株的水分利用效率(WUE)和蒸腾速率(Tr)对光量子通量密度(PFD)与CO2浓度的响应过程也表现出显著的地理分异.总的来看,桃儿七是一种喜光但又较耐阴植物,但不同分布区桃儿七的光合生理生态特征已经出现了较显著的地理分化.     

Effects of groundwater depth variation on photosynthesis and photoprotection of <Emphasis Type="Italic">Elaeagnus angustifolia</Emphasis> L.

Physiological and photosynthetic responses were investigated at three different depths of groundwater (DGW: 1.4, 2.4, and 3.4 m) in Elaeagnus angustifolia L., a locally adapted tree to the arid region in northwest China. Predawn leaf water potential and chlorophyll content declined gradually with the increasing DGW, whereas there was little effect on predawn variable-to-maximum chlorophyll fluorescence ratio F _v/F _m and leaf carotenoid compositions (xanthophyll cycle pool, neoxanthin, lutein, and β-carotene). Net photosynthetic rate (P _n), quantum yield of PSII electron transport (Φ_PSII), stomatal conductance (Gs), and intercellular CO₂ concentration (Ci) declined obviously; however, P _n decreased more than Φ_PSII at deeper DGW. The photoinhibition of PSII at all three DGW occurred at midday in summer and increased as DGW increased. The ΔpH-dependent thermal dissipation and the level of de-epoxidation of the xanthophyll cycle at all three DGW reached their maxima at midday with the increase of light intensity. However, the fraction of functional PSII and light intensity at deeper DGW (2.4, 3.4 m) showed a negative correlation. This correlation suggested that most of violaxanthin was converted into zeaxanthin at midday, and the reversible inactivation of partial PSII reaction centers took place at deeper DGW. These results together suggest that both the xanthophyll cycle-dependent thermal dissipation and the reversible inactivation of partial PSII might have played important roles in avoiding the excess light-induced energy damage in leaves of this tree species at deeper DGW.     

竹柏2种颜色叶片的光合特性研究

为了解竹柏(Podocarpus nagi)的光合特性,以3 a生全绿叶和花叶竹柏为材料,测定其光合色素含量和气体交换参数。结果表明,全绿叶竹柏叶片的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素a+b、叶绿素a/b和叶绿素a+b/类胡萝卜素均显著高于花叶竹柏;全绿叶竹柏叶片的初始量子效率、最大光合速率和暗呼吸速率均显著高于花叶,而光饱和点和光补偿点均显著低于花叶;全绿叶竹柏叶片的初始羧化效率、光合速率、CO2饱和点和光呼吸速率均高于花叶,而CO2补偿点低于花叶。2种颜色叶片的气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率均随着光合有效辐射的增大而增大,且均表现为全绿叶花叶,而胞间CO2浓度则相反,表现为花叶全绿叶。因此,全绿叶竹柏利用弱光的能力强于花叶竹柏,而花叶竹柏利用强光的能力更强,在园林绿化配置中,可根据2种颜色叶片的光合特性合理配置。     

CO2 浓度升高对两种沈阳城市森林树种光合特性的影响

利用开顶式气室, 研究了CO2浓度升高条件下城市森林主要树种油松(Pinus tabulaefomis)和银杏(Ginkgo biloba)主要光合特性的变化。结果表明, 整个生长季, CO2浓度升高(700 mmol.mol-1)条件下2树种叶片的净光合速率、可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白含量均接近或高于相应对照(自然CO2浓度)值, 但不同树种增加的幅度不同; 而2树种的叶绿素含量和Chl a/Chl b值对CO2浓度升高反应不一, 表现为CO2浓度升高条件下油松的叶绿素含量较对照值高, Chl a/Chl b值降低, 银杏的叶绿素含量为前期升高, 后期降低, Chl a/Chl b值变化与之正好相反, 说明城市森林组成树种对CO2浓度升高的响应具有复杂性。CO2浓度升高条件下, 两树种均未发生光合适应现象。     

重庆石灰岩地区木豆与十大功劳叶片气体交换的比较

对重庆石灰岩地区固氮植物木豆与非固氮植物十大功劳叶片气体交换进行了比较研究.结果表明木豆的日均净光合速率（Pn）、蒸腾速率（E）、气孔导度（Gs）和光能利用效率（LUE）均大于十大功劳,但两者的水分利用效率（WUE）没有差别.净光合速率在中午出现了较明显的光合＂午休＂现象.经分析木豆的光合午休主要由气孔因素引起,而十大功劳的光合午休现象以非气孔因素为主.同样,在季节变化中木豆的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（E）、气孔导度（Gs）和光能利用效率（LUE）的季节均值也均大于十大功劳,但水分利用效率（WUE）却相反.木豆和十大功劳的叶绿素含量的季节变化与净光合速率季节变化趋势基本一致,木豆的叶绿素含量呈8月份高峰的单峰曲线,而十大功劳在8月份和10月份各有一高峰.木豆的叶绿素a/b的季节变化呈递减趋势,相反,十大功劳呈上升趋势.经分析,木豆和十大功劳的净光合速率的季节变化与叶绿素含量的季节变化相关联.木豆单位叶重的含氮量季节均值为37.6mg/g,明显高于十大功劳的14.8 mg/g,说明木豆的高固氮能力导致了木豆的高光合能力.但木豆的水分利用效率不如十大功劳,说明有高光合能力的固氮植物木豆在石灰岩地区的植被恢复中也存在其不适应的因素,但木豆是否真正适应干旱环境还需要进行全面的水分生理的研究.     

粳稻生育后期剑叶光合日变化和光合色素对大气CO2浓度和温度升高的响应——FACE研究

为研究水稻叶片光合色素和光合日变化对大气CO₂浓度和气温升高的响应,我们采用在开放空气中控制升高CO₂浓度和温度的方法,以常规粳稻南粳9108为试验材料,设置了环境CO₂和高大气CO₂浓度(增加200 μmol·mol^-1)、环境温度和增温(增加1～2 ℃)交互的4个处理,测定了灌浆中期和后期水稻剑叶的光合日变化特征和光合色素含量.结果表明: 水稻剑叶净光合速率(P_n)为双峰曲线,发生了光合“午休”现象;大气CO₂浓度升高提高了剑叶P_n,灌浆中期和后期平均分别增加了47.6%和39.1%;高温有降低P_n的趋势,但相关性未达到显著水平.大气CO₂浓度和温度升高导致水稻剑叶生育后期气孔导度(g_s)平均分别降低了17.0%和11.8%.高CO₂浓度水稻剑叶生育后期蒸腾速率(T_r)、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素和叶绿素a/b值显著降低,平均降幅分别为5.9%、50.4%、21.3%、41.4%、39.4%和21.4%,明显增加了剑叶水分利用率(WUE),平均增幅达47.9%.与之相反,生育后期增温使水稻剑叶T_r增加了10.2%,使WUE平均降低了20.4%.综上所述,大气CO₂浓度升高对粳稻生育后期剑叶P_n、g_s和光合色素含量的影响明显大于增温效应.因此,应重视大气CO₂浓度和温度对水稻光合作用和光合色素的综合效应,减弱增温的负效应.