大气CO2浓度升高对光合作用的影响

众多的事实表明,大气的CO_2浓度正不断地升高,从工业化革命时期的270—280ppm 上升到现在的350ppm 左右,平均每年以1.2—1.4ppm 的速率递增,预计21世纪中后期大气CO_2浓度将上升为现在的两倍。CO_2作为温室气体,必然给全球的生态环境带来深刻的变化,因此,植物如何对大气CO_2浓度的升高作出响应,已引起各国科学家的普遍关注,因此此课题已成为目前比较活跃的研究领域。CO_2是光合作用的原料,故弄清楚光合作用如何对大气CO_2浓度升高作出响应,对于了解未来大气CO_2浓度升高对植物的影响尤其重要。本文将讨论大气CO_2浓度升高对光合作用的影响,及其影响的机制。     

大气CO_2浓度升高对辣椒光合作用及相关生理特性的影响

研究大气CO_2浓度升高对辣椒光合作用及相关生理特性的影响,揭示大气CO_2浓度变化与辣椒光合作用及生理指标之间的关系,为辣椒的栽培管理及果实加工提供理论参考。利用OTC(open-top chamber)系统,采用盆栽试验,研究CO_2浓度增高200μmol·mol-1对辣椒形态指标、叶片生理指标、光合参数、光合色素、维生素C(Vc)含量、糖类化合物和产量的影响。结果表明:大气CO_2浓度升高促进了辣椒生长,增加株高、产量和植株总生物量。叶片净光合速率(Pn)、胞间CO_2浓度(Ci)和水分利用效率(WUE)明显提高;开花坐果期气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)增加,结果期气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)下降;大气CO_2浓度升高促进辣椒叶和辣椒果实中Vc含量的显著升高,叶片中叶绿素和糖类化合物含量也显著增加;CO_2浓度升高能改善辣椒叶片光系统,增加光合作用,促进辣椒代谢物质的积累,有利于辣椒的生长发育。     

大气中CO2浓度升高对植物的影响

大气中CO_2浓度升高以及由此所引起的温室效应已成为人们普遍关注的议题。在未来的世界里,CO_2浓度将持续上升。预计到21世纪中叶,CO_2浓度可能达到700ppm。一些试验结果表明;CO_2浓度升高对多数植物的个体生长发育有促进作用,其中包括种子的发芽率提高,幼苗生长加快,叶面积增大,根系数量增多,气孔数量减少,茎干生长轮加宽,开花期提早,种子产量提高等。但是,CO_2浓度升高对植物也有不利影响。在高CO_2浓度环境中,由于过量产生的碳水化合物在叶片中的积累和矿物质的不平衡,许多植物在生长后期生长缓慢或出现负增长;个体生长发育规律的变化将导致一些增长种群逐渐向衰退种群过渡;C_3类杂草的加速生长将引起农业欠收;群落结构与组成的变化将促使一些植物走向绝灭;植物残渣中碳氮比的改变将引起生态系统生产力的下降等。因此,对于今后大气中CO_2浓度升高的影响还要做大量的研究。     

不同载畜率下短花针茅分蘖数量对内源激素浓度的响应

放牧是荒漠草原最主要的利用方式之一,载畜率的变化严重影响着植物的生长发育;而内源植物激素是调节植物生长发育的开关,且植物在不同的生长发育阶段具有不同的生理要求和环境适应能力。通过测定放牧条件下短花针茅(Stipa breviflora)分蘖叶内源激素的变化,研究短花针茅分蘖生长对放牧的响应,并分析了分蘖数量受内源激素影响的机制。结果表明,(1)内源激素与载畜率之间存在显著二次相关关系,说明放牧能够显著增加内源激素的浓度(P0.05),但这种相关只存在于中、小株丛的短花针茅中。(2)其次,放牧能够在一定程度上影响短花针茅植株个体分蘖的数量(P0.05),重度放牧是增加短花针茅植株个体分蘖数量最显著的载畜率。(3)过高浓度的生长素(IAA)会抑制短花针茅的分蘖数量(P0.01)。而细胞分裂素(CTK)与短花针茅的分蘖数量之间尚未发现相关关系。     

激素对植物细胞悬浮培养代谢产物的影响研究进展

激素是调节植物细胞生长发育和代谢产物形成的主要物质。综述了在植物细胞悬浮培养中,激素对细胞生物量和代谢产物含量的影响的研究进展。内容包括外源激素的种类、浓度、配比对悬浮培养细胞生物量和代谢产物含量的影响,内源激素检测技术的发展历程、内源激素的含量变化及其对悬浮培养细胞生物量和代谢产物含量的影响,内源激素和外源激素对植物细胞悬浮培养影响的相互作用关系以及新品种激素影响作用的相关研究。     

植物生长物质的应用

一、植物生长物质的概念 生长物质的分类 植物生长物质是指能够调节和控制植物生长发育的一类化学物质。可分为植物自身合成的内源激素和人工合成的生长调节剂。前者包括生长素类(IAA)、赤霉素类(GA)、细胞分裂素类(CTK)、脱落酸     

Cd污染及其与大气CO2浓度升高、N添加复合作用对大叶相思生长的影响

为了解Cd污染胁迫下树木对CO_2浓度升高、N添加及其复合作用的响应,应用开顶箱,探讨Cd及其与CO_2、N的复合作用对大叶相思(Acacia auriculiformis)基径、树高和生物量的影响。结果表明,Cd添加抑制大叶相思基径、树高和生物量的增长,并且具有时间滞后性;大气CO_2浓度升高、N添加及CO_2+N均有缓解Cd对植物生长抑制作用的趋势,其中, N添加更能促进大叶相思基径的生长,树高生长则对CO_2升高更为敏感;在Cd污染土壤中,N添加的缓解作用最显著。因此,氮肥管理是重金属污染土地修复初期促进植物修复的重要策略。     

大气CO2浓度升高对植物、植食性昆虫及其天敌的影响研究进展

自世界工业革命以来,化石燃料的大量使用以及人类对自然环境的过度破坏,致使大气CO₂浓度不断升高.研究大气CO₂浓度升高介导的农业生态系统内植物、植食性昆虫及其天敌的适应机制,对于阐明气候变化下农业害虫爆发危害规律,指导防控与减排具有重要意义.本文综述了大气CO₂浓度升高对农业生态系统中植物、植食性昆虫及天敌的影响,主要包括：1)相关研究方法的改进;2)大气CO₂浓度升高介导的寄主植物营养和次生代谢物质的变化;3)大气CO₂浓度升高对以植物为食的昆虫的个体生长发育、种群数量、行为的影响;4)天敌昆虫的生物学及捕食量与寄生率变化.最后对今后的研究方向进行了展望.     

大气CO2浓度升高对植物、植食性昆虫及其天敌的影响研究进展

自世界工业革命以来,化石燃料的大量使用以及人类对自然环境的过度破坏,致使大气CO₂浓度不断升高.研究大气CO₂浓度升高介导的农业生态系统内植物、植食性昆虫及其天敌的适应机制,对于阐明气候变化下农业害虫爆发危害规律,指导防控与减排具有重要意义.本文综述了大气CO₂浓度升高对农业生态系统中植物、植食性昆虫及天敌的影响,主要包括：1)相关研究方法的改进;2)大气CO₂浓度升高介导的寄主植物营养和次生代谢物质的变化;3)大气CO₂浓度升高对以植物为食的昆虫的个体生长发育、种群数量、行为的影响;4)天敌昆虫的生物学及捕食量与寄生率变化.最后对今后的研究方向进行了展望.     

塔里木河流域荒漠河岸植物对应急输水的生理响应

选择塔里木河沿岸典型样地,以乔木树种胡杨(Populuseuphratica)、灌木柽柳(Tamarixspp.)和草本植物罗布麻(Apo-cynumvenetum)为研究材料,垂直距离输水河道500m范围内,间隔100m设置一个采样断面。监测并分析塔里木河下游应急输水前后5个断面地下水位、地下水含盐量及3种植物叶片游离脯氨酸、可溶性糖、内源植物激素脱落酸(ABA)和细胞分裂素(CTK)含量的变化。研究3种荒漠植物对水盐双重胁迫环境的生理响应及适应策略。结果表明:盐胁迫显著增加3种植物叶片或同化枝的可溶性糖浓度,断面间不同植物叶片或同化枝可溶性糖积累存在差异;输水后断面间随地下水位不同程度的抬升,胡杨和柽柳叶片或同化枝脯氨酸含量出现了成比例的下降;柽柳同化枝可溶性糖与脯氨酸积累相关性最小,发展了不同于另外两种植物的通过有机溶剂积累适应胁迫环境的策略,即同化枝可溶性糖与脯氨酸作为响应于地下水位变化的功能物质独立地起作用,可溶性糖积累对盐胁迫的响应明显,而脯氨酸积累对干旱胁迫的响应更为明显;对与胁迫抗性有关的植物内源激素ABA、CTK浓度及浓度增长量变化进行分析,发现胡杨具有不同于其他两种植物的内源ABA、CTK浓度增量变化趋势;胡杨和罗布麻叶片ABA积累量与脯氨酸积累百分量(△[脯氨酸])而柽柳中ABA积累量与可溶性糖积累百分量(△[可溶性糖])显著相关。     

NO在植物生长发育和环境胁迫响应中的作用

一氧化氮(NO)是具有生物活性和信号转导作用的气体活性分子,它不仅对植物的许多生命活动如种子萌发、生长和衰老等具有直接的生理调节功能,而且作为防御反应中的关键信使,参与了植物对外界环境胁迫的响应,如干旱胁迫、热胁迫、盐胁迫、UV-B辐射、臭氧胁迫、重金属胁迫、机械损伤以及植物抗病反应。NO与各种激素如乙烯、脱落酸、水杨酸、生长素和细胞分裂素等,在调节植物的生理活动与信号转导方面有明显的协同作用,通过激素起作用可能是植物内源NO作用的机理之一。探明在正常生长状况下植物内源NO对植物生长发育的调控机制及其参与信号转导的生理机制是目前研究的重点。     

大气CO_2浓度升高对红三叶和高丹草Cs、K竞争吸收与转运的影响

水培条件下,研究了大气C02浓度升高对红三叶(Trifolium Pratene L.)和高丹草(Sorhum vulgare x Sorghum.vulgare va r.sudanense hybrids)在不同铯(Cs)浓度(0、200、500、1 000μmol·L~(-1))下生物量、铯和钾的竞争吸收及转运的影响。结果表明,大气CO_2浓度升高显著提高了2种植物叶、茎和根各部位的生物量,其中,红三叶各部生物量分别提高了42.6%、66.2%和45.0%,高丹草分别提高了17.4%、18.9%和22.3%。大气CO:浓度升高提高了红三叶和高丹草叶片及茎中的Cs含量,提升比例最大的为红三叶的茎(达9.7%),同时显著提高了2种植物对Cs的转运系数及红三叶的茎和根中Cs/K的区别系数。对于红三叶,大气CO_2浓度升高引起叶片K含量略微增加,而茎和根系中K含量显著降低;对于高丹草,大气CO_2浓度升高引起叶片和茎中K含量增加,而根系中K含量降低。2种植物对Cs的吸收都与介质中Cs浓度呈显著的线性相关,溶液中Cs浓度的增加提高了红三叶和高丹草的Cs/K区别系数,并且Cs的添加不仅对红三叶和高丹草的生物量都起到了一定的抑制作用,同时还降低了2种植物对钾的吸收。在正常的CO_2浓度下,1000μmol·L~(-1)Cs处理可使2种植物叶、茎和根中的K含量分别降低10.4%、13.3%、32.5%(红三叶)和18.3%、42.1%和38.9%(高丹草);在大气C02浓度升高的条件下,分别降低12.2%、22.0%、35.0%(红三叶)和17.9%、38.7%、34.6%(高丹草)。     

基于Biome-BGC模型的北方杨树人工林碳水通量对气候变化的响应研究

研究中国北方杨树人工林碳水通量对气候变化的响应,对于制定合理的经营管理措施以应对区域的气候变化具有重要意义。基于对杨树人工林碳水通量的连续监测数据和对Biome-BGC模型参数的校准,模拟分析杨树人工林碳水通量及水分利用效率(WUE)对气候变化(气温上升、降水变化和大气CO_2浓度上升)的响应规律。结果表明,Biome-BGC模型校准后显著提升了其对杨树人工林碳水通量的模拟精度,对GPP、ET模拟结果的Nash-Sutcliffe效率系数(NS)分别为0.69和0.63,各自提高了64.3%和80%,均方根误差(RMSE)则分别降低至1.94 g C m~(-2) d~(-1)和0.88 mm/d,分别下降了26.5%和25.4%。在未来气候变化情景中,单独的气温上升、降水增加和大气CO_2浓度上升分别造成GPP的降低、升高和升高,其中GPP对大气CO_2浓度上升的响应程度(28%—44%)远高于对气温上升(1%—5%)和降水变化(3%—10%)的,ET则主要受降水的影响,响应程度在5%—14%之间。GPP和ET对气候变化的响应则受不同水平的气温上升、降水变化和大气CO_2浓度上升三者综合作用的影响。基于GPP和ET对气候变化的响应,WUE随气温上升、降水增加表现为降低趋势,随降水减少和大气CO_2浓度升高则呈升高趋势;其对未来气候中大气CO_2浓度升高的响应程度为27.7%—43.6%,远高于对气温上升(1.2%—5.8%)和降水变化(1.2%—3.5%)的,说明未来气候变化中大气CO_2浓度上升是促进杨树生长的主要因素;其中相对于当前WUE(2.8 g C/kg H_2O),C2T2P1和C0T3P0情景下WUE的升高和降低幅度最大,分别为45.4%和5.8%。     

大气二氧化碳浓度升高对银杏叶片内源激素的影响

采用开顶箱系统,研究了银杏叶片内源激素脱落酸(ABA)、吲哚乙酸(IAA)、玉米素核苷(ZR)和赤霉素(GA₃)对大气CO₂浓度升高(环境CO₂浓度+350 μmol·mol^-1,EC)的响应.结果表明,EC处理能使ABA含量降低,与对照(CK)相比, ABA含量最大降低63.0%(处理后120 d).EC处理使叶片IAA和ZR含量增加,而且随着处理时间的延长,差异均达显著水平;IAA含量在处理后100 d为CK的2倍,ZR含量在处理后80 d时为CK的2.5倍.EC处理使叶片GA₃峰值提前出现. (IAA+GA₃+ZR)/ABA比值随着银杏的生长逐渐降低,在处理后期(处理后40～120 d)明显高于CK,表明大气CO₂浓度升高可促进银杏的生长发育.     

CO2浓度增加对玉米杂交种和亲本叶绿体类囊体膜光合特性的影响

当今世界工农业生产迅速发展,人口急剧增加,对能源的消耗也与日俱增。因此大气层中的 CO_2浓度不断升高。有专家预计,到21世纪后期,全球的 CO_2浓度将会升高一倍。伴随着 CO_2浓度的升高,全球的气温也将升高5—6℃。随着大气和温度的变化,其他气候因子也会发生相应变化,这些都将给植物生长发育带来预想不到的影响。因此 CO_2浓度     

大气CO_2浓度升高对取食不同基因型拟南芥上桃蚜转录组基因表达的影响

【目的】近年来,温室气体尤其是CO_2浓度的持续升高给自然界造成的影响一直深受关注,但大部分以植物为对象研究其对CO_2浓度升高的响应,而针对植食性昆虫为对象着重昆虫的研究较少。【方法】本实验以在两种不同基因型拟南芥(野生型wt和水杨酸途径信号缺失体npr1)上取食的桃蚜Myzus persicae为研究对象,以大气CO_2浓度为影响因子,利用高通量筛选技术研究了大气CO_2浓度升高对桃蚜转录组基因表达的影响。【结果】研究表明:大气CO_2浓度升高仅增加了npr1突变体上的桃蚜体重,而对野生型上的桃蚜体重没有影响。此外,正常CO_2浓度下取食npr1突变体的蚜虫相较于取食野生型体重显著降低。通过对不同处理下桃蚜的转录组数据进行分析发现:正常CO_2浓度下,取食npr1突变体相较于取食野生型wt拟南芥,蚜虫体内基因有661条表达上产生显著差异变化,主要富集于12条通路;CO_2浓度升高条件下,取食不同基因型拟南芥的蚜虫体内差异基因降至536条,主要富集于15条通路;不同CO_2浓度下,取食wt植株的蚜虫有220条基因产生差异表达,主要富集于9条通路;不同CO_2浓度下,取食npr1突变体的蚜虫有274条差异基因,主要富集于16条通路。正常CO_2浓度下取食不同基因型拟南芥与不同CO_2浓度下取食npr1突变体的蚜虫共同富集于4条通路:内质网内蛋白加工,蛋白酶体,丙酮酸代谢以及抗原的加工与呈递过程。【结论】CO_2浓度升高对蚜虫生长发育的影响存在寄主基因型特异性,CO_2浓度升高对取食npr1植株上蚜虫生长发育的促进作用主要通过增加蚜虫体内氨基酸、糖类以及脂肪等基础代谢进行调节。     

大气增温对滇西北高原典型湿地湖滨带优势植物的光和CO2利用能力的影响

大气增温对湿地植物光合作用的影响及其作用机制是近年来生态学界关注的热点。采用开顶式生长室(Open-top chambers,OTCs)模拟大气增温((2.0±0.5)℃,(3.5±0.5)℃),研究增温对滇西北高原典型湿地纳帕海湖滨带2种优势植物(茭草Zizania caduciflora,黑三棱Sparganium stoloniferum)的光和CO_2利用以及光合碳同化速率的影响。结果表明,(1)增温对不同植物的光和CO_2利用能力以及碳同化速率的影响存在种间差异。增温显著降低了茭草的光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、光能利用幅(LSP-LCP)、CO_2饱和点(CSP)、CO_2利用幅(CSP-CCP)以及最大净光合速率(P_(max)),却显著增加了其CO_2补偿点(CCP);相反,增温显著提高了黑三棱的LSP、(LSP-LCP)以及最大净光合速率(P_(nmax)),而显著降低了其LCP,但对其CO_2利用参数无显著影响。(2)2种植物的光和CO_2利用能力对增温的响应存在季节性差异。不同温度处理下,茭草在6、8月的LSP和(LSP-LCP)均显著高于10月的对应值,其P_(nmax)也随生长期的增加而降低;黑三棱的光响应参数在不同生长季间无显著差异,其P_(nmax)在8月最高,而在6月和10月相对较低。(3)温度因子与茭草的光能利用参数均呈负相关,而与黑三棱的光能利用参数均呈正相关。本研究的温度因子中,日间积温对P_(nmax)和(LSP-LCP),年均温和最低温对(CSP-CCP)值的影响最为显著。本研究进一步表明,气候变暖对滇西北高原湿地湖滨带优势植物光合作用存在影响,但不同物种间存在差异响应,这种差异响应可能导致湿地生态系统植被结构的改变,其有关生态过程有待于进一步研究。     

外来入侵植物飞机草和本地植物异叶泽兰对大气CO_2浓度升高的响应

大气CO2浓度升高影响外来植物入侵,研究外来入侵植物和本地植物对大气CO2浓度升高响应的差异,有助于准确预测和管理外来植物入侵。基于封顶式CO2生长室,模拟大气CO2浓度变化(对照和700μmol/mol),比较研究了外来入侵植物飞机草(Chromolaena odorata)和本地植物异叶泽兰(Eupatorium heterophyllum)形态、生长、生物量分配和光合特性对大气CO2浓度升高响应的差异。结果表明:(1)在当前大气CO2浓度下,飞机草总生物量、株高、基径和总叶面积高于异叶泽兰,分枝数低于异叶泽兰;CO2浓度升高,飞机的总生物量、株高、基径、分枝数和总叶面积分别增加了92%、41%、60%、325%和148%,高于异叶泽兰的32%、14%、30%、64%和79%,飞机草生长优势进一步提高。(2)无论在高或低CO2浓度下,飞机草根生物量分数(RMF)都低于异叶泽兰,叶生物量分数(LMF)和茎生物量分数(SMF)都高于异叶泽兰;CO2倍增两种植物RMF均降低,LMF和SMF均升高,但这2个参数对CO2倍增响应的种间差异不显著。(3)无论在高或低CO2浓度下,飞机草和异叶泽兰的净光合速率差异均不显著,CO2倍增对两种植物的净光合速率的促进作用相似。上述结果表明,在未来大气CO2浓度升高的条件下,飞机草的入侵性可能提高,入侵危害将加剧。     

二氧化碳浓度升高对陆地生态系统的影响:问题与展望

理解生态系统对过去、现在和未来CO_2浓度变化的响应,对于在生态进化的时间尺度上认识和预测全球变化的后果至关重要。过去三十多年来CO_2浓度升高相关的科学问题主要集中在对植物生长和生产力的影响,碳氮周转,生态系统渐进式氮限制(PNL)形成,与其他胁迫因子(O_3污染、氮沉降、升温、干旱)之间的交互作用等方面。尽管生态学家在数据累积、基础理论上取得了一定进展,但是仍然存在较大不确定性和大量未知有待解决。该文探究了近30年来CO_2浓度升高对陆地生态系统影响研究的国际研究进展、重点领域及热点,回顾了CO_2浓度升高对植物影响的模拟实验研究发展,重点论述了CO_2浓度升高对粮食产量及品质、碳固定、水分利用效率、生态系统氮利用和土壤微生物响应等国际前沿动态研究中存在的主要问题与不足,在此基础上展望了未来研究中值得关注的前沿研究方向。     

盐分生境下长叶红砂和红砂内源激素含量及其生境差异性

运用酶联免疫吸附法比较分析了盐分生境下长叶红砂及其近缘种红砂叶片中4种内源激素的含量差异,并对其在不同生境间的差异性进行了研究.结果表明:同一生境下长叶红砂的促进生长型激素吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)和玉米素核苷(ZR)含量均低于红砂,抑制性激素脱落酸(ABA)含量高于红砂,这可能是长叶红砂的生态适应性弱于红砂的重要内在原因之一.长叶红砂的内源激素在不同生境间存在差异,(IAA+ZR+GA3)/ABA表现为:盐渍土>非盐渍土>重盐土,这与盐渍土的长叶红砂种群密度和盖度最大、非盐渍土次之、重盐土最小的结果一致,反映出长期生长在盐生环境下的长叶红砂已经进化出相应的内在适应机制,盐胁迫下内源激素的综合调控对长叶红砂的生长发育起到至关重要的作用.