地下水埋深对胡杨叶片光合作用及抗氧化物质积累的影响

以塔里木荒漠生态系统建群种—胡杨（Populus euphratica Oliv.）为试材,研究胡杨光合气体交换参数、抗氧化酶活性及渗透调节物质沿地下水埋深（GWD）梯度的变化规律,探讨胡杨适应干旱荒漠环境的生理生态机制。结果表明：（1）不同GWD条件下胡杨净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）的日变化均呈单峰型,而胞间CO₂摩尔分数（C_i）日变化呈“V”型,P_n与G_s变化同步,峰值均出现在12：00,而T_r峰值滞后P_n、G_s 2 h。不同GWD间P_n峰值差异显著（P<0.05）,T_r、G_s峰值和C_i谷值在GWD为5.5 m极显著降低（P<0.01）。胡杨P_n、T_r、G_s、C_i、水分利用效率（WUE）和光能利用效率（LUE）均随GWD增加而降低,其中G_s、LUE日均值在GWD为5.5 m显著降低（P＜0.05）,但不同GWD条件下P_n、T_r、C_i、WUE日均值均无显著差异（P＞0.05）;（2）12：00—16：00胡杨P_n下降主要受气孔因素限制,16：00—20：00 P_n下降主要受非气孔因素限制;（3）通过对不同GWD条件下胡杨P_n、T_r与生理生态因子进行相关、偏相关、逐步回归分析发现,G_s是影响胡杨P_n、T_r的主要因子;不同GWD条件下胡杨调控P_n、T_r的因子不同,GWD增加使胡杨P_n与光合有效辐射（PAR）、T_r与G_s之间的相关性增强,表明GWD直接调控胡杨叶片水汽交换（G_s）过程;（4）胡杨叶片丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性和游离脯氨酸（Pro）含量均随GWD增加而增大,而可溶性蛋白质（SP）含量、可溶性糖（SS）含量则降低,表明随GWD增加,胡杨叶片细胞膜透性和光合碳同化受抑增强,胡杨通过提高保护酶活性（POD、SOD）和渗透调节（Pro）能力协同抵御地下水位降低所带来的干旱胁迫,以维持基本正常的生理活动,这是胡杨适应荒漠区干旱生境的生理生态策略。     

遮阴对闽楠叶绿素含量和光合特性的影响

为探讨闽楠对不同光环境的光合适应机制,以2年生闽楠幼苗为材料,设置3个光照处理(全光照、遮光率50%和遮光率78%),适应6个月后,测定其叶绿素含量、气体交换和叶绿素荧光同步数据,研究不同光环境处理对闽楠叶片叶绿素含量、叶绿素荧光参数和光合特性的影响.结果表明: 3种光照处理下,闽楠叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)和类胡萝卜素含量大小次序为78%遮光率>50%遮光率>全光照,但不同光照处理对闽楠叶绿素a/b值没有显著影响.遮阴条件下,闽楠叶片光补偿点(LCP)降低,光饱和点(LSP)和表观量子效率(AQY)升高,说明遮阴条件下闽楠叶片对弱光和强光的利用能力均有所提高;最大净光合速率(P_{n max})、光下暗呼吸速率(R_d)和最大电子传递速率(J_max)均增大.在不同处理间,闽楠叶片净光合速率(P_n)、CO₂气孔导度(g_sc)、胞间CO₂浓度(C_i)和叶肉导度(g_m)均存在显著差异.P_n和g_m的大小顺序为: 78%遮光率>50%遮光率>全光照.78%遮光率处理下g_sc显著大于全光照.50%遮光率条件和78%遮光率条件下C_i均显著小于全光照.78%遮光率条件下PSⅡ实际光量子产量(F_v′/F_m′)、PSⅡ光化学效率(Φ_PSⅡ)和电子传递速率(J)均显著大于50%遮光率条件和全光照.由此可知,在遮阴条件下闽楠可以通过增加叶绿素含量、AQY、J、g_sc和g_m来增大光合能力.     

分株比例对异质光环境下美丽箬竹克隆系统光合生理的影响

分株数量或生物量比例差异会明显影响克隆系统对资源异质性环境的生态适应性, 地下茎木质化、连接稳固的竹类植物在生长过程中相连克隆分株通常会生活在异质光环境中, 但其叶片光合生理特性对异质光环境的响应及其分株比例效应则未见报道。该研究以地下茎相连的美丽箬竹(Indocalamus decorus)克隆系统为实验材料, 设置2个遮光率(分别为50% ± 5%和75% ± 5%)和3个分株比例(遮光与未遮光分株比例分别为1:3、2:2、3:1)处理, 分株数量为4株。分别测定了遮光处理后30、90、150天遮光和未遮光分株叶片光响应特征、气体交换参数、光合色素含量, 分析了异质光环境下美丽箬竹光合生理的变化规律。结果显示: 分株比例对美丽箬竹光合生理有显著影响, 且其与遮光、处理时间交互作用显著。美丽箬竹克隆系统遮光分株比例越大, 即遮光相对分株数量越多, 其表观量子效率(AQE)、光饱和点、最大净光合速率(P_{n max})、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、水分利用效率越大, 光补偿点、暗呼吸速率越小, 其光合效率越高, 光能利用能力越强, 而与之相连的未遮光分株则相反; 随遮光分株比例的增大, 遮光分株叶片叶绿素a、叶绿素b含量呈先升高而后下降的变化趋势, 类胡萝卜素(Car)含量则持续下降, 而与之相连的未遮光分株叶片光合色素含量则呈下降趋势; 遮光率提高, 相同分株比例美丽箬竹克隆系统遮光分株叶片AQE、P_{n max}、P_n、G_s、胞间CO₂浓度(C_i)和光合色素含量总体升高, 而与之相连的未遮光分株叶片P_{n max}、C_i以及Car含量则总体下降。研究结果表明异质光环境下, 遮光分株光合效率和弱光利用能力明显增强, 而未遮光分株则相反, 克隆系统内分株间发生了明显的克隆分工, 且2:2、3:1分株比例克隆系统较1:3分株比例对异质光环境具有更好的适应能力。美丽箬竹克隆系统可通过差异性调节分株光合生理特性和光合色素含量, 提高遮光分株光能利用和光合效率来适应异质光环境, 以提高克隆系统的适合度。     

促生小菇属菌株M23对黑果腺肋花楸光合作用的影响

以黑果腺肋花楸为试验材料,设置5个处理组,分别为阴性对照(CK)、阳性对照(PCK)、大田条件下根施低剂量T₁(每株50 g)、中剂量T₂(每株100 g)和高剂量T₃(每株200 g)3个水平的小菇属菌株M23,分析各处理组黑果腺肋花楸的农艺性状、叶绿素含量和生理指标,并利用Li-6400便携式光合仪测定光合特性日变化。结果表明: 黑果腺肋花楸净光合速率(P_n)呈双峰曲线,在13:00时叶片的气孔导度(g_s)和蒸腾速率(T_r)均明显下降,而胞间CO₂浓度(C_i)却显著升高,出现由非气孔限制因素引起的光合“午休”现象。加菌处理可成功避免光合“午休”现象,与13:00时对照组黑果腺肋花楸的平均值相比,加菌组的平均P_n、g_s、T_r、水分利用率(WUE)和光能利用率(LUE)提高了113%、91%、50%、48%和117%,且日均P_n、g_s、T_r和LUE显著高于对照组,分别约是对照组平均值的1.5、1.9、1.4和1.5倍。在加菌处理组中,高剂量的作用效果显著优于中、低剂量,株高是中、低剂量组的1.2倍。高剂量组黑果腺肋花楸的所有生长指标、光合参数和抗性指标均优于其他组。表明菌株M23可以通过提高黑果腺肋花楸的光合特性、增强对外界环境的适应能力等促进植株生长,且以每株200 g作用效果最佳。     

间作对不同类型饲料作物光能利用特征及生产能力的影响

为探究豆-禾间作模式中的光能利用特征及产量效应,本研究以苜蓿、小黑麦、燕麦、玉米、甜高粱5种单作模式为参照,对苜蓿-小黑麦、苜蓿-燕麦、苜蓿-玉米和苜蓿-甜高粱4种间作模式开展田间试验,研究其光能利用特征和生产能力,并采用通径分析法探讨光能利用各指标对产量形成的贡献程度.结果表明: 光能利用各指标对产量的贡献由大到小依次是叶面积指数(LAI,1.236)、净光合速率(P_n,0.519)、冠层开度(DIFN,0.302)、胞间CO₂浓度(C_i,-0.026)、气孔导度(g_s,-0.116)、蒸腾速率(T_r,-0.188)、光合有效辐射(PAR)截获率(FIPAR,-1.708);光能利用率(LUE)作为光能利用各指标的综合体现,其数值最大(1.367).与单作相比,间作提高了4种禾本科牧草的LAI、P_n、g_s、T_r和FIPAR,降低了DIFN和C_i,而苜蓿则呈相反的变化趋势.4种禾本科牧草间作下LUE与单作相比均显著提高,其中,小黑麦和燕麦的平均增幅(35.2%和30.4%)高于玉米和甜高粱(28.7%和26.3%),且与小黑麦、燕麦间作的苜蓿其LUE的平均降幅(6.1%和8.3%)明显低于与玉米、甜高粱间作(21.8%和24.5%).4种间作模式的土地当量比(LER)均大于1,其中,苜蓿-小黑麦和苜蓿-燕麦的LER值显著大于苜蓿-玉米和苜蓿-甜高粱.LAI对产量的直接贡献最大,其次是P_n.4种间作模式中,苜蓿-小黑麦和苜蓿-燕麦的光能利用提升潜力和增产潜力更大.     

107杨光合生理与树干液流对外源染液导入的响应

外源染液导入技术是从花纹色泽角度提升杨树木材附加值较为有效的方法。以6年生107杨为试材,采用外源液体导入技术将不同浓度活性红染液(0.2%、0.4%和0.6%)导入树体内,利用Li-6400光合仪和热扩散式TDP茎流计分别测定其光合气体交换参数和树干液流速率,研究外源染液对107杨光合生理与液流特征的影响,并分析各光合参数、液流速率与染料染着量的关系。结果表明: 外源染液导入对107杨树干液流速率抑制作用显著,0.2%染液处理显著低于0.4%和0.6%染液处理;不同浓度染液处理107杨净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)显著低于对照,胞间CO₂浓度(C_i)呈先下降后上升的趋势,0.4%和0.2%染液对各光合参数抑制作用高于0.6%染液;染着量随染液浓度的升高而下降,最大液流速率、P_n、g_s、T_r均与染料染着量呈显著负相关。处理后期107杨叶绿素(a+b)含量、叶绿素a和叶绿素b含量均显著低于对照。染液浓度和染液导入时间决定染料染着量,向树体导入0.4%浓度染液3 d,能在保证适当染着量的基础上减缓对107杨生理活动的抑制作用。     

关键发育期干旱及复水过程对春玉米主要生理参数的影响

为深入了解玉米在关键发育期干旱条件下的耗水特征及致灾机理,对春玉米‘丹玉39’分别从拔节(T₁)和抽雄(T₂)期开始采用持续无补水方式进行干旱及复水试验,基于对叶和根水势、主要光合变量(净光合速率P_n、蒸腾速率T_r、气孔导度g_s、胞间CO₂浓度C_i)以及茎流速率(SF)的动态观测,研究各生理参数对干旱及复水过程的响应特征.结果表明: 叶、根水势均与土壤湿度呈对数关系,不同时期干旱使二者都减小,对根水势的影响比叶水势提前,与拔节期相比,抽雄期叶水势的干旱响应偏早,根水势偏晚;叶水势在T₁处理复水后能得到恢复,但不能恢复到正常水平,T₂处理不能恢复;T₁处理的根水势对复水的响应比叶水势更快,且更接近于正常水平.P_n和T_r对T₂处理的响应快于T₁处理;复水后二者对T₁处理的恢复速度快于T₂处理,T₁和T₂处理P_n分别超过和达到正常水平,而T_r分别能和不能达到正常水平;T_r对T₁处理的响应早于P_n,二者对T₂处理的响应一致;各处理g_s对干旱的响应与P_n一致;T₁处理的C_i与P_n趋势一致,T₂处理相反.各干旱处理SF比对照减小,在晴天比阴天响应明显,SF对T₂处理的响应比T₁处理敏感,在一定干旱水平后响应敏感性减弱;复水后SF比对照明显增大,T₂处理的增幅小于T₁处理.     

水分对苜蓿叶片光合特性的影响

采用田间试验, 对每茬灌水3次(W₃)、2次(W₂)、1次(W₁)和不灌水(W₀)四种条件下的土壤水分, 苜蓿(Medicago sativa)叶片的叶绿素荧光参数、气孔导度(G_s)、净光合速率(P_n)和蒸腾速率(T_r)进行测定。结果表明, 灌水提高了苜蓿叶片的原初光能转换效率(F_v/F_m)、P_n和T_r, 并随着灌水量的增加而增加。苜蓿叶片的F_v/F_m、P_n和T_r的日均值与土壤含水量均呈极显著正相关关系。苜蓿叶片的P_n与F_v/F_m和光合有效辐射(PAR)的乘积呈正相关关系。灌水还改变了苜蓿叶片P_n的日变化格局。灌水较多的处理(W₃和W₂), 苜蓿叶片没有出现光合“午休”现象,P_n的日变化趋势呈现“单峰”型。而灌水较少和不灌水的处理(W₁和W₀), 苜蓿叶片出现了明显的光合“午休”现象, 其P_n的日变化进程呈现“双峰”型。在相同的水分条件下, 初花期苜蓿叶片的P_n高于再生期的, T_r则相反。     

外源褪黑素对高温胁迫下菊花光合和生理特性的影响

以切花菊品种‘神马'为试材,研究外源褪黑素(MT)对菊花抗高温胁迫的影响。将供试菊花叶面喷施200 μmol·L^-1的MT后,进行40 ℃(昼)/35 ℃(夜)高温胁迫,观察菊花叶片叶绿体和内囊体超微结构,测定光合和生理指标。结果表明:与常温对照(CK)相比,高温胁迫下菊花叶片叶绿体和类囊体受损,叶绿素含量和最大荧光(F_m)显著降低,OJIP曲线发生变化,K点和J点荧光升高,净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(g_s)均显著降低,胞间CO₂浓度(C_i)均显著增加;相对电导率(REC)、丙二醛(MDA)、活性氧(ROS)、渗透调节物质含量和抗氧化酶活性显著增加。外源喷施MT可维持高温胁迫下植株叶绿体和类囊体结构的完整性,明显降低OJIP曲线中K点和J点上升的幅度,F_m、P_n、g_s、T_r和光合色素含量显著提高,C_i显著下降,缓解了高温胁迫对菊花光合和荧光作用的抑制。同时,外源喷施MT处理显著降低了高温胁迫下菊花REC、MDA和ROS含量,增强了菊花叶片中渗透调节物质含量和抗氧化酶活性。可见,外源MT可通过保护菊花叶片叶绿体结构的完整性,增强光合作用,抑制高温胁迫下菊花植株体内ROS的过度产生,提高抗氧化酶系统的活性,降低膜质过氧化水平和保护脂膜的完整性,从而提高菊花植株抗高温胁迫能力。     

阴晴天条件下高CO2浓度对杂交稻光合作用影响的FACE研究

光和二氧化碳(CO₂)是绿色植物光合作用的两个基本条件.为了明确不同光照条件下,高CO₂浓度对不同杂交水稻光合特性的影响,2017年利用稻田大型FACE平台,以‘Y两优900’和‘甬优538’为供试材料,设置环境CO₂和高CO₂浓度(增200 μmol·mol^-1)两个水平,分别在拔节期和灌浆期同时测定阴、晴天气条件下顶部全展叶光合特性参数.结果表明: 高CO₂浓度使不同天气情况下两品种叶片的净同化率(P_n)均呈增加趋势,其中晴天条件下的增幅(31%)大于阴天(25%),拔节期的增幅(37%)大于灌浆期(21%),CO₂与天气、CO₂与生育期均存在显著的互作效应.叶片水分利用效率(WUE)对高CO₂浓度的响应趋势与P_n一致.高CO₂浓度环境下叶片气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)均呈下降趋势,晴天条件下的降幅略大于阴天.与晴天相比,阴天条件下叶片P_n、g_s、T_r、WUE和L_s平均分别下降41%、18%、41%、26%和27%,差异均达显著或极显著水平.相关分析表明,晴天P_n、g_s、T_r均与阴天时的参数呈极显著正相关关系.表明阴天使水稻生育中、后期叶片光合参数及其对高CO₂浓度的响应均大幅降低,且两品种表现一致.评估未来水稻产量潜力需要考虑天气条件.     

玉米/花生间作行比和施磷对玉米光合特性的影响

试验于2014—2015年设玉米/花生间作2∶2(R₁)、2∶4(R₂)和2∶8(R₃)三种间作模式,研究了间作行比和施磷对玉米冠层光照日变化、功能叶的SPAD值、光合-光强响应曲线和光合-CO₂响应曲线的影响,以探究间作玉米适应强光的光合机理.结果表明: 间作玉米冠层日均光照表现为R₃>R₂>R₁;大口期至灌浆期,间作玉米穗位叶的SPAD值、表观量子效率(AQY)、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、光饱和时的最大净光合速率(LSP_n)、羧化效率(CE)、最大电子传递速率(J_max)、磷酸丙糖利用率(TPU)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)和净光合速率(P_n)均表现为R₃>R₂>R₁,胞间CO₂浓度(C_i) 则为R₁>R₂>R₃;蜡熟期R₃间作玉米的AQY、LSP_n、g_s、CE、J_max和TPU均低于R₂间作玉米;施磷能提高AQY、LSP_n、CE、V_{c max}、J_max和TPU等光合参数.这说明间作玉米g_s、AQY、CE、V_{c max}、J_max和TPU随着光强增加逐渐提高是其增强利用强光能力的关键,但超过一定光强易早衰,施磷肥有助于增强玉米对强光的利用和延缓叶片衰老.     

QTLs affecting morph-physiological traits related to drought tolerance detected in overlapping introgression lines of rice (Oryza sativa L.)

Plant photosynthetic traits such as net photosynthetic rate (P_n), stomata conductance (g_s), transpiration rate (T_r), and intercellular CO₂ concentration (C_i), are known to relate to drought tolerance in plants, but the genetic basis of these traits remains largely uncharacterized because of the difficulty in phenotyping physiological traits in a large mapping population. In this study, a set of 55 overlapping introgression lines (ILs) in the Teqing (indica) background were used to genetically dissect several morph-physiological traits and their relationship with grain yield under water stress and non-stress conditions. These traits included specific leaf weight (SLW), chlorophyll content (CC), leaf stomata frequency (SF), P_n, g_s, T_r, and C_i. A total of 40 QTLs affecting the measured traits were identified and mapped to 21 genomic regions in the rice genome. Clustered QTLs affecting P_n, g_s, T_r, and C_i in the same genomic regions suggest common genetic bases for the physiological traits. Low or no phenotypic correlations between leaf morphological traits and photosynthetic traits and between morph-physiological traits and grain yield (GY) appeared to be due to inconsistence in QTL effect for clustered QTLs, unlinked QTLs affecting different traits, and to possible epistasis that could not be adequately addressed in this study. Our results indicate that improving drought tolerant (DT) of rice by selecting any single secondary traits is not expected to be effective and the identified QTLs for GY and related morph-physiological traits should be carefully confirmed before to be used for improving DT in rice by MAS.     

8种绿化树种光合特性及叶片解剖结构比较

城市绿化不仅包含了园林绿化的美化作用,还具有重要的生态功能,其生态功能是通过植物的生理活动实现的。光合能力在种间和基因型间的变化很大,这些差异通常与代谢和(或)叶片的解剖结构的性质有关。本研究选择8种哈尔滨常见树种,采用Li-6400便携式光合测定系统对叶净光合速率(P_n)、呼吸速率(R_d)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(C_i)等进行测定,并利用显微镜观察测定叶片厚度、表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度,从而探讨叶片结构对光合生理的影响。结果表明:8个树种间叶片最大光合速率、气孔导度、胞间CO_2浓度、蒸腾速率、光饱和点差异显著(P <0.05);表皮厚度、栅栏组织厚度、上表皮气孔密度和下表皮气孔密度差异显著(P <0.05)。虽然8个树种间光合能力和叶片解剖结构的差异较大,但分析发现其间也存在一定的相关性。其中,光饱和点与叶表皮厚度显著正相关(P <0.01),相关系数为0.78。胞间CO_2浓度与上表皮气孔密度显著负相关(P <0.05),相关系数为-0.65。而最大光合速率、呼吸速率、蒸腾速率和光补偿点与表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、上表皮气孔密度和下表皮气孔密度相关均不显著(P> 0.05)。胞间CO_2浓度与表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度和下表皮气孔密度相关均不显著(P> 0.05)。光饱和点与栅栏组织厚度、海绵组织厚度、上表皮气孔密度和下表皮气孔密度相关均不显著(P> 0.05)。虽然对叶片结构对生理过程的影响的机理还需要进一步研究,但是我们认为叶片解剖结构的研究可以更好地理解生理指标的变化。     

塔克拉玛干沙漠南缘防护林和自然群落中多枝柽柳的光合特征及水分利用效率

干旱区植物的生长和生存主要受水分限制,采用滴灌方式对防护林植物进行水分补给是维持人工生态屏障稳定性的重要手段.本研究通过测定塔克拉玛干沙漠南缘防护林和自然群落多枝柽柳的气体交换参数和稳定性碳同位素值,研究不同水分来源多枝柽柳的光合特征和水分利用效率.结果表明: 滴灌群落多枝柽柳受灌溉和土壤盐分的影响水势普遍较低;自然群落多枝柽柳清晨和正午水势较其他植物低,表明其遭受到严重的水分胁迫;滴灌群落多枝柽柳叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、胞间CO₂浓度(C_i)和最大光合速率(P_{n max})均明显低于自然群落多枝柽柳,表明滴灌群落多枝柽柳光合能力弱于自然群落多枝柽柳;灌溉造成的盐分胁迫导致滴灌群落多枝柽柳比自然群落拥有较高的长期水分利用效率.总之,现行的灌溉模式虽能提供防护林植物生长所需水分,但技术的缺陷和土壤盐分的积累可能会影响防护林体系的长期稳定性.