南亚热带常绿阔叶林林冠不同部位藤本植物的光合生理特征及其对环境因子的适应

对南亚热带常绿阔叶林中着生在林冠层不同部位的4种藤本植物(白背瓜馥木(Fissistigma glaucescens)、瓜子金(Dischidia chinensis)、蔓九节(Psychotria serpens)和山蒌(Piper hancei))的光合生理生态特性进行比较, 探讨着生在林冠不同部位的藤本植物的光合生理特性随光照、温度、湿度等变化的规律。结果表明, 鼎湖山南亚热带常绿阔叶林微生境由上至下发生了较大变化, 相对于林内, 冠层顶部具有高温、高光强、低湿度的特征。受这些变化的环境因子的影响, 着生在林冠不同部位的藤本植物之间的光合生理特征存在着较大差异: 着生于林冠层中上部的瓜子金和蔓九节的最大净光合速率分别为(2.9 ± 0.6)和(6.3 ± 1.3) μmol CO₂·m^-2·s^-1, 光饱和点为(168.5 ± 83.4)和(231.4 ± 147.8) μmol·m^-2·s^-1, 显著小于位于冠层下部的白背瓜馥木和山蒌的最大净光合速率值(8.9 ± 2.9)和(8.6 ± 2.3) μmol CO₂·m^-2·s^-1以及光饱和点值(491.6 ± 230.8)和(402.3 ± 112.8) μmol·m^-2·s^-1。瓜子金和蔓九节的光补偿点值为(16.1 ± 5.9)和(10.1 ± 5.7) μmol·m^-2·s^-1, 水分利用效率值为(11.5 ± 3.9)和(8.7 ± 1.6) μmol CO₂·mmol^-1 H₂O, 显著大于林内的白背瓜馥木和山蒌的光补偿点值(5.6 ± 1.9)和(5.4 ± 1.7) μmol·m^-2·s^-1以及水分利用效率值(6.7 ± 1.8)和(6.8 ± 1.3) μmol CO₂·mmol^-1 H₂O。这些光合生理指标的变化显示出植物对不同的温度、光照、湿度的适应, 是植物适应环境条件的重要表现。     

光照强度对虎斑乌贼生长、存活、代谢及相关酶活性的影响

采用单因子试验方法,分析了不同光照强度(10、30、50、70、90 μmol·m^-2·s^-1)下虎斑乌贼特定生长率、存活率、耗氧率、排氨率、肌肉中乳酸含量,以及呼吸代谢酶(己糖激酶、丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶)、肝脏中超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量变化.结果表明: 随着光照强度的增强,虎斑乌贼的特定生长率和存活率均呈现先稳定后逐渐下降的趋势,10和30 μmol·m^-2·s^-1组之间差异不明显,但显著高于其他组,10和30 μmol·m^-2·s^-1光照条件下的特定生长率分别为(8.43±0.22)和(8.47±0.17)%·d^-1,存活率分别为(79.2±5.9)%和(80.0±4.9)%;耗氧率和排氨率随着光照强度的增强呈现先缓后急的上升趋势,在光照强度为90 μmol·m^-2·s^-1条件下达到最大值,且显著高于其他组,肌肉中乳酸含量则呈现先降低后上升的趋势,10 μmol·m^-2·s^-1组的乳酸含量与30和50 μmol·m^-2·s^-1组无显著性差异,但显著低于其他两组;随着光照强度的增强,鳃中己糖激酶和丙酮酸激酶活性先稳定后逐渐降低,在光照强度为10和30 μmol·m^-2·s^-1条件下活性最高,且显著高于其他组,肌肉中乳酸脱氢酶活性则在这两种光照强度下活性最低,且显著低于其他组;超氧化物歧化酶活性随着光照强度的增强呈现先升高后下降的趋势,在70 μmol·m^-2·s^-1光照强度下活性最高,且显著高于其他组,为(104.93±4.17) U·mg^-1 pro,丙二醛含量随光照强度的增强先稳定后逐渐增加,在光照强度为90 μmol·m^-2·s^-1时含量最高,且显著高于其他组,为(5.06±0.35) nmol·mg^-1 pro.表明10和30 μmol·m^-2·s^-1条件下虎斑乌贼生长、存活和代谢水平处于最佳状态,适用于规模化养殖,一旦超过此范围,光照越强,受到的胁迫越大,越不适合于乌贼生长与存活.在实际养殖过程中要避免太阳光直射,做好遮光措施.     

基于冠层塔吊原位测定长白山温带阔叶红松原始林群落主要树种的光合特征

为了更好地理解温带阔叶红松原始林群落主要树种的生理生态学特征,为森林生态系统碳动态的模拟预测提供基础数据,本研究依托中国科学院长白山森林生态系统定位站,首次利用冠层塔吊原位测定了阔叶红松原始林群落4个主要树种成熟大树的CO₂响应曲线,并利用FvCB模型计算了一些重要的光合生理参数.结果表明: 红松的光合速率(A)、最大羧化速率(V_{c max})和气孔导度(g_s)均最小,而其气孔对光合的限制性(L_s)最大.水曲柳、蒙古栎和紫椴这3个阔叶树种的光合特征也存在显著差异.基于叶片面积的V_{c max}大小顺序为:水曲柳(83.2 μmol·m^-2·s^-1)、蒙古栎(89.3 μmol·m^-2·s^-1)>紫椴(68.4 μmol·m^-2·s^-1)、红松(68.8 μmol·m^-2·s^-1)(P<0.05),而基于叶片质量的V_{c max}大小顺序为:水曲柳(1.36 μmol·g^-1·s^-1)>蒙古栎(1.03 μmol·g^-1·s^-1)>紫椴(0.90 μmol·g^-1·s^-1)>红松(0.42 μmol·g^-1·s^-1)(P<0.05).7—9月,水曲柳和蒙古栎的A值显著降低,而紫椴和红松的A值变化不显著;所有树种V_{c max}都随季节发生显著下降.在温带阔叶红松林生态系统碳动态的模拟预测中,应该考虑V_{c max}的季节变化.     

枫香叶片衰老过程中光合能力的变化

利用Li-6400XT便携式光合作用测定系统,于2014年10—12月测定枫香叶片衰老过程中光合作用光响应曲线,采用叶氏模型和非直角双曲线模型进行模拟,分析枫香叶片衰老过程中光合能力的变化.结果表明: 随着枫香叶片逐渐变黄变红,其净光合速率的光响应能力逐渐降低,实测的最大净光合速率从叶片开始泛黄时的2.88 μmol CO₂·m^-2·s^-1下降到叶片衰老后期(12月8日)的0.95 μmol CO₂·m^-2·s^-1.2种光响应模型均较好地模拟了观测的光响应数据,其中叶氏模型表现更优.模拟得到的最大净光合速率、表观量子效率、光补偿点的量子效率、暗呼吸速率等参数均随枫香叶片衰老凋落而逐渐下降,反映出枫香叶片衰老过程中光合能力缓慢下降的过程.在树梢红叶未落期间,枫香叶片仍具有一定的净光合作用能力,这有利于增加秋冬季节的碳吸收量.     

光照强度对乐昌含笑幼苗生长及光合特性的影响

为探析乐昌含笑(Michelia chapensis)在不同光照强度下生长及光合能力的适应机制,以乐昌含笑2年生幼苗为试材,经100%(CK)、70%(T1)、50%(T2)、30%(T3)、10%(T4)全光照5个不同遮荫处理1年(3年生),进而对其生长及光合指标进行测定。结果表明,在70%全光照和100%全光照下,乐昌含笑幼苗存活率与株高、地径生长显著高于其他处理。净光合速率在70%光照强度处理时达最高值(8.553μmol·m^-2·s^-1);随着遮荫胁迫的加重,净光合速率逐渐下降,在50%全光照下净光合速率下降主要由气孔限制导致,30%全光照和10%全光照下由非气孔限制导致。与其他遮荫处理相比,100%全光照和70%全光照下乐昌含笑叶片具有更高的最大净光合速率(8.166和8.735μmol·m^-2·s^-1)、光饱和点(1215.956和1145.328μmol·m^-2·s^-1)和光补偿点(16.280和13.572μmol·m^-2     

晋西黄土区水肥调控对苹果-玉米间作系统玉米灌浆期穗位叶光合生理特性的影响

以晋西黄土区典型的苹果-玉米间作系统为研究对象,设置了双因素三水平水肥耦合试验,分析不同水肥调控措施下玉米灌浆期穗位叶光合生理特性.本试验根据玉米及苹果适宜的水分和养分条件设置9(3×3)个处理(W₁F₁、W₂F₁、W₃F₁、W₁F₂、W₂F₂、W₃F₂、W₁F₃、W₂F₃、W₃F₃),设置的3个灌溉水平为:田间持水量(Fc)的50％(W₁)、65％(W₂)和85％(W₃), 3个施肥量水平为:N 289 kg·hm^-2+ P₂O₅118 kg·hm^-2+ K₂O 118 kg·hm^-2(F₁)、N 412.4 kg·hm^-2 +P₂O₅168.8 kg·hm^-2 +K₂O 168.8 kg·hm^-2(F₂)、N 537 kg·hm^-2 + P₂O₅ 219 kg·hm^-2 +K₂O 219 kg·hm^-2(F₃),另设一组无水肥补给的空白对照(CK).结果表明: 不同水肥调控方式对光合指标日变化趋势无明显影响,但水肥补给可提高作物净光合速率(P_n)的峰值,降低作物日水分利用效率(WUE)最大值,延长气孔开放时间,影响胞间CO₂浓度(C_i)最低值的出现及维持时间;各处理光合作用的限制因素均为非气孔因素.蒸腾速率(T_r)、气孔导度(g_s)均与距树行距离呈极显著负相关(P<0.01),水分利用效率则与距树行距离呈显著正相关(P<0.05);距树行距离平均每增加1 m, T_r可减少0.56~1.41 mmol·m^-2·s^-1,g_s可减少0.028～0.093 mol·m^-2·s^-1,WUE可增加0.08~1.00 μmol·mmol^-1.灌水施肥可以显著提高净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日均值;降低水分利用效率的日均值;W₃F₁拥有最高的净光合速率日均值(10.64 μmol·m^-2·s^-1)、水分利用效率日均值(3.05 μmol·mmol^-1)、气孔导度日均值(0.295 mol·m^-2·s^-1)以及较低的蒸腾速率日均值(4.32 mmol·m^-2·s^-1).多元回归分析结果显示,在拔节-灌浆期内,灌水总量为1300 m³·hm^-2、施肥总量为525 kg·hm^-2时,作物净光合速率最大,理论值为10.32 μmol·m^-2·s^-1.因此,W₃F₁为最利于间作系统作物光合效率改善的水肥调控模式.     

基于东北温带落叶阔叶林通量数据的BEPS 模型参数优化

控制其他参数为经验常数,利用迭代方法对主要光合作用参数最大羧化速率(V_{c max}) 及最大电子传递速率(J_max)进行不同数值组合,将得到的多组模拟结果的逐日总初级生产力(GPP)分别与东北帽儿山落叶阔叶林的通量观测数据进行比较,实现对小时步长BEPSHourly模型V_{c max}和J_max的参数优化.结果表明: 对于东北温带落叶阔叶林,当V_{c max}为41.1 μmol·m^-2·s^-1、J_max 为82.8 μmol·m^-2·s^-1时,模拟的2011年逐日GPP与观测数据比较的均方根误差(RMSE)最小,为1.10 g C·m^-2·d^-1,R²最高,为0.95.经过光合作用参数V_{c max}和J_max优化后,BEPSHourly模型能更好地模拟GPP的季节变化.     

人工陆桥岛屿系统土壤呼吸速率及其影响因子

研究片段化森林中土壤呼吸速率的格局对进一步揭示陆地生态系统碳循环具有重要意义。本研究以千岛湖人工陆桥岛屿系统不同生境(岛屿与大陆,岛屿边缘与岛屿内部)为对象,分析了土壤呼吸速率的季节动态变化规律及其与土壤理化因子的关系。结果表明: 1)土壤呼吸速率在不同季节差异显著。夏季(3.74 μmol·m^-2·s^-1)>秋季(2.30 μmol·m^-2·s^-1)>春季(1.82 μmol·m^-2·s^-1)>冬季(1.40 μmol·m^-2·s^-1)。2)森林片段化对土壤呼吸速率产生显著影响,岛屿土壤呼吸速率(2.37 μmol·m^-2·s^-1)显著高于大陆(2.08 μmol·m^-2·s^-1);岛屿边缘土壤呼吸速率(2.46 μmol·m^-2·s^-1)显著高于岛屿内部(2.03 μmol·m^-2·s^-1)。3)土壤温度显著促进了土壤呼吸速率,并作为主要因子解释了56.1%的变化。4)土壤呼吸速率与土壤全碳、铵态氮含量和地表植被覆盖率呈显著正相关。土壤全碳和铵态氮含量在岛屿边缘显著高于岛屿内部。综上,森林片段化促进了土壤呼吸速率,而土壤理化因子的变化是其主要原因。     

施氮处理下植物光合对沙质草地土壤呼吸的调控作用

本研究以科尔沁沙质草地为对象,探讨施氮对沙质草地土壤CO₂排放影响的光合调控机制.结果表明: 施氮可通过增加地上植物光合改变输送到地下的光合同化产物数量,进而对土壤呼吸速率产生调控作用.植物光合速率与土壤呼吸速率呈显著正相关,施氮后二者拟合函数斜率由0.236降至0.161,拟合方程截距差值(0.51 μmol·m^-2·s^-1)与施氮后夜间土壤呼吸速率提升值(0.52 μmol·m^-2·s^-1)相近.5—10月,施氮后光合速率改变值(比率)与土壤呼吸变化值(比率)呈显著正相关,偏相关分析显示,施氮后光合速率的改变值是影响土壤呼吸速率变化的有效解释因素(P<0.05).夜间土壤呼吸速率变化仍与地上植被活动存在重要联系,日均生态系统总光合是影响夜间土壤呼吸速率变化(ΔR_s)的重要因素(P<0.01).植物光合而非温度条件是影响施氮后土壤呼吸速率变化的主要因素,因而,结合植物光合的同化产物控制途径为施氮对土壤呼吸影响机制研究提供新的重要补充.     

基因转录介导同质园条件下拟南芥不同地理种群的光合能力分化

不同环境条件决定着植物光合能力的多态性,但在相同环境条件下同种植物不同种群间表现出光合能力分化的内在机制仍不清楚,本文旨在揭示同质园条件下欧洲拟南芥（Arabidopsis thaliana）不同地理种群光合能力的分化以及其基因转录调控机制。在同质园条件下,测定来自欧洲不同气候区的23个拟南芥的地理种群的气体交换参数、叶绿素荧光参数及SPAD值综合比较其光合能力差异。另外,根据测定结果选取光合能力差异的典型种群,利用实时定量PCR技术对光合相关基因表达水平进行验证。比较研究发现欧洲不同气候区拟南芥的地理种群间的气体交换参数差异较大,其中净光合速率的变化范围为2~11 μmol·m^-2·s^-1;而叶绿素荧光参数变异幅度较小,变异幅度几乎不超过10%。聚类分析表明23个拟南芥种群被分为强光合能力和弱光合能力2组,强光合种群主要分布在中欧和西欧地区,净光合速率平均为7.37 μmol·m^-2·s^-1;而弱光合种群则主要分布在东欧和南欧,净光合速率平均为4.46 μmol·m^-2·s^-1。相关性分析发现净光合速率和水分利用效率及SPAD存在显著相关性。冗余分析（RDA）结果表明拟南芥光合能力的分化可能与其所在地区生长季温度与降雨量等环境因素有关。实时定量PCR试验表明,强光合能力的典型种群En-D和Stw-0的PSⅡ和Rubisco相关基因表达水平显著高于弱光合能力的典型种群Wa-1和Per-1,暗示着PSⅡ和Rubisco相关基因的转录差异可能参与了拟南芥种群光合能力分化的调控。本研究明确了同质园中不同拟南芥地理种群的光合能力存在差异,这种差异可能与原产地环境有关,并在长期进化中遗传给了后代。而PSⅡ和Rubisco相关基因转录调控可能参与了拟南芥光合能力的分化。     

基于稳定碳同位素的北京西山侧柏林生态系统呼吸区分

基于稳定碳同位素对北京西山侧柏林生态系统呼吸进行定量拆分,能够为该地区森林生态系统碳交换研究奠定基础。本研究采用光谱技术对森林不同高度处CO₂浓度和δ¹³C值进行连续观测,同时采用土壤气室和枝条气室测定地下呼吸和地上呼吸的δ¹³C值,求得生态系统呼吸各组分比例。结合土壤呼吸通量的测定,实现对生态系呼吸的定量区分。结果表明: 森林生态系统各呼吸组分夜间δ¹³C值呈波动变化,植物地上呼吸δ¹³C值变化范围为-31.74‰～-23.33‰,土壤地下呼吸δ¹³C值变化范围为-32.11‰～-27.74‰,生态系统呼吸δ¹³C值介于二者之间。夜间平均土壤呼吸通量为1.70 μmol·m^-2·s^-1,占生态系统总呼吸的47%～91%;夜间地上呼吸量的平均值为0.72 μmol·m^-2·s^-1,对生态系统总呼吸的贡献较小。由同位素混合模型推算求得的日间呼吸变异大于温度响应模型的结果,其平均值分别为2.31和2.28 μmol·m^-2·s^-1。     

供钾水平对苹果砧木M9T337幼苗生长、光合特性与15N、13C吸收利用的影响

以苹果M9T337幼苗为试材进行水培试验,采用¹⁵N和¹³C同位素示踪技术,研究不同供钾水平(0、3、6、9、12 mmol·L^-1,分别以K₀、K₁、K₂、K₃、K₄表示)对M9T337幼苗生长、光合特性与¹⁵N、¹³C吸收利用的影响.结果表明: K₂处理M9T337幼苗各器官干质量、根系长度、根系表面积、根尖数和根系活力均显著高于其他处理.叶片净光合速率(P_n)随着供钾水平的升高先上升后下降,在K₂处理时达到最高值,为15.5 μmol CO₂·m^-2·s^-1.处理30 d后,硝酸还原酶(NR)和碳代谢酶活性均以K₂处理最高,K₀处理最低.随着供钾水平的提高,各处理幼苗的¹³C积累量呈先升高后降低的趋势,且在K₂处理时各器官¹³C分配率最均衡.各处理间¹⁵N吸收量和利用率差异显著,K₂处理下幼苗的¹⁵N吸收量和利用率最高,分别为16.11 mg和17.9％,是K₀处理的3.0倍.因此,钾素供应过低或过高均抑制幼苗根系生长和叶片光合作用,不利于植株碳氮吸收,而适宜的钾素供应水平可以提高根系活力和净光合速率,增强硝酸还原酶(NR)和碳代谢酶活性,从而促进碳氮代谢.     

不同光脉冲方案对光下最大荧光参数及其计算参数的影响

光下最大荧光(F_m′)是植物生理生态研究中的重要参数,一般采用饱和脉冲(RF)方案来估计.然而,光系统Ⅱ(PSⅡ)受体库的反馈调节会影响RF方案对F_m′估计的准确性.为消除PSⅡ受体库反馈调节的影响,根据光脉冲强度(Q′)与叶绿素荧光(F′)的线性关系提出多相脉冲(MPF)方案,估算Q′无穷大时的F′(即F_m′).本研究采用MPF和RF方案分别对苦槠、青冈和乌桕3个树种叶片的叶绿素荧光和气体交换数据进行同步测量,并对两种方案估计的F_m′及其计算参数PSⅡ光化学效率(Φ_PSII)、PSⅡ的电子传递速率(J)、最大电子传递速率(J_max)、叶肉导度(g_m)和叶绿体内CO₂浓度(C_c)等光合参数进行比较,分析两种方案对3个树种叶片6个光合参数的影响.结果表明: 当光合有效辐射(PAR)<200 μmol·m^-2·s^-1时,两种方案对苦槠、青冈和乌桕叶片F_m′、Φ_PSII和J的估计无显著影响;当PAR>200 μmol·m^-2·s^-1时,采用MPF方案获得的苦槠、青冈和乌桕的F_m′分别比RF方案获得的F_m′高3.5%～5.2%、11.7%～18.0%和3.2%～7.1%;当PAR>200 μmol·m^-2·s^-1时,采用MPF方案获得的Φ_PSII、J和J_max分别不同程度地大于RF方案获得的参数,g_m和C_c分别不同程度地小于RF方案获得的参数.说明当PAR较低(<200μmol·m^-2·s^-1)时,MPF与RF方案对植物叶片F_m′、Φ_PSII、J的估计没有显著影响;当PAR较高(≥200μmol·m^-2·s^-1)时,MPF与RF方案对植物叶片F_m′、Φ_PSII、J、J_max、g_m和C_c的估计有显著影响,且RF方案对植物叶片的F_m′、Φ_PSII、J和J_max比MPF方案分别有不同程度的低估,对g_m和C_c则有不同程度的高估.     

减氮补水对小麦高产群体光合性能及产量的影响

在大田条件下,设自然降水(W₁)、适量补水(W₂,拔节后土壤相对含水量维持在70%±5%)、充足补水(W₃,拔节后土壤相对含水量维持在85%±5%)3个水分处理和不施氮(N₁)、减氮(N₂,195 kg N·hm^-2)、高氮((N₃,270 kg N·hm^-2)3种氮肥水平,研究了减氮补水对小麦高产群体光照环境、光合性能和产量构成的影响.结果表明: 减氮补水(N₂W₂)处理在灌浆期明显改善了群体的光照环境,距冠层顶部20～30 cm处的光合有效辐射(PAR)较高氮补水(N₃W₂、N₃W₃)处理提高34.5%,透光率提高10.8%;N₂W₂处理孕穗期叶面积指数最高,灌浆期下降速率最慢,高值(大于7.6)持续期较高氮和无氮处理延长3～4 d,光合势平均提高9.7%;减氮补水(N₂W₂、N₂W₃)处理灌浆期旗叶的光合速率仍较高,但与N₃W₂处理差异不显著.N₂W₂处理旗叶的表观量子效率达0.101 μmol CO₂·m^-2·s^-1、P_n维持在27.692 μmol CO₂·m^-2·s^-1,光补偿点(LCP)较低,表现出较高的光合生产力;籽粒产量以N₂W₂处理最高.     

不同光照条件下外源水杨酸对浒苔响应紫外辐射胁迫的影响

为研究不同光照条件下,外源水杨酸(SA)和紫外辐射(UV)对海洋绿藻浒苔的复合效应,在两个光照强度(高光:160 μmol·m^-2·s^-1;低光:70 μmol·m^-2·s^-1)条件下,设置对照(CK)、SA、UV及UV+SA处理(UV=3.2 W·m^-2、SA=10 μg·mL^-1),处理3 d后测定浒苔生长、叶绿素荧光参数、光合放氧速率、超氧化物歧化酶活性、可溶性糖和可溶性蛋白含量等的变化,探讨光照强度、UV及SA的复合效应.结果表明: 低光无UV条件下,SA会促进浒苔生长,降低浒苔叶绿素a(Chl a)和可溶性蛋白含量;高光无UV条件下, SA会抑制其生长,但显著提高了Chl a含量、呼吸速率、光合放氧速率、可溶性糖和可溶性蛋白含量;高光和UV条件下, UV+SA显著促进浒苔生长,提高Chl a和可溶性糖含量;低光和UV条件下,与UV相比,UV+SA提高了浒苔最大光化学效率(F_v/F_m)和可溶性蛋白含量,涨幅分别为139.8%和32.2%.外源SA的加入在一定程度上缓解了UV对浒苔的胁迫作用,且在高光条件下的效果更为显著.     

温州蜜柑叶片光系统反应中心光能分配的变化

为深入了解果树光化学反应中心光能分配的状况,以柑橘为试材,采用调制荧光法对叶片光系统在高光强和低光强下的状态转换进行了研究.结果表明, 光系统在100 μmol·m^-2·s^-1的低光强下,由于QA的还原使PQ库处于还原状态,导致光能由PSⅡ转向PSⅠ分配,光系统处于状态2;在1 000 μmol·m^-2·s^-1 的高光强下, PQ库无法得到电子而处于氧化状态,导致光能分配由PSⅠ转向PSⅡ,光系统处于状态1.叶片经磷酸酯酶抑制剂NaF处理后,光系统从高光强下状态2到状态1的转换受到抑制.高光强下过多的光能由PSⅠ向PSⅡ分配是导致PSⅡ光破坏的重要原因.