干旱胁迫和CO2浓度升高条件下白羊草的光合特征

采用盆栽控制试验,研究了黄土丘陵区乡土种白羊草在不同水分水平(80%FC和40%FC)和CO₂浓度(375和750 μmol·m^-2·s^-1) 处理下的光合生理变化特征.结果表明： 干旱胁迫使白羊草的最大净光合速率(P_nmax)、表观量子效率(AQE)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)、最大光化学效率(F_v/F_m)、潜在光化学效率(F_v/F_o)和光合色素含量降低,丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量升高.水分充足条件下,与正常大气CO₂浓度相比,大气CO₂浓度倍增下白羊草的P_{n max}、MDA和Pro含量无显著差异.干旱胁迫下,CO₂浓度升高提高了白羊草的最大荧光(F_m)、F_v/F_m、F_v/F_o、叶绿素含量和AQE, P_nmax比正常CO₂浓度下高23.3%,差异达到显著水平,而MDA和Pro含量均显著降低.CO₂浓度升高对干旱胁迫引起的白羊草光合能力下降有一定的补偿作用,减轻了干旱胁迫对白羊草的伤害.     

气候变化对不同水分条件下柿幼树光合作用的影响

以两年生柿树为试材,研究了高浓度CO₂处理（700 μmol·mol^-1）、高温处理（日平均温度高于正常日平均温度约5 ℃）、高温和高浓度CO₂复合处理及对照（温度为外界环境温度,CO₂浓度380 μmol·mol^-1）对不同水分条件下柿树净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、水分利用效率(WUE)、叶绿素含量和叶绿素荧光参数F_v/F_m、F_v/F_o的影响.结果表明:高温和高浓度CO₂复合处理使处于各水分条件下的柿树T_r、G_s减小,WUE增大;在高、中水分条件(分别为田间持水量的75%～85%和55%～65%)下高温和高浓度CO₂复合处理使柿树P_n增大,在低水分条件(为田间持水量的35%～45%)下使柿树P_n减小.高浓度CO₂处理使处于各水分条件下的柿树P_n、WUE增大,G_s、T减小.高温及高温和高浓度CO₂复合处理下WUE均受土壤水分状况的影响,并随土壤含水量的升高而升高.与对照相比,高浓度CO₂处理还提高了各水分条件下植株叶片水平的水分利用效率、叶绿素a、叶绿素b、叶绿素（a+b）、类胡萝卜素含量及F_v/F_m和F_v/F_o,缓解了水分胁迫,提高了柿树的抗逆能力.     

施氮和大气CO2浓度升高对小麦旗叶光合电子传递和分配的影响

采用开顶式气室盆栽培养小麦,设计2个大气CO₂浓度（正常：400 μmol·mol^-1;高：760 μmol·mol^-1）、2个氮素水平（0和200 mg·kg^-1土）的组合处理,通过测定小麦抽穗期旗叶氮素和叶绿素浓度、光合速率（P_n）-胞间CO₂浓度（C_i）响应曲线及荧光动力学参数,来测算小麦叶片光合电子传递速率等,研究了高大气CO₂浓度下施氮对小麦旗叶光合能量分配的影响.结果表明：与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度下小麦叶片氮浓度和叶绿素浓度降低,高氮处理的小麦叶片叶绿素a/b升高.施氮后小麦叶片PSⅡ最大光化学效率（F_v/F_m）、PSⅡ反应中心最大量子产额（F_v′/F_m′）、PSⅡ反应中心的开放比例（q_p）和PSⅡ反应中心实际光化学效率（Φ_PSⅡ）在大气CO₂浓度升高后无明显变化,虽然叶片非光化学猝灭系数（NPQ）显著降低,但PSⅡ总电子传递速率（J_F）无明显增加;不施氮处理的F_v′/F_m′、Φ_PSⅡ和NPQ在高大气CO₂浓度下显著降低,尽管F_v/F_m和q_P无明显变化,J_F仍显著下降.施氮后小麦叶片J_F增加,参与光化学反应的非环式电子流传递速率(J_C)明显升高.大气CO₂浓度升高使参与光呼吸的非环式电子流传递速率(J₀)、Rubisco氧化速率（V₀）、光合电子的光呼吸/光化学传递速率比（J₀/J_C）和Rubisco氧化/羧化比（V₀/V_C）降低,但使J_C和Rubisco羧化速率（V_C）增加.因此,高大气CO₂浓度下小麦叶片氮浓度和叶绿素浓度降低,而增施氮素使通过PSⅡ反应中心的电子流速率显著增加,促进了光合电子流向光化学方向的传递,使更多的电子进入Rubisco羧化过程,P_n显著升高.     

CO2浓度增加对半干旱区春小麦生产和水分利用效率的影响

为了解CO₂浓度升高条件下春小麦生产和水分利用效率(WUE)的响应特征,在典型半干旱区定西,利用开顶式气室(OTC)试验平台开展了CO₂浓度增加模拟试验.试验设对照(390 μmol·mol^-1)、480 μmol·mol^-1和570 μmol·mol^-1 3个CO₂浓度.结果表明: CO₂浓度升高使春小麦冠层空气温度小幅上升,10 cm深处的土壤环境温度下降;CO₂浓度增加对春小麦各器官生物量和总生物量都有明显促进作用,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,地上干物质量平均增长20.6%和41.5%,总干物质量平均增长19.3%和39.6%.生物量增加主要是由茎叶干物质量增加所致,与生育中期物质生产能力明显增强有关;在两种CO₂浓度处理下,植株根冠比分别降低7.3%和11.8%,CO₂浓度增加对春小麦地上部分干物质积累的贡献大于地下部分;CO₂浓度升高主要通过影响穗粒数来影响最终产量,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,小麦产量分别增加了8.9%和19.9%;大气CO₂浓度升高对春小麦光合作用影响的长期效应不明显,随CO₂浓度升高,光合速率显著提高,蒸腾速率降低,蒸发蒸腾量减小.随CO₂浓度升高,叶片、群体和产量3个水平的WUE都增加,其中群体水平的WUE增幅最大,产量水平的WUE增幅最小.     

CO2浓度增加对半干旱区春小麦生产和水分利用效率的影响

为了解CO₂浓度升高条件下春小麦生产和水分利用效率(WUE)的响应特征,在典型半干旱区定西,利用开顶式气室(OTC)试验平台开展了CO₂浓度增加模拟试验.试验设对照(390 μmol·mol^-1)、480 μmol·mol^-1和570 μmol·mol^-1 3个CO₂浓度.结果表明: CO₂浓度升高使春小麦冠层空气温度小幅上升,10 cm深处的土壤环境温度下降;CO₂浓度增加对春小麦各器官生物量和总生物量都有明显促进作用,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,地上干物质量平均增长20.6%和41.5%,总干物质量平均增长19.3%和39.6%.生物量增加主要是由茎叶干物质量增加所致,与生育中期物质生产能力明显增强有关;在两种CO₂浓度处理下,植株根冠比分别降低7.3%和11.8%,CO₂浓度增加对春小麦地上部分干物质积累的贡献大于地下部分;CO₂浓度升高主要通过影响穗粒数来影响最终产量,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,小麦产量分别增加了8.9%和19.9%;大气CO₂浓度升高对春小麦光合作用影响的长期效应不明显,随CO₂浓度升高,光合速率显著提高,蒸腾速率降低,蒸发蒸腾量减小.随CO₂浓度升高,叶片、群体和产量3个水平的WUE都增加,其中群体水平的WUE增幅最大,产量水平的WUE增幅最小.     

CO2浓度升高对三种地被类观赏竹生理特性的影响

运用开顶式气室(OTCs)模拟大气CO₂浓度升高(500、700 μmol·mol^-1)情景,以环境背景大气为对照,研究CO₂浓度升高对3种地被类观赏竹(美丽箬竹、黄条金刚竹和白缟椎谷笹竹)叶片的膜脂过氧化和抗氧化系统的影响及其种间差异.结果表明: 试验进行103 d后,500 μmol·mol^-1CO₂浓度下,3种地被类观赏竹的叶片超氧阴离子含量、丙二醛(MDA)含量、相对电导率和可溶性糖含量总体上没有发生明显的变化,但叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性有一定程度的改变;700 μmol·mol^-1 CO₂浓度下,3个竹种的叶片MDA含量和相对电导率没有发生明显变化,但对叶片超氧阴离子含量、可溶性糖含量和SOD、POD、CAT、APX活性的影响较为明显.不同竹种对CO₂浓度升高环境的适应能力为美丽箬竹＞黄条金刚竹＞白缟椎谷笹竹.     

CO2浓度升高对三种地被类观赏竹生理特性的影响

运用开顶式气室(OTCs)模拟大气CO₂浓度升高(500、700 μmol·mol^-1)情景,以环境背景大气为对照,研究CO₂浓度升高对3种地被类观赏竹(美丽箬竹、黄条金刚竹和白缟椎谷笹竹)叶片的膜脂过氧化和抗氧化系统的影响及其种间差异.结果表明: 试验进行103 d后,500 μmol·mol^-1CO₂浓度下,3种地被类观赏竹的叶片超氧阴离子含量、丙二醛(MDA)含量、相对电导率和可溶性糖含量总体上没有发生明显的变化,但叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性有一定程度的改变;700 μmol·mol^-1 CO₂浓度下,3个竹种的叶片MDA含量和相对电导率没有发生明显变化,但对叶片超氧阴离子含量、可溶性糖含量和SOD、POD、CAT、APX活性的影响较为明显.不同竹种对CO₂浓度升高环境的适应能力为美丽箬竹＞黄条金刚竹＞白缟椎谷笹竹.     

大气CO2浓度升高对稻田土壤氮素的影响

利用中国稻/麦轮作FACE(Free-Air Carbon=Dioxide Enrichment)试验平台,研究大气CO₂浓度升高200 μmol·mol^-1(周围大气中CO₂浓度约370 μmol·mol^-1)对稻季各生育期不同深度土壤溶液NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度的影响.结果表明：高CO2浓度条件下耕层土壤溶液NH₄⁺-N浓度在水稻生育前期有所增加,但在生育后期明显下降;大气CO₂浓度升高增加了稻季5、15、30、60和90 cm处土壤溶液NO₃^--N浓度,分别比对照平均提高了46.5%、36.8%、23.3%、103.7%和42.7%,在60和90 cm处差异分别达到统计上的极显著和显著水平.     

脱落酸对低温下雷公藤幼苗光合作用及叶绿素荧光的影响

以1年生雷公藤扦插苗为试材,研究低温胁迫下不同浓度外源脱落酸（ABA,0、5、10、15、20、25 mg·L^-1)叶面喷施处理对雷公藤叶片光合作用及叶绿素荧光参数的影响.结果表明：喷施20 mg·L^-1的ABA能显著提高雷公藤幼苗的抗冷性,减缓低温下雷公藤叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(g_s)、胞间CO₂浓度(C_i)的下降幅度,提高幼苗叶片的光合能力.低温处理6 d后,随着ABA浓度上升,雷公藤叶片的初始荧光(F_o)下降,最大荧光(F_m)和PSII最大光化学效率(F_v/F_m)上升,PSII实际光化学量子产量(Φ_PSⅡ)、光化学猝灭系数(q_P)先下降后上升,而非光化学猝灭系数(q_N)呈下降－上升－下降趋势.P_n、g_s、q_P、F_m和F_v/F_m均在20 mg·L^-1ABA处理时达到峰值.不同浓度ABA的相对电子传递速率(rETR)随着光化光强度增加呈先上升后下降的趋势,当光化光强度(PAR)达到395 μmol·m^-2s^-1时,各处理的rETR达到最高值,其中25 mg·L^-1和20 mg·L^-1ABA处理分别比对照高17.1%和5.2%.雷公藤叶片Φ_PSⅡ的光响应曲线均随光化光强度升高而下降,q_N的光响应曲线则呈相反趋势.     

大气CO2浓度增加与氮肥对棉花生物量、氮吸收量及土壤脲酶活性的影响

试验设置半开顶式CO₂人工气候室,研究了不同CO₂浓度处理(360、540 μmol·mol^-1)与施氮(N)量(0、150、300 和450 kg·hm^-2)对棉花干物质的积累与分配、氮素吸收量及土壤脲酶活性的影响.多样性指数和主成分分析表明: 各施N水平下,CO₂浓度增加下棉花蕾、茎、叶和整株的总干物质积累量显著增加;2个CO₂浓度下,300 kg·hm^-2-N (N₃₀₀)处理棉花蕾、茎、叶、根及整株干物质量显著高于其他3个N肥处理,合理的氮肥施用可显著提高棉花干物质积累量.棉花蕾和茎的氮素吸收量受CO₂浓度影响显著,与360 μmol·mol^-1CO₂浓度相比,CO₂浓度为540 μmol·mol^-1条件下蕾和茎的氮含量显著增加,其中N₃₀₀处理下蕾的氮含量最高,N₁₅₀和N₃₀₀处理茎的氮含量高于N₀和N₄₅₀处理;叶的氮素吸收量受CO₂和N的交互作用影响显著,在N₀、N₁₅₀、N₃₀₀处理下,540 μmol·mol^-1CO₂浓度下叶的氮含量增加;棉花根的氮素吸收量受施N的影响显著,540 μmol·mol^-1CO₂浓度下根的氮含量随着施N量的增加显著增加.总体上,540 μmol·mol^-1CO₂浓度下棉花的氮素吸收量高于360 μmol·mol^-1 CO₂浓度,各CO₂和N组合处理下,棉花各器官的氮素积累量蕾铃最高,叶片居中,其次是茎秆,根系最低.各施N水平下,两个土层的土壤脲酶活性随着CO₂浓度升高而显著增加;不同CO₂浓度处理下,0~20 cm土层土壤脲酶活性随着施N量的增加而增加,20～40 cm土层N₃₀₀处理下的土壤脲酶活性高于其他N肥处理;CO₂和N互作下,0~20 cm土层土壤脲酶活性的平均值显著高于20~40 cm土层.大气CO₂浓度为540 μmol·mol^-1、氮肥施用量为300 kg·hm^-2可显著提高棉花干物质积累量和氮素吸收量.     

不同光质LED光源对草莓光合特性、产量及品质的影响

以‘妙香7号’草莓品种为材料,利用LED精量调制光源,设红光、蓝光、黄光、白光、红/蓝/黄(7/2/1)、红/蓝(7/2) 5个处理,以白光为对照,测定了草莓叶片的光合与荧光参数、色素含量、果实产量、品质和根系活力指标,研究 500 μmol·m^-2·s^-1光强下不同光质处理对草莓光合特性、果实产量及品质的影响.结果表明： 红光处理有利于提高草莓叶片的净光合速率与蒸腾速率,而蓝光有减弱作用;气孔导度与胞间CO₂浓度均以蓝光处理效果最为显著.叶绿素荧光参数(F_o、F_m、Φ_PSⅡ)均在红光处理下最大,而F_v/F_m、F_v/F_o、F_m/F_o均在红/蓝/黄处理下最大;红/蓝/黄处理下草莓色素含量、果实产量和根系活力均显著高于其他处理.红光处理的可溶性固形物和维生素C含量均最高,且与红/蓝/黄处理差异不显著;蓝光处理有利于提高可滴定酸和蛋白质含量,而红/蓝/黄处理的固酸比最大.红/蓝/黄处理最有利于增加光合色素含量,提高果实产量,促进部分品质改善.     

氮素对高大气CO2浓度下小麦叶片光合作用的影响

通过测定小麦拔节期叶片的光合气体交换参数和光强-光合速率（P_n）响应曲线,研究了氮素对长期高大气CO₂浓度（760 μmol·mol^-1）下小麦叶片光合作用的影响.结果表明：在长期高大气CO₂浓度下,增施氮肥能提高小麦叶片P_n、蒸腾速率（T_r）和瞬时水分利用效率（WUE_i）;与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i增加,气孔导度（G_s）和胞间CO₂浓度(C_i）降低.随光合有效辐射的增强,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i均高于正常大气CO₂浓度处理,G_s则较低,而C_i和T_r无显著变化.高氮水平下小麦叶片G_s与P_n、T_r、WUE_i呈线性正相关,G_s与C_i在正常大气CO₂浓度下呈线性负相关,但高大气CO₂浓度下二者无相关性;低氮水平下小麦叶片的G_s与P_n、WUE_i无相关性,而与C_i和T_r呈线性正相关,表明高大气CO₂浓度下低氮水平的小麦叶片P_n由非气孔因素限制.     

氮素对高大气CO2浓度下小麦叶片光合作用的影响

通过测定小麦拔节期叶片的光合气体交换参数和光强-光合速率（P_n）响应曲线,研究了氮素对长期高大气CO₂浓度（760 μmol·mol^-1）下小麦叶片光合作用的影响.结果表明：在长期高大气CO₂浓度下,增施氮肥能提高小麦叶片P_n、蒸腾速率（T_r）和瞬时水分利用效率（WUE_i）;与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i增加,气孔导度（G_s）和胞间CO₂浓度(C_i）降低.随光合有效辐射的增强,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i均高于正常大气CO₂浓度处理,G_s则较低,而C_i和T_r无显著变化.高氮水平下小麦叶片G_s与P_n、T_r、WUE_i呈线性正相关,G_s与C_i在正常大气CO₂浓度下呈线性负相关,但高大气CO₂浓度下二者无相关性;低氮水平下小麦叶片的G_s与P_n、WUE_i无相关性,而与C_i和T_r呈线性正相关,表明高大气CO₂浓度下低氮水平的小麦叶片P_n由非气孔因素限制.     

大气CO2浓度增加与氮肥对棉花生物量、氮吸收量及土壤脲酶活性的影响

试验设置半开顶式CO₂人工气候室,研究了不同CO₂浓度处理(360、540 μmol·mol^-1)与施氮(N)量(0、150、300 和450 kg·hm^-2)对棉花干物质的积累与分配、氮素吸收量及土壤脲酶活性的影响.多样性指数和主成分分析表明: 各施N水平下,CO₂浓度增加下棉花蕾、茎、叶和整株的总干物质积累量显著增加;2个CO₂浓度下,300 kg·hm^-2-N (N₃₀₀)处理棉花蕾、茎、叶、根及整株干物质量显著高于其他3个N肥处理,合理的氮肥施用可显著提高棉花干物质积累量.棉花蕾和茎的氮素吸收量受CO₂浓度影响显著,与360 μmol·mol^-1CO₂浓度相比,CO₂浓度为540 μmol·mol^-1条件下蕾和茎的氮含量显著增加,其中N₃₀₀处理下蕾的氮含量最高,N₁₅₀和N₃₀₀处理茎的氮含量高于N₀和N₄₅₀处理;叶的氮素吸收量受CO₂和N的交互作用影响显著,在N₀、N₁₅₀、N₃₀₀处理下,540 μmol·mol^-1CO₂浓度下叶的氮含量增加;棉花根的氮素吸收量受施N的影响显著,540 μmol·mol^-1CO₂浓度下根的氮含量随着施N量的增加显著增加.总体上,540 μmol·mol^-1CO₂浓度下棉花的氮素吸收量高于360 μmol·mol^-1 CO₂浓度,各CO₂和N组合处理下,棉花各器官的氮素积累量蕾铃最高,叶片居中,其次是茎秆,根系最低.各施N水平下,两个土层的土壤脲酶活性随着CO₂浓度升高而显著增加;不同CO₂浓度处理下,0~20 cm土层土壤脲酶活性随着施N量的增加而增加,20～40 cm土层N₃₀₀处理下的土壤脲酶活性高于其他N肥处理;CO₂和N互作下,0~20 cm土层土壤脲酶活性的平均值显著高于20~40 cm土层.大气CO₂浓度为540 μmol·mol^-1、氮肥施用量为300 kg·hm^-2可显著提高棉花干物质积累量和氮素吸收量.     

CO2浓度增加和施氮对栓皮栎幼苗生理生态特征的影响

通过人为控制CO₂浓度(700、400 μmol·mol^-1)和氮素水平(120 kg N·hm^-2),研究了CO₂浓度增加和氮沉降及其交互作用对北界(辽宁庄河)栓皮栎幼苗生理生态特征的影响.结果表明: CO₂浓度升高使栓皮栎幼苗叶片的形态、光合色素含量和氮含量有减小的趋势,暗呼吸速率较对照降低63.3%,可溶性糖增加2.6%.氮沉降对栓皮栎叶片的形态和光合色素含量有明显的促进作用,叶N含量增加而K含量降低,N/K值增加26.7%.CO₂和N交互作用对幼苗叶形态和光合作用有明显的促进作用,叶片最大净光合速率和光饱和点分别是对照的1.4倍和2.6倍,暗呼吸速率和光补偿点分别降低65.9%和50.0%.CO₂浓度升高和N沉降均对栓皮栎幼苗生长有一定的促进作用,可能导致栓皮栎分布界线北移.     

大气CO2浓度升高对农产品品质影响的研究进展

大气中不断升高的CO₂浓度以及人类饮食的营养质量是目前我们面临的两个重大问题.目前,大气中CO₂浓度已达到380 μmol·mol^-1,预测到2050年大气CO₂浓度将达到550 μmol·mol^-1.农产品的品质不仅取决于遗传基因,而且受生长环境条件的影响.大量研究表明,农作物的生长发育和产量形成都对CO₂浓度升高做出了响应,而且这种变化对农产品的品质也产生了重要影响.本文对目前国内外模拟CO₂浓度升高对农产品品质影响研究中采用的常见方法进行了比较,并综述了近年来在CO₂浓度升高对水稻、小麦、大豆和其他一些蔬菜类农产品品质影响方面的研究进展.大量试验结果表明,CO₂浓度升高条件下,大宗作物籽粒中蛋白质含量下降,微量元素总体上有下降趋势,而蔬菜类农产品的品质有一定程度改善.最后,本文根据目前研究现状对一些问题进行了讨论并提出了今后的研究方向.