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.     

日光温室冬季增施CO2对切花红掌光合作用及生长发育的影响

针对切花红掌日光温室冬季生产时CO₂亏缺严重的现象,以不增施CO₂为对照,研究了增施700、1000、1300 μmol·mol^-1浓度CO₂对切花红掌‘火焰’光合特性和生长发育的影响.结果表明: 增施60 d CO₂,红掌叶片的净光合速率、胞间CO₂浓度和水分利用效率均显著提高,且以1000 μmol·mol^-1处理的增幅最大;而气孔导度则较对照显著下降.增施CO₂后,红掌叶片的可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白含量均较对照显著增加,佛焰苞大小、色泽、花茎长度等切花品质参数,以及叶片发育质量参数和花茎生长速率均有不同程度的提高,且均以1000 μmol·mol^-1浓度最佳.增施1000 μmol·mol^-1的CO₂可以有效促进日光温室切花红掌的冬季生产.     

日光温室冬季增施CO2对切花红掌光合作用及生长发育的影响

针对切花红掌日光温室冬季生产时CO₂亏缺严重的现象,以不增施CO₂为对照,研究了增施700、1000、1300 μmol·mol^-1浓度CO₂对切花红掌‘火焰’光合特性和生长发育的影响.结果表明: 增施60 d CO₂,红掌叶片的净光合速率、胞间CO₂浓度和水分利用效率均显著提高,且以1000 μmol·mol^-1处理的增幅最大;而气孔导度则较对照显著下降.增施CO₂后,红掌叶片的可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白含量均较对照显著增加,佛焰苞大小、色泽、花茎长度等切花品质参数,以及叶片发育质量参数和花茎生长速率均有不同程度的提高,且均以1000 μmol·mol^-1浓度最佳.增施1000 μmol·mol^-1的CO₂可以有效促进日光温室切花红掌的冬季生产.     

光强对三七光合能力及能量分配的影响

通过研究生长于不同环境光强(29.8%、9.6%、5.0%、1.4%和0.2%全日照)下的2年生三七光合作用对光照强度、CO₂浓度、模拟光斑的响应及叶绿素荧光和能量分配特征,研究光照强度对阴生植物三七光合特征及光适应的影响.结果表明: 29.8%全日照(FL)下三七表观量子效率(AQY)、光系统Ⅱ(PSⅡ)潜在的量子效率(F_v/F_m)、PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)较低,最大净光合速率(P_{n max})、最大电子传递速率(J_max)、实际光化学量子效率(F/F_m′)、电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(q_P)和光能分配到光化学途径的比例(Φ_PSⅡ)较高,但非光化学淬灭系数(NPQ)并不是最高.9.6% FL和5.0% FL处理P_{n max}、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、暗呼吸速率(R_d)无显著差异,但它们的AQY、羧化效率(CE)、最大羧化速率(V_{c max})、F_v/F_m、F_v/F_o较高,NPQ也相对较高.生长环境光强低于5.0%FL时,P_{n max}、CE、V_{c max}、J_max、ETR、F/F_m′、q_P、NPQ和Φ_PSⅡ均随生长环境光强的降低呈下降趋势,而捕获的光能分配到荧光耗散的比例(Φ_f,D)逐渐增加.在500 μmol·m^-2·s^-1光斑诱导下,生长环境光强大于5.0%FL下的三七Φ_PSⅡ随诱导时间的延长缓慢增加,1.4%FL和0.2%FL下Φ_PSⅡ迅速达到饱和,且Φ_f,D迅速增加.三七在受到长期高光胁迫的环境下,通过适度的PSⅡ光抑制和保持较高光合电子传递速率,从而提高光能的利用来保护光合机构遭受不可修复的氧化伤害;适度的遮荫能够有效保持较高的非光化学热耗散能力;但过度遮荫会使其光合能力明显降低,捕获的光能更多地通过非光化学的途径耗散,且在接受到高光照射时较容易引发光氧化伤害.     

大气CO2和O3浓度升高对水稻根际土壤胞外酶活性的影响

大气二氧化碳(CO₂)和臭氧(O₃)浓度升高是全球气候变化的主要特征之一。土壤胞外酶作为维持土壤生态系统服务功能的重要参与者，其活性对于大气CO₂和O₃浓度升高的响应特征及驱动机制研究，以及应对并缓解未来全球气候变化具有重要意义。本研究采用开顶式气室(OTCs)分别模拟大气CO₂浓度升高(环境大气+200μmol·mol^-1,eCO₂)、大气O₃浓度升高(环境大气+0.04μmol·mol^-1,eO₃)及其交互处理(环境大气+200μmol·mol^-1 CO₂+0.04μmol·mol^-1 O₃,eCO₂+eO₃),探究水稻根际土壤胞外酶活性对大气CO₂和O₃浓度升高的响应。结果表明：与对照(环境...     

大棚瓠瓜CO2加富的生理生态效应

春季对大棚瓠瓜增施CO₂,可促进植株的生长发育.株高、茎粗增幅分别达到3.90%～19.48%和11.58%～27.37%,叶片厚度及叶面积也分别增加38.46%～69.23%和26.09%～49.38%;第一雌花着生节位平均降低2.6～4.0节.平均单果重增加4.05%～19.62%,产量提高8.65%～19.47%.在1000μmol·mol^-1范围内,CO₂浓度每增加100μmol·mol^-1,单果重和产量分别增加31.97g和68.39kg·667m^-2;第一雌花着生节位降低0.35节.在1000μmol·mol^-1浓度下,瓤瓜光合速率和羧化速率均达最高值.春季大棚瓠瓜CO₂适宜施用浓度为1000μmol·mol^-1左右.     

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.     

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.     

模拟增雨对巴里坤湖干涸湖底沉积物CO2通量的影响

明确湖泊沉积物碳过程对气候变化的响应,是全面了解湖泊生态系统碳收支的重要环节。为探究未来降雨增加对沉积物碳通量的影响,本研究以新疆哈密巴里坤盐湖干涸湖底原状沉积物为对象,基于1960年以来新疆哈密地区降雨量增加速率(4 mm·10 a^-1)以及植物生长季多年降雨量分布特征,以2016年生长季(5—10月)降雨量(86 mm)为对照(T₀),设置4个模拟增雨处理,降雨量分别为94 mm(T₁)、102 mm(T₂)、110 mm(T₃)、126 mm(T₄),分析模拟增雨对沉积物CO₂通量的影响。结果表明: 与降雨前相比,各处理降雨1 d后的沉积物CO₂通量均呈增加趋势;与5—7月相比,8—10月各处理沉积物CO₂通量均有所下降。5—10月,T₀~T₃处理之间CO₂累积排放量无显著差异,T₃处理CO₂平均排放速率(0.22 μmol·m^-2·s^-1)显著高于T₄处理(0.14 μmol·m^-2·s^-1)。每月降雨第1天各处理均表现为CO₂汇,T₄处理(-0.13 μmol·m^-2·s^-1)“碳汇”功能最强;每月降雨1 d后各处理沉积物表现为CO₂源,T₃处理CO₂平均排放速率(0.34 μmol·m^-2·s^-1)显著高于其他处理;与5月相比,T₂~T₄处理CO₂排放通量显著高于8—10月。在温度相对稳定的条件下,沉积物CO₂通量与含水量、空气湿度显著相关。未来60年,降雨持续增加可能是促进干旱区盐湖沉积物CO₂排放和影响全球变暖的重要因素。     

大气CO2浓度倍增对油菜韧皮部汁液成分及根部氮素积累的影响

以甘蓝型欧洲油菜(Brassica napus) ‘814’和‘湘油15’两个品种为研究对象, 探寻在两个CO₂浓度(自然CO₂浓度: 400 μmol·mol^-1和高CO₂浓度: (800 ± 20) μmol·mol^-1)和两个氮素水平(低氮和常氮)处理下, 欧洲油菜韧皮部汁液中可溶性糖和游离氨基酸含量, 以及根部干物质量和氮素累积量的变化。结果表明: 1) CO₂浓度升高提高欧洲油菜韧皮部汁液可溶性糖含量, 施氮条件下‘814’在抽薹期达到0.29%, ‘湘油15’在盛花期达到0.25%, 其含量均显著高于自然CO₂浓度处理。2) CO₂浓度对韧皮部汁液游离氨基酸含量的影响因品种而异, 无论施氮与否, CO₂浓度升高使‘814’的游离氨基含量降低; 而‘湘油15’ CO₂浓度升高促使其在低氮条件下含量升高, 在常氮条件下则降低。3)根部干物质量和氮素累积量均随CO₂浓度升高而增加, 且欧洲油菜韧皮部汁液中可溶性糖含量与游离氨基酸含量与根部干物质量和氮素累积量呈显著正相关。     

双季稻不同生育期净同化速率对大气CO2浓度和温度升高的响应

大气CO₂浓度和温度升高对水稻干物质积累的影响因不同栽培区域和不同稻作类型而异。目前,我国双季稻轮作系统干物质生产力对温度、CO₂浓度升高和二者交互作用的响应特征尚不明确。本研究以早稻‘两优287’和晚稻‘湘丰优9号’为供试材料,在湖北省荆州市利用开顶式气室(OTC)进行连续3年的大田原位模拟试验,设置大田(UC)、对照(CK,OTC控制大气温度和CO₂浓度)、增温2 ℃(ET)、CO₂浓度增加60 μmol·mol^-1(EC)、增温2 ℃+CO₂浓度增加60 μmol·mol^-1(ETEC)5个处理,研究温度和CO₂浓度升高对早稻和晚稻地上部生物量、叶面积和净同化速率的影响。结果表明: CO₂浓度和/或温度升高对早稻和晚稻移栽-拔节阶段净同化速率影响不显著,提高了拔节-齐穗阶段净同化速率,但降低了齐穗-成熟阶段净同化速率(除早稻对高CO₂浓度表现为正响应外)。CO₂浓度和/或温度升高促进了各生育期叶面积的增长,以ETEC处理叶面积指数最高(除成熟期外)。在齐穗期,温度和CO₂浓度升高协同促进了地上部干物质积累,ETEC处理早稻和晚稻地上部生物量比CK高10.3%～39.8%和23.6%～34.4%;在早稻成熟期,增温在一定程度上抵消了增加CO₂浓度对地上部干物质积累的促进作用,ETEC比EC地上部生物量降低3.2%～14.1%;而晚稻成熟期,增温和增加CO₂浓度表现为正向的交互作用,可进一步提高地上部生物量。回归分析表明,温度和CO₂浓度升高在双季稻营养生长阶段对植株净同化能力以正向作用为主,在生殖生长阶段增温表现为负向作用。由于生长特性、生育期跨度和温度资源配置的差异,CO₂浓度和温度升高可能提高我国双季稻轮作系统干物质生产力。     

镉胁迫对吊兰及银边吊兰生长及镉富集特性的影响

选择吊兰和银边吊兰为试验材料,采用水培法研究其在不同Cd²⁺处理浓度(0、20、80、200 μmol·L^-1)下生长及生理特性的变化。结果表明: 20 μmol·L^-1镉对两种吊兰的影响较小,单叶面积、总叶面积、叶绿素(Chl)a含量、总叶绿素[Chl (a+b)]含量、类胡萝卜素含量、Chl a/Chl b值、胞间二氧化碳浓度(C_i)和蒸腾速率(T_r)与对照(CK)基本无显著差异;80 μmol·L^-1镉胁迫下两种吊兰叶片初始荧光(F_o)和非光化学淬灭系数(NPQ)升至最高水平;200 μmol·L^-1镉胁迫下,两种吊兰生物量、叶绿素含量、最大净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、最大光化学量子产量(F_v/F_m)、实际光化学量子产量Y_(II)、转移系数(TF)以及各部分生物量均降至最低水平,而两种吊兰的过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)及过氧化氢酶(CAT)活性和银边吊兰的丙二醛(MDA)含量均有不同程度的增加。随着镉处理浓度的增加,两种吊兰各器官Cd含量持续升高,且主要富集在根部;吊兰各器官Cd含量及富集系数(BCF)在胁迫处理下均高于银边吊兰。研究表明,两种吊兰对镉具有一定的耐性,其中吊兰对Cd的耐受能力强于银边吊兰,可考虑作为绿化植物用于修复镉污染水体或土壤。     

寒地不同熟性品种水稻产量对CO2浓度和温度升高响应的模拟

选择黑龙江省作为研究区域,根据主栽水稻生育期内所需积温选取3个代表性品种,重点分析增温和大气CO₂肥效作用对不同熟性品种水稻产量的影响.采用2013年的逐日气象资料及开顶式气室(OTC)(3个CO₂浓度:390、450和550 μmol·mol^-1)试验资料对品种的遗传参数进行调试;然后采用经验证的CERES-Rice作物模型分别模拟了3个CO₂浓度水平下,伴随温度升高1、2、3和4 ℃时早、中、晚熟品种水稻产量.结果表明: 随CO₂浓度升高,不同品种水稻产量均上升;随温度升高,早熟品种产量持续下降,中、晚熟品种产量先上升再下降.若不考虑CO₂肥效作用,除了中熟和晚熟品种在增温1 ℃时会有3.1%和0.27%的小幅增产外,其余均表现为减产,其中早熟品种减产幅度最大,增温4 ℃时减产高达57.7%,而中熟和晚熟品种减产10%左右.若考虑CO₂肥效作用,450 μmol·mol^-1 CO₂浓度下,中熟和晚熟品种在增温2 ℃时仍增产0.75%和3.2%;550 μmol·mol^-1 CO₂浓度下,中熟品种在增温3 ℃时仍增产4.5%,晚熟品种在增温4 ℃时仍增产0.39%.而无论是否考虑CO₂肥效作用,早熟品种在增温作用下均表现大幅度减产.与不考虑CO₂肥效相比,大气CO₂肥效作用有效提高了水稻产量,但CO₂肥效对增产的贡献率在不同品种间差异不明显,且贡献率均小于10%.     

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.     

气温和根区温度对葡萄叶片光合荧光特性的影响

为探究气温和根区温度对葡萄(Vitis vinifera)叶片光合荧光特性的影响, 以一年生巨峰葡萄为试材, 设置对照、高气温、高根区温度和两者交叉作用共4组处理。结果表明, 相较于对照和高气温, 高根区温度以及交叉处理叶片最大光化学效率(F_v/F_m)降低更明显; 与对照相比, 高根区温度以及高气温与高根区温度交叉处理下光系统II (PSII)实际光化学效率Y(II)显著降低, 非调节能量耗散的量子产量Y(NPQ)及Q_A氧化还原状态(1-q_P)值显著上升。同时, 高根区温度以及高气温与高根区温度交叉处理显著增加了J点的可变荧光(V_j), 而用于电子传递的量子产额(φ_Eo)及性能指数(PI_ABS)显著降低。此外, 高根区温度以及高气温与高根区温度交叉处理下单位面积有活性的反应中心数目(RC/CS_m)也显著下降, K点相对可变荧光(W_k)明显上升。综上所述, 高根区温度是高气温与根区高温交叉胁迫的主导因子, PSII受体侧是主要的伤害位点, 高气温加剧了高根区温度对PSII造成的伤害。