高温和干旱胁迫对西红柿幼苗生长、养分含量及元素利用效率的影响

全球气候变化将增加未来高温与干旱的发生频率和强度,然而高温与干旱的交互作用对农作物生长、养分含量及其利用效率的影响还不甚清楚。因此,研究高温与干旱交互作用对农作物生理生态的影响将为准确评价农作物对未来极端气候条件的响应提供科学依据。选取全球第四大经济作物——西红柿为研究对象,在人工智能气候箱中模拟高温和干旱环境。共设置两个水分处理(正常浇水;干旱)与两个温度处理(常温-26℃/19℃(白天/夜间);高温-42℃/35℃(白天/夜间)(7d))。主要测定指标包括生物量以及生物量分配、比叶面积、养分含量(全氮、全磷)、光合元素利用效率(光合氮素利用效率、光合磷素利用效率)。研究表明,高温、干旱单独作用以及交互作用均显著降低了根、茎、叶生物量以及总生物量,并且高温干旱交互作用使总生物量降低最多。在生物量分配方面,高温单独作用显著降低了根质量分数以及根冠比,而干旱单独作用增加了根质量分数、茎质量分数以及根冠比,但降低了叶质量分数。在养分含量方面,高温单独作用导致叶片全氮、全磷含量显著降低、茎全磷含量显著增加、根全磷含量显著降低。干旱单独作用导致叶片、茎全磷含量显著降低、根全氮含量显著升高。高温与干旱交互作用对生物量分配及养分含量的影响与干旱胁迫单独作用类似。在光合元素利用效率方面,高温、干旱单独作用均降低了幼苗光合氮素利用效率、光合磷素利用效率,并且高温加剧了干旱对光合磷素利用效率的影响。因此,在未来气候变化情况下,高温与干旱交互作用可能会对农作物产生更大威胁。     

内蒙古半干旱草原区沙地植物群落光合特征的动态研究

沙蒿(Artemisia intramongolica)群落是半干旱草原地区沙地的重要植被类型,分别在植物的生长前期、中期、盛期和后期采用便携式光合测定仪和大型同化分析仪测定了沙蒿叶片和沙蒿群落的光合动态。单叶和群落的光合速率日进程类型随气候的不同而异,瞬时光合速率主要决定于光合有效辐射强度(PAR)。土壤干旱大大降低了单叶和群落的光合能力,晴天土壤湿润时气温和空气湿度控制着叶片的光合速率,午间大气湿度降低是光合午休的主要外因。叶片的蒸腾速率与气温呈显著线性相关,植物的光能和水分利用效率也主要取决于PAR和气温,随着PAR和气温的升高利用效率下降。沙蒿叶片光能利用效率在后期也能保持较高水平。沙蒿对土壤干旱和高温具有一定的适应性,在土壤湿润时能迅速提高光合速率,形成较大的生物量。但是沙蒿的蒸腾速率高,水分利用效率低。研究认为,沙蒿通过对土壤干旱和高温的忍耐机制而保持长时间较高的光能利用效率,并在土壤湿润时迅速提高光合能力和积累干物质来适应半干旱的沙地环境,而且依靠高蒸腾速率和强的水分吸收能力来竞争性抑制其他植物的生长。     

河西走廊沙漠泡泡刺群体光合特征及其与环境因子的关系

以河西走廊沙漠典型的荒漠植物泡泡刺群落为材料,运用LI-8100土壤碳通量测定系统与改进的同化箱联合对其7月和8月中旬的群体光合作用进行了测定,分析群体光合速率与立地环境因子的关系,探讨泡泡刺群体对干旱荒漠环境的光合适应机制。结果表明,7月中旬泡泡刺的土壤呼吸速率和蒸发速率均高于8月中旬,而其同期群体光合速率和水分利用效率也显著高于8月中旬。两时期的光合有效辐射是影响泡泡刺群体光合速率的主要因子,于7、8月中旬对泡泡刺群体的光合速率起着直接作用;同时,实验地8月中旬的空气相对湿度也能通过与大气温度以及光合有效辐射的相互作用对泡泡刺群体的光合速率产生较大影响。在7月中旬高温强光环境下,泡泡刺的群体光合速率高于8月中旬,从而说明泡泡刺对高光强、高温的荒漠环境具有较好的适应性。     

小麦光合午休的成因及缓解措施的研究

作者通过试验观察到,在高温、强光条件下,光呼吸强度虽然也有升高,但升高的幅度是有限的,不足以形成光合午休。超饱和光强也不是形成光合午休的直接因素。同时,又一次论证了光合产物的累积在光合午休形成过程中的重要作用。 结合前两文(余彦波等,1985;唐鸿寿等,1986),作者提出了形成光合午休的主要途径(图2),指出了水分亏缺和光合产物在叶肉细胞内过量累积是形成光合午休的两个主要环节。并从生态学角度为缓解光合作用午休发展农业生产提出了意见。     

高山植物圆锥南芥的光合系统耐热性及其修复机制(英文)

高温胁迫包括极端高温和中高温,严重影响了植物的一系列生理活动,尤其是光合作用,而植物应对极端高温和中高温胁迫具有不同的策略。高山植物因长期生长于相对寒冷的环境中,相比而言应缺少对高温胁迫的适应机制。本文以圆锥南芥作为一种高山模式植物来探索其在中高温下是否表现出耐热能力,如果具有耐热能力,那么在光合方面与拟南芥存在怎样的差异。研究发现,圆锥南芥在中高温处理后具有更高的光化学效率及快速可逆的恢复过程,表现出了较强的耐热能力。两物种的F0没有明显的差异,而圆锥南芥在热处理后及恢复过程中具有更高的Fm,促进其快速光合修复。在热处理后,非光化学能量耗散快速瞬时上升,及时保护光系统II免受光损伤和热伤害,另外,HSP101蛋白迅速诱导可能启动了光化学修复。最后,圆锥南芥在严重高温处理后具有更高的存活率再次验证了它在中高温下的耐热能力。结果表明,圆锥南芥具有更耐热的光合系统以及有效的光合修复机制来耐受中高温胁迫。     

高山植物圆锥南芥的光合系统耐热性及其修复机制?

高温胁迫包括极端高温和中高温,严重影响了植物的一系列生理活动,尤其是光合作用,而植物应对极端高温和中高温胁迫具有不同的策略。高山植物因长期生长于相对寒冷的环境中,相比而言应缺少对高温胁迫的适应机制。本文以圆锥南芥作为一种高山模式植物来探索其在中高温下是否表现出耐热能力,如果具有耐热能力,那么在光合方面与拟南芥存在怎样的差异。研究发现,圆锥南芥在中高温处理后具有更高的光化学效率及快速可逆的恢复过程,表现出了较强的耐热能力。两物种的F0没有明显的差异,而圆锥南芥在热处理后及恢复过程中具有更高的Fm,促进其快速光合修复。在热处理后,非光化学能量耗散快速瞬时上升,及时保护光系统II免受光损伤和热伤害,另外, HSP101蛋白迅速诱导可能启动了光化学修复。最后,圆锥南芥在严重高温处理后具有更高的存活率再次验证了它在中高温下的耐热能力。结果表明,圆锥南芥具有更耐热的光合系统以及有效的光合修复机制来耐受中高温胁迫。     

植物光合系统对高温胁迫的响应机制

温度变化是影响植物生长和发育的一个非常重要的因素,而光合作用是植物对温度变化最为敏感的生理过程.高温胁迫给植物光合器官造成了严重的危害,但在高温胁迫下,植物并不是消极被动的,并且能够在生理生化及分子水平上发生各种变化来渡过逆境.本文结合当今国内外研究进展,从光合系统热量耗散与光合修复的相关因素,如类囊体膜上相关蛋白,热激蛋白,水杨酸,抗过氧化物酶及抗坏血酸等几个方面展开分析,阐述了植物光合系统对高温胁迫的防御机制,并对今后的研究方向进行了探讨和展望.     

高温伤害光合机构原初位点的研究进展

本文介绍了高温伤害光合机构原初位点的研究进展,分析了不同观点产生的可能原因,为进一步研究高温对植物光合作用的影响提供思路。     

NaCl 预处理缓解小白菜高温胁迫的光合生理机制

采用高温处理前用0.6%NaCl 浇灌小白菜的方法, 通过测定高温胁迫下小白菜(Brassica campestris ssp.chinensis L.)叶片的PSI、PSII 活性, 净光合速率和叶绿素荧光参数, 研究了NaCl 预处理对小白菜光合特性的影响。结果表明, 高温胁迫下, NaCl 预处理组小白菜的PSII 活性、净光合速率、Fm 和Fv/Fm 值等均高于CK 组, Fo 值低于CK组。说明NaCl 预处理可在一定程度上缓解小白菜的高温胁迫, 保护光合系统免受高温的损害, 增强高温胁迫下小白菜叶片的光能转化效率。     

大豆光合日变化过程中气孔限制和非气孔限制的研究

研究了在典型高温低湿天气下大豆光合日变化过程中气孔限制和非气孔限制的效应。大豆叶片在中午表现出严重的气孔关闭伴随着光合速率的大幅度下降,但中午光合速率下降期间,大豆叶片细胞间隙的CO_2浓度不但没有下降反而有所增加,同时气孔限制值也在下降。实验结果表明,大豆叶片的光合午休现象主要是因为大豆叶片的羧化效率、光合能力,RUBP再生能力的下降以及CO_2补偿点升高造成的。大豆叶片在中午时气孔导度的下降不是造成光合午休的原因,而是在特定环境中实现水分利用最优的一种对策。     

松嫩平原西部林网生态场中玉米光合生态研究

东北松嫩平原林网生态场(Ecofield)中主要气候因子对玉米(Zea mays)光合作用影响的研究表明：在整个生长季中,玉米的瞬时光合速率与气温、光强正相关;日光合量则与空气温、湿度正相关。林网中部和东部(10—20H,H为1树高)玉米的光合日进程基本无午休现象,仅两侧主林带附近(1H、5H、25H)仍有午休;与此相应,日光合量也以中、东部高于两侧,这是由于林网中部的气温和湿度高于两侧。通过综合分析,发现午间空气湿度低是造成光合午休的主要原因,在东北松嫩平原,空气温、湿度是制约玉米光合作用主要的气候因子,其中气温是主导因子;光照不是限制因子。防护林可提高林网中的空气温、湿度,从而提高玉米的生产力。     

Physiological and morphological short-term responses to light and temperature in two Nothofagus species of Patagonia, South America

The study of plant responses to environmental stress factors is essential for management of plant systems and for anticipating their response to climate change. The main goal of this study was to determine morphological and physiological responses of Nothofagus obliqua and N. nervosa seedlings to light and temperature, two of the main stress factors acting in their current natural distribution in NW Patagonia. Responses to light were evaluated analyzing growth and survival, as well as morphological and physiological traits related to them, in seedlings subjected to three contrasting light conditions (full-sun conditions, 50% of sunlight and 20% of sunlight) during one growth season. Temperature photosynthetic responses were evaluated in seedlings subjected to temperature treatments between ?5 and 40°C for 2 and 4 h. Growth rate and biomass partition were similar between light treatments in both species. High apical meristem damage and decreased photosynthetic capacity of preformed leaves were observed under full-sun conditions, suggesting that high light levels have a deleterious effect on plant yield. Both species produced neoformed leaves during the growing season with better photosynthetic capacity than preformed leaves under full sun conditions, contributing to plant acclimation. Almost no plasticity was observed in morphological traits in response to shade. Both species differed in optimum temperature for photosynthesis, with a wider temperature range at which high photosynthesis is maintained in N. obliqua. In both species the higher values of net photosynthetic rate were found at higher temperatures than the mean annual temperature of its current natural distribution range. Under no water-stress conditions, future higher temperatures could increase carbon fixation of these species, with a little advantage of N. obliqua if temperature variance is high. Synergy effect of various environmental stress factors, particularly considering cultivation of these species outside their current natural distribution sites require further studies.     

温度对七叶一枝花光合特性及皂苷含量的影响

该研究以珍稀濒危药用植物七叶一枝花(Paris polyphylla)为材料,利用人工气候箱设置3个温度条件,即低温(10℃/16℃)、适温(18℃/24℃)、高温(26℃/32℃),采用盆栽法分析了不同温度条件对七叶一枝花光合特性和主要有效成分皂苷含量的影响。结果表明:(1)适温条件下,七叶一枝花叶绿素含量、最大光合速率、光饱和点、表观量子效率均高于低温和高温处理,而光补偿点、暗呼吸速率则低于两者。(2)适温条件下,七叶一枝花根茎体内皂苷含量最大,达到了4.33%,低温和高温处理下皂苷含量分别只有适温的42.26%和33.49%,氨基酸含量同样表现为适温处理下最大。(3)七叶一枝花有效成分含量与叶片叶绿素含量、光合速率呈显著正相关,而与呼吸速率呈显著负相关,说明温度直接影响植株的光合作用、呼吸作用,进而影响有效成分的积累。温度对七叶一枝花光合特性及有效成分的积累影响显著,22℃左右的平均温度(18℃/24℃)是七叶一枝花栽培的适宜温度,此温度有利于其生长及有效成分的积累,该研究结果为七叶一枝花人工栽培中温度的科学管理提供了依据。     

TEMPERATURE EFFECT ON CARBON ISOTOPIC DISCRIMINATION BY UNDARIA PINNATIFIDA (PHAEOPHYTA) IN A CLOSED EXPERIMENTAL SYSTEM1

The temperature influence on carbon stable isotope discrimination (Δ) in photosynthesis by algae has not been studied taking into account the confounding effect due to photosynthetic rates. This is problematic because usually higher temperatures imply higher photosynthetic rates, and higher photosynthetic rates usually lead to a decrease in Δ. Here, we investigate the effect of temperature on Δ during photosynthesis by Undaria pinnatifida (Harv.) Suringar (Phaeophyta) in a closed system, varying temperatures between 5°C and 20°C and measuring photosynthetic rates simultaneously. There was a general trend of higher Δ for higher temperatures under the same photosynthetic rate, especially for higher photosynthetic rates. These results were consistent with the influence of phenomena related to carbon supply to the plant, like CO₂ diffusion in water and through cell membranes. This influence, however, was less strong than that of photosynthetic rates on Δ (lower Δ for higher photosynthetic rates) and can be difficult to observe in nature.     

黄河三角洲不同生态型芦苇对盐度适应生理的研究 Ⅱ.不同生态型芦苇的光合气体交换特点

黄河三角洲不同生态型芦苇光合速率和气孔导度有明显差异 ,随生境盐度的增加而降低 ,气孔限制因素是盐胁迫下芦苇光合降低的原因之一。低盐度生境中生长的芦苇的 Rn BPCase活性均大于高盐度下的 ,而 PEPCase活性均小于高盐度下的 ,表明在盐渍条件下 ,叶肉光合器官光合活性的降低也限制芦苇的光合速率。随盐度升高 ,Ru BPCase与PEPCasc活性之比降低。高 PFD下 ,盐胁迫加剧 Fv/Fm降低程度。此外 ,在高盐度下由于叶片蒸腾下降而导致的叶温较高也可能与光合活性降低有关。     

茄子嫁接苗与自根苗光合特性比较

对茄子嫁接苗与自根苗的光合生理特性进行了比较研究。结果表明,不同时期嫁接苗功能叶片的净光合速率（Pn）均显著高于自根苗;茄子嫁接苗与自根苗功能叶片的Pn日变化均呈“双峰”曲线,但嫁接苗的“午休”程度较自根苗轻;嫁接苗比自根苗有较低的光补偿点（LCP）和CO2补偿点（CCP）,较高的光饱和点（LSP）和CO2饱和点（CSP）;有较低的光合冷限温度和较高的光合热限温度,光合最适温度两者之间没有明显的差别;有较高的光饱和、CO2饱和及最适温度时的Pn;嫁接苗Pn高是因为嫁接苗胞间的光合反应的底物浓度大（Ci高）,表观量子效率（AQY）、羧化效率（CE）和光合能力（A350）高的缘故。     

低温胁迫下不同甘蔗品种(系)光合特性的变化及其与耐寒性的关系

以广西农科院甘蔗研究所自育的7个新材料和2个生产上的主栽品种为研究对象,在甘蔗苗期进行低温胁迫处理,研究了各品种(系)甘蔗形态特征的冷害指数、叶绿素含量及光合特性相关指标的变化及其光合特性相关指标与甘蔗抗寒性间的相关性。结果表明:随着低温胁迫处理时间的延长,冷害指数不断增大,但变化的大小与快慢因品种(系)不同表现不一样。各甘蔗品种(系)叶片叶绿素含量均随时间延长而降低。叶片净光合速率、气孔导度在低温处理与常温处理间具有显著差异。低温胁迫处理显著降低了各甘蔗品种(系)最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光能转化效率ΦPSⅡ、光适应下PSⅡ反应中心的最大光能转化效率Fv′/Fm′、光化学猝灭系数qP、电子传递速率ETR,而显著提高了初始荧光Fo、稳态荧光Fs、非光化学猝灭系数qNP。相关性分析表明整个测定时期各指标间相关显著,Fv/Fm、Fv′/Fm′、ΦPSⅡ与冷害指数I之间的相关系数在0.800以上,Fv/Fm、Fv′/Fm′、ΦPSⅡ可以作为甘蔗品种(系)抗寒性鉴定的重要参考指标。     

不同光强对越南抱茎茶光合及荧光特性日变化的影响

为研究不同光强对越南抱茎茶光合作用机理的影响,设置3种处理方式,即全光照(L1)、光强度45%(L2)、光强度15%(L3),分别在遮阴3个月后测定其光合荧光参数的变化。结果表明,不同光强处理下,净光合速率均呈单峰曲线,峰值出现在11:00左右;光合速率下降主要是气孔限制因素引起的;叶绿素荧光参数表明,强光条件下电子传递受阻,热耗散增加,PSII反应中心受到破坏,从而降低了茶花的光合效率;过度遮阴条件下受到光抑制,从而导致光合机构损伤;45%光照条件下光合效率较高。相关性分析表明,净光合速率(Pn)与空气温度(Ta)、相对湿度(RH)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)、表观电子传递速率(ETR)呈极显著相关,与RH呈极显著负相关,与胞间CO2浓度(Ci)呈显著负相关。影响越南抱茎茶净光合速率的主要环境因子是空气温度和相对湿度。     

Leaf shape linked to photosynthetic rates and temperature optima in South African <Emphasis Type="Italic">Pelargonium</Emphasis> species

The thermal response of gas exchange varies among plant species and with growth conditions. Plants from hot dry climates generally reach maximal photosynthetic rates at higher temperatures than species from temperate climates. Likewise, species in these environments are predicted to have small leaves with more-dissected shapes. We compared eight species of Pelargonium (Geraniaceae) selected as phylogenetically independent contrasts on leaf shape to determine whether: (1) the species showed plasticity in thermal response of gas exchange when grown under different water and temperature regimes, (2) there were differences among more- and less-dissected leafed species in trait means or plasticity, and (3) whether climatic variables were correlated with the responses. We found that a higher growth temperature led to higher optimal photosynthetic temperatures, at a cost to photosynthetic capacity. Optimal temperatures for photosynthesis were greater than the highest growth temperature regime. Stomatal conductance responded to growth water regime but not growth temperature, whereas transpiration increased and water use efficiency (WUE) decreased at the higher growth temperature. Strikingly, species with more-dissected leaves had higher rates of carbon gain and water loss for a given growth condition than those with less-dissected leaves. Species from lower latitudes and lower rainfall tended to have higher photosynthetic maxima and conductance, but leaf dissection did not correlate with climatic variables. Our results suggest that the combination of dissected leaves, higher photosynthetic rates, and relatively low WUE may have evolved as a strategy to optimize water delivery and carbon gain during short-lived periods of high soil moisture. Higher thermal optima, in conjunction with leaf dissection, may reflect selection pressure to protect photosynthetic machinery against excessive leaf temperatures when stomata close in response to water stress.     

The phase behavior of lipids in photosynthetic membranes

The phase behavior of the main classes of polar lipids found in the photosynthetic membranes of higher plants and algae is reviewed and compared to that of binary lipid mixtures and total lipid extracts of such membranes. Particular interest is paid to the way in which factors such as temperature and acyl chain saturation influence the phase behavior of these lipids and the implications this has in terms of the ability of photosynthetic membranes to resist environmental stress.