大气CO_2浓度升高对辣椒光合作用及相关生理特性的影响

研究大气CO_2浓度升高对辣椒光合作用及相关生理特性的影响,揭示大气CO_2浓度变化与辣椒光合作用及生理指标之间的关系,为辣椒的栽培管理及果实加工提供理论参考。利用OTC(open-top chamber)系统,采用盆栽试验,研究CO_2浓度增高200μmol·mol-1对辣椒形态指标、叶片生理指标、光合参数、光合色素、维生素C(Vc)含量、糖类化合物和产量的影响。结果表明:大气CO_2浓度升高促进了辣椒生长,增加株高、产量和植株总生物量。叶片净光合速率(Pn)、胞间CO_2浓度(Ci)和水分利用效率(WUE)明显提高;开花坐果期气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)增加,结果期气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)下降;大气CO_2浓度升高促进辣椒叶和辣椒果实中Vc含量的显著升高,叶片中叶绿素和糖类化合物含量也显著增加;CO_2浓度升高能改善辣椒叶片光系统,增加光合作用,促进辣椒代谢物质的积累,有利于辣椒的生长发育。     

岩黄连光合与蒸腾特性及其对光照强度和CO_2浓度的响应

采用LI-6400便携式光合测定系统(Li-CorInc.,USA)对岩黄连叶片的气体交换进行了测定。结果表明(1)岩黄连叶片的光饱和点(LSP)为329.18μmol.m-2.s-1左右,光补偿点(LCP)为12.76μmol.m-2.s-1,最大净光合速率为2.96μmol.m-2.s-1,暗呼吸速率(Rd)为0.17μmol.m-2.s-1。光饱和点和光补偿点都比效低,表明岩黄连对光照的要求不高,属于阴生植物。(2)4月份,岩黄连Pn随CO2浓度升高而逐渐增大。当CO2浓度由50μmol.mol-1增加到600μmol.mol-1,Pn几乎呈直线上升,600~1000μmol.mol-1范围内逐渐缓和,到1000μmol.mol-1以后Pn变化平稳。由曲线估算CO2饱和点(CSP)大约在1000μmol.mol-1左右。CO2的补偿点为68.80μmol.mol-1。羧化效率为0.0308μmol.m-2.s-1。(3)岩黄连叶片水分利用率(WUE)随有效光辐射强度(PAR)的增强呈抛物线状变化,PAR在200μmol.m-2.s-1内呈直线上升,到200μmol.m-2.s-1时WUE达最大值,大于200μmol.m-2.s-1后WUE呈逐渐下降趋势。     

自由空气中CO_2浓度和温度增高对粳稻叶片光合作用日变化的影响

利用中国稻田开放式空气CO_2浓度增高系统(free air CO_2enrichment,FACE),以常规粳稻"武运粳23"为试验材料,设置两个CO_2浓度(环境和高CO_2浓度)和两个气温水平(环境温度和高温),测定水稻移栽后61、75、92、109和118 d不同时刻(09:00、11:00、13:00、15:00和17:00)叶片的光合作用,研究增高的CO_2浓度和温度及其互作对大田生长水稻光合作用日变化的影响。结果表明:大气CO_2浓度增高200μmol·mol-1使移栽后61 d各时刻净光合速率(Pn)和水分利用效率(WUE)均大幅增加(约40%),但随生育进程推移增幅明显变小,至灌浆末期接近对照水平;高CO_2浓度使移栽后75、92和109 d不同时刻气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)多呈一致的下降趋势,最高降幅分别为14%和5%;高CO_2浓度对水稻生长前期叶片胞间与周围空气CO_2浓度之比(Ci/Ca)和气孔限制值(Ls)多无显著影响,但使最后3个测定时期Ci/Ca明显增加(4%~8%),Ls因此大幅下降(10%~27%);大田生长期平均增温1℃使水稻生长前期各时刻叶片Pn、Gs、Tr和WUE多呈增加趋势,但至生长末期多呈相反趋势;大气CO_2浓度和温度增高对移栽后61 d叶片Pn有微弱的正向互作,但对其他时期以及对其他光合参数多无交互作用。综上所述,大气CO_2浓度增高200μmol·mol-1对常规粳稻"武运粳23"光合参数的影响明显大于增温1℃;两种生长温度下CO_2熏蒸水稻均表现出明显的光合适应现象。     

大豆叶片光呼吸对光强和CO_2浓度的响应

利用低氧法(2% O_2)研究了大豆叶片光呼吸速率(R_p)对光强和CO_2浓度的响应。结果表明:当光合有效辐射强度(PAR)小于600μmol·m~(-2)·s~(-1)时,大豆叶片的R_p随光强的升高而几乎直线增加;当PAR约为1200μmol·m~(-2)·s~(-1)时,R_p达到最大值(12.69·mol CO_2·m~(-2)·s~(-1)),随后R_p随PAR的升高呈下降趋势;构建的光呼吸速率与光强的方程式拟合结果表明,大豆叶片最大光呼吸速率为13.42·mol CO_2·m~(-2)·s~(-1),其对应的光强为1207.74·mol·m~(-2)·s~(-1),该拟合值与实际测量值极为吻合(P0.05);当PAR一定(2000μmol·m~(-2)·s~(-1))时,随着CO_2浓度的增加(0~1200μmol·mol~(-1)),大豆叶片的R_p呈先升高后下降变化,在600μmol·mol~(-1)时达到最大值(9.97·mol CO_2·m~(-2)·s~(-1));构建的光呼吸速率与CO_2浓度的方程式拟合结果表明,大豆叶片最大光呼吸速率为10.21·mol CO_2·m~(-2)·s~(-1),其对应的外界CO_2浓度为625.74·mol·mol~(-1)。该拟合值也与实际测量值极为吻合(P"0.05)。本文所构建的方程式可较好地拟合光呼吸速率对不同光强和不同CO_2浓度的响应,这对定量研究光呼吸提供了强有力的手段。     

CO_2浓度升高对宁夏枸杞苗木光合特性及生物量分配影响

为明确大气CO_2浓度升高对宁夏枸杞光合特性及生物量分配的影响,以宁夏枸杞苗木为试材,采用开顶气室(OTC)模拟自然环境大气CO_2浓度变化,设置3个CO_2浓度水平[CK(380±20μmol/mol)、TR1(570±20μmol/mol)、TR2(760±20μmol/mol)],分别于不同CO_2浓度处理90d、120d后,测定其净光合速率(P_n)、光响应曲线、CO_2响应曲线等相关指标及植株不同器官生物量。结果表明:(1)TR1及TR2下Pn于第一年处理至90d时均较CK显著升高(P0.05),且TR1处理在120d时较CK显著降低;第二年处理90d时,TR1处理较CK下降了4.77%,处理120d时TR1、TR2均高于CK,但差异不显著。(2)随着CO_2浓度升高,两年中TR1、TR2处理的胞间CO_2浓度(C_i)较CK均显著升高,处理后120d时,气孔导度(G_s)较CK均显著下降;水分利用率(WUE)在第一年处理中均无显著变化,但在第二年处理120d时,TR1、TR2均较CK显著上升。(3)处理至90d和120d时,TR1、TR2组的宁夏枸杞苗木光饱和点、CO_2饱和点均高于CK,但TR2组初始羧化效率低于CK。(4)随着CO_2浓度升高,宁夏枸杞苗木地上部分生物量分配显著增加,地下部分生物量分配显著降低。研究发现,一定时间内适宜CO_2浓度升高可促进宁夏枸杞苗木光合作用,使得其地上部分生物量分配显著提高,地下部分生物量分配显著降低;但随着处理浓度升高及处理时间延长,其光合作用有下调趋势,表现为净光合速率、气孔导度、初始羧化效率等下降。     

虉草光合作用日变化及其与环境因子的关系

对镇江北固山湿地优势植物——虉草的光合作用进行了试验研究。结果表明,春夏季晴天虉草净光合速率(Pn)的日变化为双峰曲线,有明显的光合“午休”现象;多云天虉草的Pn主要受光强制约,随光合有效辐射(PAR)变化而变化。经统计学验证,虉草的Pn与PAR、气孔导度(Gs)有显著正相关关系,而与细胞间隙CO_2浓度(Ci)呈显著负相关。用一元二次方程拟合了虉草的光响应曲线,得到光补偿点为38.572μmol·m~(-2)·s~(-1),光饱和点为2087.5μmol·m~(-2)·s~(-1)。     

遮荫对月季光合特性及生长发育的影响

采用人工遮荫法研究不同程度遮荫(75%、50%和25%全光照,以全光照为对照)处理对月季的生长发育、光合特性及叶绿素荧光参数的影响。结果表明:(1)随着遮荫程度的增加,月季的叶片厚度、花径、成花率均呈降低趋势,叶绿素含量呈增加趋势;净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)降低,气孔限制值(Ls)升高,Pn下降的主要原因可能为气孔限制。(2)月季在遮荫条件下的光饱和点和光补偿点、暗呼吸速率下降,表现出其对光照降低的生理适应机制;其光饱和点在600~1 200μmol·m-2·s-1,光补偿点在29.89~62.95μmol·m-2·s-1,CO2补偿点在78.16~89.41μmol·mol-1,CO2饱和点在1 100μmol·mol-1左右,潜在光合能力13.06~25.63μmol·m-2·s-1,其对光的适应范围较宽,光照和CO2浓度对其光合能力的影响较大。(3)各处理条件下叶绿素荧光参数显示,月季在自然光和低光下(50%和25%全光照)叶片PSⅡ受到了明显伤害,光合作用原初反应过程受到抑制,光合电子传递受到影响。研究发现,月季虽是阳生植物,但光照生态幅较宽,轻度遮荫(75%全光照)能促进其光合作用效率,减少光抑制,植株长势好,成花率高。     

自然条件下中熟籼稻初穗期剑叶光合的气孔和非气孔限制特征

为探究自然条件下中熟籼稻初穗期剑叶光合作用的气孔与非气孔限制特征,利用LI-6400光合仪测定了4个水稻品种(恢复系R7-35,不育系井大3S,杂交F_1代井大3S/R7-35和对照品种9311)的气体交换数据,获得了它们的净光合速率、气孔导度、胞间CO_2浓度和气孔限制值对光的响应曲线。结果表明:与最大净光合速率相对应的饱和光强(I_(sat))分别为1500、1800、1200和1200μmol·m~(-2)·s~(-1);除井大3S/R7-35外,其他3个水稻品种的气孔导度随光强的增加而非线性增加,由此可知,在较高光强处限制这4个水稻叶片光合作用的因素是非气孔限制。与最小胞间CO_2浓度(C_i)相对应的光强分别为1600、1600、1400和1600μmol·m~(-2)·s~(-1),与最大气孔限制值(L_s)相对应的饱和光强分别为1400、1200、1400和600μmol·m~(-2)·s~(-1)。根据Ci降低和Ls升高作为判断叶片光合速率降低的主要原因是气孔因素的判据标准,品种9311则在光强小于1600μmol·m~(-2)·s~(-1)时,Ci随光强的增加而降低,在光强小于600μmol·m~(-2)·s~(-1)时,Ls随光强的增加而升高,但该品种在光强小于1200μmol·m~(-2)·s~(-1)时,其光合能力随光强的增加而非线性增加。这个结果与以Ci降低和Ls升高作为判断准则相互矛盾。为此,提出用植物叶片是否存在I_(sat)作为判断光合速率下降的非气孔限制因素准则,用气孔导度是否存在最大值作为植物叶片的气孔限制因素准则。     

苎麻光合生理生态特性研究

以大田栽培的苎麻植株为材料,用TPS-2便携式光合作用测定系统测定自然条件下生长的苎麻叶片的光合气体交换参数,以及光响应曲线和CO2响应曲线,并通过回归和相关法分析探讨净光合速率与主要生理、生态因子间的关系.结果表明:(1)苎麻叶片的净光合速率(Pn)日变化曲线呈现双峰型,2个光合峰高度接近,其净光合速率具有典型的午休"现象;蒸腾速率(Tr)日变化曲线呈现单峰型,其走势与气孔导度(Gs)日变化一致.(2)苎麻叶片光合作用的光饱和点(LSP)为1 568.5μmol?m-2?s-1,光补偿点(LCP)为54.18μmol?m-2?s-1,表观量子效率(AQY)为0.025 8 mol?mol-1;而其CO2补偿点(CCP)、饱和点(CSP)和羧化效率(CE)分别为49.25、1 746.9μmol?mol-1和0.045;因此,苎麻属于喜光性阳生植物,且对强光有一定的耐受能力.(3)苎麻叶片Pn日变化的主要限制因子是胞间CO2浓度(Ci),主要决定生理因子是气孔导度(Gs).     

半干旱区典型沙生植物油蒿(Artemisia ordosica)的光合特性

为了研究西北半干旱生态系统中典型沙生植物油蒿(Artemisia ordosica)的光合特征,于2012年5—10月,使用Li-6400(Li-Cor Inc.,USA)便携式光合测定系统,测定了油蒿气体交换特征的日变化、季节变化以及净光合速率(Pn)对光合有效辐射和胞间CO2浓度的响应。结果表明:Pn、蒸腾速率(E)和水分利用效率(WUE)的日变化在12:00前后均表现出非对称性,上午测量值普遍高于下午;Pn日均值6月最高(8.97±1.73μmol CO2·m-2·s-1),10月最低(2.58±1.32μmol CO2·m-2·s-1);油蒿表观量子效率(α)在0.022~0.048 mol·mol-1变化,羧化效率(φ)在0.125~0.268 mol·m-2·s-1变化;在9月13日饱和光强下的Pn(Pnmax)达到生长季最大值,为24.89μmol CO2·m-2·s-1;在7月31日饱和胞间CO2浓度下的Pn(Anmax),达到生长季最大值,为77.23μmol CO2·m-2·s-1;Pnmax主要受到相对湿度影响,Anmax主要受饱和水汽压亏缺和30 cm深度土壤体积含水率影响;水分相关环境因子是油蒿光合作用的主要限制因子,其光合特征反映出对半干旱气候的适应性。本研究结果可为生态系统过程建模和区域尺度研究提供重要的生理生态参数。