大气臭氧浓度升高对银杏叶片活性氧代谢及相关基因表达的影响

采用开顶式气室熏蒸法,设置自然条件下臭氧(O₃)浓度(对照,约40 nmol·mol^-1)、80、160及200 nmol·mol^-14个臭氧浓度,观测了不同浓度臭氧条件下银杏叶片可见伤害、活性氧生成量、抗氧化酶活性及相关基因表达变化情况,分析大气臭氧浓度升高对植物活性氧代谢的影响.结果表明: 160和200 nmol·mol^-1 O₃熏蒸明显伤害银杏叶片,80 nmol·mol^-1与对照无差异,无可见伤害.O₃处理20 d后,160和200 nmol·mol^-1条件下银杏叶片的超氧自由基(O₂^-·)产生速率显著高于80 nmol·mol^-1和对照,而80 nmol·mol^-1与对照无差异;O₃处理40 d后,160和200 nmol·mol^-1熏蒸下叶片过氧化氢(H₂O₂)含量显著高于80 nmol·mol^-1和对照,而过氧化氢酶(CAT)活性显著高于80 nmol·mol^-1和对照,各臭氧处理抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均低于对照.熏蒸40 d后,CAT、APX基因的转录表达持续加强;防御素(GbD)的表达强度则随着臭氧浓度的增加及熏蒸时间的延长而呈显著加强.高浓度臭氧胁迫可使银杏叶片活性氧生成量增加、抗氧化酶活性下降、相关基因表达水平上调,有明显可见叶片伤害.     

臭氧浓度升高对毛竹叶片光合色素和抗性生理的影响

为了解毛竹对温室气体浓度升高的生理响应,探索竹子应对气候变化的经营策略,运用开顶式同化箱(OTCs)开展了5个O₃浓度梯度(过滤大气CF、环境大气NF、50nl·L^-1、100nl·L^-1、150nl·L^-1对毛竹(Phyllostachys edulis)叶片光合色素、可溶性蛋白、脂质过氧化和抗氧化系统的影响研究。结果表明:随O₃浓度升高,毛竹叶片Chl和Car含量呈下降趋势,可溶性蛋白、MDA和O₂^-含量呈升高趋势。与CF相比,100nl·L^-1和150nl·L^-1O₃,浓度处理毛竹叶片光合色素含量极显著降低,叶片可溶性蛋白、MDA和O₂^-含量极显著升高;随O₃浓度升高,SOD活性呈降低趋势,100nl·L^-1和150nl·L^-1O₃浓度处理较CF极显著下降。POD活性呈升高趋势,100nl·L^-1和150nl·L^-1O₃浓度处理较CF极显著提高;长时间高O₃浓度(100nl·L^-1及以上)胁迫条件下,会导致毛竹叶片光合色素降解或合成受阻,叶片老化加快,膜脂过氧化程度加剧,膜结构和抗氧化系统功能遭到破坏,影响毛竹的正常生长。     

高浓度二氧化碳和臭氧对蒙古栎叶片活性氧代谢的影响

利用开顶箱熏蒸法,研究了高浓度O₃(≈80 nmol·mol^-1)和高浓度CO₂(≈700 μmol·mol^-1)及其复合处理对蒙古栎叶片活性氧代谢的影响.结果表明：高浓度O₃显著增加了蒙古栎叶片超氧阴离子(O₂^•)产生速率、过氧化氢(H₂O₂)和丙二醛(MDA)含量和电解质外渗率(P<0.05),显著降低了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性和抗坏血酸(AsA)含量(P<0.05).高浓度CO₂对蒙古栎叶片活性氧代谢影响不显著.高浓度O₃和CO₂复合处理的叶片O₂^•产生速率、H₂O₂和MDA含量和电解质外渗率上升不明显,说明高浓度CO₂缓解了高浓度O₃对蒙古栎叶片的氧化胁迫.复合处理的叶片SOD、CAT、APX活性以及AsA和总酚含量显著高于O₃处理的叶片(P<0.05),说明高浓度CO₂缓解了高浓度O₃对叶片抗氧化系统的消极影响.     

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...     

高浓度O3对城市蒙古栎凋落叶分解和养分释放的影响

采用开顶箱(OTCs)模拟法和分解袋法,以O₃自然浓度(40 nmol·mol^-1)为对照,研究高浓度O₃(约120 nmol·mol^-1)对城市自然环境下生长的10年生蒙古栎凋落叶分解和养分释放的影响,分解时长达150 d.结果表明：高浓度O₃未对蒙古栎凋落叶的分解产生显著影响.高浓度O₃抑制了蒙古栎凋落叶C、K释放,分解150 d,高浓度O₃处理K残留率为23.9%,显著高于对照(17.1%).高浓度O₃在分解前期(0～60 d)抑制了凋落叶N、木质素的释放,在分解后期(60～150 d)起促进作用.高浓度O₃处理与对照木质素/N变化趋势一致且无显著差异.除分解中期(60 d)外,对照P残留率始终高于高浓度O₃处理.C/P变化趋势与P相反,在整个分解过程中,高浓度O₃处理C/P高于对照,而且C、N、K残留率以及C/N与凋落叶干质量剩余率呈显著正相关.因此,高浓度O₃将对蒙古栎林的营养循环产生一定影响.     

四种常见树木叶片光合模型关键参数对臭氧浓度升高的响应

随着城市化进程的加快, 臭氧(O₃)已经成为中国夏季首要大气污染物。已有研究表明O₃通过气孔进入叶片显著抑制光合作用, 影响陆地生态系统碳水循环过程。但是O₃浓度升高对植物光合和气孔导度模型关键参数影响的研究仍然缺乏。该研究利用开顶式气室, 设置两个O₃处理(CF, 过滤空气; E-O₃, 未过滤空气+ 60 nmol·mol^-1 O₃), 选用4种常见的树木(茶(Camellia sinensis)、复叶槭(Acer negundo)、栾树(Koelreuteria paniculata)和蒙古栎(Quercus mongolica)), 通过测定叶片气体交换参数, 探究O₃浓度升高对植物光合和气孔导度模型关键参数的影响。结果表明: O₃浓度升高显著降低了4种植物的饱和光合速率和光合生化模型参数叶肉导度, 但是O₃对光合生化模型参数最大羧化速率和最大电子传递速率的负效应在不同树种间存在差异。此外, 不同植物气孔导度对O₃的响应也存在差异。通过对最优化气孔导度模型进行参数化, 结果表明O₃显著提高了蒙古栎和复叶槭的斜率参数(g₁), 并显著增加了茶的气孔导度模型截距参数(g₀), 但降低了复叶槭的g₀。在不同O₃处理下4种树木的内源水分利用效率与g₁呈显著线性负相关关系。综上所述, O₃浓度升高显著影响光合生化和气孔导度模型关键参数。     

四季竹对大气臭氧胁迫的光合生理响应

为了给全球变化背景下的竹林经营应对策略提供理论依据,运用开顶式同化箱(OTCs)模拟4个大气O₃浓度,分别为环境背景大气(40～45 nl·L^-1)、降低1/2(22～25 nl·L^-1)、倍增1倍(92～106 nl·L^-1)和倍增2倍(142～160 nl·L^-1),研究分析四季竹(Oligostachyum lubricum(Wen) King f)对大气O₃胁迫的光合生理响应规律.结果表明:随着大气O₃浓度的升高,四季竹叶片光合色素含量呈降低趋势,倍增1倍处理的大气O₃浓度是显著变化的节点;大气O₃浓度变化对四季竹Pn日变化影响复杂,环境背景大气、倍增2倍处理呈"单峰"曲线,而降低1/2、倍增1倍处理呈"双峰"曲线.对Tr日变化无明显影响,各处理均呈"单峰"曲线;大气O₃浓度较环境背景大气升高或降低,四季竹的光合生理响应都表现为伤害效应.当大气O₃浓度倍增1倍及以上,对四季竹会造成严重的伤害,表现为叶片光合色素降解或合成受阻,水分利用效率降低,光合作用能力明显下降.大气O₃胁迫对四季竹光合作用的影响表现为非气孔因素限制.     

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.     

地表臭氧浓度升高对陆地生态系统影响的研究进展

浓度不断升高的地表臭氧(O₃)已成为全球性环境问题, 中国也不例外。目前, 高浓度O₃对叶片光合气体交换、植物生长或生物量的影响已备受关注, 但有关O₃对生态系统层次的研究还相对稀缺且存在较大的不确定性。该文梳理了近40年来地表O₃浓度及其影响相关领域的发展趋势和研究热点, 回顾了地表O₃浓度升高对植物影响的研究手段和评估方法, 综述了地表O₃浓度升高对陆地生态系统影响方面取得的重要进展, 主要包括植物应对O₃胁迫的响应机制、地表O₃对粮食产量和作物品质、生态系统固碳能力、群落结构和地下过程的影响及地表O₃污染区域风险; 此外, 针对目前研究的不足, 对未来研究进行了展望。建议利用先进的完全开放式O₃熏蒸系统模拟O₃浓度升高对生态系统影响的同时加强对地下生态过程的研究, 开展O₃与其他环境因子的复合作用研究; 关注O₃污染对粮食安全的影响; 开展联网研究, 建立统一评价体系; 探索减缓地表O₃污染的生态防控措施; 以期为地表O₃污染生态效应领域的发展提供助力。     

高浓度臭氧对大豆生长发育及产量的影响

采用开顶式同化箱(open-top chambers,OTCs)装置,设置活性碳过滤大气(CF,［O₃］<10 μg·kg^-1)和高臭氧(O₃)浓度(HO,约为80 μg·kg^-1)两个处理,研究开花后高浓度O₃对大豆农艺性状、叶面积、叶绿素、抗氧化系统与产量的影响.结果表明： 与对照(CF)同期相比,HO处理植株的叶面积和叶绿素含量显著降低(P<0.05);过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性极显著增强(P<0.01),但随着处理时间的延长,其活性逐渐降低;HO处理下植株叶片中可溶性蛋白质和抗坏血酸(AsA)含量降低,丙二醛含量显著升高,表明膜脂过氧化进程加快;大豆的单株干物质量、有效结荚数、籽粒数、百粒重和产量都有所降低,其中产量降低了47%,差异达极显著水平(P<0.01).     

Ozone effects on high light-induced photoinhibition in Phaseolus vulgaris

In this study the response to photoinhibition of photosynthesis and subsequent recovery was examined in plants of Phaseolus vulgaris L. cultivar ‘Pinto’ exposed to charcoal-filtered air or to ozone (O₃) at 150 nL L⁻¹ either for 3 h, or for 5 h. The responses were analysed using chlorophyll fluorescence imaging and by conventional fluorometry. Compared to control plants maintained in charcoal-filtered air, in plants exposed for 3 h to O₃ and then subjected to high light treatment, the results show an increased tolerance to photoinhibition. Plants exposed to the same O₃ concentration but for the longer 5-h period, were not tolerant to the photoinhibition treatment and, instead showed visible symptoms of damage (chlorosis and necrosis) clearly attributable to the longer O₃ exposure. Here the detrimental effects of O₃ aggravated the effects of the high light photoinhibitory treatment. The leaves exposed to the shorter O₃ treatment (150 nL L⁻¹ for 3 h) developed an ability to counteract the negative effects of a high light exposure probably because the O₃ had activated an antioxidant system able to protect the photosynthetic machinery.     

地表臭氧浓度升高与干旱交互作用对杨树非结构性碳水化合物积累和叶根分配的短期影响

人类活动加剧和全球变化导致植物在生长季同时受到高浓度地表臭氧(O₃)和干旱的双重胁迫。为了探究两者对植物非结构性碳水化合物(TNC)积累和分配的影响, 该实验采用开顶式气室研究了2种O₃浓度(CF, 过滤空气; NF40, NF (未过滤空气) + 40 nmol·mol ^-1 O₃)和2个水分处理(对照, 充分灌溉; 干旱, 非充分灌溉)及其交互作用对杨树基因型‘546’ (Populus deltoides cv. ‘55/56’ × P. deltoides cv. ‘Imperial’)叶片和细根中TNC及其组分(葡萄糖、果糖、蔗糖、多糖、总可溶性糖和淀粉)含量的影响。结果表明: O₃浓度升高显著降低杨树叶片中淀粉和TNC的含量, 增加葡萄糖、果糖和总可溶性糖含量, 但对细根中淀粉和总可溶性糖含量的影响不显著。干旱胁迫显著增加细根中果糖和多糖含量, 降低蔗糖含量, 但对叶片中淀粉和总可溶性糖含量的影响不显著。充分灌溉下O₃浓度升高显著增加了杨树叶片多糖和总可溶性糖含量, 而干旱下O₃浓度升高显著增加了TNC含量的根叶比。该研究结果发现O₃主要影响叶片中TNC及各组分的含量, 而干旱主要影响细根中TNC及各组分的含量。从杨树叶片TNC的响应来看, 适度的水分限制有助于减缓O₃的负面伤害。     

冬小麦幼苗生长和化感物质对CO2和O3浓度升高的响应

利用开顶式气室(OTC), 采用盆栽试验研究了CO₂浓度为550 μL·L^-1、O₃浓度为60 μL·L^-1及CO₂浓度为550 μL·L^-1+O₃浓度为60 μL·L^-1对7个冬小麦品种幼苗生物量和化感物质丁布(DIMBOA)的影响.结果表明：在高CO₂浓度下,冬小麦幼苗地上生物量与丁布含量在品种间存在显著差异,品种碧蚂1号幼苗和根干质量比对照（CO₂浓度为370 μL·L^-1,O₃浓度为40 μL·L^-1）增加了36.8%和24.7%;丁布含量增幅为5.7%~184.6%.除碧蚂1号和陕139外,高浓度O₃导致冬小麦生物量降低,但使所有品种丁布含量显著增加,变幅为0.5~3倍.交互作用下所有品种根干质量降低,长武134地上部质量、根质量和丁布含量降幅最大,分别为82%、27.9%和35.5%;与长武134、远丰175和兰考217丁布含量降低相反,陕139丁布含量增加84.6%.聚类分析显示,不同处理和不同品种均显著影响丁布含量,陕139、兰考217和长武134在高CO₂和O₃浓度处理下聚为一类,而陕139在所有处理中丁布含量均表现为增加.表明化感物质丁布可以作为气候变化条件下,尤其是CO₂和O₃变化下抗性育种的特定指标.