CO2浓度升高和不同氮源对紫茎泽兰生长及光合特性的影响

大气CO2浓度升高和植物入侵是全世界面临的两大重要问题。CO2浓度升高促进植物的光合作用,但在某些植物中,这种促进作用出现在短期高浓度CO2下,而在长期高浓度CO2处理下消失（称为CO2驯化）,被认为源于高浓度CO2对光呼吸和NO-3同化的抑制。通过比较研究不同形式氮源（全氮、硝态氮）和短期（8 days）、长期（40 days）CO2浓度升高处理对入侵植物紫茎泽兰生理特征的影响,结果表明在全氮供应下,短期和长期CO2浓度升高均促进了紫茎泽兰的光合;氨态氮缺失情况下,长期CO2浓度升高促进紫茎泽兰的光合,而短期CO2浓度升高对紫茎泽兰的光合没有促进作用;缺NH＋4下,短期高浓度CO2提高了叶片叶绿素含量,长期CO2升高又使其回复到正常CO2下的较低水平。这些结果表明紫茎泽兰并不会对长期的CO2升高产生驯化,即长期CO2升高会促进紫茎泽兰的光合作用,而且这一促进作用不受土壤中缺NH＋4的影响。鉴于培养介质中缺NH＋4会导致一些植物产生“CO2驯化”,未来CO2浓度升高情况下,在缺NH＋4的土壤中,紫茎泽兰的竞争力可能会更强。     

沙埋对樟子松幼树生长及光合水分代谢的影响

为了解沙埋对樟子松幼树生长特性及光合水分代谢的影响,2013年在内蒙古科尔沁沙地研究了不同沙埋深度下3年生樟子松幼树的存活率、株高、地上生物量等生长特性及光合速率、蒸腾速率等光合水分代谢特征的变化。结果表明:樟子松幼树最大可耐受大于株高2 cm的沙埋,沙埋超过该深度其幼树全部死亡;低于株高以上2 cm的沙埋有利于促进樟子松幼树的株高生长,但不利于其地上生物量的积累;低于株高以上2 cm的沙埋可以导致樟子松幼树的光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度显著增加,但以50%株高沙埋处理的光合速率、蒸腾速率、气孔导度增加幅度最大,胞间CO2浓度以株高以上2 cm沙埋处理的增加幅度最大;沙埋并不造成樟子松幼树的水分胁迫,但随着沙埋深度的增加其水分利用效率趋于下降,并以株高以上2 cm沙埋处理的水分效率最低。樟子松幼树的高生长与其光合速率、蒸腾速率呈显著正相关,光合蒸腾速率与气孔导度、胞间CO2浓度呈显著正相关,水分利用效率与植物含水量、蒸腾速率呈显著正相关,地上生物量与光合效率、蒸腾速率的相关性未达到显著水平。     

不同CO2浓度下长白山3种树木幼苗的光合特性

选取长白山针叶树红松 (Pinuskoraiensis)、长白赤松 (Pinussylvestriformis)和阔叶树水曲柳(Fraxinusmandshurica)幼苗为研究对象 ,以开顶箱的方式控制CO2 浓度为 5 0 0和 70 0 μmol·mol-1,经过 3个生长季CO2 处理后 ,分别测定了 3个树种的 3年生幼苗在高浓度CO2 和大气CO2 浓度下的光合特性 .结果表明 ,前两个生长季高浓度CO2 处理增强了 3个树种幼苗的光合能力 ;不同树种在相同CO2 浓度下 ,最大净光合速率及光响应参数值不同 ;第 3个生长季 ,除 5 0 0 μmol·mol-1CO2 下生长的长白赤松外 ,各树种的幼苗在高浓度CO2 下并未发生“光合驯化”现象 ;最大净光合速率及光响应参数值随CO2 处理时间的延长有不同幅度的增减 ;高浓度CO2 改变了树木幼苗对强光和弱光的利用能力 .     

水稻的光合作用、生长、碳同位素分辨作用及抗渗透胁迫性对CO2浓度增高的响应

四个水稻(Oryza sativa L.)品种"IR72"、"特三矮2号"、"桂朝2号"和"Ⅱ优4480"在田间栽于含35 μmol/mol 和60 μmol/mol CO2的塑料大棚中,自然光照.高浓度CO2下供试水稻品种的光合速率变化表现为提高型("IR72"、"特三矮2号")、稳定型("桂朝2号"的Pn几无变化)和下调型("Ⅱ优4480").生长速率、穗重、由Δ13C计算而得的长期水分利用效率和清除DPPH@自由基的能力皆增加.除"Ⅱ优4480"外,其他3个品种明显增高总生物量.供试品种的穗重/总生物量比不同程度地受到高浓度CO2的改变.叶片段经PEG渗透胁迫后,不同的生长于高浓度CO2者的电解质渗漏率较小.结果表明高浓度CO2可改变水稻的光合作用和水分关系特性,品种间不同的响应显示了选育适于未来高浓度CO2下具有高产和抗逆性品种的可能性.     

木本植物对CO2浓度和温度升高的相互作用的响应

CO2浓度和温度是影响木本植物生长和发育的两个关键因子,二者在全球变化中的相互作用对木本植物生长和发育具有显著的影响。大多数研究表明：CO2浓度增加和温度升高的相互作用可能影响木本植物的生长发育,促进光合作用;呼吸作用对CO2浓度增加和温度升高的相互作用存在长期和短期响应差异;二者的相互作用促进生物量增加和生产力的增长。木本植物对CO2浓度和温度升高的相互作用的响应程度因植物种类而异。     

木本植物对CO_2浓度和温度升高的相互作用的响应

CO2 浓度和温度是影响木本植物生长和发育的两个关键因子 ,二者在全球变化中的相互作用对木本植物生长和发育具有显著的影响。大多数研究表明 :CO2 浓度增加和温度升高的相互作用可能影响木本植物的生长发育 ,促进光合作用 ;呼吸作用对CO2 浓度增加和温度升高的相互作用存在长期和短期响应差异 ;二者的相互作用促进生物量增加和生产力的增长。木本植物对CO2 浓度和温度升高的相互作用的响应程度因植物种类而异。     

土壤水分变化对长白山主要树种蒙古栎幼树生长的影响

选择长白山红松阔叶林主要优势树种蒙古栎为研究对象,人工控制3种施水量研究蒙古栎幼树形态、生物量效应和光合生理特征对土壤含水量变化的响应．结果表明,不同土壤含水量变化显著影响蒙古栎叶片、枝、根的生物量及其分配格局和叶片光合气体交换特征．水分胁迫改变幼树树冠结构,抑制幼树树高、地径、叶片大小、地上和地下生物量;同时,蒙古栎幼树根冠生物量比随着土壤水分含量的减少显著提高;供水量减少对幼树净光合速率、CO2利用率和碳利用率等特征有显著的负向影响;而叶片气孔导度、蒸腾速率和水分利用率对不同土壤含水量反应较复杂,只在土壤含水量较低时,幼树气孔导度、蒸腾速率明显降低,叶片水分利用率升高,表现出蒙古栎树种是干旱可变植物,长期水分胁迫可提高树种的耐旱能力．     

水稻的光合作用、生长、碳同位素分辨作用及抗渗透胁迫性对CO2浓度增高响应

四个水稻（Oryza sativaL.)品种“IR72”、“特三矮2号”、“桂朝2号”和“Ⅱ优4480”在田间栽于含35μmol/mol和60μmol/molCO2的塑料大棚中,自然光照,高浓度CO2下供试水稻品种的光合速率变化表现为提高型（“IR72”、“特三矮2号”）、稳定型（“桂朝2号”的Pn几无变化）和下调型（“Ⅱ优4480”）。生长速率,穗重,由△^13C计算而得的长期水分利用效率和清除DPPH自由基的能力皆增加,除“Ⅱ优4480”外,其他3个品种明显增高总生物量,供试品种的穗重/总生物量比不同程度地受到高浓度CO2的改变,叶片段经PEG渗透胁迫后,不同的生长于高浓度CO2的电解质渗漏率较小,结果表明高浓度CO2可改变水稻的海外侨胞事作用和水分关系特性,品种间不同的响应显示了选育适于未来高浓度CO2下具有高产和抗逆性品种的可能性。     

水稻的光合作用、生长、碳同位素分辨作用及抗渗透胁迫性对CO_2浓度增高的响应(英文)

四个水稻 (OryzasativaL .)品种“IR72”、“特三矮 2号”、“桂朝 2号”和“Ⅱ优 44 80”在田间栽于含 35 μmol mol和 6 0 μmol molCO2 的塑料大棚中 ,自然光照。高浓度CO2 下供试水稻品种的光合速率变化表现为提高型 (“IR72”、“特三矮 2号”)、稳定型 (“桂朝 2号”的Pn几无变化 )和下调型 (“Ⅱ优 44 80”)。生长速率、穗重、由Δ1 3 C计算而得的长期水分利用效率和清除DPPH· 自由基的能力皆增加。除“Ⅱ优 44 80”外 ,其他 3个品种明显增高总生物量。供试品种的穗重 总生物量比不同程度地受到高浓度CO2 的改变。叶片段经PEG渗透胁迫后 ,不同的生长于高浓度CO2 者的电解质渗漏率较小。结果表明高浓度CO2 可改变水稻的光合作用和水分关系特性 ,品种间不同的响应显示了选育适于未来高浓度CO2 下具有高产和抗逆性品种的可能性。     

植物生理生态指标对大气CO2浓度倍增响应的整合分析

对 8 4篇文献有关植物对大气CO2 浓度倍增响应进行整合分析(一种对同一主题下多个独立实验进行综合的统计学方法),发现环境因素(土壤水分亏缺、土壤低氮、高温和高浓度O3 )显著地影响植物对高CO2 浓度的响应。无任何环境胁迫时,高CO2 浓度对C3 植物的 12个植物生理生态指标产生负效应,对另 12个则表现正效应,负响应最强的前 5个指标为:气孔导度(gs) >暗呼吸速率(Rd) >单位叶重中的氮含量(Nm) >单位叶重中蛋白质含量(Prm) >单位叶结构重量中氮含量(Ns);正响应最强烈的前 5个指标为:根生物量(Br) >地上部生物量(Bs) >单位叶重中淀粉含量(St) >光饱和时的光合速率(A) >总生物量(Bt)。可见植物的气体交换和生物量受高CO2 浓度影响较大,叶化学成分的变化则以淀粉、单位叶重含氮量和单位叶重蛋白质含量较为明显。无任何胁迫时,C3 植物的总生物量和光饱和时的光合速率分别提高 30.0 1%和 40.36 %;气孔导度下降 30.39%。     

大气CO2浓度和温度升高对作物生理生态的影响

论述了大气CO2浓度和温度升高下的植物生长,光合作用,产量以及水分养分利用效率等方面的研究进展,未来高CO2浓度下,光合作用速率有不同程度的提高,生物量和产量增加;气孔导度降低,水分利用效率（WUE）提高,一般地上部分和根系尤其是细根生物量增加,凋落物量随之增加,C/N比率提高,植物残体的腐解速率降低,CO2浓度升高后,会给根际微生物带来更多的底物,从而提高了微生物活性,加速养分的矿化过程,改善植物的养分状况。     

气孔导度对CO_2浓度变化的模拟及其生理机制

基于气孔运动的生理生化机制重点进行了气孔导度(gs)对CO2浓度变化的响应机制分析,并推导得到气孔导度(gs)对CO2浓度变化响应模型,并以9种植物进行了模型验证。结果表明:随着CO2浓度的升高,气孔导度会逐渐降低,且下降的幅度会随着CO2浓度的升高而逐渐减弱。气孔导度对CO2浓度(Cs)变化的响应模型可以表达为gs=gmax/(1+Cs/Cs0),其中式中gmax是最大气孔导度和Cs0是实验常数。该模型较好地模拟了气孔导度随CO2浓度变化的规律,模型参数具有明确的生理意义,与Jarvis模型和Ball-Berry模型相比,该模型如何实现多种环境因子的耦合有待进一步突破。另外,模型是在短期改变叶片CO2浓度的条件下得出的,在CO2浓度长期胁迫下的适用性也有待进一步确认。     

开放系统中农作物对空气CO2浓度增加的响应

FACE试验（free-air CO2 enrichment)开展的10多年中,供试农作物主要有：C3禾本科作物小麦（Triticum aestivum L.）、多年生黑麦草（Lolium perenne)和水稻（Oryza sativaL.),C4禾本科类高梁（Sorghum bicolor(L.)Moench),C3豆科植物白三叶草（Trifolium repens ),C3非禾本科块茎状作物马铃薯（Solanum tuberosum L.）,以及多年生C3类木作物棉花（Gossypium hirsutum L.)和葡萄（Vitisvinifera l.)。本文系统整理和分析了以下各项参数的结果;光合作用、气孔导度、冠层温度、水分利用、水势、叶面积指数、根茎生物量累积、作物产量、辐射利用率,比叶面积、N含量、N收益、碳水化合物含量、物候变化、土壤微生物、土壤呼吸、痕量气体交换以及土壤碳固定,CO2浓度升高对农作物的影响作用主要表现在以下方面：（1）促进了植物光合作用,增加了其生物量累积;（2）显著提高C3作物产量,但对C4作物产量的影响很小;（3）降低了C3和C4作物气孔导度,非常显著地提高了所有作物的水分利用率;（4）对植物生长的促进作用在水分不足与水分充中时二者相当或前者大于后者;（6）对根系生长的促进作用要大于地上部分;（7）对多年生植物气孔导度的影响较小,但对其生长的促进作用仍很高;（8）降低了植物体内N含量,但作物体内碳水化合物及某些其他含碳化合物含量增加,且叶部含量要明显高于植物其他器官;（9）对大多数作物的物候略有加速;（10）对某些土壤微生物具显著影响,而对有些则无,但都增加了微生物活性;（11）综合多年、多地点的试验结果表明土壤对大气CO2的固定增加,但单独一个试验无法观测到SOC的显著性变化,对FACE和前期的熏气室试验结果都进行了尽可能的对比研究,除了二例以外,发现在大多数情况下二者的结果基本一致,其中,FACE使气孔导度降低的1.5倍,明显高于前期熏气室试验的结果;其二,相对于熏气室,FACE条件下CO2倍增对根的相对促进作用要高于地上部分,因此,我们对基于这二者的结论的准确性和可靠性是充满信心的,不过,更接近自然环境和具更大小区面积的FACE试验仍是必需的,它可以为我们提供在CO2升高条件下更具代表性的田间试验条件,从而为我们提供更多、更有益的多学科交叉的试验数据和研究结果。     

大气CO2浓度和温度升高对作物生理生态的影响

论述了大气CO₂浓度和温度升高下的植物生长、光合作用、产量以及水分养分利用效率等方面的研究进展.未来高CO₂浓度下,光合作用速率有不同程度的提高,生物量和产量增加;气孔导度降低,水分利用效率(WUE)提高;一般地上部分和根系尤其是细根生物量增加,凋落物量随之增加,C/N比率提高,植物残体的腐解速率降低.CO₂浓度升高后,会给根际微生物带来更多的底物,从而提高了微生物活性,加速养分的矿化过程,改善植物的养分状况.     

Effect of Elevated CO2 and Drought on Soil Microbial Communities Associated with Andropogon gerardii

Our understanding of the effects of elevated atmospheric CO2, singly and In combination with other environmental changes,on plant-soil interactions is incomplete. Elevated CO2 effects on C4 plants, though smaller than on C3 species, are mediated mostly via decreased stomatal conductance and thus water loss. Therefore, we characterized the interactive effect of elevated CO2 and drought on soil microbial communities associated with a dominant C4 prairie grass, Andropogon gerardii Vitman. Elevated CO2 and drought both affected resources available to the soil microbial community. For example, elevated CO2 increased the soil C:N ratio and water content during drought, whereas drought alone decreased both. Drought significantly decreased soil microbial biomass. In contrast, elevated COz increased biomass while ameliorating biomass decreases that were induced under drought. Total and active direct bacterial counts and carbon substrate use (overall use and number of used sources) increased significantly under elevated CO2. Denaturing gradient gel electrophoresis analysis revealed that drought and elevated CO2, singly and combined, did not affect the soil bacteria community structure.We conclude that elevated CO2 alone increased bacterial abundance and microbial activity and carbon use, probably in response to increased root exudation. Elevated CO2 also limited drought-related impacts on microbial activity and biomass,which likely resulted from decreased plant water use under elevated CO2. These are among the first results showing that elevated CO2 and drought work in opposition to modulate plant-associated soil-bacteria responses,which should then Influence soil resources and plant and ecosystem function.     

Through enhanced tree dynamics carbon dioxide enrichment may cause tropical forests to lose carbon

The fixation and storage of C by tropical forests, which contain close to half of the globe's biomass C, may be affected by elevated atmospheric CO2 concentration. Classical theoretical approaches assume a uniform stimulation of photosynthesis and growth across taxa. Direct assessments of the C balance either by flux studies or by repeated forest inventories also suggest a current net uptake, although magnitudes sometimes exceed those missing required to balance the global C cycle. Reasons for such discrepancies may lie in the nature of forest dynamics and in differential responses of taxa or plant functional types. In this contribution I argue that CO2 enrichment may cause forests to become more dynamic and that faster tree turnover may in fact convert a stimulatory effect of elevated CO2 on photosynthesis and growth into a long-term net biomass C loss by favouring shorter-lived trees of lower wood density. At the least, this is a scenario that deserves inclusion into long-term projections of the C relations of tropical forests. Species and plant functional type specific responses ('biodiversity effects') and forest dynamics need to be accounted for in projections of future C storage and cycling in tropical forests.     

不同时期毛乌素沙区主要植物种光合作用和蒸腾作用的变化

 采用LI—6000便携式光合分析系统对毛乌素沙区主要植物种油蒿、中间锦鸡儿、旱柳进行了不同时期光合作用,蒸腾作用日进程的测定,并同步测定有效光辐射、空气相对湿度、叶温、气温、胞间CO2浓度、气孔阻力、叶片水势及土壤水势等因子;结果表明：不同时期、不同植物种其光合、蒸腾特征各异;植物的光合、蒸腾与环境因子和植物内部因子之间有密切关系,其中有效光辐射是影响光合作用、蒸腾作用诸因子中的主导因子,而气孔阻力变化则在调节光合和蒸腾中起着重要作用;不同植物种间气孔对环境条件变化的响应程度不同,以中间锦鸡儿最为灵敏;3种植物的水分利用效率表明,中间锦鸡儿的水分利用效率较油蒿、旱柳为高。     

Effects of elevated CO2 on the tolerance of photosynthesis to acute heat stress in C3, C4, and CAM species

Determining the effect of elevated CO(2) on the tolerance of photosynthesis to acute heat stress (AHS) is necessary for predicting plant responses to global warming because photosynthesis is heat sensitive and AHS and atmospheric CO(2) will increase in the future. Few studies have examined this effect, and past results were variable, which may be related to methodological variation among studies. In this study, we grew 11 species that included cool and warm season and C(3), C(4), and CAM species at current or elevated (370 or 700 ppm) CO(2) and at species-specific optimal growth temperatures and at 30°C (if optimal ≠ 30°C). We then assessed thermotolerance of net photosynthesis (P(n)), stomatal conductance (g(st)), leaf internal [CO(2)], and photosystem II (PSII) and post-PSII electron transport during AHS. Thermotolerance of P(n) in elevated (vs. ambient) CO(2) increased in C(3), but decreased in C(4) (especially) and CAM (high growth temperature only), species. In contrast, elevated CO(2) decreased electron transport in 10 of 11 species. High CO(2) decreased g(st) in five of nine species, but stomatal limitations to P(n) increased during AHS in only two cool-season C(3) species. Thus, benefits of elevated CO(2) to photosynthesis at normal temperatures may be partly offset by negative effects during AHS, especially for C(4) species, so effects of elevated CO(2) on acute heat tolerance may contribute to future changes in plant productivity, distribution, and diversity.     

全球变化条件下植物个体的生理生态学模型

天气模型中应用随机模拟方法,产生以天或小时为时间间隔的气温、降水、相对湿度、云量、太阳辐射等天气要素的动态变化时间序列。利用北京地区近30年天气资料进行了模拟验证,模拟结果与实际的天气变化进程相符。生理生态模型描述了净光合速率、气孔传导度、蒸腾速率、水分利用效率的变化机理。结合开顶式CO_2浓度倍增大豆(Glycine max(L.)Merr.)生长实验,分析了这些生理生态特性在全球变化下的动态响应机制,并进行了模拟预测。结果表明:CO_2浓度倍增情况下,净光合速率提高45％,其中光量子效率显著增加,而CO_2传导系数略有下降;气孔传导度、蒸腾速率下降约30％;水分利用效率随CO_2浓度增加几乎呈线性增长,倍增后提高近一倍。     

Effects of elevated CO2 and N addition on growth and N2 fixation of a legume subshrub (Caragana microphylla Lam.) in temperate grassland in China

It is well demonstrated that the responses of plants to elevated atmospheric CO(2) concentration are species-specific and dependent on environmental conditions. We investigated the responses of a subshrub legume species, Caragana microphylla Lam., to elevated CO(2) and nitrogen (N) addition using open-top chambers in a semiarid temperate grassland in northern China for three years. Measured variables include leaf photosynthetic rate, shoot biomass, root biomass, symbiotic nitrogenase activity, and leaf N content. Symbiotic nitrogenase activity was determined by the C(2)H(2) reduction method. Elevated CO(2) enhanced photosynthesis and shoot biomass by 83% and 25%, respectively, and the enhancement of shoot biomass was significant only at a high N concentration. In addition, the photosynthetic capacity of C. microphylla did not show down-regulation under elevated CO(2). Elevated CO(2) had no significant effect on root biomass, symbiotic nitrogenase activity and leaf N content. Under elevated CO(2), N addition stimulated photosynthesis and shoot biomass. By contrast, N addition strongly inhibited symbiotic nitrogenase activity and slightly increased leaf N content of C. microphylla under both CO(2) levels, and had no significant effect on root biomass. The effect of elevated CO(2) and N addition on C. microphylla did not show interannual variation, except for the effect of N addition on leaf N content. These results indicate that shoot growth of C. microphylla is more sensitive to elevated CO(2) than is root growth. The stimulation of shoot growth of C. microphylla under elevated CO(2) or N addition is not associated with changes in N(2)-fixation. Additionally, elevated CO(2) and N addition interacted to affect shoot growth of C. microphylla with a stimulatory effect occurring only under combination of these two factors.