春、夏季土壤水分对连翘光合作用的影响

在全球气候和环境变化的背景下,我国华北地区表现出平均气温升高和降水时空格局变化的趋势,导致华北地区春、夏季土壤水分变化加剧,从而一定程度上制约了植物的光合作用和生物生产力。为探索植物光合作用对土壤水分变化以及所处生长发育季节的响应特点,以华北地区为研究区,利用Li-6400光合作用测定系统,通过受控温室内盆栽控水的方法,测定和分析了春、夏两个季节2年生连翘叶片在多级连续土壤水分梯度下的光合作用光响应过程。研究结果表明:1) 弱光 (光合有效辐射PAR≤200 μmol m^-2 s^-1) 下,净光合速率 (Pn)、气孔导度 (Gs)、水分利用效率 (WUE) 光响应过程对季节不敏感,强光下Pn-PAR、Gs-PAR过程与土壤水分和季节同时有关,春、夏两个季节Pn、Gs对强光响应的差异更多表现在阈值:土壤相对含水量 (SRWC) >40%范围。2) 春、夏两个季节表观量子效率 (φ)、 Pn、WUE、Gs、 胞间CO₂浓度 (Ci)、气孔限制值 (Ls) 对SRWC具有相似的响应过程,但两个季节各个参数达到阈值时的SRWC不同,说明水分阈值是不同季节植物光合作用响应土壤水分产生差异的关键。3) 春、夏两个季节连翘光合作用较适宜的土壤水分分别是春季51.84%≤SRWC≤58.96%,夏季52%≤SRWC≤83.34%;此SRWC范围内,春、夏两个季节连翘光合作用适宜的PAR范围相似,为1000 μmol m^-2 s^-1≤PAR≤1400 μmol m^-2 s^-1。因此,为适应未来气候和环境变化,有必要根据植物所处的物候期确定环境因子(土壤水分、光照、温度等)的适宜范围和关键阈值,更好地为区域适应性措施的探索提供科学依据。     

不同土壤水分下山杏光合作用光响应过程及其模拟

摘 要 利用CIRAS－2型便携式光合作用测定系统,在黄土高原丘陵沟壑区,测定了山杏（Prunus armeniaca L.）在8个土壤水分梯度下光合作用的光响应过程,并采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型和直角双曲线修正模型对其进行拟合分析。结果表明：土壤相对含水量（RWC）在56.3%—80.9%范围内,山杏在强光下能维持较高的光合作用水平,受到的光抑制不明显。在此土壤水分范围内,3个模型均能较好地拟合光合作用的光响应过程及其表观量子效率（Φ）、光补偿点（LCP）和暗呼吸速率（Rd）,对Φ、LCP和Rd的拟合精度以非直角双曲线模型＞直角双曲线修正模型＞直角双曲线模型。但超出此范围（即RWC＜56.3%或RWC＞80.9%）时,山杏的光合作用在强光下会发生明显的光抑制,表现为光合速率随光强增加而明显降低,量子效率和光饱和点明显减小,此时只有直角双曲线修正模型能较好地拟合山杏光响应过程及其特征参数。结论：山杏光合作用正常的土壤水分范围在RWC为56.3%—80.9%之间;直角双曲线修正模型能较好地拟合各种土壤水分下山杏的光响应过程及其特征参数;直角和非直角双曲线模型适用于正常水分下山杏光响应过程及其特征参数的模拟,但不能用于拟合胁迫水分（或光抑制）下的光响应过程。     

野生酸枣光合及叶绿素荧光参数对土壤干旱胁迫的响应

为探究鲁中地区自然条件下野生酸枣光合生理参数对土壤逐渐干旱的响应机制,明确其与土壤水分的定量关系。该研究以2年生野生酸枣盆栽苗为实验材料,采用人工给水和自然耗水相结合法模拟自然条件下土壤干旱过程,分析野生酸枣叶片光合作用和荧光参数对土壤水分含量(RWC)的响应过程及其机制。结果表明:(1)野生酸枣叶片气体交换参数净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、水分利用效率(WUE)均随着土壤含水量的增加表现出先升高后降低的趋势。当RWC38.5%时,P_n下降,而胞间二氧化碳浓度(Ci)上升,气孔限制值(L_s)下降,叶片光合速率下降主要是非气孔限制因素所致;当RWC在38.5%~65.1%范围内,野生酸枣P_n下降,伴随C_i、气孔导度(G_s)均降低,野生酸枣叶片光合速率下降处于气孔限制阶段。(2)通过P_n和WUE对土壤水分的阈值模拟,发现维持野生酸枣叶片具有较高光合生产力的土壤水分范围为46.0%~0.5%,维持其较高水分利用效率的水分范围为56.3%~73.9%。(3)在土壤逐渐干旱过程中(RWC范围为29.9%~86.5%),野生酸枣最大荧光(F_m)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)逐渐降低,初始荧光(Fo)显著升高,光化学猝灭(qP)先升高再降低,非光化学猝灭(NPQ)在过高(RWC83.7%)或过低(RWC38.5%)的土壤水分下呈现较高值,表现出热耗散增加。研究认为,野生酸枣叶片气体交换参数及叶绿素荧光参数对土壤水分均具有明显的阈值响应,阈值点的土壤相对含水量大约为38.5%,低于阈值时叶片光合速率由气孔限制转向非气孔限制,PSⅡ受到损伤,电子传递受阻,光合机构受到破坏。     

微藻规模培养技术研究进展

产油微藻是最具潜力的生物能源油脂资源之一,有关微藻生物能源的技术研究开发近年来受到国内外持续重视。微藻能源生产是一个涉及到从藻种、规模培养技术与装备,到能量转化加工全产业链的复杂过程,其中以解决微藻生物量资源的规模培养是整个产业过程的核心。从微藻的产能潜力分析出发,对微藻的光自养与异养模式以及微藻的开放池和光反应器培养研究进展进行了总结,特别分析了近些年发展起来的微藻序贯式异养—稀释—光诱导和贴壁培养技术等。并对涉及微藻培养的相关技术包括光能利用、水源和二氧化碳源解决,以及污染及其控制研究进展进行了分析。在此基础上,提出微藻规模培养必须以高效抗逆工业性状和高值化学品联产特色藻种的选育,与装备创新为重点和突破口,并将废气/废水等利用与规模培养相结合,从而构建起与环境处理相耦联的微藻能源—高值化学品多联产产业技术体系。     

不同浓度酚酸对欧美杨I-107苗木生长和光合特性的影响

模拟杨树人工林根际土壤酚酸累积,以杨树人工林二代连作土壤中酚酸含量为参考值(X),对欧美杨I-107(Populus×euramericana ‘Neva’)一年生盆栽苗木进行不同浓度酚酸(0X、0.5X、1.0X)处理,通过比较不同浓度酚酸对杨树苗木生长和生理生化特性的影响,来揭示酚酸胁迫对杨树生长的抑制作用和机理。结果表明:随酚酸浓度增加,杨树苗木净光合速率(P_n)、气孔限制值(_Ls)、蒸腾速率(T_r)、水分利用效率(WUE)、最大净光合速率(P_(nmax))、表观光合量子效率(Φ)、暗呼吸速率(R_d)、最大荧光(F_m)、光系统Ⅱ(PSⅡ)实际光化学效率(Φ_(PSⅡ))、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、叶绿素(Chl)荧光光化学淬灭(qP)、表观光合电子传递速率(ETR)、Chl含量和苗木总生物量显著降低,杨树苗木胞间CO_2浓度(C_i)、光补偿点(LCP)、叶绿素初始荧光(F_o)、非光化学淬灭(NPQ)、丙二醛(MDA)含量和苗木根茎比明显增大。结论:酚酸显著抑制杨树苗木的光合作用、蒸腾作用和呼吸作用,且酚酸浓度越大,抑制作用越强;随着酚酸浓度的增加,杨树苗木有机物积累明显降低,叶片细胞受到显著伤害。光合机构通过增加热耗散实施光保护,光合产物更多的向苗木地下部分分配,是杨树适应酚酸胁迫的生理对策。     

土壤极端干旱对金银花光合生理生化特性的影响

为探索金银花(Lonicera japonica Thunb.)光合作用对土壤逐渐干旱的响应过程及其与土壤水分的定量关系,以沂蒙山区3年生金银花苗木为试验材料,测定分析其叶片光合作用、叶绿素荧光及抗氧化酶活性等对土壤水分的响应特征,为进一步研究金银花光合效率响应"极端干旱水分阈值-阈值持续-复水恢复"的机制提供依据。结果显示:(1)当29.7%≤土壤相对含水量(RSWC)≤79.6%时,随着RSWC的降低,叶片的净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)降低,胞间CO2浓度(Ci)逐渐减小,Pn降低的主要原因是气孔限制;而其非光化学猝灭(NPQ)及抗氧化酶活性逐渐增大,表明金银花叶片主要通过热耗散消除掉PSⅡ过多激发能,同时抗氧化酶活性提高,清除了细胞内过多的活性氧。(2)当11.4%≤RSWC≤29.7%时,金银花叶片Pn降低伴随着Ci增大和Ls减小,Pn降低的主要限制因素转变为非气孔因素,同时其PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、电子传递效率(ETR)、光化学猝灭(qP)及NPQ显著降低,初始荧光(Fo)显著增大,表明此水分范围内PSⅡ遭到破坏,光合电子传递受到抑制;且叶片抗氧化酶活性显著降低,而丙二醛含量显著增大,导致活性氧过量积累,膜系统受到严重破坏。(3)当RSWC为11.4%时,叶片Pn接近0,植物发生萎蔫,光合机构受损伤程度最大。研究表明,金银花光合作用由气孔因素限制向非气孔因素限制转折的水分点(RSWCSL-NSL)、Pn≈0的水分点(RSWCPn≈0)以及植物叶片萎蔫水分点(RSWCwilting)分别为29.7%、11.4%和11.4%。