沙木蓼和沙枣对地下水位变化的生理生态响应I.叶片养分、叶绿素、可溶性糖和淀粉的变化

 在甘肃民勤沙生植物园内利用植物蒸腾耗水量观测场,研究了两种优势旱生植物沙木蓼(Atraphaxis frutescens)和沙枣(Elaeagnus angustifolia)叶片中的叶绿素、可溶性糖、淀粉和N、P、K含量等对不同地下水深度(1～3.4 m)的响应。结果表明：1) 1.4 m、2.4 m和3.4 m 3种不同的地下水深度处理,产生了3种差异显著的土壤水分梯度;2) 地下水深度的变化导致了这两种旱生植物叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、叶绿素a与叶绿素b的比值等的显著变化(p<0.01);3) 地下水深度的增加引起了两种植物叶片可溶性糖含量的升高和淀粉含量的降低;4) 地下水深度的增加引起了两种植物叶片中N、P、K含量的降低;5) 不同的地下水深度引起沙枣和沙木蓼叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、叶绿素a与叶绿素b的比值、N、P、K含量、可溶性糖和淀粉增加或减少的程度不同。沙枣是非豆科固氮植物,两者的差异是否与固氮作用相关还有待于进一步研究。     

沙木蓼和沙枣对地下水位变化的生理生态响应Ⅰ.叶片养分、叶绿素、可溶性糖和淀粉的变化

在甘肃民勤沙生植物园内利用植物蒸腾耗水量观测场,研究了两种优势旱生植物沙木蓼（Atraphaxis frutescens)和沙棘（Elaeagnus angustifolia)叶片中的叶绿素、可溶性糖,淀粉和N、P、K、含量等对不同地下水深度（1－3．4m）的响应。结果表明：1）1.4m,2.4m和3．4m 3种不同地的地下水深度处理,产生了3种差异显著的土壤水分梯度;2）地下水深度的变化导致了这两种旱生植物叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、叶绿素a与叶绿素b的比值等的显著变化（P＜0．01）;3）地下水深度的增加引起了两种植物叶片可溶性糖含量的升高和淀粉含量的降低;4）地下水深度的增加引起了两种植物叶片中N、P、K含量的降低;5）不同的地下水深度引起沙棘和沙木蓼叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、叶绿素a与叶绿素b的比值、N、P、K含量,可溶性糖和淀粉增加或减少的程度不同。沙棘是非豆科固氮植物,两者的差异是否与固氮作用相关还有待于进一步研究。     

冬季小麦叶片光合作用对温度响应方式的变化

冬季田间生长的小麦离体叶片净光合速率（Ｐｎ）对温度的响应有两种方式。在１２月上旬可以观测到第一种方式。在离体叶片周围空气温度从１０℃逐步升到３０℃后的１ｈ内Ｐｂ逐渐升高,在随后气温逐步降低到１０℃的过程中,Ｐｎ都比先前升温过程中同样温度下的数值高。３０℃下叶片胞间ＣＯ２浓度（Ｃｉ）降低和叶片无机磷含量增高表明,这种响就态度苛能起因于一些光合碳同化酶活性的增高。在１２月中旬以后可以观测到第二种方式。     

群体和单细胞微囊藻对短期温度变化的生理响应

为了探索短期温度变化对群体微囊藻和单细胞微囊藻的影响, 在室内受控模拟条件下研究了在10℃、25℃和35℃三个温度梯度下, 群体和单细胞微囊藻对短期温度变化的生理响应。研究表明: 与对照组25℃相比, 在10℃培养下, 微囊藻叶绿素浓度显著降低, SOD活性和死亡率均显著增加。与群体微囊藻相比, 在10℃下单细胞微囊藻叶绿素浓度显著下降, F_v/F_m下降, SOD活性显著增加。在35℃培养下, 单细胞微囊藻叶绿素浓度上升, 死亡率和SOD活性增加, 而群体微囊藻则呈现出叶绿素浓度和死亡率降低, CAT活性增加。结果表明短期的温度变化影响了群体和单细胞微囊藻生理机制, 与单细胞微囊藻相比, 群体更能适应短期的温度胁迫, 导致其更具优势。     

冬季小麦叶片光合作用对温度响应方式的变化

冬季田间生长的小麦离体叶片净光合速率（Ｐｎ）对温度的响应有两种方式。在１２月上旬可以观测到第一种方式。在离体叶片周围空气温度从１０℃逐步升到３０℃后的１ｈ内Ｐｎ逐渐升高,在随后气温逐步降低到１０℃的过程中,Ｐｎ都比先前升温过程中同样温度下的数值高。３０℃下叶片胞间ＣＯ２浓度（Ｃｉ）降低和叶片无机磷含量增高表明,这种响应方式可能起因于一些光合碳同化酶活性的增高。在１２月中旬以后可以观测到第二种方式。Ｐｎ在３０℃下的１ｈ内逐步下降,在随后的降温过程中Ｐｎ都比升温过程中同样温度下的数值低。３０℃下叶片Ｃｉ和膜透性增高表明,这种响应方式可能是适应冬季低温的光合机构膜系统在高温下遭受破坏的结果。     

黑河中游荒漠绿洲过渡带多枝柽柳对地下水位变化的生理生态响应与适应

以黑河中游荒漠绿洲过渡带主要建群种多枝柽柳成年体为研究对象,对野外不同地下水埋深处柽柳叶片生理生态特性进行观测和分析,评价分析多枝柽柳对地下水埋深差异和地下水位季节变化的响应过程和适应机制.结果显示:在相似大气环境条件下,不同地下水埋深之间,多枝柽柳叶片的生理生态指标没有明显差异,但对于地下水位的季节波动,则表现出较为明显的变化和响应;柽柳通过气孔的调节,在更深地下水埋深下,水分条件更差时,保持了稳定的气孔导度和较高的叶片胞间二氧化碳浓度,从而维持相对稳定的碳同化能力及较高水分利用效率,表现出较好的适应能力;在不同地下水埋深下,叶片生理生态指标随地下水位下降的响应特征呈现出明显差异,这种差异暗示了黑河中游荒漠绿洲过渡带多枝柽柳的适宜地下水位在3 m左右.     

天山西部野杏光合作用日变化特征与其生理生态因子的关系

在新疆天山西部伊犁野果林资源发展研究中心的野杏林选定野生成年杏树为样株,用Li-6400光合仪测定晴天和阴天两种天气状况下野杏的光合生理生态特性,并通过相关分析、通径分析、回归分析探讨其净光合速率与生理生态因子的关系。结果显示:(1)野杏的最大净光合速率(Pnmax)和光饱和点(LSP)分别为12.63和1 389.44μmol.m-2.s-1,属喜光的阳生树种。(2)晴天和多云天气下野杏的净光合速率(Pn)日变化最大值和日均值之间差异不显著,晴天Pn日变化为单峰型,而多云为双峰型,具典型的"午休"现象,而且是由非气孔限制因素造成,与叶温(Tl)的降低有关。(3)野杏气孔导度(Gs)与Pn和蒸腾速率(Tr)呈显著正相关;随着其Tl的增加,晴天Pn、Gs和Tr为单峰形;多云Pn和Tr呈线性增加,而Gs呈线性降低;Tl增加超过最适值后Gs的降低是晴天野杏产生严重光抑制的重要原因;气孔的快速关闭降低了Tr,造成Tl增加和Pn降低,在最大程度上控制了水分丢失。(4)晴天和多云天气下影响野杏叶片Pn日变化主导生理因子均为Gs,主要限制因子为胞间CO2浓度(Ci);主导生态因子为空气相对湿度(RH),限制因子为气温(Ta)。研究表明,野杏能够适应高光强环境条件,这是野杏主要分布在较为干旱阳坡上的重要原因之一;多云天气条件对野杏进行光合作用的抑制程度较弱,这为野杏种群天然更新环境条件的人工调节提供一定的理论依据。     

美国黑核桃实生苗单叶片光合作用生理生态模型的建立与验证

在对叶片光合过程机理分析的基础上,结合数学分析方法,建立了模拟美国黑核桃单叶片光合作用的机理模型,该模型包含了叶片光合作用的限速的生化过程和气孔调节因素,对光合作用一气孔导度的耦合模型进行了简化,使之既便于应用,又能较准确地反映田间条件下的情况,并就光合作用对环境因子(太阳辐射、温度及CO2浓度等）变化的响应特征及响应的合理性进行了分析,使用整个生长季实测的叶片生理数据及生态环境数据对所建模型进行了验证,结果表明,模型可以较准确地模拟田间美国黑核桃叶片的光合速率;确定了美国东部黑核桃、北加州黑核桃等两种黑核桃单叶片光合作用与环境因子互作的数量美系。     

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。     

新疆塔里木河下游生态输水与胡杨叶片的生理及形态响应

选择塔里木河下游3个典型断面的15个研究样地,分析和测定了塔里木河下游2000￣2002年生态输水前后不同研究样地的地下水位、地下水含盐量和胡杨(Populus　euphratica　Oliv.)叶片中脯氨酸、可溶性糖、植物内源激素脱落酸和细胞分裂素的含量以及胡杨叶片的形态结构变化,研究了塔里木河下游主要建群种胡杨对生态输水的生理与形态的响应和适应性。结果表明,塔里木河下游胡杨生长已受到不同程度的干旱胁迫;输水后各样地地下水位均有所上升,胡杨对浅层地下水位的变化表现出明显响应,胡杨受到的生理胁迫降低,胡杨叶片角质层厚度、维管束导管官腔直径及管壁厚度皆随地下水位的上升而减少;随着地下水位的上升,地下水含盐量分别提高1.76　￣　2.47倍,输水效果由于盐对植物的生理胁迫作用的增加而有所减弱;在塔里木河下游极端干旱环境下,胡杨林保育恢复的合适地下水位埋深为3.15　￣　4.12　m,地下水含盐量为67.15　￣　72.65　mm。     

5种木本植物对NaHCO_3胁迫的光合生理响应

以5个抗盐性不同的树种白榆、新疆枸杞、南蛇藤、小叶丁香、樟子松的一年生实生苗为实验材料,研究光合生理参数作为植物抗盐性评价指标的有效性。结果表明:5个树种的抗盐性由强到弱依次为新疆枸杞、白榆、南蛇藤、小叶丁香、樟子松。5个树种对NaHCO_3胁迫有一致的光合响应,即净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、细胞间隙CO_2浓度(C_i)和气孔限制值(L_s)等光合参数均呈下降趋势。与对照相比,重度胁迫下白榆、新疆枸杞、南蛇藤、小叶丁香、樟子松P_n分别下降33.97%、31.40%、54.97%、71.18%和72.25%,5个树种苗木P_n下降幅度顺序为樟子松小叶丁香南蛇藤白榆新疆枸杞;重度胁迫下5个树种苗木T_r分别比对照下降36.18%、48.49%、46.07%、53.55%和71.82%,5个树种苗木T_r下降幅度顺序为樟子松小叶丁香新疆枸杞南蛇藤白榆;重度胁迫下5个树种苗木G_s分别比对照下降58.73%、72.16%、19.82%、48.22%和74.15%,5个树种苗木G_s下降幅度顺序为樟子松新疆枸杞白榆小叶丁香南蛇藤。研究表明,在低NaHCO_3胁迫下白榆和新疆枸杞叶片光合下降的原因是气孔限制,在高NaHCO_3胁迫时,则为非气孔限制;南蛇藤和樟子松为气孔限制因素;小叶丁香为非气孔因素。在NaHCO_3胁迫条件下,抗性较强的白榆和新疆枸杞净光合速率降低的程度明显小于抗性较弱的小叶丁香和樟子松。     

新疆塔里木河下游生态输水与胡杨叶片的生理及形态响应

选择塔里木河下游3个典型断面的15个研究样地,分析和测定了塔里木河下游2000～2002年生态输水前后不同研究样地的地下水位、地下水含盐量和胡杨(Populus euphratica Oliv.)叶片中脯氨酸、可溶性糖、植物内源激素脱落酸和细胞分裂素的含量以及胡杨叶片的形态结构变化,研究了塔里木河下游主要建群种胡杨对生态输水的生理与形态的响应和适应性.结果表明,塔里木河下游胡杨生长已受到不同程度的干旱胁迫;输水后各样地地下水位均有所上升,胡杨对浅层地下水位的变化表现出明显响应,胡杨受到的生理胁迫降低,胡杨叶片角质层厚度、维管束导管官腔直径及管壁厚度皆随地下水位的上升而减少;随着地下水位的上升,地下水含盐量分别提高1.76～2.47倍,输水效果由于盐对植物的生理胁迫作用的增加而有所减弱;在塔里木河下游极端干旱环境下,胡杨林保育恢复的合适地下水位埋深为3.15～4.12 m,地下水含盐量为67.15～72.65 mm.     

干旱胁迫下石灰花楸幼苗叶片的解剖结构和光合生理响应

采用盆栽控水设置4种水分梯度,研究1年生石灰花楸幼苗叶片解剖结构和光合生理指标对干旱胁迫的响应。结果显示:(1)干旱胁迫下,石灰花楸叶片逐渐变薄,轻度和中度胁迫下栅海比显著升高,而重度胁迫下显著降低。(2)干旱胁迫抑制了光合色素合成,降低了叶绿素和类胡萝卜素含量,同时使叶绿素a/b和叶绿素/类胡萝卜素值升高。(3)随干旱程度加剧,净光合速率、蒸腾速率和气孔导度日变化整体下降,胞间CO2浓度整体上升,光合限制以非气孔因素为主。研究表明,石灰花楸能根据水分亏缺程度调整叶片结构和光合生理特征以维持生存和生长,具有较强的耐旱性。     

降水和温度变化对长白山地区水曲柳幼苗生长和光合参数的影响

以我国温带主要阔叶树种水曲柳幼苗为对象,在长白山自然保护区海拔740 m和1200 m布设两处试验地,分别进行增水30％(+W)、减水30％(-W)和自然降水(CK)处理试验,分析植株生长和叶片光合作用参数、可溶性蛋白和光合色素含量,以及降水和温度变化对水曲柳光合作用的影响.结果表明:温度变化对水曲柳幼苗生长和光合生理指标的影响显著,与海拔1200 m样地相比,海拔740 m样地3个处理水曲柳幼苗的基径、株高、叶片叶绿素含量和可溶性蛋白含量显著增加,胡萝卜素含量降低;叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和气孔限制值均显著升高,而胞间CO2浓度和叶片水分利用效率显著降低.水曲柳幼苗光合能力的下降归因于非气孔因素限制.降水变化对水曲柳幼苗生长及光合作用的影响均不显著.     

无患子光合生理日变化及其与生理生态因子的关系

以8年生无患子植株为试验材料,采用便携式Li-6400光合测定仪,分别于花期和果期测定了其净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、空气温度(Ta)、叶片光合有效辐射(PAR)、空气相对湿度(RH)和空气CO2浓度(Ca)等参数的日变化,以揭示无患子光合特征及其与主要环境因子的关系。结果显示:(1)无患子Pn和Tr在花期和果期日变化均呈"M"型双峰曲线,并存在"光合午休"现象,第1和第2峰值分别出现在10:00和14:00左右。(2)无患子花期Pn、Tr、Gs、水分利用效率(WUE)日均值高于果期,而果期的Ci日均值高于花期。(3)在8:00~14:00,无患子花期光能利用效率(LUE)大于果期,并在10:00左右出现峰值,而在14:00~18:00其果期LUE大于花期。(4)无患子叶片Pn与Tr、Gs、PAR具有极显著正相关关系,且与Gs关系最为密切,与Ci呈极显著负相关关系,与Ca则表现为显著负相关关系。(5)影响无患子叶片Pn变化的决定生理因子是Gs和Tr,主要限制生理因子是Ci;主要决定生态因子是RH,主要限制生态因子是Ta,且Gs是影响无患子Pn的最重要的生理生态因子。研究表明,无患子对光强有较强的适应能力,是喜光植物,这为其人工林定向培育,以及花期和果期的管理提供了一定理论依据。     

温度变化对烟草光合作用光响应特征的影响

通过Li-6400光合测定系统控温,研究了大田条件下,烟草脚叶采烤期腰叶在17、20、25、30和35℃下的光合作用光响应特征。结果表明:随温度升高,净光合速率(Pn)、最大净光合速率(Pnmax)、初始斜率(α)和气孔导度(Gs)先上升后下降,在20℃下达最大值,35℃下净光合速率受强光的抑制作用明显;光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd)随温度升高而上升,但35℃下二者较30℃时有所下降;光饱和点(LSP)随温度升高而呈下降-上升-下降的变化,30℃和17℃时LSP较高;蒸腾速率(Tr)随温度上升而增强,水分利用效率(WUE)则随温度升高而下降,但20℃时水分利用效率在强光下明显较其他温度下的高。结果说明,20℃最适合烟草光合作用,此温度下气孔的水、气调节能力最强,温度高于30℃则对烟草光合作用不利。     

光合作用对光和二氧化碳响应的观测方法探讨

用便携式光合仪LI-6400观测自然条件下生长的盆栽蚕豆叶片光合作用对光和二氧化碳的响应发现：（1）用未经过光合诱导的叶片观测光合作用对光的响应会得到即使在全太阳光强下光合作用仍然不饱和的假象;（2）利用某些经验方程计算的饱和光强远低于实际观测值;（3）在观测光合作用对CO2的响应过程中,每一次CO2浓度变化都应当伴随一次光合仪的匹配步骤,否则所得结果偏差很大;（4）在不饱和光下观测光合作用对CO2的响应,会导致对叶片光合能力的低估。     

植物叶片对沙尘的短时间生理生态反应

通过对在北京分布普遍的包括行道树,果树,林木,庄稼等的22种植物对模拟的沙尘在短时间的生理生态指标变化测定,表明沙尘在瞬时内确实影响各种植物叶片的生理生态过程,5种植物的净光合速率降低超过35％,但是银杏（Ginkgo biloba L.)的净光合速率增加超过57％,12个物种的呼吸速度显增加,但是苹果（Malus pumila Mill.)(M.communis D C.)和黄栌（Cotinus coggygria(L.)Scop.)的呼吸速率显降低,另外8个种变化不大。5个种的蒸腾速度显增加,9个种蒸腾速率显降低,美国梧桐（Platanus occidentalis L.)有较大的附尘力。还对3个种柿（Diospyros kaki L.f.),银杏和毛白杨（Populus tomentosa Carr.)在沙尘覆盖2h后测定生理生态指标。本研究表明在沙尘源附近种植欧州白榆（Ulmus laevis Pall.),苹果,柿和银杏等比较适合阻挡沙尘还有利于当地经济,而在离沙尘源较远的城市（如北京)真有较大附尘力的植物有利于净化空气。     

香附子光合生理对三峡库区消落带陆生环境的响应

植物在消落带水淹结束后的陆生环境中能否合成和储存足够的碳水化合物,对其在消落带长期定居、存活和扩散具有重要影响。香附子是能够适应三峡库区消落带生境的少数多年生草本植物之一。该试验通过对消落带水淹结束后生长在深水(22~27m)、浅水(2~7m)和未淹区段香附子光合生理的定期观测,研究其在陆生环境下的光合生理变化及其形成机制。结果表明:(1)生长在深水区段香附子的净光合速率(P_n)显著高于浅水区段与未淹区段。(2)随着香附子在陆生环境中生活时间的延长,其P_n、气孔导度、表观水分利用效率、表观光能利用效率、表观CO_2利用效率增加。(3)与未淹区段相比,浅水淹没区段香附子的光饱和点显著升高,而光补偿点显著降低。研究发现,淹水胁迫后积极的自我调节能力和光合补偿机制是香附子能够适生于三峡库区消落带的重要原因。     

克氏针茅物候对气候变暖和水分变化的响应及其光合生理生态机制

物候对气候变化具有重要指示作用,然而现有研究主要关注植物物候变化与环境因子的关系,对于物候变化的生理生态机制研究较为缺乏。基于内蒙古自治区克氏针茅草原红外线辐射增温与控水相结合的原位模拟试验资料,探究了克氏针茅物候变化的光合生理生态机制及其对水热环境因子的响应。研究结果表明：(1)增温使克氏针茅返青期和抽穗期提前2.8 d和7.8 d、枯黄期推迟6.8 d;水热协同作用主要影响抽穗期,增温增水(气候暖湿化)较增温减水(气候暖干化)提前7.4 d。(2)增温增水使得克氏针茅返青期和抽穗期的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著高于增温减水,而对水分利用效率的影响则相反(P<0.05),增温增水与增温减水对克氏针茅枯黄期的光合生理生态特征影响无显著差异。(3)净光合速率是影响克氏针茅物候变化的决策因子,温度是影响克氏针茅植物返青期和枯黄期的限制因子,水分则是影响克氏针茅植物抽穗期的限制因子。研究发现克氏针茅物候与其光合生理生态特征和环境因子密切相关,研究结果可为植物物候模型发展和物候机理研究提供理论支撑。