土壤干旱胁迫对沙棘叶片光合作用和抗氧化酶活性的影响

在半干旱黄土丘陵区,采用盆栽控水试验,通过测定3年生沙棘苗木在8个土壤水分梯度下的光合速率、叶绿素荧光、抗氧化酶活性等光合生理生化指标,探讨沙棘叶片光合作用在土壤干旱逐渐加重过程中的变化过程、机制及其与土壤水分的定量关系.结果表明:(1)土壤相对含水量(RWC)在38.9％-70.5％范围内,随干旱胁迫加重,沙棘的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)明显下降,而气孔限制值(Ls)显著上升,即Pn下降主要是由气孔限制造成的;当RWC＜38.9％时,干旱胁迫继续加剧,Pn和Ls都降低,而Ci显著上升,即Pn下降的主要原因已经转变为非气孔因素的限制.(2)土壤适度水分胁迫能够提高沙棘叶片的水分利用效率(WUE),维持沙棘Pn和WUE处于较高水平的RWC范围为58.6％-82.9％和48.3％-70.5％.(3)土壤干旱加重过程中,沙棘的最大荧光(Fm)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率ΦPSⅡ,光化学猝灭(qP)均表现出逐渐降低的趋势,而初始荧光(Fo)显著升高,非光化学猝灭(NPQ)则表现出先上升后下降的趋势;RWC在38.9％-70.5％的范围内,热耗散是沙棘重要光保护机制;RWC＜38.9％时,PSⅡ受到损伤,电子传递受阻.(4)土壤干旱加重过程中,沙棘叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性表现出先升高后降低的趋势,丙二醛(MDA)含量则表现出逐级递增趋势;土壤干旱程度在RWC为48.3％-70.5％时,对沙棘叶片的抗氧化酶系统活性有诱导作用;而土壤干旱到严重胁迫(RWC＜38.9％)时,沙棘叶片的抗氧化酶系统损伤,抗氧化酶活性下降,细胞膜遭到破坏.土壤干旱程度在RWC为48.3％-70.5％时,沙棘叶片可以通过热耗散和酶活性调节协同作用,稳定光合机构的正常功能,Pn下降的主要原因是气孔限制;而干旱到严重胁迫(RWC＜38.9％)时,PSⅡ系统和抗氧化酶系统损伤,是光合作用发生非气孔限制的主要原因.在半干旱黄土丘陵区,沙棘生长所允许的最大土壤水分亏缺在RWC为38.9％,维持沙棘具有较高WUE和Pn的土壤水分阈值为RWC在58.6％-70.5％之间.     

水分胁迫下大丽花光合及叶绿素荧光的日变化特性

以大丽花品种‘粉西施’为试验材料,采用盆栽方法,研究了不同土壤含水量处理对‘粉西施’叶片光合及荧光特性日变化的影响。结果表明:随着水分胁迫程度的加深,大丽花叶片的Pn、Tr和Gs日平均值均降低,Ci日平均值在轻度和中度胁迫下降低,在重度胁迫下升高;在轻度和中度水分胁迫下大丽花Pn降低的主要原因是气孔限制,而重度水分胁迫下是非气孔因素;Pn在水分胁迫下的日变化曲线由单峰型变成双峰型,出现"午休"现象,且Tr和Gs在水分胁迫下的日变化曲线和Pn一致,但Ci日变化较平稳,与Pn相反。随着水分胁迫程度的加深,大丽花叶片的初始荧光(F0)日平均值升高,日变化曲线呈倒"V"型,PSⅡ反应中心可能破坏或可逆失活;Fm、Fv/Fm和ΦPSⅡ日平均值均降低,日变化曲线呈"V"型。水分胁迫使大丽花光抑制程度加深,抑制了PSⅡ的光化学活性,致使用于光化学反应的光能及实际光化学效率降低。研究结果发现,大丽花品种‘粉西施’在不同水分胁迫下都产生了光合作用的光抑制而使净光合速率降低;光合机构可适应轻度和中度水分胁迫而发生可逆失活,没有受到不可恢复的伤害,而重度水分胁迫降低了叶片的光合机构活性,加剧了光抑制程度,严重限制了光合作用;适宜大丽花生长的土壤含水量应为田间最大持水量的30%以上。     

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。     

不同浓度Ni、Cu处理对骆驼蓬光合作用和叶绿素荧光特性的影响水

以骆驼蓬幼苗为材料,采用盆栽试验研究不同浓度(0、50、100、200、400 mg·kg-1)Ni、Cu处理对骆驼蓬叶片光合作用、叶绿素荧光特性及生长状况的影响.结果表明:随着Ni浓度的增加,骆驼蓬幼苗叶片的光合色素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、PS Ⅱ最大光化学效率(Fv/Fm)、PS Ⅱ电子传递量子产率(φpsⅡ)、光化学猝灭系数(qp)及各项生长指标均呈显著下降趋势,而细胞间隙CO2浓度(Ci)和非光化学猝灭系数(qn)呈显著增加趋势,其中Pn的下降主要是由非气孔限制所致;骆驼蓬幼苗叶片的光合色素含量、Pn、Gs、Tr、Ci、Fv/Fm、φpsⅡ、qp及各项生长指标均在50 mg·kg-1Cu处理时达到峰值,叶绿素a和b、Pn、Gs、Tr、Ci、Fv/Fm及各项生长指标值在100 mg·kg-1Cu处理时仍微高于对照,而后随Cu浓度的增加,光合色素含量、Pn、Gs、Tr、Ci、Fv/Fm、φpsⅡ、qp及各项生长指标均呈下降趋势,qN呈增加趋势,其中Pn的下降主要是由气孔限制所致.     

茭草和芦苇叶片光合与荧光特性对土壤持续干旱的响应

对茭草Zizania latifolia和芦苇Phragmites australi进行自然持续干旱处理,测定植物叶片光合作用特征参数和叶绿素荧光参数及相应的土壤水分含量,探讨茭草、芦苇叶片对土壤持续干旱胁迫的光合生理响应。随着土壤水分逐渐减少,茭草叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)均先增大后减小,芦苇叶片的Pn、Tr、Gs均逐渐减小;茭草和芦苇叶片的胞间二氧化碳浓度(Ci)、光化学最大量子效率(Fv/Fm)、非光化学猝灭系数(NPQ)、水分利用率(WUE)、有效荧光产量(Yield)、电子传递速率(ETR)、光化学猝灭系数(qP)变化趋势一致,其中Ci逐渐增大,Fv/Fm、NPQ、WUE先增大后减小,Yield、ETR、qP逐渐减小。分析表明,当茭草和芦苇遭遇较严重干旱时,叶片Pn下降主要是非气孔限制因素导致;当生长基质(沙土)的田间持水量为19%,速效氮、磷、钾分别为28.14、2.25、25.76 mg·kg-1,pH 7.2时,茭草的干旱胁迫阈值在土壤含水量(2.17 ± 0.18)%和(1.66 ± 0.23)%之间,芦苇的干旱胁迫阈值在土壤含水量(1.84 ± 0.17)%和(0.25 ± 0.07)%之间。     

五节芒不同种群对Cd污染胁迫的光合生理响应

通过盆栽模拟试验,以分别来自粤北大宝山矿区和惠州博罗非矿区的两个五节芒种群为试验材料,比较研究了两个种群在Cd胁迫下的气体交换参数、叶绿素荧光特性、光合色素含量和叶绿体超微结构变化的差异。结果表明:(1)Cd胁迫下五节芒两种群叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、叶绿素含量(Chl)都有不同幅度的下降;叶绿体超微结构遭到破坏。矿区种群随Cd胁迫程度的加深,净光合速率下降较慢,叶绿体的外形及基粒结构受到的影响较小。(2)轻度Cd胁迫下气孔限制是五节芒非矿区种群Pn降低的主要因素,中度和重度Cd胁迫下非气孔限制是Pn降低的主要因素。(3)Cd胁迫下五节芒两种群PSⅡ反应中心最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、PSⅡ有效光化学效率Fv′/Fm′均有所下降。总体上矿区种群降幅较小,PSⅡ利用光能的能力及PSⅡ的潜在活性均较强。PSⅡ光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(NPQ)的变化表现为Cd胁迫下两种群qP值降低、NPQ值升高,总体上抗性强的矿区种群qP降低的幅度低且NPQ升高幅度大。随着Cd胁迫浓度增加,矿区种群实际光化学反应效率(ΦPSⅡ)和电子传递速率(ETR)变化幅度不大,而非矿区种群显著下降,表明矿区种群PSⅡ反应中心电子传递活性受到的影响小,光合机构的损伤程度低。研究表明,五节芒矿区种群对重金属Cd有较强的耐受能力,适合作为金属矿区植被恢复建设的禾本科先锋物种。     

干旱胁迫对吉首蒲儿根光合机构的影响

为了探讨干旱胁迫对吉首蒲儿根光合机构的影响,通过大棚盆栽实验于7月测量了阴生环境中吉首蒲儿根的叶片相对含水量(RWC)、净光合速率(Pn)等光合作用气体交换参数及初始荧光(F0)等叶绿素荧光参数在土壤自然干旱过程中的变化。结果显示:(1)随着干旱处理时间的延长,吉首蒲儿根叶片相对含水量持续下降;于干旱处理第12天时,叶片相对含水量低于15%,且吉首蒲儿根植株已经死亡。(2)自然干旱处理下,吉首蒲儿根叶片Pn、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)大幅降低,胞间CO2浓度(Ci)增加或与对照接近;非气孔因素是导致其Pn下降的主要原因。(3)停止灌水第9~12天时,吉首蒲儿根叶片PSⅡ的最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光量子效率[Y(Ⅱ)]显著降低,PSⅡ非调节性能量耗散[Y(NO)]显著增加,PSⅡ已损伤严重,叶片吸收的光能逐渐向非光化学途径分配增加。研究表明,在夏秋高温季节,吉首蒲儿根对土壤干旱较为敏感,其PSⅡ受到了一定的伤害,光能分配发生改变,严重影响其光合作用和生长发育,这可能是其分布受到限制的重要原因。     

低氧胁迫下黄瓜植株热耗散途径

采用营养液栽培,研究了低氧(营养液溶氧浓度为0.9～1.1 mg·L-1)胁迫下黄瓜幼苗光合作用热耗散与叶黄素循环的关系.结果表明:低氧胁迫下,黄瓜叶片PSⅡ的实际光化学效率(φPSⅡ)、饱和光强下的净光合速率(Pn)、表观量子效率(AQY)和PSⅡ的最大光化学效率(Fv/Fm)均显著降低,表明黄瓜植株的光合作用受到了光抑制;同时,光化学猝灭系数(qp)降低,而热耗散(NPQ)和天线耗散能量(D)的比值显著升高,说明黄瓜叶片热耗散增强;NPQ与叶黄素脱环氧化状态(DEPS)呈显著正相关,且两者均被抗坏血酸(AsA)所促进,被二硫苏糖醇(DTT)所抑制,说明低氧胁迫下,叶黄素循环是黄瓜植株光合作用热耗散的主要途径.     

臭氧胁迫对梓树光合生理特性的影响

采用开顶箱气室(OTC)模拟熏蒸法,研究高浓度臭氧(O3)对沈阳市常用绿化树种梓树(Catalpa ovata)生长和光合作用的影响。结果表明:高浓度臭氧显著抑制了梓树的生长;与对照组(OA)相比,160 nmol·mol-1O3处理20 d后,梓树叶片的相对含水量、干重、鲜重、比叶重、干重增量、鲜重增量均显著下降(P0.05);梓树叶片净光合速率(Pn)随O3处理时间延长逐渐降低,胞间CO_2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)与气孔导度(Gs)的变化趋势一致,表现为先降低后升高的趋势,高浓度O3对梓树叶片Pn的降低主要是由非气孔因素限制引起;高浓度O3处理后,梓树叶片光合系统受损,发生光抑制现象,PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)和PSⅡ电子传递量子产率(ΦPSⅡ)随着处理时间的延长而显著下降(P0.05);梓树叶片超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性在高浓度O3处理下呈下降趋势,表明梓树抗氧化系统无法承受高浓度的臭氧胁迫,2种抗氧化酶在短期O3胁迫下都未能做出积极的生理响应。     

不同土壤水分条件下文冠果的光合作用日变化

在黄土丘陵区,以3年生文冠果苗木为材料,测定其在不同土壤水分条件下的气体交换和荧光参数日变化,分析其光合作用与不同土壤水分的定量关系,以指导文冠果这一能源树种在半干旱地区的推广种植。结果表明:(1)文冠果叶片的净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)、光下最大荧光(Fm)、PSⅡ最大光量子产量(Fv/Fm)、PSⅡ实际量子效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)均随土壤相对含水量(Wr)降低呈先升高后降低趋势,其最小荧光(Fo)先降后升,而其NPQ持续升高,当Wr为44.7%~81.2%时各参数都维持在较高水平。(2)文冠果叶片日净光合累计量(PD)和WUE在Wr为58.6%~81.2%时都处于较高水平,当Wr为66.6%时WUE达到最大值,过高或过低的土壤水分含量均不利于文冠果叶片光合作用的进行和水分的利用。(3)气体交换参数分析表明,文冠果中午光合作用的下降在Wr为38.1%~81.2%时是由气孔因素导致,而在Wr低于31.8%时转为非气孔限制;当Wr低于73.9%时,文冠果中午会出现光抑制,光合机构受到破坏。研究认为,在黄土丘陵区,适宜文冠果栽培的土壤相对含水量在58.6%~81.2%之间,低于38.1%时则无法正常生长。     

Photo

Wetlands Ecology and Management -     

Photo

Wetlands Ecology and Management -     

图片故事

以渔为生 历史上,赫哲族捕鱼只限于自行消费,自己可以掌握和控制捕鱼的季节,大体是在春、秋、秋季进行. 每年11月中旬江面封冻后,是凿"冰眼"、拉大网的冬季捕鱼期.