北方粳稻光合速率、气孔导度对光强和CO2浓度的响应

 以东北地区主栽的粳稻（Oryza sativa var. japonica）品种为对象,用美国LI-cor公司生产的Li 6400光合作用测定仪控制光强、CO2浓度和温度等环境条件,阐述了光合作用和气孔导度对光和CO2浓度的响应特征及其耦合关系。结果表明,光合速率随光强或CO2浓度的提高而增大,均遵循米氏响应;在不同CO2浓度下,表观量子效率随CO2浓度的提高而增大,但CO2浓度达到800 μmol•mol－1以上时,表观量子效率有所减小;在不同光强下,表观羧化效率也随光的增强而增大,但光强达到1 600 μmol•m-2•s-1以上时,表观羧化效率也有所减小;在光强和CO2浓度协同作用下,光合速率的响应遵循双底物的米氏方程,在光强和CO2浓度均趋于饱和时,北方粳稻（品种：辽粳294）剑叶的潜在最大光合速率为71.737 8 μmol•m-2•s-1,表观量子效率为0.056 0 μmolCO2•μmol-1 photons,表观羧化效率为0.103 1 μmol•m-2•s-1/μmol•mol－1。气孔导度也随光的增强而增大,对光强的响应规律也可以用Michaelis-Menten曲线模拟,而叶面CO2浓度的提高会使气孔导度减小,气孔导度（Gs）对叶面CO2浓度（Cs）的响应可以用Gs=Gmax,c/(1+Cs/Cs0)的双曲线方程模拟。在光强(PFD)和CO2浓度协同作用下,气孔导度可以用式Gs=Gmax(PFD/PFDc)/［(1+PFD/PFDc)(1+Cs/Cs0)］+Gct估算,当CO2浓度趋于0而光强趋于饱和时,北方粳稻的潜在最大气孔导度（Gmax）为0.670 9 mol•m-2•s-1。在光强和CO2浓度协同作用下,Ball-Berry模型及其修正形式依然能很好地表达气孔导度-光合速率的耦合关系,并且用叶面饱和水汽压差（Ds）修正耦合关系中的相对湿度可以提高模拟精度。     

用光合-蒸散耦合模型模拟冬小麦CO2通量的日变化

根据SPAC理论建立了一个冬小麦光合和蒸散的耦合模型.冬小麦CO2通量包括冠层光合、呼吸和土壤呼吸.冠层光合采用了Farquhar光合作用生化模型,并通过冠层阻力的参数化将光合作用与蒸腾作用耦合起来.用涡度相关方法观测了CO2通量,对模型进行了验证,结果显示模型可以较好地模拟CO2通量日变化过程.对模型的敏感性分析发现日间CO2通量最敏感的参数是初始量子效率.其次,CO2通量对光响应曲线凸度、CO2补偿点、凋萎点和叶面积指数的变化也有着较强的敏感性;夜间CO2通量敏感的参数是最适温度下Rubisco催化能力和暗呼吸参数.     

用光合-蒸散耦合模型模拟冬小麦CO2通量的日变化

根据 SPAC理论建立了一个冬小麦光合和蒸散的耦合模型。冬小麦 CO2 通量包括冠层光合、呼吸和土壤呼吸。冠层光合采用了 Farquhar光合作用生化模型 ,并通过冠层阻力的参数化将光合作用与蒸腾作用耦合起来。用涡度相关方法观测了 CO2通量 ,对模型进行了验证 ,结果显示模型可以较好地模拟 CO2 通量日变化过程。对模型的敏感性分析发现日间 CO2 通量最敏感的参数是初始量子效率。其次 ,CO2 通量对光响应曲线凸度、CO2 补偿点、凋萎点和叶面积指数的变化也有着较强的敏感性 ;夜间 CO2 通量敏感的参数是最适温度下 Rubisco催化能力和暗呼吸参数     

山西太岳山辽东栎的光合特性

对自然生长的辽东栎林木用 LI-640 0测定其光合作用 ,实验包括以下内容 :在完全接近自然生长的条件下测定辽东栎叶片光合作用的日变化规律 ;控制光合有效辐射强度 ,测定叶片在不同 CO2 浓度下光合作用的变化规律 ;控制温度比对应时间段的温度高 2～ 4℃ ,并控制 CO2 浓度在 3 75～ 70 0 ml· m- 3间变化 ,测定辽东栎光合作用的变化情况。结果如下 :1自然状态下辽东栎光合作用的日变化有两个光合速率峰 ,峰高接近 ,上午的光合速率峰持续时间较下午的长。叶片气孔导度与光合速率间有很强的正相关 ,且对胞内 CO2 浓度和蒸腾速率有较大影响。气孔导度与叶片水压亏缺呈相反的变化趋势 ,而水压亏缺受光合有效辐射、气温的影响较大。 2在控制片温度、光合有效辐射不变的情况下 ,辽东栎的叶片水压亏缺变化幅度很小 ,气孔导度变化主要受 CO2 浓度的调节 ,表现出在目前 CO2 浓度至加倍 CO2 浓度下 ,随浓度增加而增大的趋势 ,与之对应光合速率增大 ,同时光补偿点也有所提高。当 CO2 浓度超过 80 0 ml· m- 3继续上升时 ,气孔导度、光合速率均下降 ,光补偿点继续升高。3对辽东栎叶片进行升温和高 CO2 浓度处理 ,在试验进行时的温度 (2 8～ 3 7℃ )下 ,发现在 3 75～ 70 0 ml· m- 3的 CO2 浓度范围内 ,升温均导致光     

短期CO2浓度升高对雨林树种盘壳栎光合特性的影响

比较研究了海南岛尖峰岭热带山地雨林上层乔木盘壳栎 (Castanopsis patelliformis(Chun) Chun)叶片光合作用对高 CO2浓度的短期响应。用 L i- 6 4 0 0 (L i- cor,Inc.,USA)便携式光合作用测定系统外置 CO2 气源 ,程序控制 CO2 处理浓度为35 0μmol/ mol及其加倍浓度 ,测定叶片光合速率的日变化进程 ,并通过光合作用相关响应曲线计算主要光合参数。结果表明 ,CO2 浓度倍增可使盘壳栎植株阳性叶净光合速率平均提高 75 % ,光饱和光合速率提高 6 5 % ,气孔导度降低 2 8%～ 73% ,水分利用效率提高 4 3%～ 70 % ,光补偿点升高近 7μmol/ (m2· s) ,饱和点提高 10 0 μmol/ (m2·s) ,表观量子产量提高 6 1% ,反映出 CO2浓度升高可提高植物的光合生产力。叶片光合作用日变化趋势在高 CO2 浓度的短期作用下并未发生明显改变     

铁皮石斛叶片光合作用的碳代谢途径

 利用LI-6400光合测定系统测定了不同天气条件下铁皮石斛（Dendrobium officinale）叶片24h CO2吸收的动态以及CO2吸收对光强和温度的响应。晴天的白天和夜间铁皮石斛都能吸收CO2,中午CO2吸收速率为负值, CO2的交换方式具景天酸代谢途径(CAM)的特点。阴雨天,只有白天吸收CO2,夜间表现为暗呼吸,光合作用碳代谢的途径为C3途径。在多云的天气条件下,白天吸收CO2,并持续至日落后。夜间21∶00仍有CO2吸收,23∶00以后至次日凌晨处于暗呼吸状态。在500 μmol·m-2·s-1光照件下,20℃出现最大CO2吸收值。在夜间,25℃时CO2的吸收速率最高。有光和无光条件下,低温或高温引起CO2吸收速率下降均为非气孔因素所致。晴天上午,铁皮石斛叶片的表观量子产额为0.035,光合补偿点为2.9μmol·m-2·s-1,饱和光强为500μmol·m-2·s-1,强光下出现光抑制现象。叶片受到强光预先照射后,即使光照减弱光抑制效应仍保持一段时间,致使光合补偿点升高,表观量子产额下降,相同光强下的CO2吸收效率降低。结果表明：铁皮石斛为兼性CAM植物,随着环境条件的变化,其光合作用在景天酸代谢途径(CAM)与C3途径间变化。     

古尔班通古特沙漠白梭梭枝干光合及其影响因素

植物枝干光合（P_g）固定其自身呼吸所释放的CO₂,有效减少植物向大气的CO₂排放量。以古尔班通古特沙漠优势木本植物白梭梭（Haloxylon persicum）为研究对象,利用LI-COR 6400便携式光合仪与特制光合叶室（P-Chamber）相结合,观测白梭梭叶片、不同径级枝干的光响应及光合日变化特征;同时监测环境因子（大气温湿度、光合有效辐射、土壤温度及含水量等）与叶片/枝干性状指标（叶绿素含量、含水量、干物质含量、碳/氮含量等）,揭示叶片/枝干光合的主要影响因子;采用破坏性取样,量化个体水平上叶片与枝干的总表面积,阐明枝干光合对植株个体碳平衡的贡献。研究结果显示：（1）白梭梭叶片叶绿素含量是枝干叶绿素含量的12-16倍,各径级枝干叶绿素含量差异不显著;（2）枝干光饱和点低于叶片,枝干不同径级（由粗至细）,暗呼吸速率和枝干光合逐渐减小;（3）光合有效辐射、土壤含水量和空气温湿度是影响叶片光合的主要因子,对枝干光合无显著影响;（4）枝干光合可以固定其自身呼吸产生CO₂的73%,最高可达90%,枝干光合固定CO₂约占个体水平固碳量的15.4%。研究结果表明,忽视枝干光合的贡献来预测未来气候变化背景下荒漠生态系统碳过程,可能存在根本性缺陷,并且在估算枝干呼吸时,需要考虑枝干是否存在光合作用,以提高枝干呼吸的准确性。     

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。     

CO2对植物在光补偿点附近量子效率的影响

应用植物光合作用对光响应修正模型研究了CO2浓度分别为380和600 mol·mol-1时,栾树和辣椒在光补偿点附近光合量子效率的改变及Kok效应。结果表明:光响应修正模型可很好地拟合栾树和辣椒2种CO2浓度下的光响应曲线,且获得的光合参数与实测值相符合;2种不同CO2浓度条件下,栾树和辣椒总是存在初始量子效率(φ0)大于光补偿点处的量子效率(φc),光合量子效率在光补偿点附近不是常数,且与暗呼吸速率无关;CO2浓度的大小影响着栾树的Kok效应,但对辣椒的Kok效应影响不明显,分析认为,这是由于栾树在光补偿点附近光合量子效率的改变来自其净光合速率对光强的非线性响应,而辣椒不存在Kok效应。     

CO2浓度升高对大豆冠层光合速率影响的数值模拟研究

利用美国Li-6200光合测定系统对鲁豆4号叶片光合速率进行了大量测定研究,确定了大豆叶片光-光合作用模式,模式中考虑了CO2浓度对光合作用速率的影响,在此基础上进一步测定了大豆冠层结构,建立了一个大豆冠层光合速率数值模式.利用GXH-305红外线CO2分析仪外接50×50×120cm同化箱对冠层光合速率进行了实际测定,结果表明当CO2浓度低于660ppm时,模式可以较好地模拟出CO2浓度升高对群体光合速率的影响,平均相对误差为7.41%.本文所测得的大量实验数据,为研究CO2浓度升高对大豆生长影响提供了更加可靠的模型参数,同时也为进一步建立自然状况下大豆生长数值模式提供了一定的理论依据.     

C_3植物光合效率的日变化

多种田间C_3植物在晴天的光合效率常有明显的日变化,中午前后光合效率降低。C_3植物大豆叶片光合效率中午降低的主要原因,不是空气CO_2浓度和气孔导度及光呼吸的变化,而可能是光抑制。因为:1.在饱和CO_2中测定仍可观测到这种中午降低;2.光合作用的饱和光强远低于晴天中午的太阳光强;3.用纱布预遮阴可以提高叶片的光合效率;4.阴天时叶片光合效率不发生中午降低。     

Species-dependence of the pattern of plant photosynthetic rate response to light intensity transition from saturating to limiting one]

By observing the photosynthetic responses of leaves to changes in light intensity and CO(2) concentration it was found that among the more than 50 plant species examined 32 species and 25 species showed respectively the V pattern and L pattern of the photosynthetic response to light intensity transition from saturating to limiting one (Figs.1 and 2 and Table 1). The pattern of photosynthetic response to light intensity transition is species-dependent but not leaf developmental stage-dependent (Fig.3). The species-dependence was not related to classification in taxonomy because the photosynthetic response might display the two different patterns (V and L) in plants of the same family, for example, rice and wheat (Gramineae), soybean and peanut (Leguminosae). It seemed to be related to the pathway of photosynthetic carbon assimilation because all of the C(4) plants examined (maize, green bristlegrass and thorny amaranth) displayed the L pattern. It might be related to light environment where the plants originated. The V pattern of photosynthetic response to light intensity transition was often observed in some plants grown in shade habitats, for example, sweet viburnum and Japan fatsia, while the L pattern was frequently observed in those plants grown in sunny habitats, for example, ginkgo and cotton. Furthermore, the ratio of electron transport rate to carboxylation rate in vivo measured at limiting light was far higher in the V pattern plants (mostly higher than 10) than in the L pattern plants (mostly lower than 5), but the ratio measured at saturating light had no significant difference between the two kinds of plants (Table 2). These results can be explained in part by that the V pattern plant species have larger light-harvesting complex (LHCII) and at saturating light the reversible dissociation of some LHCIIs from PSII reaction center complex occurs. The pattern of photosynthetic response to light intensity transition and the ratio of electron transport rate to carboxylation rate in vivo measured at limiting light can probably be used as a criterion to distinguish sun plants from shade plants. In the observation of photosynthetic response to light intensity transition the use of saturating light is very important because using non-saturating light can form an artifact, which leads to incorrect conclusion (Fig.4).     

珊瑚树阳生和阴生叶片光合特性和状态转换的比较

珊瑚树阳生和阴生叶片是在不同光照环境中长期生长的,它们的光合特性有一些明显的差异.与阳生叶片相比,阴生叶片单位干重的叶绿素含量较多,类囊体膜垛叠程度较高(即每个基粒的类囊体膜垛叠层数较多,基粒类囊体的直径较大),而叶绿素a/b比值、光合作用的饱和光强和最大净光合速率等较低.用弱红光诱导阳生和阴生叶片向状态2转换时,叶绿素荧光Fm/Fo和F685/F735先迅速下降再逐渐回升,这表明两种叶片都先后通过满溢和LHCⅡ转移调节激发能在PSⅡ和PSⅠ之间的分配,改善光能利用,但阳生叶片Fm/Fo和F685/F735下降的幅度较大.     

Photosynthetic stimulation under long-term CO2 enrichment and fertilization is sustained across a closed Populus canopy profile (EUROFACE)

The long-term response of leaf photosynthesis to rising CO2 concentrations [CO2] depends on biochemical and morphological feedbacks. Additionally, responses to elevated [CO2] might depend on the nutrient availability and the light environment, affecting the net carbon uptake of a forest stand. After 6 yr of exposure to free-air CO2 enrichment (EUROFACE) during two rotation cycles (with fertilization during the second cycle), profiles of light, leaf characteristics and photosynthetic parameters were measured in the closed canopy of a poplar (Populus) short-rotation coppice. Net photosynthetic rate (A(growth)) was 49% higher in poplars grown in elevated [CO2], independently of the canopy position. Jmax significantly increased (15%), whereas leaf carboxylation capacity (Vcmax), leaf nitrogen (N(a)) and chlorophyll (Chl(a)) were unaffected in elevated [CO2]. Leaf mass per unit area (LMA) increased in the upper canopy. Fertilization created more leaves in the top of the crown. These results suggest that the photosynthetic stimulation by elevated [CO2] in a closed-canopy poplar coppice might be sustained in the long term. The absence of any down-regulation, given a sufficient sink capacity and nutrient availability, provides more carbon for growth and storage in this bioenergy plantation.     

午间强光胁迫下SOD对大豆叶片光合机构的保护作用

晴天田间大豆叶片Ｐｎ与Ｐｒ均表现出明显的日变化,Ｐｎ日变化曲线里双峰型,中午前后降低。Ｐｒ随日照强度的增加而增加,至上午１１时左右达最大值,然后缓慢下降。普通空气及低氧空气中的ＡＱＹ均在中午前后降低。ＳＯＤ活性也有明显的日变化,最高值出现在下午１６时左右。强光下喷施ＳＯＤ抑制剂ＤＤＴＣ明显降低Ｐｎ及低氧空气中的ＡＱＹ;而在低于叶片光合作用饱和光强下喷施同样浓度ＤＤＴＣ则对Ｐｎ及低氧空气中的ＡＱＹ无明显影响。中午前后ＳＯＤ活性及Ｐｒ的增加对于保护光合机构免受强光的破坏具有重要意义。     

A Mathematical Model for Leaf Photosynthesis of Mulberry

A mathematical model of leaf photosynthesis has been established. In this model, the processes of photosynthesis are divided into two parts, ie., the carboxylation process driven by light which is dependent on temperature and CO2 concentration, and the diffusion of CO2 from atmosphere to the carboxylation site. Finatly, CO2 uptake by the leaf is understood as dependent on 1), the CO2 response curve of the leaf mesophyll and 2). the CO2 partial pressure in the intercellular space in leaf. The COs response curve of the leaf photosynthesis is described mathematically in terms of carboxylation efficiency (Ca) or its initial slope and the photosynthetic capacity (Pm) or the CO2-saturated uptake rate of CO2 uptake, and dark respiration (Rd). The dependency of photosynthesis on leaf temperature and incident light intensity is incorporated into variations of those parameters which establish an appropriate response to internal CO2 pressure for particular light and temperature conditions prevailing at any time. Secondly the interactiion of stomata with photosynthesis is represented as an empirical relation between stomatal conductance and a combined environmental physiological index, APn·Hx/CaThe parameters used in the modelwere estimated with Marquardt-Newton method for non-linear function. Field measurements of mulberry leaf photosynthesis provided a data set for model testing. The resuks show that the simulated values of the model agree well with observed data. The model was used to analyse the response surface of leaf conductance and photosynthesis to environmental factors—Applications and limitations of the model are discussed     

冠层部位和叶龄对红松光合蒸腾特性的影响

利用Li-6400便携式CO2/H2O红外气体分析仪测定了红松不同冠层部位和叶龄针叶的光合蒸腾特性及其环境影响因子.结果表明:冠层部位和叶龄显著地影响最大净光合速率(Pmax)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、表观最大量子效率(α)、蒸腾速率(Tr)和比叶面积(SLA),但对水分利用效率(WUE)影响不显著.随着冠层部位的下降和叶龄的增加,红松针叶的Pmax逐渐下降,其平均值变动在6·55～9·05μmol·m-2·s-1之间.不同冠层部位和叶龄针叶的LSP和LCP的差异很大,以树冠中部针叶对弱光和强光的利用能力最大.Tr随着冠层部位的下降而降低;不同叶龄针叶的Tr在1·37～1·59mmol·m-2·s-1之间变化.不同部位和叶龄红松针叶的Tr和光合有效辐射存在极显著正相关关系(R2=0·967).红松的WUE与净光合速率紧密相关(R2=0·860).随冠层部位的上升和叶龄的增大,红松针叶的SLA递减,分别在6·61～8·41m2·kg-1和6·65～8·38m2·kg-1之间波动.     

水稻剑叶取向对其光合功能的影响

水稻的水平剑叶净光合速率 (Pn)和羧化效率(CE)显著高于直立剑叶 ,其胞间CO2 浓度 (Ci)显著低于直立剑叶 ,但两者的气孔导度 (Gs)没有明显差别。这表明剑叶取向对水稻叶片的光合能力有重要影响。水平剑叶的高Pn可能同其RuBP羧化酶含量和活性高有关。这可能是水平叶生长期间吸收光量较多的结果。     

枫香叶片衰老过程中光合能力的变化

利用Li-6400XT便携式光合作用测定系统,于2014年10—12月测定枫香叶片衰老过程中光合作用光响应曲线,采用叶氏模型和非直角双曲线模型进行模拟,分析枫香叶片衰老过程中光合能力的变化.结果表明: 随着枫香叶片逐渐变黄变红,其净光合速率的光响应能力逐渐降低,实测的最大净光合速率从叶片开始泛黄时的2.88 μmol CO₂·m^-2·s^-1下降到叶片衰老后期(12月8日)的0.95 μmol CO₂·m^-2·s^-1.2种光响应模型均较好地模拟了观测的光响应数据,其中叶氏模型表现更优.模拟得到的最大净光合速率、表观量子效率、光补偿点的量子效率、暗呼吸速率等参数均随枫香叶片衰老凋落而逐渐下降,反映出枫香叶片衰老过程中光合能力缓慢下降的过程.在树梢红叶未落期间,枫香叶片仍具有一定的净光合作用能力,这有利于增加秋冬季节的碳吸收量.     

大气CO_2浓度倍增对水稻光合速率和Rubisco的影响

有关植物对环境COZ浓度渐增反应的早期研究,主要集中在生物量和光合速率方面（lhaner1981）。不同植物对COZ浓度增加的短期响应和长期适应的差异很大,有时甚至完全相反。为了研究植物对大气Co浓度增加的响应的机理,现在不少学者已把注意力转移到研究光合碳代谢关键酶Rubisco上（S8g6等1990,Cforll1988）。水稻是一种重要的粮食作物,然而这方面的研究不多（Bater等1990）,高浓度COZ对水稻Rubisco的含量、活性以及InRNA量之间的相互关系尚未见有报道。本文研究了在130Mm－‘s‘光强下大气COZ浓度倍增对水稻的生物量、光合速率…