Photosynthetic characteristics and photosynthesis-light response curve models of summer maize

Aim The photosynthesis-light response curve is the most commonly used method to explore the relationship between photosynthetically active radiation and the net photosynthetic rate, because it is more effective to reflect the plant photosynthetic characteristics. And it is very meaningful for researchers to choose a suitable summer corn (Zea mays) photosynthetic model and optimal the models of photosynthesis-light response curve by analyzing the differences between simulation and observation in each growth period of some plant. So the object of this paper was to propose some useful suggestions for the choice of summer corn photosynthetic modes and the optimization of the photosynthetic light response curves model in further.Methods In this paper, three typical photosynthetic models were used to fitting the photosynthetic light response curve for upper leaf, leaf at ear of grain and lower leaf of summer corn during bell and milk period. And then the fitting degree of each model was compared to the measured data. Photosynthetic active radiation was divided into three parts, and the fitting residual errors of these three models were analyzed individually.Important findings The photosynthetic characteristic parameters such as maximum net photosynthetic rate (P_nmax), saturated light intensity (I_sat) and dark respiration rate (R_d) decreased constantly with a top-down leaf position and the parameters at milk stage were generally lower than the bell stage. Each growth period and leaf position could fit the curve, but some deviation exists for the P_nmax and I_sat in the rectangular hyperbolic model and the non-rectangular hyperbolic model. The results of curve fitting residual showed that the simulation values from Ye Zi-Piao model were closest to the actual values, and especially for the high photosynthetically active radiation section.     

指数改进模型在大麦光合-CO2响应曲线中的适用性

光合-CO₂响应曲线是研究植物对CO₂响应的重要工具。常用的光合-CO₂响应曲线模型, 除直角双曲线修正模型外, 均无法准确地计算出CO₂饱和点和光合能力。该文利用新的指数改进模型拟合大麦(Hordeum vulgare)光合-CO₂响应曲线, 与直角双曲线修正模型、直角双曲线模型、指数模型、非直角双曲线模型进行比较, 并随机选取部分数据进行检验, 同时得到了各个光合-CO₂响应曲线模型的主要生理参数, 对这些数据进行了比较分析, 讨论了各模型之间的优缺点和准确合理性。结果表明, 指数改进模型在5个模型中具有最好的精确度和合理性, 能准确地描述出大麦的光合-CO₂响应曲线, 计算出CO₂饱和点为484 μmol∙mol^-1, 光合能力为25.9 μmol CO₂∙m^-2∙s^-1。     

光响应曲线的指数改进模型与常用模型比较

光响应曲线的参数是研究植物生理状态的重要指标, 常用的光响应曲线模型无法准确地计算出光饱和点和最大净光合速率。该文利用光响应曲线新模型——指数改进模型、直角双曲线模型、直角双曲线修正模型、非直角双曲线模型和指数模型, 拟合高粱(Sorghum bicolor)、苋(Amaranthus tricolor)、大麦(Hordeum vulgare)和半夏(Pinellia ternata)的光响应曲线, 并随机选取部分数据进行检验, 得到了各模型计算出的主要生理参数, 并对这些数据进行了比较分析, 讨论了各模型之间的优缺点和准确性, 描述了C₃、C₄植物光响应的适宜性。结果表明, 基于C₃植物得到的指数改进模型和直角双曲线修正模型能较准确地计算出C₃、C₄植物饱和光强和最大净光合速率, 并在描述光响应曲线时比另外3个模型具有更高的精确性和适宜性。实验结果可为光响应曲线模型在C₃和C₄光合途径植物中的应用提供参考。     

不同光照环境下荷花叶片光合光响应模型比较

以上海荷花品种‘伯里夫人’为试验材料,设置全光照和林下遮荫(50%全光照)2种不同的光照环境,采用4种光响应模型拟合分析荷花叶片净光合速率光响应过程,比较不同光照下适宜的光响应模型,研究荷花品种对遮荫环境的适应规律.结果表明: 4种模型对荷花叶片光合作用光响应过程拟合效果的优劣顺序为：直角双曲线修正模型>指数模型>非直角双曲线模型>直角双曲线模型,后3种模型均为没有极值的函数,不能直接求得最大净光合速率(P_{n max})和光饱和点(LSP).直角双曲线修正模型对LSP、P_{n max}、暗呼吸速率(R_d)和光补偿点(LCP)等光响应参数表现出最佳的拟合效果,拟合值与实测值相对误差最小.随光强减弱,荷花主要的光合生理参数均降低,其中,R_d下降幅度显著,其他参数变化不显著.说明荷花对适度弱光环境具备一定的适应能力,表现出良好的光合适应性反应与调节,能够维持植株的正常生长.
     

贝壳砂生境干旱胁迫下杠柳叶片光合光响应模型比较

以黄河三角洲贝壳堤岛3年生杠柳(Periploca sepium)苗木为试验材料, 模拟设置贝壳砂生境下的4种水分梯度, 利用CIRAS-2型光合作用系统测定杠柳叶片在不同干旱胁迫下的光合作用光响应过程, 采用4种光响应模型进行拟合分析, 以比较贝壳砂生境干旱胁迫下适宜的光响应模型, 探讨最佳光响应模型参数对干旱胁迫的适应规律。结果表明: 4种模型对杠柳叶片光合作用光响应过程拟合效果的优劣顺序为: 直角双曲线修正模型>非直角双曲线模型>指数模型>直角双曲线模型, 后3种模型均为没有极值的函数, 故不能很好地拟合光响应曲线光抑制过程, 并不能直接求解最大净光合速率(P_nmax)和光饱和点(LSP)。光响应参数拟合效果最佳表现为: 非直角双曲线模型的暗呼吸速率(R_d), 直角双曲线模型的光补偿点(LCP), 直角双曲线修正模型的P_nmax和LSP。4种光响应模型对干旱胁迫具有不同的适应性, 直角双曲线修正模型适应各种水分条件, 直角双曲线模型和指数模型较适合轻度干旱胁迫条件, 非直角双曲线模型较适合重度干旱胁迫条件。随干旱胁迫的加剧, 光响应参数表观量子效率(AQY)、R_d和LCP先升高后下降, 净光合速率(P_n)、P_nmax和LSP逐渐下降。轻度、中度和重度干旱胁迫下, LSP分别比对照下降5.2%、16.3%和34.5%, P_nmax分别比对照下降17.8%、39.0%和59.0%。水分充足条件下, 杠柳叶片光能利用最强, 光照生态幅最宽; 重度干旱胁迫下, 杠柳叶片表现出明显的光饱和、光抑制现象, 光能利用减弱, 光合能力受到较大限制。     

夏玉米光合特性及光响应曲线拟合

通过对光合-光响应曲线的研究来探索光合有效辐射与净光合速率的关系是一种非常重要的手段。合适的模型才能较好地反映植株的光合特性。分析由于生育期与叶位的不同而导致各模型拟合值与实测值差异的变化性以及不同光合有效辐射强度下各模型的适用性, 可为夏玉米(Zea mays)光合模型的选择和光合-光响应曲线模型的进一步优化提供参考。该研究运用3种典型的光合模型对夏玉米大喇叭口期与乳熟期上部叶、穗位叶与下部叶做光合-光响应曲线拟合, 对比各模型的拟合度以及对实测数据的反映情况, 并将光合有效辐射分为3段, 分析3种模型在每段的拟合残差。结果表明: 最大净光合速率(P_nmax)、饱和光强(I_sat)、暗呼吸速率(R_d)等光合特征参数值随叶位由上而下呈降低趋势, 乳熟期普遍小于大喇叭口期; 不同生育期和叶位3种模型均可以拟合, 直角双曲线模型、非直角双曲线模型对P_nmax、I_sat的拟合值与实测值有一定的偏差; 通过残差分析表明叶子飘模型的拟合值与实测值最为相符, 尤其对高光部分的拟合表现出独有的优越性。     

干旱胁迫下胡杨光合光响应过程模拟与模型比较

以塔里木干旱荒漠区2年生胡杨幼苗为试材,盆栽模拟荒漠生境5种水分梯度,利用Li-6400便携式光合作用系统测定胡杨在干旱胁迫下光合作用的光响应过程,并采用4种光响应模型对其进行拟合与比较,以期优选出适用于干旱荒漠环境的光响应模型,阐明胡杨光合作用对干旱胁迫的响应规律与适应机制。结果表明:胡杨净光合速率(P_n)随干旱胁迫加剧呈下降趋势,同一光强(PAR)下P_n降幅增大。中度干旱胁迫以下(土壤相对含水量,RSWC45%)胡杨在高PAR下仍能维持相对较高P_n,光抑制程度轻;直角双曲线、非直角双曲线和指数模型均可较好地模拟P_n-PAR响应过程,但最大净光合速率(P_(nmax))、光饱和点(LSP)拟合值与实测值差异极显著(P0.01)。中度干旱胁迫以上(RSWC45%)胡杨P_n随PAR升高而显著下降,LSP与P_(nmax)极显著降低,光抑制现象明显;仅直角双曲线修正模型拟合的胡杨光响应过程、光响应参数与实际情况较吻合。4种模型模拟效果顺序:直角双曲线修正模型指数模型非直角双曲线模型直角双曲线模型。4种光响应模型对干旱胁迫具有不同的适应性,直角双曲线修正模型适用于各种水分条件,尤其适用于干旱荒漠生境,其它3种模型适用于水分条件较好的生境。光响应特征参数对干旱胁迫的响应阈值不同。随干旱胁迫加剧,胡杨表观量子效率(AQY)、P_n、LSP与P_(nmax)持续降低,严重干旱胁迫下暗呼吸速率(R_d)、LCP反而明显增大。RSWC45%胡杨仍能保持较高的AQY、P_(nmax)、LSP,RSWC45%其P_(nmax)、LSP显著降低,干旱胁迫显著抑制了胡杨光合进程和光强耐受范围,降低了光合效率,严重干旱胁迫严重影响胡杨苗木的正常生长和光合作用。干旱荒漠环境下,胡杨采取缩窄光照生态幅、降低光能利用率和减少呼吸消耗来积极抵御荒漠干旱逆境伤害的生态对策。因此,从极端干旱荒漠区种群保护与植被恢复角度来看,胡杨林土壤水分应维持在RSWC 50%左右,符合干旱缺水地区植物生长和高效用水的管理原则。     

木荷种源间光合作用参数分析

基于直角双曲线修正模型估算3个不同纬度的木荷种源(开平、太平和永丰种源)光补偿点、饱和点、最大净光合速率等参数,以便为评价不同木荷种源对环境的适应能力和优良种源选择等提供科学依据。结果表明:在3个不同纬度种源中,开平种源具有最高的净光合速率、最大净光合速率和较高的表观量子效率,且其生长速率最快;太平种源光饱和点最高,但其净光合速率、表观量子效率和最大净光合速率最低,其生长速率也最低;永丰种源具有较高的净光合速率、最大净光合速率和表观量子效率,其生长速率略高于太平种源。3个不同纬度木荷种源中,南部开平种源对当地环境具有较强的适应能力和生长潜力,具有较高的推广应用价值。     

不同水分条件下胡杨光响应曲线拟合模型比较

本研究通过测量不同水分条件下胡杨（Populus euphratica Oliv.）叶片的光响应曲线,并采用4种光响应模型对其光合特征参数拟合值与实测值进行比较,分析了不同水分条件下光响应曲线模型对胡杨适用性的影响机制。结果表明,当水分供应充足时,胡杨非直角双曲线模型对暗呼吸速率（R_d）的拟合效果最优,直角双曲线修正模型拟合光饱和点（LSP）、最大净光合速率（P_nmax）、光补偿点（LCP）的结果与实测值较接近;但当胡杨受到水分亏缺后,直角双曲线修正模型对P_nmax和光饱和点（LSP）的拟合效果最优,直角双曲线模型对R_d和LCP的拟合效果最佳。因此,水分条件有利时胡杨应用直角双曲线修正模型、非直角双曲线模型较好;水分亏缺条件下采用直角双曲线修正模型、直角双曲线模型更为适合。     

蛋白核小球藻生长和无机碳利用对不同光照强度和CO2浓度的响应

为了探讨光照强度和CO₂浓度对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长、无机碳利用的复合效应, 丰富绿藻中无机碳浓缩机制的资料, 该文设置两种光照强度(40和120 µmol photons•m^-2•s^-1)和两种CO₂浓度(0.04%和0.16%)组合成4种条件, 比较了蛋白核小球藻生长、无机碳浓度、pH补偿点、光合放氧速率、碳酸酐酶(CA)活性和α-CA基因转录表达对这4种培养条件的响应。结果发现: 蛋白核小球藻在高光强高CO₂浓度组生长最快; 低光强高CO₂浓度组培养体系中总无机碳浓度为1163.3 µmol•L^-1, 显著高于其他3组; 高光强低CO₂浓度组藻的pH补偿点最高(9.8), 而低光强高CO₂浓度组藻的pH补偿点最低(8.6); 低光强高CO₂浓度组藻的最大光合速率(V_max)和最大光合速率一半时的无机碳浓度(K_0.5)最高, 分别是其他3组的1.28-1.91倍和1.61-2.00倍; 高光强低CO₂浓度组藻的胞外CA活性最高; 而低光强低CO₂浓度组藻的胞外α-CA基因表达量显著高于其他3组。以上结果表明低CO₂浓度可促进蛋白核小球藻的pH补偿点和无机碳亲和力的提高, 诱导胞外CA活性及α-CA基因的表达; 该藻主要以HCO₃^-为无机碳源, 其对无机碳的利用受光照的调节。     

Simulation on the light-response curves of electron transport rate of Quercus variabilis and Robinia pseudoacacia leaves in the Xiaolangdi area,China

为了比较直角双曲线模型、非直角双曲线模型与叶子飘模型的优缺点, 研究阴生叶和阳生叶电子传递速率的差异, 探讨环境/生物因素对电子传递速率等参数的影响, 该文采用LI-6400XT荧光测定系统对黄河小浪底栓皮栎(Quercus variabilis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)叶片电子传递速率-光响应(J-I)曲线进行了测定, 利用直角双曲线模型、非直角双曲线模型和叶子飘模型对J-I曲线进行了拟合。结果表明, 3种模型对叶片J-I曲线拟合的决定系数(R ²)在0.96以上, 叶子飘模型的R ²最高(> 0.99)。直角双曲线模型和非直角双曲线模型无法模拟植物叶片光系统II动力学下调现象, 且不能得出饱和光强(I_sat); 直角双曲线模型对最大电子传递速率(J_max)的模拟明显大于实测值; 叶子飘模型能很好地模拟光系统II动力学下调现象, 得出的J_max和I_sat均最接近实测值。对阴生叶和阳生叶J-I曲线研究发现, 栓皮栎、刺槐阴生叶的J_max分别低于阳生叶25.0%和18.0%, 阳生叶的I_sat分别高于阴生叶26.0%和10.1%。栓皮栎和刺槐J_max与气温显著正相关; 刺槐I_sat与气温、土壤水分含量和净光合速率具有显著的正相关关系; 栓皮栎和刺槐J-I曲线初始斜率α均与净光合速率呈显著负相关关系。     

放牧对草地生态系统服务和功能权衡关系的影响

内蒙古草原是我国北方的重要生态屏障和绿色畜牧业基地, 放牧是草原生态系统的主要利用和管理方式, 在放牧管理中充分发挥生态系统某一项或几项服务和功能最大利用价值时, 往往会与其他服务(功能)发生冲突, 需要权衡多项生态系统服务和功能, 制定合理的放牧管理制度。该研究以内蒙古锡林郭勒典型草原为例, 通过设置不放牧、轻度放牧、中度放牧以及重度放牧的放牧梯度, 从多项生态系统服务和功能权衡的角度比较了最适放牧管理强度。结果显示, 在放牧管理的草地生态系统服务和功能的权衡中, 权衡、协同、不相关关系同时存在, 如土壤呼吸速率与植物群落净生长量、生物多样性与植物群落净光合速率表现为权衡关系, 植物群落净生长量分别与土壤含水量、植物群落净光合速率及草地蒸散速率存在协同关系, 土壤有机碳含量与其他服务或功能间呈不相关关系; 放牧能不同程度地削弱多项生态系统服务及功能间的权衡关系(冲突对立关系); 中度放牧条件下的多项生态系统服务及功能的协同性最佳。     

光合电子流对光响应的机理模型及其应用

光合电子流对光响应的机理可以揭示植物光合电子流与光强、植物捕光色素分子物理特性之间的关系。该文讨论了光合电子流对光响应的机理模型的特性以及捕光色素分子的物理性质, 并利用此模型拟合了山莴苣(Lagedium sibiricum)、一年蓬(Erigeron annuus)和紫菀(Aster tataricus)的光合电子流对光响应的曲线。由此模型不仅可以得到植物的最大光合电子流、饱和光强、初始斜率等参数, 还可以获得捕光色素分子有效光能吸收截面和处于最低激发态的捕光色素分子数对光的响应关系。结果表明: 随光强的增加, 山莴苣的捕光色素分子的有效光能吸收截面下降最快, 紫苑的下降速度最慢; 山莴苣处于最低激发态的捕光色素分子数增长速度最快, 紫苑的增长速度最小。捕光色素分子的有效光能吸收截面随光强增加而下降、处于最低激发态的捕光色素分子数随光强增加而增加的特性将减少其光能的吸收和激子的传递, 因而有利于减少强光对植物产生的光伤害。     

亚热带10种蕨类植物光响应模型拟合及光合特性研究

通过合适的光响应模型来准确计算植物光合参数是研究植物光合特性的重要手段。为深入了解亚热带蕨类植物的光合特性,采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型和直角双曲线修正模型等4种常用光响应模型分别对10种亚热带蕨类植物进行光响应曲线拟合。通过分析决定系数(R~2)、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、最大净光合速率(P_nmax)、暗呼吸速率(R_d)和表观量子效率(AQE)等9种参数,探讨亚热带蕨类植物的光响应模型拟合效果及其光合特性。结果表明：直角双曲线修正模型和非直角双曲线模型对本研究10种亚热带蕨类植物的拟合效果较好,其中直角双曲线修正模型的LSP拟合效果最好,非直角双曲线模型的拟合精度最高。光合参数的聚类分析和TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)综合评价法表明,10种亚热带蕨类植物的光合特性既具有相似性又存在物种特异性。黑鳞耳蕨(Polystichum makinoi(Tag...     

Exploring the influence of soil types underneath the canopy in winter wheat leaf area index remote estimating

Aims Remote sensing is an effective and nondestructive way to retrieve leaf area index (LAI) from plot, regional and global range. Soil background is one of the confounding factors limiting remotely estimating LAI. And soil type contains a large proportion of soil background information, which can influence the optical properties of vegetation canopy and soil. However, our knowledge on the effects stemmed from soil types underneath the canopy on LAI remote estimating have been in shortage. Thus, this study aims to explore the influences of soil types underneath the canopy on winter wheat LAI remote estimating. Methods We analyzed the sensitivity variation of eight spectral indices, named normalized difference vegetation index (NDVI), modified soil-adjusted vegetation index (MSAVI), modified chlorophyll absorption ratio index 2 (MCARI₂), red edge inflection point (REIP), red edge amplitude (Dr), red edge area (SDr), red edge symmetry (RES), normalized difference spectral index (NDSI), to LAI in different soil types, and then we identified some spectral intervals or parameters that were insensitive to soil type variations underneath the canopy. We also compared the accuracy of two commonly used regression models, partial least squares regression (PLSR) and random forest regression (RFR), in estimating LAI for different soil types. We also explored the problems arising from applying the regression model developed in single soil type area to complex soil types area in retrieving LAI. Important findings This paper demonstrates the effects of soil types underneath the canopy on LAI retrieving. 1) The sensitivity of spectral indices to LAI is significantly different due to the soil type variation, but REIP has the least effects from soil type variation among the eight spectral indices. Meanwhile, the band selection algorithm of lambda-by-lambda not only chooses the most sensitive spectral interval for LAI, but also provides a feasible way to construct the spectral index that exhibits strong resistances to the effects of soil types underneath the canopy. 2) The accuracy of LAI estimation by regression models differs under soil type considered or not. So we suggest that in small scale researches, especially in a field scale, the ability of regression models in explaining variables is the priority consideration, while the PLSR is superior to RFR in this respect. Under the premise of unknown priori knowledge of land surfaces, the RFR is more suitable for retrieving LAI than PLSR, but land surface priori knowledge is still necessary. These findings provide the theoretical basis and methods for developing remotely sensing estimating LAI models adapted to various land surfaces. Further analysis is needed in applying the findings in more crop types, cultivars and growth stages.     

玉米花生间作和磷肥对间作花生光合特性及产量的影响

揭示玉米(Zea mays)和花生(Arachis hypogaea)间作提高花生对弱光利用能力的光合特点及磷(P)肥效应, 对阐明间作花生适应弱光的光合机理和提高间作花生的产量具有重要意义。该试验于2011-2012年在河南科技大学试验农场分析了间作花生功能叶的叶绿素含量与构成、光响应曲线和CO₂响应曲线特点和荧光参数。结果表明: 与单作花生相比, 施P与不施P条件下玉米和花生间作显著(p < 0.01)提高了花生功能叶的叶绿素b含量, 降低了叶绿素a/b, 显著提高了光系统II最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)、表观量子效率(AQY)和弱光时的光合速率, 显著降低了气孔导度、二磷酸核酮糖羧化酶羧化速率(V_cmax)、电子传递速率(J_max)和磷酸丙糖利用速率(TPU); 与不施P相比, 施P有利于提高间作花生功能叶的叶绿素含量, 显著提高了Φ_PSII、q_P、V_cmax、J_max和TPU, 说明间作花生通过提高功能叶的叶绿素b含量, 改变叶绿素构成, 提高了光系统II的F_v/F_m、Φ_PSII和q_P, 增强了对光能的捕获和转化能力, 提高了对弱光的利用能力, 而并非提高了对CO₂的羧化固定能力; 施P有利于提高间作花生对弱光的利用能力和产量, 土地当量比提高了6.2%-9.3%。     

基于4种光响应模型模拟不同砧木对夏黑葡萄耐弱光能力的影响

采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型和指数模型4种光响应模型分别拟合夏黑/贝达、夏黑/1103P、夏黑/101-14、夏黑/3309C、夏黑/140Ru、夏黑/5C、夏黑/5BB、夏黑/420A、夏黑/SO4、夏黑/抗砧1号、夏黑/华葡1号11种砧穗组合的光响应曲线,通过拟合程度、光补偿点、光饱和点、初始量子效率、最大净光合速率、暗呼吸速率等6个参数分析比较其拟合效果.结果表明: 4种模型拟合系数都在0.98以上,在光补偿点上,4种模型拟合效果相差不大,但直角双曲线修正模型在光饱和点、初始量子效率、最大净光合速率和暗呼吸速率方面拟合程度最好,运用赤池信息量准则计算,直角双曲线修正模型赤池信息量准则(AIC)值也最小,因此,直角双曲线修正模型为最佳拟合模型.通过聚类分析发现,夏黑/SO4、夏黑/420A两砧穗组合的表观量子效率高、光补偿点低、暗呼吸速率低,说明两者对弱光的利用效率高,耐弱光能力强,呼吸消耗少.通过Topsis (Technique for Order Prefe-rence by Similarity to an Ideal Solution)方法综合排名发现,夏黑/SO4、夏黑/420A组合耐弱光能力分别为第1、2名,与聚类分析结果一致.因此,夏黑以SO4或420A作为砧木的耐弱光能力最突出,更适合设施栽培.     

逐步失水过程中绿竹光响应进程及其拟合

利用便携式光合测定系统Li-6400,在人为浇水至土壤水分饱和后的自然耗水过程中,分析2年生绿竹盆栽苗叶片在连续多级土壤水分下的光合作用光响应过程.结果表明: 在土壤相对含水量53.5%～95.6%条件下,绿竹光合作用光响应过程不会受到明显的强光抑制,且在相对水分亏缺条件下(53.5%～69.6%)达到更高的光合作用水平,而在严重水分亏缺后(土壤相对含水量≤33.6%)产生明显光抑制.在对绿竹叶片逐步失水过程的光响应拟合中,直角双曲线模型对净光合速率(P_{n max})的拟合值远高于实测值;直角双曲线模型、非直角双曲线模型和指数模型3种模型拟合的光饱和点(LSP)远低于实测值.在严重水分亏缺阶段,3种模型对光响应曲线拟合存在较大误差.气孔限制值(L_s)及瞬时水分利用效率(WUE_inst)具有相似的阈值响应过程,表现为随着土壤相对含水量减少而先增大后减小,且最大值出现在53.5%～69.6%条件下,这一结果与光合作用光响应过程取得P_{n max}的土壤相对含水量范围相同,具有一定的表征意义.绿竹旱涝管理最佳的土壤相对含水量为53.5%～69.6%,较高土壤含水量下(69.6%～95.6%)绿竹也有良好的光合表现.直角双曲线修正模型对绿竹在相对含水量为23.1%～95.6%条件下的光合作用光响应过程拟合较好,而其余3种模型均有局限性.     

Effects of drought stress on photosynthesis,growth and root structure of transgenic PtPIP2;8 poplar 84K (Populus alba × P. glandulosa)

为研究水通道蛋白PtPIP2;8基因功能, 了解其不同表达水平的转基因84K杨(Populus alba × P. glandulossa)应对干旱胁迫的响应, 该文以转PtPIP2;8 84K杨抑制表达株系(抑制表达)、野生型(WT)和转PtPIP2;8 84K杨超表达株系(超表达)为试验材料, 测定PtPIP2;8表达水平、根系导度、光响应曲线、气体交换参数、生长及根系形态指标。结果显示: (1) WT植株PtPIP2;8仅在根系表达; 超表达植株PtPIP2;8除在根部显著表达外, 在茎和叶片中也显著表达; 抑制表达植株PtPIP2;8仅在根部有微量表达, 表达量分别是WT和超表达植株的1/20和1/80。(2)根系结构分析发现, 超表达植株总根长、总根表面积、总根体积、总根尖数显著低于WT和抑制表达植株, 根系导水率显著高于WT和抑制表达植株, 表明PtPIP2;8参与了植物根系水分运输, 提高了水分运输效率。(3)正常水分条件下, 抑制表达植株苗高、叶面积显著低于WT和超表达植株, 根冠比显著高于WT和超表达植株。干旱胁迫后, 抑制表达植株净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)下降幅度小, 仍能维持较高的P_n。气体交换参数显示抑制表达植株P_n、G_s日变化为“单峰”型, 属气孔因素引起的净光合速率下降;WT和超表达植株P_n、G_s日变化为“双峰”型, 干旱胁迫后, 抑制表达植株P_n略微下降, WT和超表达植株P_n均下降, 尤其是13:00、15:00下降显著, 表明WT和超表达植株对干旱胁迫更加敏感, 干旱对其影响更大。(4)干旱胁迫后, 抑制表达植株相对生长速率、总生物量降低的最少, 根冠比最高; 总根表面积、总根体积、总根尖数显著高于WT植株。表明PtPIP2;8直接参与水分运输并提高水分运输效率, 其转化影响了植株根系发育和生长。超表达植株根系发育的下降和叶面积的增大减弱了它的抗旱性, 而抑制表达植株矮小, 降低的叶面积, 增加的根系生长和根冠比提高了它的抗旱能力。从研究结果来看, 水通道蛋白提高了水分跨膜运输效率, 而非水通道蛋白导水机制对干旱有较强的耐受性。     

三峡库区消落带不同水淹强度下池杉与落羽杉的光合生理特性

为探究三峡库区消落带原位人工种植的池杉(Taxodium ascendens)和落羽杉(Taxodium distichum)在该特殊生境下的适应机制,设置了浅淹(SS,海拔175m,对照)、中度水淹(MS,海拔170m)和深度水淹(DS,海拔165m)3个水淹处理组,测定了两树种在连续4个周期性水淹处理后的光合响应过程,并采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型和指数模型进行拟合,比较各模型拟合结果差异并选出最优模型,通过最优模型来分析水淹后落干期两树种的光合生理变化。结果表明:(1)不同模型间的光响应曲线拟合结果存在差异(P0.05)。综合分析可知,4种模型中,指数模型是拟合两树种光响应曲线的最优模型,更符合植物的生理学意义。(2)两树种的光响应曲线有相似的变化规律,光合速率(P_n)的表现均为DS组MS组SS组。(3)中度水淹和深度水淹两树种的最大净光合速率(P_(nmax))、表观量子效率(α)、光饱和点(LSP)均高于浅淹,而光补偿点(LCP)则显著降低。以上结果说明落干生长期两树种对强光和弱光的利用能力增强,水淹对两树种的光合潜力有一定的促进作用,这可能与其遭受水淹胁迫后的自我调节能力和光合补偿机制有关。由此表明,当生境发生不良变化时,植物的适应性变化往往表现为沿着有利于光合作用最大化的方向发展。