C3与C4植物的环境调控

环境条件决定着不同光合类型植物的地理分布范围和区域 ,一般来说 ,C4 植物分布于高温、强光的环境而 C3植物分布于阴凉、湿润的环境 ,且 C4 比 C3植物光合速率高。但环境条件影响着不同光合类型植物的光合潜能的发挥 ,C4 植物在高温、强光、干旱条件下所表现出来的优势在其它环境条件下未必就显现出来。环境条件甚至可以引起 C3、C4 光合途径间的相互转化 ,这使得目前几种鉴别植物光合类型的方法出现不一致的结果。因此 ,在判断植物的光合类型时 ,要注意多种手段的综合利用 ,同时注意植物所处环境条件的影响。     

C3植物中C4途径的研究进展

综述了Ｃ３植物中Ｃ４途径的发现及研究现状：阐述了Ｃ３植物中Ｃ４途径的几种作用机理;根据Ｃ３植物中Ｃ４途径的存在,探讨了改造Ｃ３植物的遗传特性;并展望了这一领域的研究前景。     

C3植物中C4途径的研究进展

综述了C3植物中C4途径的发现及研究现状;阐述了C3植物中C4途径的几种作用机理;根据C3植物中C4途径的存在,探讨了改造C3植物的遗传特性;并展望了这一领域的研究前景。     

C_3植物的C_4光合途径

人类主要的粮食作物小麦、水稻、大豆等均为C_3植物,由于C_4光合途径显著优于C_3途径,因此,优化C_3作物拥有C_4光合途径特征的研究一直在探究中。综述了C_3植物的C_4光舍碳途径的发现、运行机制、诱发因素等,总结了改造C_3植物光合效率的方法并做了简单展望。     

浑善达克沙化草地C4植物资源及其与植被演替的关系

根据野外调查和文献资料研究了浑善达克沙化草地 C4 植物的种类组成及其与沙化草地植被演替的关系。浑善达克沙化草地共有野生 C4 植物 2 7种 ,分属于 7科、2 2个属 ,其中以禾本科最多 ,有 16种 ,藜科次之 ,有 6种。该区域的 C4植物中 1年生植物约占 6 3% ,且多为沙化演替的先锋物种。C4 植物数量和 C4 / C3比基本随沙化演替的进行而增加 ,尤其在弃耕地和流动沙丘阶段 C4 / C3比均在 2 0 %以上 ,体现了 C4 植物抗逆性强的生物学特点     

C3和C4植物光合途径的适应性变化和进化

高等植物大多为C₃植物, C₄植物和景天酸代谢(Crassulacean acid metabolism, CAM)植物是由C₃植物进化而来的。C₄途径的多源进化表明, 光合途径由C₃途径向C₄途径的转变相对简单。该文分析研究了植物光合途径的进化前景, 指出C₄植物是从C₃植物进化而来的高光效种类, 且地质时期以来降低的大气CO₂浓度和升高的大气温度以及干旱和盐渍化是C₄途径进化的外部动力。C₃植物的C₄途径的发现说明植物的光合途径并非是一成不变的, C₃和C₄植物的光合特征具有极大的可塑性, 某些环境的变化会引起植物光合途径在C₃和C₄途径之间转变。C₃植物具有的C₄途径是环境调控的产物, 是对逆境的适应性进化结果, 因而光合途径的转变也适用于干旱地区植被的适应性生存机理研究。该文还利用国外最新的C₄光合进化模型介绍了植物在进化C₄途径中所经历的7个重要时期(从分子基础到形态基础、结构基础, 再到物质代谢水平、光合酶活水平, 直到C₃和C₄途径协调运转时期, 最后达到形态与功能最优化阶段), 并结合全球气候变化的特点对国内外相关领域的研究进行了分析, 总结了植物光合途径的适应性转变和进化的研究成果, 为今后的相关工作提出建议。     

中国C4植物的地理分布与生态学研究 Ⅰ.中国C4植物及其与气候环境的关系

通过调查记录了中国５３３种４０变种和３亚种具有Ｃ４光合作用的植物和８种Ｃ３～Ｃ４中间植物。它们隶属于１６０属２４科,其中４６属９７种、８变种和１亚种隶属于双子叶植物,１１４属４３６种、３２变种和２亚种隶属于单子叶植物。Ｃ４植物主要属于禾本科（９６属３２４种、３２变种和２亚种）,莎草科（１４属１０８种）,藜科（１３属３７种、７变种和１亚种）和苋科（３属１６种１亚种）。根据中国的温度气候（寒温带,冷温带,中温带,暖温带,亚热带和边缘热带）和大气水分状况（极干旱,干旱,半干旱,半湿润,季节性干旱和湿润）将中国除了南海诸岛以外的地理区域划为７个区和１２个亚区,并总结出中国Ｃ４种的地理与气候分布区。Ｃ４植物种数（尤其是禾本科和莎草科）随着大气温度与水分增高而增加。然而,藜科的Ｃ４植物种数随着大气温度与水分增高而减少。调查结果表明中国Ｃ４植物具有广阔的地理分布特点,在寒温带也有一定数量的分布。     

差别分析方法在鉴别C3,C4植物中的应用——以中国东北样带（NECT） …

判别分析是多元统计分析中判断个体所属类型的一种重要方法。以中国东北样带（ＮＥＣＴ）作为研究平台,利用判别分析鉴别植物光合功能型。采用国际上先进的植物光合测定系统ＬＣＡ４便携式光合仪和ＣＩＤ－２０３便携式嘿面积仪在野外所测定的植物生理生态参,选取５１个来自Ｃ３功能群的植物种和１５个来自Ｃ４功能群的植物种构建判别模型,进行光合碳同化途径的判别。     

C3、C4和C3-C4中间型植物的进化

介绍了有关C3、C4和C3-C4中间型植物进化的形态学、生理学、分子生物学、遗传学等方面的证据;推断地球上首先出现C3植物,然后是C3-C4中间类型植物,最后出现C4植物.     

C3和C4植物寄主对华北地区棉铃虫越冬代和第一代的影响

确定华北越冬代棉铃虫虫源及其对第一代棉铃虫种群的影响是制定棉铃虫防治策略的基础。以越冬代棉铃虫蛾翅的稳定同位素δ¹³C为天然标记直接判定这些成虫的幼虫期寄主类型,并将雌虫接到春小麦植株上,调查其产卵、孵化、幼虫发育至化蛹、羽化等特征。结果表明,越冬代来自C₃植物(主要为棉花)的成虫个体数量占全部越冬羽化种群的53.1%,所产生的下一代老熟幼虫也较C₄来源的多(55.1%);雌蛾受精率都比较高;卵孵化率较高(52.9%>41.6%);幼虫发育在低龄阶段较比后者快,存活率低,但在高龄幼虫阶段相对后者慢,存活率高;与C₄植物(主要玉米)的来源个体后代的幼虫发育总历期接近,总存活率也相近。显示寄主植物小麦提供的营养条件在第一代棉铃虫的幼虫发育中具有决定性意义,即小麦只在特定阶段才适合幼虫的发育;而且不论是C₃还是C₄寄主来源的越冬代棉铃虫已经适应了这一限制。有效地评价了玉米和棉花等寄主植物对华北地区越冬代和次年第一代棉铃虫的影响,对于分析越冬代棉铃虫的虫源性质和第一代棉铃虫的防治及Bt抗性的治理有重要参考价值。     

C3和C4植物叶片对光氧化响应的日变化

田间生长的C3植物花生和C4植物玉米分别于晴天上午9：00、中午12：00、下午15：00取样。中午12：00花生叶片的Fv／Fm较早上9：见下降16％,出现了光抑制现象,玉米叶片的Fv／Fm则未下降。不同时间取样的花生和玉米叶片经甲基紫精（MV） 强光的人为光氧化处理,叶绿素和类胡萝卜素出现不同程度的氧化降解,中午12：00降解幅度最大,15时降幅最小。植物叶片的抗氧化能力与其SOD活性相关,而与PEPCase的活性没有明显的相关性。光氧化处理后,花生和玉米的叶绿素荧光参数FV／Fm、qp、pSII都下降,花生在12：00的降幅最小,玉米的降幅最大。光氧化引起花生的qN和热耗散系数（KD）上升,玉米则都下降．结果显示C3植物花生和C4植物玉米对光氧化的响应可能存在不同的机制。     

几种C4和CAM植物光合亚途径的鉴别

C_4.植物鼠尾粟(Sporobolus indicus),金色狗尾草(Setaria glauca)、细叶结缕草(zoysia tenuifolia)、千金子(Leptochloa chinensis)和 CAM 植物芦荟(Aloe vera)属PEP 羧激酶亚型。C_4双子叶植物飞扬草(Euphorbia hirta)则为 NAD 苹果酸亚型。前面4种 PEP 羧激酶型的 C_4草本植物的维管束鞘细胞叶绿体呈均匀分布,与已知的该型的离心排列不同。认为这可为 C_4植物三种光合亚型的演化关系提供新的证据。     

Photosynthetic traits in C3 and C4 grassland species in mesocosm and field environments

The North American tallgrass prairie is composed of a diverse mix of C₃ and C₄ plant species that are subject to multiple resource limitations. C₄ grasses dominate this ecosystem, purportedly due to greater photosynthetic capacity and resource-use efficiency associated with C₄ photosynthesis. We tested the hypothesis that intrinsic physiological differences between C₃ and C₄ species are consistent with C₄ grass dominance by comparing leaf gas exchange and chlorophyll fluorescence variables for seven C₄ and C₃ herbaceous species (legumes and non-legumes) in two different settings: experimental mesocosms and natural grassland sites. In the mesocosms, C₄ grasses had higher photosynthetic rates, water potentials and water-use efficiency than the C₃ species. These differences were absent in the field, where photosynthetic rates declined similarly among non-leguminous species. Thus, intrinsic photosynthetic advantages for C₄ species measured in resource-rich mesocosms could not explain the dominance of C₄ species in the field. Instead, C₄ dominance in this ecosystem may depend more on the ability of the grasses to grow rapidly when resources are plentiful and to tolerate multiple limitations when resources are scarce.     

Comparative ecophysiology of C3 and C4 plants

Abstract. In this review we relate the physiological significance of C₄ photosynthesis to plant performance in nature. We begin with an examination of the physiological consequences of the C₄ pathway on photosynthesis, then discuss the ecophysiological performance of C₄ plants in contrasting environments. We then compare the performance of C₃ and C₄ plants when they occur together in similar habitats, and finally discuss the distribution of C₄ photosynthesis with respect to the physical environment, phylogeny, and life form.     

C3和C4植物光合途径的适应性变化和进化

 高等植物大多为C₃植物, C₄植物和景天酸代谢(Crassulacean acid metabolism, CAM)植物是由C₃植物进化而来的。C₄途径的多源进化表明, 光合途径由C₃途径向C₄途径的转变相对简单。该文分析研究了植物光合途径的进化前景, 指出C₄植物是从C₃植物进化而来的高光效种类, 且地质时期以来降低的大气CO₂浓度和升高的大气温度以及干旱和盐渍化是C₄途径进化的外部动力。C₃植物的C₄途径的发现说明植物的光合途径并非是一成不变的, C₃和C₄植物的光合特征具有极大的可塑性, 某些环境的变化会引起植物光合途径在C₃和C₄途径之间转变。C₃植物具有的C₄途径是环境调控的产物, 是对逆境的适应性进化结果, 因而光合途径的转变也适用于干旱地区植被的适应性生存机理研究。该文还利用国外最新的C₄光合进化模型介绍了植物在进化C₄途径中所经历的7个重要时期(从分子基础到形态基础、结构基础, 再到物质代谢水平、光合酶活水平, 直到C3和C4途径协调运转时期, 最后达到形态与功能最优化阶段), 并结合全球气候变化的特点对国内外相关领域的研究进行了分析, 总结了植物光合途径的适应性转变和进化的研究成果, 为今后的相关工作提出建议。     

Seasonal water availability predicts the relative abundance of C3 and C4 grasses in Australia

Aim Numerous studies have examined the climatic factors that influence the abundance of C₄ species within the grass flora (C₄ relative species richness) in various regions throughout the world, but very few have examined the relative abundance of C₄ vs. C₃ grasses (C₄ relative abundance). We sought to determine the climatic factors that influence C₄ relative abundance throughout Australia. Location Australia (including Tasmania). Methods We measured C₄ relative abundance at 168 locations and measured δ¹³C (the abundance of ¹³C relative to ¹²C) of the bone collagen of 779 kangaroos collected throughout Australia, as bone collagen δ¹³C was assumed to be proportional to the relative abundance of C₄ grasses in the diet. Results Both C₄ relative abundance and kangaroo bone collagen δ¹³C were found to have a strong positive relationship with seasonal water availability, i.e. the distribution of rainfall in the C₄ vs. C₃ growing seasons (76% and 69% of deviance explained, respectively). There was clear evidence that seasonal water availability was a better predictor of both C₄ relative abundance and bone collagen δ¹³C than other climate variables such as mean annual temperature and January daily minimum temperature. However, seasonal water availability appeared to be a relatively poor predictor of C₄ relative species richness, which was most closely related to January daily minimum temperature (90% of deviance explained). Main conclusions Our results highlight the relatively poor relationship between C₄ relative abundance and C₄ relative species richness, and suggest that these two variables may be related to different climatic factors. They also suggest that caution is required when using C₄ relative species richness to infer the relative biomass and productivity of C₄ grasses on a global scale.