玉米和花生间作体系光合碳同化酶活性对CO2浓度升高的响应特征

该试验以玉米、花生2∶4间作模式为对象,采用开顶式气室法控制环境CO_2浓度,于2018-2019年设环境CO_2浓度(Ca, 390μmol·mol~(-1))和升高CO_2浓度(Ce, 700μmol·mol~(-1)),以及不施磷(P_0)和施磷(180 kg P_2O_5·hm~(-2),P_(180))处理下,分析CO_2浓度升高对间作玉米和间作花生功能叶光合碳同化关键酶活性、净光合速率以及籽粒产量的影响,以明确CO_2浓度升高影响玉米、花生间作体系光合作用的机理,为将来CO_2浓度升高环境下间作高产高效提供理论基础。结果表明:(1) Ce处理提高了间作玉米功能叶的PEPC、PPDK、NADP-MDH、Rubisco、GAPDH和Ru5PK等光合碳同化酶活性,其中PEPC和NADP-MDH在苗后43 d以及PPDK、Rubisco、GAPDH和Ru5PK在苗后59 d增幅均达到显著水平,此时施磷对其有正向调控作用。(2) Ce处理增强了间作花生功能叶的Rubisco、GAPDH、Ru5PK和FBPase等光合碳同化酶活性,在苗后43 d和59 d增幅均达到显著水平,此时施磷进一步显著提高了Rubisco与FBPase活性。(3) Ce处理下间作玉米、间作花生的净光合速率显著提高,间作玉米、间作花生和间作体系的籽粒产量分别显著提高了4.4%～52.0%、10.3%～24.0%和5.7%～47.0%;CO_2浓度升高和施磷对间作玉米、花生功能叶的净光合速率和间作体系产量具有正协同效应。研究表明,CO_2浓度升高可以通过提高间作玉米功能叶片的PEPC、PPDK、Rubisco、GAPDH和Ru5PK及间作花生功能叶片的Rubisco、GAPDH、Ru5PK和FBPase等光合碳同化酶活性,增强其对CO_2羧化固定能力,提高间作玉米、间作花生的光合速率,最终显著增加玉米、花生及间作体系的产量,并且增施磷肥对其具有正调控效应。     

大气CO2浓度升高对春玉米土壤呼吸的影响

为探讨春玉米不同生育期土壤呼吸速率对大气CO₂浓度升高的响应,以黄土高原旱作春玉米为研究对象,通过改进的开顶式气室（OTC）模拟大气CO₂浓度升高的环境,在田间条件下设置自然大气CO₂浓度（CK）、OTC对照（OTC,CO₂浓度同CK）与CO₂浓度升高（OTC+CO₂,OTC系统自动控制CO₂浓度700 μmol/mol）3种处理。研究了旱区覆膜高产栽培春玉米播前（V0）、六叶期（V6）、九叶期（V9）、吐丝期（R1）、乳熟期（R3）、蜡熟期（R5）及完熟期（R6）土壤呼吸速率对大气CO₂浓度升高的响应特征,以及大气CO₂浓度升高对土壤呼吸速率的温度与水分效应的影响。研究发现,OTC+CO₂处理土壤呼吸速率,与CK相比,在R3和R5期分别增加43%、104%（P<0.05）,与OTC相比,R3和R5期分别提升了63%、109%（P<0.05）;OTC处理与CK相比,在整个生育期对土壤呼吸影响不显著;3种处理条件下,土壤温度和水分随生育期变化趋势基本一致,土壤呼吸速率与土壤温度和水分分别呈指数相关和抛物线型相关;结果表明：大气CO₂浓度升高对土壤呼吸的影响因生育期而异,土壤温度和土壤水分是影响旱地农田土壤呼吸的重要因素,CO₂浓度升高会使土壤呼吸温度效应值（Q₁₀）降低,土壤呼吸对土壤水分响应的阈值提高。     

CO2浓度升高对龙血树和春羽生长及光合生理的影响

采用开顶式气室（OTC）控制模拟环境,研究了二氧化碳（CO₂）浓度升高对龙血树和春羽叶片光合生理及叶绿素荧光参数的影响。结果表明:（1）随着CO₂浓度增加,龙血树和春羽幼苗叶面积和株高均呈显著增加趋势。（2）龙血树和春羽幼苗叶片净光合速率随着CO₂浓度的升高均呈先增加后降低的趋势,而同期蒸腾速率和气孔导度显著降低。（3）随着CO₂浓度的增加,龙血树和春羽幼苗叶片最大光量子产量、实际光能转化效率均呈先升后降的趋势,而同期非光化学猝灭系数呈先降低后升高的趋势;光化学猝灭系数总体上也呈先升高后降低的趋势,但差异不显著。研究表明,一定时间的高浓度CO₂处理提高了龙血树和春羽的净光合速率,促进了植物的生长,但随着处理时间的延长,这种促进作用逐渐降低进而消失,并以春羽幼苗表现得更突出;即高浓度CO₂可能破坏了龙血树及春羽生长后期光系统Ⅱ反应中心结构,导致叶片光合能力降低。     

CO_2浓度升高对宁夏枸杞苗木光合特性及生物量分配影响

为明确大气CO_2浓度升高对宁夏枸杞光合特性及生物量分配的影响,以宁夏枸杞苗木为试材,采用开顶气室(OTC)模拟自然环境大气CO_2浓度变化,设置3个CO_2浓度水平[CK(380±20μmol/mol)、TR1(570±20μmol/mol)、TR2(760±20μmol/mol)],分别于不同CO_2浓度处理90d、120d后,测定其净光合速率(P_n)、光响应曲线、CO_2响应曲线等相关指标及植株不同器官生物量。结果表明:(1)TR1及TR2下Pn于第一年处理至90d时均较CK显著升高(P0.05),且TR1处理在120d时较CK显著降低;第二年处理90d时,TR1处理较CK下降了4.77%,处理120d时TR1、TR2均高于CK,但差异不显著。(2)随着CO_2浓度升高,两年中TR1、TR2处理的胞间CO_2浓度(C_i)较CK均显著升高,处理后120d时,气孔导度(G_s)较CK均显著下降;水分利用率(WUE)在第一年处理中均无显著变化,但在第二年处理120d时,TR1、TR2均较CK显著上升。(3)处理至90d和120d时,TR1、TR2组的宁夏枸杞苗木光饱和点、CO_2饱和点均高于CK,但TR2组初始羧化效率低于CK。(4)随着CO_2浓度升高,宁夏枸杞苗木地上部分生物量分配显著增加,地下部分生物量分配显著降低。研究发现,一定时间内适宜CO_2浓度升高可促进宁夏枸杞苗木光合作用,使得其地上部分生物量分配显著提高,地下部分生物量分配显著降低;但随着处理浓度升高及处理时间延长,其光合作用有下调趋势,表现为净光合速率、气孔导度、初始羧化效率等下降。     

不同CO2浓度升高和氮肥水平对水稻叶绿素荧光特性的影响

为研究不同CO₂浓度升高和氮肥水平对水稻叶绿素荧光特性的影响,利用由开顶式气室（OTC）组成的CO₂浓度自动调控平台开展田间试验。以粳稻9108为试验材料,CO₂浓度设置CK（对照,环境大气CO₂浓度）、C₁（CO₂浓度比CK增加160 μmol/mol）和C₂（CO₂浓度比CK增加200 μmol/mol）3个水平;氮肥设置低氮（N₁：10 g/m²）、中氮（N₂：20 g/m²）和高氮（N₃：30 g/m²）3个水平。结果表明,在低氮条件下,与CK相比,C₁处理使拔节期的F_o上升4.8%（P=0.031）;C₂处理使拔节期的F_o上升6.3%（P=0.015）,F_v/F_m下降4.8%（P=0.003）,使孕穗期的F_o上升12.7%（P=0.039）,F_v/F_o下降18.2%（P=0.039）。在高氮条件下,与CK相比,C₂处理使灌浆期的F_m、F_v和F_v/F_m分别下降3.6%（P=0.039）、4.9%（P=0.013）和1.3%（P=0.039）。在中氮条件下,与CK相比,C₁和C₂处理的影响不明显。在整个生育期内,CO₂浓度升高与施氮处理交互作用对水稻叶绿素荧光特性的影响未到达显著水平。研究表明,大气CO₂浓度升高使水稻叶片光系统Ⅱ受损,抑制其电子传递能力、电子受体Q_A氧化还原情况、最大光化学效率和潜在活性,通过适量施氮可以有效地缓解其负面效应。     

CO2浓度升高条件下内生真菌感染对宿主植物的生理生态影响

以内蒙古草原常见伴生种、感染内生真菌的天然禾草羽茅为研究对象,通过比较不同CO₂浓度和不同养分供应条件下,带内生真菌和不带菌植物在种子发芽和幼苗生长等方面的差异,探讨带内生真菌的天然禾草对CO₂浓度增加的响应。结果表明:CO₂浓度增加对带菌种子发芽率和发芽速度均无显著影响,但CO₂浓度增加显著降低了不带菌种子的发芽率和发芽速度,即CO₂浓度升高加大了带菌和不带菌种子发芽率之间的差异;内生真菌感染显著提高了宿主植物的最大净光合速率和水分利用效率;羽茅的营养生长受CO₂浓度和养分供应的交互影响,高CO₂浓度对生长的促进作用只出现在充足养分供应条件下;CO₂浓度升高和内生真菌感染对植物根系形态有显著的交互作用,在正常CO₂浓度下,带菌植株根径>1.05 mm的根系比例显著高于不带菌植株,随着CO₂浓度的升高,带菌植株上述根径根系所占比例无显著变化而不带菌植株所占比例显著升高,CO₂浓度升高导致带菌和不带菌不同根径根系分配之间的差异缩小。     

不同天气水稻光合日变化对大气CO2浓度和温度升高的响应——FACE研究

人类活动导致大气二氧化碳浓度(CO_2)升高、全球气候变暖和光合有效辐射(PAR)降低,影响着绿色作物的光合作用。为了明确高CO_2浓度、高温和低PAR对水稻光合日变化特征的影响,利用中国稻田开放空气CO_2浓度升高系统(free air CO_2enrichment,FACE),以常规粳稻南粳9108为试验材料,设置了环境CO_2和高CO_2浓度(增200μmol/mol)、环境温度和增高温度(增1—2℃)交互的4个处理,从9:00到17:00每隔1h测定了阴天和晴天水稻的光合作用,研究了不同天气对水稻光合日变化对大气CO_2浓度和温度升高的响应。观察到不同天气条件下水稻光合日变化的不同特征,晴天Pn为双峰曲线,发生了光合"午休",阴天未发生。结果表明,高CO_2浓度显著提高了水稻Pn,温度升高有降低水稻Pn趋势,CO_2浓度增加200μmol/mol对水稻光合作用的促进效应远大于增温1—2℃对其的抑制效应。高CO_2浓度显著增加了水稻胞间CO_2浓度(Ci),降低了水稻蒸腾速率(Tr),平均降幅为10.8%—22.0%。高温有降低Ci的趋势,增加了Tr,平均增幅达5.0%—13.5%。晴天比阴天增加了水稻Tr,平均增幅为9.8%—31.2%。CO_2浓度和温度同时升高显著降低了水稻气孔导度(Gs)。这些结果说明CO_2浓度、温度和PAR对水稻水分利用率(WUE)产生综合影响。阴天PAR比晴天平均低53.3%,阴天水稻Pn比晴天显著低,平均降幅达37.1%—72.0%。与对照比较,高CO_2浓度处理,较高PAR(晴天)条件下水稻Pn的增幅(38.6%—58.4%)显著大于较低PAR(阴天)条件下水稻Pn的增幅(21.6%—38.8%),这一现象值得关注和深入探讨。研究结果表明,评估气候变化对水稻生产的影响,需同时考虑未来大气CO_2浓度和温度升高以及PAR下降的因素及其相互作用。     

模拟CO2浓度升高和降雨量变化对红砂生物量分配及碳氮特征的影响

以荒漠优势植物红砂2年生苗木为试材,采用盆栽试验和开顶式CO_2控制气室模拟CO_2浓度变化(350μmol/mol和700μmol/mol)研究了红砂生物量分配及碳氮特征对降水变化减少30%、减少15%、自然降水、增加15%和增加30%(-30%、-15%、0、15%、30%)的响应。结果表明:(1)CO_2浓度上升显著性的促进红砂地上茎叶和地下的根生物量,降雨量增加或减少也显著性的促进或抑制了这一作用;CO_2倍增时,红砂的地上生物量在降水增加30%时平均增加了61.28%(P0.05),而根生物量在降水增加或减少30%时均分别增加了84%(30%)和3.21%(-30%),这种响应导致红砂根冠比在降水减少时大于降雨量增加时,CO_2倍增显著地抑制了这一作用。(2)CO_2浓度上升显著性地促进了红砂根、茎、叶中的碳含量,显著性地抑制了红砂根、茎、叶中氮含量,降雨量增加或减少也显著性的促进或抑制了这一作用;这种响应导致红砂根、茎、叶的C/N在降雨减少30%时增加80.22%(根)、103.02%(茎)和199.88%(叶)(P0.05),在降雨增加30%时增加24.99%(根)、30.27%(茎0)和104.45%(叶)(P0.05),CO_2浓度倍增显著性地促进了这一作用。(3)以上结果表明,未来全球CO_2浓度升高时,在降雨量增加地区红砂因充足的碳源和水分而得以恢复;在降雨减少的地区,CO_2的升高对降雨减少造成的干旱胁迫有一定的补偿作用,红砂则以较高的根冠比来维持其在荒漠生态系统中地位。     

CO2浓度升高对木荷幼苗光合特征的影响

IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)报告预测,到2100年CO₂浓度会出现430～480、580～720、720～1000和>1000μmol·mol^-1 4种不同情景,而目前同时探究所有CO₂情景下植物响应情况的研究很少。本试验利用开顶式气室分别探究自然大气浓度(约400μmol·mol^-1)、550、750和1000μmol·mol^-1 4个CO₂水平在生长季内对一年生木荷(Schima superba)幼苗气体交换参数、光合色素含量及生物量的影响。结果表明：熏气期间,550、750和1000μmol·mol^-1浓度下木荷幼苗净光合速率分别平均提升32.7%、66.7%、82.7%,胞间CO₂浓度分别平均增加60.3%、126.2%、223.9%,而高浓度CO₂对净光合速率的提升作用随着熏气时间延长,可能受叶片氮含量减少等非...     

铜镉污染土壤上CO2浓度升高对籼稻稻米品质的影响

采用盆栽试验,利用开顶式气室(Open Top Chamber,OTC)研究了5个籼稻品种在高、低铜镉复合污染土壤上,CO2浓度升高对水稻生长及吸收Cu、Cd和矿质元素Fe、Zn、Ca、Mn的影响,并对稻米中Cd的安全性进行了评价,了解Cd污染对人类健康的潜在风险。结果表明:CO2浓度升高,显著降低了低复合污染土壤上稻米的生物量,而显著增加了高复合污染土壤上的稻米生物量。CO2浓度升高降低了低污染土壤上稻米Cu含量,降低幅度为4.75%—24.49%,增加了高污染土壤上稻米Cu含量,增加幅度为6.60%—40.37%;而稻米Cu的总吸收量在低、高复合污染土壤上均是降低的。低、高复合污染土壤上,CO2浓度升高显著降低了三香优974稻米的Cd含量和吸收量;增加了其他4个品种稻米Cd含量和吸收量。CO2浓度升高对不同品种稻米中Fe、Zn、Ca、Mn含量影响存在显著差异。CO2浓度正常、升高条件下,两种污染土壤上金优463稻米中Cd含量超过食品卫生标准(Cd≤0.2mg/kg),三香优974在正常CO2浓度条件下其稻米Cd含量超过食品卫生标准。在低、高复合污染土壤上,金优463和三香优974稻米中Cd的THQ值均大于1,说明对人体暴露接触的潜在风险比较严重。CO2浓度升高显著降低了三香优974稻米中Cd对人体暴露接触的潜在风险,而对其他4个水稻品种稻米Cd的THQ值影响不明显。     

大豆主要株型和产量指标对大气CO2和温度升高的响应

针对当前气候变暖和大气CO_2浓度升高同步发生现实,以高光效大豆品种黑农41(HN41)和3个常规对照品种周豆16号(ZD16)、中豆35号(ZD35)和桂黄豆2号(GHD2)为研究对象,通过开顶式气室模拟高CO_2浓度(650μL/L)和温度升高(±0.5—0.6℃)研究了大气CO_2和温度升高对大豆的生长发育与产量影响。结果表明,CO_2浓度升高对株高、茎粗、单株干重和单株籽粒重影响极显著;温度、CO_2与品种互作极显著地影响单株籽粒重。CO_2浓度升高有增加大豆株高、茎粗、干重和单株籽粒重的趋势,且高温下CO_2浓度升高对株高和茎粗的促进作用更大,而正常温度水平下高CO_2浓度升高更有利于干物质积累。与对照CO_2浓度比,高CO_2浓度显著促进了高温下HN41、ZD16和GHD2的株高,并显著提高了正常温度下HN41、ZD16、ZD35和GHD2的单株干重。与正常温度相比,高温仅显著提高了高CO_2处理下HN41的茎粗,并显著提高了对照CO_2处理下HN41的单株籽粒重。此外,同一CO_2浓度和温度处理下,高光效大豆HN41的茎粗、根冠比和单株籽粒重等都显著高于ZD16、ZD35和GHD2;而仅在正常温度与高CO_2浓度处理下HN41的单株干重显著高于ZD16和GHD2。CO_2浓度和温度升高显著影响了高光效大豆的生长,其中,高温下CO_2浓度升高有利于其生长势,正常温度下CO_2浓度升高有利于其光合产物积累。     

Effects of elevated atmospheric CO2 on soil enzyme activities at different nitrogen application treatments

It has been predicted that elevated atmospheric CO₂ will increase enzyme activity as a result of CO₂-induced carbon entering the soil. The objective of this study was to investigate the effects of elevated atmospheric CO₂ on soil enzyme activities under a rice/wheat rotation. This experiment was conducted in Wuxi, Jiangsu, China as part of the China FACE (Free Air Carbon Dioxide Enrichment) Project. Two atmospheric CO₂ concentrations (580±60) and (380±40) μmol·mol^-1) and three N application treatments (low-150, normal-250 and high-350 kg N·hm^-2) were included. Soil samples (0-10 cm) were collected for analysis of β-glucosidase, invertase, urease, acid phosphates and β-glucosaminidase activities. The results revealed that with elevated atmospheric CO₂ β-glucosidase activity significantly decreased (P < 0.05) at low N application rates; had no significant effect with a normal N application rate; and significantly increased (P < 0.05) with a high N application rate. For urease activity, at low and normal N application rates (but not high N application rate), elevated atmospheric CO₂ significantly increased (P < 0.05) it. With acid phosphatase elevated atmospheric CO₂ only had significant higher effects (P < 0.05) at high N application rates. Under different CO₂ concentration, effects of N fertilization are also different. Soil β-glucosidase activity at ambient CO₂ concentration decreased with N fertilization, while it increased at elevated CO₂ concentration. In addition, invertase and acid phosphatase activities at elevated CO₂ concentration, significantly increased (P < 0.05) with N treatments, but there was no effect with the ambient CO₂ concentration. For urease activity, at ambient CO₂ concentration, N fertilization increased it significantly (P < 0.05), whereas at elevated CO₂ concentration it was not significant. Additionally, with β-glucosaminidase activity, there were no significant effects from N application. In general, then, elevated atmospheric CO₂ increased soil enzyme activity, which may be attributed to the following two factors: (1) elevated atmospheric CO₂ led to more plant biomass in the soil, which in turn stimulated soil microbial biomass and activity; and (2) elevated atmospheric CO₂ increased plant photosynthesis, thereby increasing plant-derived soil enzymes.     

Effects of elevated atmospheric CO2 on soil enzyme activities at different nitrogen application treatments

It has been predicted that elevated atmospheric CO₂ will increase enzyme activity as a result of CO₂-induced carbon entering the soil. The objective of this study was to investigate the effects of elevated atmospheric CO₂ on soil enzyme activities under a rice/wheat rotation. This experiment was conducted in Wuxi, Jiangsu, China as part of the China FACE (Free Air Carbon Dioxide Enrichment) Project. Two atmospheric CO₂ concentrations (580±60) and (380±40) μmol·mol^-1) and three N application treatments (low-150, normal-250 and high-350 kg N·hm^-2) were included. Soil samples (0-10 cm) were collected for analysis of β-glucosidase, invertase, urease, acid phosphates and β-glucosaminidase activities. The results revealed that with elevated atmospheric CO₂ β-glucosidase activity significantly decreased (P < 0.05) at low N application rates; had no significant effect with a normal N application rate; and significantly increased (P < 0.05) with a high N application rate. For urease activity, at low and normal N application rates (but not high N application rate), elevated atmospheric CO₂ significantly increased (P < 0.05) it. With acid phosphatase elevated atmospheric CO₂ only had significant higher effects (P < 0.05) at high N application rates. Under different CO₂ concentration, effects of N fertilization are also different. Soil β-glucosidase activity at ambient CO₂ concentration decreased with N fertilization, while it increased at elevated CO₂ concentration. In addition, invertase and acid phosphatase activities at elevated CO₂ concentration, significantly increased (P < 0.05) with N treatments, but there was no effect with the ambient CO₂ concentration. For urease activity, at ambient CO₂ concentration, N fertilization increased it significantly (P < 0.05), whereas at elevated CO₂ concentration it was not significant. Additionally, with β-glucosaminidase activity, there were no significant effects from N application. In general, then, elevated atmospheric CO₂ increased soil enzyme activity, which may be attributed to the following two factors: (1) elevated atmospheric CO₂ led to more plant biomass in the soil, which in turn stimulated soil microbial biomass and activity; and (2) elevated atmospheric CO₂ increased plant photosynthesis, thereby increasing plant-derived soil enzymes.     

降水与CO2浓度协同作用对短花针茅光合特性的影响

降水变化与CO2浓度升高将严重影响陆地生态系统尤其是草地生态系统,阐明干旱半干旱区草原优势植物对降水与CO2浓度变化的联合响应有助于理解和准确评估未来气候变化对草地生态系统的影响.基于开顶式生长箱(OTC),模拟研究了降水变化(-30％、-15％、0、+15％、+30％(以1978-2007年月降水平均值为基准))、CO2浓度变化(对照、450 μmol·mol-1、550 μmol·mol-1)及其协同作用对荒漠草原优势物种短花针茅(Stipa breviflora)光合特性的影响.结果表明:降水变化和CO2浓度升高对短花针茅光合参数影响显著,表现出显著的交互作用.随着CO2浓度升高,短花针茅叶片净光合速率(Pn)呈增加趋势,但随着时问延长(8月份)显示出光合适应现象;气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)则呈下降趋势,水分利用效率(WUE)显著增加.随着降水增加,短花针茅的Pn、Gs和Tr均呈增加趋势,Pn增加速率小于Tr,使得WUE降低.高浓度CO2和降水增加15％的协同作用可以显著提高短花针茅的Pn、Gs和Tr,但Pn增加速率接近于Tr,导致WUE变化不显著.这表明,在干旱半干旱地区,CO2浓度升高可在一定程度上提高短花针茅的抗旱能力,增强短花针茅对暖干化气候情景的适应性.     

不同施氮措施对旱作玉米地土壤酶活性及CO2排放量的影响

对施用速效氮肥(尿素)和缓释氮肥的旱作夏玉米地土壤酶活性及CO2排放量进行分析。结果表明,与不施肥处理比较,不同氮肥种类和施用量均可显著提高土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性和CO2的排放量。在整个生育期,尿素与缓释氮肥处理土壤酶活性和土壤CO2排放量表现出相同变化趋势,尿素和缓释氮肥处理土壤CO2平均排放量分别为459.12 mg·m-·2h-1和427.11 mg·m-·2h-1,两者达到显著差异水平(P<0.5)。相关分析表明,土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性与土壤CO2排放量呈显著或极显著正相关,相关系数分别为0.79、0.64和0.80。说明相同施氮量缓释氮肥较尿素能有效提高土壤酶活性并降低土壤碳排放量。     

大气CO_2增加对不同生长光强下龙须菜光合生理特性的影响

为了探讨未来大气CO2升高对不同生长光强下大型海藻的影响,选取经济红藻龙须菜为实验材料,研究了其生长速率、光合作用、呼吸作用、叶绿素荧光参数以及光合色素对CO2和光强的响应。实验设置两个CO2浓度,正常空气水平CO2浓度(390μL/L)和高CO2浓度(1000μL/L);两个光强梯度,高光(300μmol m-2s-1)和低光(100μmol m-2s-1)。结果表明,CO2和光强对龙须菜的生长和光合作用有明显的交互作用。大气CO2升高并没有显著影响龙须菜的生长速率,但在不同CO2处理下,龙须菜对光强的响应不同。在空气水平下,光强的变化对其生长速率影响不显著。而在高CO2作用下,高光处理下的藻体有更高的生长速率。CO2显著促进高光生长下龙须菜的呼吸作用速率,但是在低光下作用不明显。而对于光合作用速率来说,低光培养下的藻体CO2表现为负面效应,但对高光下生长的藻体作用不明显。CO2增加没有改变龙须菜生长状态下的电子传递速率,但在高光下,CO2表现为一定的抑制作用。CO2显著降低了龙须菜天线色素藻红蛋白和叶绿素a的含量。这些CO2与光强的结合效应表明,大气CO2的升高对龙须菜光合生理特性的影响随着光强的变化而呈现不同的效应,在未来评估CO2的增加对大型海藻的影响时,要充分考虑其他环境因子的耦合效应。     

剪叶疏花条件下高浓度CO2对汕优63生长和产量的影响

利用稻田FACE(Free Air CO_2Enrichment)系统平台,以杂交稻汕优63为供试材料,二氧化碳设环境CO_2浓度(Ambient)和高CO_2浓度(Ambient+200μmol/mol),抽穗期源库改变设剪叶(剪除剑叶)和疏花处理(相间剪除1次枝梗),以不处理为对照(CK),研究大气CO_2浓度升高对不同源库处理水稻产量形成及物质生产的影响。结果表明:CK条件下,大气CO_2浓度升高使汕优63籽粒产量显著增加32%,这主要与单位面积总颖花量大幅增加(+26%)有关,结实能力亦呈增加趋势但未达显著水平。大气CO_2浓度升高使抽穗期剪叶处理水稻的籽粒产量平均增加55%,明显大于对照水稻,这主要与受精率(+28%)、饱粒率(+23%)和所有籽粒平均粒重(+19%)大幅增加有关。相反,对抽穗期疏花处理水稻而言,高CO_2浓度环境下籽粒产量的增幅(+25%,P=0.07)明显小于对照水稻,这主要与结实能力的响应略有下调有关。与产量响应类似,大气CO_2浓度升高使对照、剪叶和疏花条件下最终生物量分别增加39%、43%和28%,除疏花处理外均达显著水平。抽穗期剪叶和疏花处理本身使水稻籽粒产量分别降低40%和45%,前者主要是结实能力大幅下降所致,而后者与总颖花量减半相关。以上结果表明,大气CO_2浓度升高使杂交水稻生产力大幅增加,人为减小源库比(如剪叶)可增强CO_2肥料效应,而增加源库比(如疏花)则可使这种肥料效应减弱。     

高浓度CO2对红松(Pinus koraiensis)针叶光合生理参数的影响

以开顶箱内经过6个生长季高浓度CO2处理的原位土壤种植的红松幼树为实验对象,研究了500umolmol-1CO2对针叶光合作用及相应光合参数的影响.实地条件下测定了净光合速率(PN)对光合有效辐射(PAR)及胞间CO2浓度(Ci)的响应曲线,根据光合作用的生化模型,推算出了Rubisco活性或数量限制的最大羧化速率(VCmax)和光饱和条件下由RuBP再生能力限制的最大电子传递速率(Jmzx),以及表观量子产量(AQY)和最大净光合速率(Pmzx)等.5001umolmol-1 CO2使红松针叶的VCmzx降低了4%,Jmzx和Jmzx/VCmzx比分别增加了27%和18%,均与对照差异不显著,所以红松针叶经过6个生长季高浓度C02处理仍未发生光合驯化.在各自生长条件下测定的PN-PAR响应曲线表明,500pumolmol-1CO2使Pmzx增加了94%,AQY增加了21%,Pmzx增长高于AQY和Jmzx的增加比例,说明500umolmol-1CO2使红松针叶对光的利用效率增强.500umolmol-1CO2下的最大气孔导度(gcmzx)和最大蒸腾速率(Emzx)与对照比增加了一倍,与Pmzx增加的幅度接近.500ummol mol-1 CO2下和对照条件下的Ci/C2比均随环境CO2浓度(C2)增加呈非线性下降趋势,在较低Ca处(Ca≤200umol mol-1),500umol mol-1CO2使Ci/Ca比下降了l%-7%,较高Ca处(Ca≥300umol mol-1),500umol mol-1CO2使Ci/Ca比增加了5%-20%.CO2浓度变化会改变Ci/Ca比,由于气孔的调节作用,Ci/Ca比最终还是要维持在一恒定范围,且气孔对较低的CO2浓度更敏感.