干旱条件下ABA与气孔导度和叶片生长的关系

介绍了干旱情况下ＡＢＡ的产生、运输,以及根源ＡＢＡ与气孔导度和叶片生长之间的定性、定量关系,并对干旱时叶片ＡＢＡ的重新分布,以及引起气孔关闭和抑制生长的机理作了叙述。     

不同土壤水分条件下土壤容重对玉米木质部汁液中ABA浓度和气孔导度的影响

受旱玉米植株木质部汁液中的ABA浓度是高水分处理的5倍,土壤容重每增加0.12g·cm-3,木质部液汁中ABA浓度约增加1倍。在相同土壤基质势下,植株的气孔导度和蒸腾速率随土壤容重的增大而下降,而容重对植株的叶水势没有影响。生长在混合容重(一边为1.20g·cm-3,另一边为1.45g·cm-3)土壤上的植株中,ABA浓度和气孔导度与全部根系处在高容重土壤中的植株接近。     

几个气孔模型在自然条件下的适用性

在自然条件下,用气孔下腔与叶面间的水汽压差（ＶＰＤｓ）取代原有气孔模型中的大气湿度因子,可以明显提高气孔模型在自然条件下的适用性。理论分析指出,在气孔模型中,用ＶＰＤｓ表达气孔导度对湿度的响应与用蒸腾速率表达气孔导度对蒸腾失水的响应是等价的。     

植物气孔运动调节的新进展

综述了植物气孔的发生和气孔运动的调节机制,并对高表达pepc水稻气孔调节机理和高光效特性的关系作了简要的分析,最后对植物气孔运动的调节机制研究做了展望。     

羊草叶片气孔导度对环境因子的响应模拟

准确定量描述植物气孔对环境的响应是了解植物光合作用机理、预测植物生产力及其大气－植被－土壤系统中水分和热量交换的关键。利用松嫩平原盐碱化草地羊草光合生理特征的野外观测数据,分析了羊草叶片气孔导度对环境因子的反应,结果表明：羊草叶片气孔导度对环境因子变化敏感,尤其对瞬时光合有效辐射（ＰＡＲ）、叶片与空气间的水汽压亏损（ＶＰＤ）和空气温度（Ｔａ）反应十分明显。依据野外实测资料对国际上两类代表性气孔导度     

荒漠条件下甘草气孔振荡的水被动证据

生长在中国西北干旱荒漠的甘草（Glycyrrhiza inflata Batalin),当白天大气水蒸汽压差（ＶＰＤ）高于１kPa时,其气孔导度随时间的变化趋势为从稳态转为振荡态。通过茎木质部注射代谢抑制剂（ＮaN3或羰基氰化物－间－氯苯腙（ＣＣＣＰ）使气孔导度有些微降低,但是并不能显改变气孔振荡强度（振幅／平均值）。气孔振荡强度与ＶＰＤ和根阻力显相关,但与呼吸速度无明显相关,在荒漠条件下,当ＶＰＤ大于０．８kPa和至少存在１／４全根阻力的条件下才能出现气孔振荡。结果说明荒漠干旱条件诱发的甘草气孔振荡可能主要是一种水被动过程 。     

羊草叶片气孔导度特征及数值模拟

对松嫩平原草地羊草叶片气孔导特征及与环境因子关系的研究结果表明,羊草叶片气孔导度日变化与环境因子密切相关,晴天表现为双峰曲线,阴天为单峰曲线,同时叶片气孔导度（gs)对瞬时光合有效辐射（PAR）,叶片与空气间的水汽压亏损（VPD）,空气温度（Ta）反应十分明显,依据野外实测资料,在对国际上两类代表性气孔导度模型验证比较的基础上,建立了适用于羊草草原的羊草叶片气孔导度对环境因子的响应模型gs=PAR(2.01Ta^2 147.74Ta-2321.11)/(444.62 PAR)(-538.04 VPD).     

不同甘蔗品种叶片气孔对水分胁迫的响应

干旱是甘蔗面临最主要的环境胁迫之一,为了解不同甘蔗品种在干旱胁迫时的气孔响应,该研究以F172、GT21、YT93/159和 YL6四个抗旱性有显著差异的甘蔗品种为材料,采用桶栽,在伸长期进行四种不同程度的干旱胁迫(不浇水)处理：土壤持水量在①65％~70％为轻度干旱;②45％~50％为中度干旱;③25％~30％为重度干旱;④以土壤含水量为75％为对照(CK).检测不同品种不同处理甘蔗的叶片相对持水量变化,并利用扫描电镜技术观察甘蔗叶片下表皮气孔特性.结果表明：在干旱胁迫下,四个甘蔗品种叶片气孔导度急剧下降,重度干旱时耐旱性强的 F172和 GT21的气孔导度低于耐旱性弱的 YT93/159和 YL6的;复水后3 d,F172和 GT21的气孔导度上升至82．07和88．85 mmol·m-2·s-1,而 YT93/159和 YL6的仅有18．88和33．08 mmol·m-2·s-1.干旱还导致气孔下陷、闭合,气孔器的长、宽明显减小,且品种间气孔器长度变化差异显著;干旱胁迫下气孔密度增大,尤以耐旱性最强的 F172在重度干旱时达到显著差异.重度干旱时 F172与GT21的气孔闭合百分比是 YT93/159和 YL6近3~4倍.在水分胁迫下,叶片相对含水量降低,但 F172和GT21在重度干旱时仍可以保持相对较高的含水量,其它两个品种相对较低,尤以 YT93/159的最低.在复水后叶片含水量都有所恢复.这些研究结果表明不同甘蔗品种抗旱能力与叶片气孔特性和含水量密切相关.     

最优气孔行为理论和气孔导度模拟

气孔调节功能是陆地生态系统碳-水耦合过程中最重要的环节。与即时的气孔导度测量相比, 气孔导度斜率能有效地反映气孔导度对CO₂浓度、饱和水汽压亏缺和光合作用的敏感性, 包含了环境因子对光合作用和临界水分利用效率等的综合影响, 为研究全球变化下陆地生态系统碳-水耦合关系提供了一个简明且综合的框架。气孔导度模型从经验模型、半经验模型发展到机理模型, 经过很多学者的改进, 但是模型参数的生物学意义和变化规律还不明确。鉴于气孔导度斜率方面研究的重要性和研究的不足, 为了加强对气孔导度调节规律的认识, 并减少气孔导度模拟的不确定性, 该文主要综述了长期以来国内外关于最优气孔行为理论和气孔导度模拟方面的研究成果, 其中包括广泛使用的气孔导度模型及参数意义, 讨论影响气孔导度斜率的主要因素以及气孔导度机理模型的应用, 并对最优气孔行为理论和气孔导度模拟方面的研究做了简单展望。     

叶片生长进程中气孔发育对叶温调节的影响

鉴于气孔发育影响气孔导度和蒸腾速率,推测气孔发育可能影响叶温调节。为验证这一假设并阐述相关规律,在控光和控温条件下研究了冬青卫矛和华北紫丁香气孔发育、气孔导度、蒸腾速率及其与叶温的关系。结果表明,伴随冬青卫矛、华北紫丁香叶片生长气孔逐渐增大,但气孔密度下降;在此过程中,气孔导度和蒸腾速率逐步提高,而叶片温度降低;尽管冬青卫矛和华北紫丁香叶片的气孔密度和大小差异很小,但华北紫丁香近轴侧和远轴侧均有气孔分布,而冬青卫矛则只有远轴侧分布气孔,且相同条件下华北紫丁香的气孔导度和蒸腾速率高、叶温低。因此,气孔发育能够促进气孔导度和蒸腾速率提高,有助于降低叶温;近轴侧气孔可能更有利于蒸腾降温。     

微管在气孔运动中的作用

用植物微管专一性解聚剂甲基胺草磷(APM)预处理蚕豆(Vicia faba L.)下表皮,再用诱导气孔运动的因子处理,在显微镜下观察气孔孔径的变化。结果显示,用50mg/L APM预处理开放或关闭状态气孔,虽胞质微管被解聚,但气孔孔径没有发生明显的变化,表明胞质微管与开放或关闭状态气孔的维持无关;而去掉APM后,CaCl_2可在4h内诱导气孔关闭,气孔的运动功能又可恢复。进一步的研究表明,开放气孔经APM预处理60min后,再用ABA、Ca~(2 )及暗处理均不能诱导气孔关闭,表明微管可能参与了ABA、Ca~(2 )及暗诱导的气孔关闭过程;关闭气孔经50mg/L APM预处理后,光诱导气孔开度较不经 APM处理的有明显差异,且随着APM预处理时间和浓度的变化,气孔开放程度亦不同,表明微管也参与了光诱导的气孔开放过程。     

植物气孔扩散传导率的研究(以花生为例)

本文对生长在可控环境温室中的花生气孔扩散传导率进行了实验研究,揭示了单个植株之间、上下表面之间、叶片不同部位以及冠层垂直方向上气孔扩散传导率的变异性。同时以气孔扩散传导率与环境条件的测定值为基础,对传导率对环境因子的反应进行了分析,植株顶部叶片气孔扩散传导率与太阳总辐射和空气饱和差有关系;冠层传导率与冠层截留辐射和空气饱和差有相关关系。     

几种作物的生理指标对土壤水分变动的阈值反应

 在生长盛期,谷子、高梁、冬小麦的气孔导度、叶水势和光合速率在一定土壤含水量范围内并不随着土壤含水量的降低而发生明显变化,只有当土壤含水量低于一定程度时,才随着土壤湿度的降低而减少,表现为对土壤水分有明显的阈值反应。不同作物此阈值下限存在差异,高粱在大于田间持水量42％～45％的根层土壤湿度条件下,气孔阻力和叶水势基本维持恒定;谷子的这个指标在50％左右,冬小麦在60％左右。而夏玉米在所试土壤湿度范围内(20％～30％土壤体积含水量),气孔阻力和叶水势基本维持不变,而光合作用随着土壤含水量的增高而出现增加趋势。表明在这4种作物中,只有玉米需要充足的水分供应才能维持其良好的生长发育,而高粱具有比其它3种作物更强的适应土壤水分变动能力,从而比其它作物更抗旱和耐旱。     

净光合速率与气孔导度相互关系的电学类比分析和模拟研究

对Ｂａｌｌ等的气孔模型所依据的实验事实之一（净光合速率与气孔导度呈线性关系）作了只考虑各阻力与总通量之间关系的电学类比分析和模拟检验。从电学类比分析得到的关系式可以看出,净光合速率与气孔导度的关系是非线性的,只有当叶片的边界层导度比较大时,两者的关系才接近线性。模拟得到的结论也是一样的。另外还模拟了气孔内外ＣＯ２ 浓度之比随光强的变化以及边界层导度的影响,模拟结果可以解释已有的实验结果     

半干旱地区3种植物叶片水平的抗旱耐旱特性分析——两个气孔导度模型的应用和比较

在对半干旱区3种植物进行生理生态特性测定的基础上,应用两种气孔导度模型进行参数的非线性拟合,BBL模型平均可以解释77.6%的结果,Gao模型平均可以解释59.3%的结果。但Gao模型作为一个机理性的模型,其参数具有明确的物理意义。模型的行为和敏感性分析结果说明,用BBL计算的气孔导度一般大于Gao模型。BBL模型对于干旱胁迫下的土壤水分亏缺没有响应, 因而不适合用作干旱半干旱区的植物生理生态学分析和生态系统模拟。而Gao模型可以描述在各种水分条件下植物气孔导度的响应。Gao模型的结果说明,与油松 (Pinus tabulaeformis) 和中间锦鸡儿 (Caragana intermedia) 比较,小叶杨 (Populus simonii) 具有最小的抗旱和耐旱能力,油松具有最好的叶片水平的耐旱和抗旱特性,但其气孔导度对土壤水分的不敏感意味着在干旱条件下维持光合作用的同时,也可能会导致过多的水分损失。中间锦鸡儿具有很强的耐旱性,且其气孔导度对土壤水分的变化敏感,二者相结合,中间锦鸡儿可以在土壤水分条件较好的情况下,维持较大的气孔导度以满足光合作用的需要,但在土壤水分胁迫严重的时候能迅速降低气孔导度以保持土壤水分。     

麦田冠层气孔导度的分层研究

小麦灌浆期和乳熟期冠层各层叶片上、下表面的气孔导度之间呈正相关关系;冠层不同层的叶片气孔导度从早到傍晚有平行变化的趋势,数值上存在较大的差异,一般从冠层上到下递减。经分析,这主要与冠层叶片接受的光强自上而下递减有关,且这时所对应的叶片水势自冠层上到下递增的幅度大。测算结果表明,冠层气孔导度白天亦呈明显的日变化,灌浆期的值大于乳熟期的值。     

边缘效应带和保留带内红松幼林水分生态的差异

 以一个经过12年边缘效应带处理的14年生红松(Pinus koraiensis)(1998年)幼林生态系统为研究对象,对处于不同宽度的边缘效应带和保留带的红松幼树木质部水势、叶片蒸腾强度、气孔导度、叶片温度、空气相对湿度和光合有效辐射的日变化以及土壤相对含水量进行了分析,结合叶片净光合速率探讨了效应带宽度对红松幼林生态系统中红松幼树水分生态及红松生长状况的可能影响模式。结果表明：1）边缘效应带的开拓降低了效应带内红松幼树木质部水势、空气相对湿度和叶片气孔导度,显著提高了叶片蒸腾强度、叶片温度和光合有效辐射     

荷木对干湿季土壤水分的利用和适应性调节

为了解荷木对土壤水分利用的干湿季差异,利用热消散探针法(TDP)连续监测荷木(Schima superba)液流密度(Js),基于测定的叶片水势(Ψ_L)、叶面积指数(LAI)及胡伯尔值(A_S∶A_L)等参数,结合同步监测的环境因子,分析整树水力导度(K_L)、冠层气孔导度(GS)和蒸腾有效储存水量(Q)的干湿季变化。结果表明,干季荷木林出现土壤水分亏缺,使荷木对水分吸收和传输的阻力增加。但G_S对水汽压亏缺(VPD)的敏感性较高,使干湿季正午叶片水势(Ψ_(L-mid))、土壤-叶片水势差(ΔΨ_(S-L))保持相对稳定;干季荷木通过降低LAI、K_L和G_S有效调控蒸腾;增加Q对日蒸腾的贡献率及单位叶面积的Q以部分补偿水分胁迫。这些适应性调节使荷木在光热资源仍然充足的干季保持旺盛的蒸腾活动,维持与湿季相似的单位叶面积蒸腾量。因此,K_L和G_S的调节作用、Q的水力补偿效应以及自身水力特征在一定程度上解释了荷木干湿季单位叶面积的水分利用呈常数状态,并且SWC对蒸腾无明显的限制作用的原因。