空气CO2增高条件下荔枝叶片光合作用和超氧自由基产率

研究结果表明,生长在77±5PaCO2分压下30d的荔枝幼树,其光合速率较大气CO2分压（39.3Pa）下的低23％,光下线粒体呼吸速率和不包含光下呼吸的CO2补偿点亦略有降低。空气CO2增高使叶片最大羧化速率（Vcmax）和最大电子传递速率（Jmax）降低,表明大气增高CO2分压下叶片的光I(PSI)能量水平较低,呈片超氧自由基产率亦降低39％,叶片感染荔枝霜疫霉病率则从生长在大气CO2分压下的1.8％增至9.5％,可能较低光合和呼吸代谢诱致较低的超氧自由基产率,而使叶片易受病害侵染。叶片受病害侵染后表现为超氧自由基的激增。在全球大气CO2分压增高趋势下须加强对荔枝霜疫霉病的控制。     

柚树叶片CO2驯化的光合参数变化

柚树(Citrus grandis)幼树生长在砂和石至石的生长介质.每周供给0.05mmol P(正常P,P)和0.1mmol P(高磷,2P)的营养液.植株分别生长在空气CO₂分压(约39Pa)和倍增CO₂分压(81±5Pa)下45d.利用CI-301PS(CID,Inc)光合作用测定系统在较高光强(1150μmol·m^-2·s^-1)下测定叶片光合速率并得出的Pn-Pi关系曲线和在较高CO₂分压(PCO₂,56Pa)下得出Pn-PAR关系曲线计算有关光合参数.结果表明,大气CO₂分压下2P植株最大光合速率较P植株高13.3%,倍增CO₂分压下,无论P或2P植株最大光合速率较大气CO₂分压下相应植株低,但在倍增CO₂分压下2P植株较P植株高.且2P植株有较P植株高的表观量子产率和光能利用效率(P<0.05),但并不改变Γ^*、Rd和Rubisco羧化速率(Vc)和氧速率的比率(P>0.05).在大气CO₂分压下2P植株的V_cmax和J_max较P植株分别高8.3%和12.5%.在倍增CO₂分压下2P植株的V_cmax和J_max均较P植株高.柚树在高CO₂驯化中改变叶N在Rubisco和捕光组分分配系数,但不改变叶N在光合电子传递链的分配系数,结果表明,增加P供给可以促进高CO₂分压下光合碳循环中P的周转,提高倍增CO₂分压下植株的光合速率.调节柚树叶片的CO₂驯化的光合参数.     

高大气CO2浓度下氮素对小麦叶片光能利用的影响

关于氮素对高大气CO₂浓度下C₃植物光合作用适应现象的调节机理已有较为深入的研究, 但对其光合作用适应现象的光合能量转化和分配机制缺乏系统分析。该文以大气CO₂浓度和施氮量为处理手段, 通过测定小麦(Triticum aestivum)抽穗期叶片的光合作用-胞间CO₂浓度响应曲线以及荧光动力学参数来测算光合电子传递速率和分配去向, 研究了长期高大气CO₂浓度下小麦叶片光合电子传递和分配对施氮量的响应。结果表明, 与正常大气CO₂浓度处理相比, 高大气CO₂浓度下小麦叶片较多的激发能以热量的形式耗散, 增施氮素可使更多的激发能向光化学反应方向的分配, 降低光合能量的热耗散速率; 大气CO₂浓度升高后小麦叶片光化学淬灭系数无明显变化, 高氮叶片的非光化学猝灭降低而低氮叶片明显升高, 施氮促进PSII反应中心的开放比例, 降低光能的热耗散; 高大气CO₂浓度下高氮叶片通过PSII反应中心的光合电子传递速率(J_F)较高, 而且参与光呼吸的非环式电子流速率(J₀)显著降低, 较正常大气CO₂浓度处理的高氮叶片下降了88.40%, 光合速率增加46.47%; 高大气CO₂浓度下小麦叶片J_F-J₀升高而J₀/J_F显著下降, 光呼吸耗能被抑制, 更多的光合电子分配至光合还原过程。因此, 大气CO₂浓度增高条件下, 小麦叶片激发能的热耗散速率增加, 但增施氮素后小麦叶片PSII反应中心开放比例提高, 光化学速率增加, 进入PSII反应中心的电子流速率明显升高, 光呼吸作用被抑制, 光合电子较多地进入光化学过程, 这可能是高氮条件下光合作用适应性下调被缓解的一个原因。     

大气CO2浓度升高对香蕉光合作用及光合碳循环过程中叶氮分配的影响

生长在高CO₂浓度(700±5μl·L^-1)1周的香蕉叶片,其光合速率(Pn,μmol·m^-2·s^-1)为5.14±0.32,较生长在大气CO₂浓度(356±301μl·L^-1)的高22.1%,而生长在较高CO₂浓度下8周,叶片Pn较生长在大气CO₂浓度的低18.1%,表现香蕉叶片对较长期高CO₂浓度的驯化和光合作用抑制.生长在高CO₂浓度的香蕉叶片有较低光下呼吸速率(R_d),而不包括光下呼吸的CO₂补偿点则变幅较小.最大羧化速率(Vcmax)和电子传递速率(J)分别较生长在大气CO₂浓度的低30.5%和14.8%,根据气体交换速率计算的表观量子产率(α,mol CO₂·mol^-1光量子),生长在较高CO₂浓度下8周的叶片为0.014±0.01,而生长在大气CO₂浓度下的为0.025±0.005.较高CO₂浓度下叶片的表观量子产率降低44%.光能转换效率electrons·quanta^-1)亦从0.203降低至0.136.生长在较高CO₂浓度下香蕉叶片的叶氮在Rubicos分配系数(PR)、叶氮在生物力能学组分分配系数(P_B)和叶氮在光捕组分的分配系数(P_L)均较生长在大气CO₂浓度低,表明在高CO₂浓度下较长期生长(8周)的香蕉叶片多个光合过程受抑制,光合活性明显降低.     

氮素对高大气CO2浓度下小麦叶片光合作用的影响

通过测定小麦拔节期叶片的光合气体交换参数和光强-光合速率（P_n）响应曲线,研究了氮素对长期高大气CO₂浓度（760 μmol·mol^-1）下小麦叶片光合作用的影响.结果表明：在长期高大气CO₂浓度下,增施氮肥能提高小麦叶片P_n、蒸腾速率（T_r）和瞬时水分利用效率（WUE_i）;与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i增加,气孔导度（G_s）和胞间CO₂浓度(C_i）降低.随光合有效辐射的增强,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i均高于正常大气CO₂浓度处理,G_s则较低,而C_i和T_r无显著变化.高氮水平下小麦叶片G_s与P_n、T_r、WUE_i呈线性正相关,G_s与C_i在正常大气CO₂浓度下呈线性负相关,但高大气CO₂浓度下二者无相关性;低氮水平下小麦叶片的G_s与P_n、WUE_i无相关性,而与C_i和T_r呈线性正相关,表明高大气CO₂浓度下低氮水平的小麦叶片P_n由非气孔因素限制.     

氮素对高大气CO2浓度下小麦叶片光合作用的影响

通过测定小麦拔节期叶片的光合气体交换参数和光强-光合速率（P_n）响应曲线,研究了氮素对长期高大气CO₂浓度（760 μmol·mol^-1）下小麦叶片光合作用的影响.结果表明：在长期高大气CO₂浓度下,增施氮肥能提高小麦叶片P_n、蒸腾速率（T_r）和瞬时水分利用效率（WUE_i）;与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i增加,气孔导度（G_s）和胞间CO₂浓度(C_i）降低.随光合有效辐射的增强,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i均高于正常大气CO₂浓度处理,G_s则较低,而C_i和T_r无显著变化.高氮水平下小麦叶片G_s与P_n、T_r、WUE_i呈线性正相关,G_s与C_i在正常大气CO₂浓度下呈线性负相关,但高大气CO₂浓度下二者无相关性;低氮水平下小麦叶片的G_s与P_n、WUE_i无相关性,而与C_i和T_r呈线性正相关,表明高大气CO₂浓度下低氮水平的小麦叶片P_n由非气孔因素限制.     

大气CO2浓度升高对八宝景天生长及光合生理的影响

利用开顶式气室(OTC)系统,设正常大气CO₂浓度和CO₂浓度升高200 μmol·mol^-12个CO₂浓度处理,模拟大气CO₂浓度升高对八宝景天光合生理和生长发育的影响.结果表明: 大气CO₂浓度升高使八宝景天叶片上、下表皮气孔密度分别显著下降16.1%和16.7%,使叶片维管束增粗,导管增多,靠近上表皮细胞增大;CO₂浓度升高可以显著增加傍晚时八宝景天叶片光合色素含量,使夜间净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著增加.初花期傍晚,CO₂浓度升高使叶片苹果酸含量显著下降64.0%,纤维素含量显著增加20.8%.盛花期清晨,CO₂浓度升高使叶片苹果酸含量显著增加27.0%,对糖类物质含量影响不显著,植株的分枝数、单株茎质量和单株总生物量显著增加.CO₂浓度升高可以促进八宝景天光合作用,有利于植株生长.     

大气CO2浓度升高对绿豆叶片光合作用及叶绿素荧光参数的影响

利用FACE系统在大田条件下通过盆栽试验研究了大气CO₂浓度升高\[CO₂浓度平均为（550±60) μmol·mol^-1\]对绿豆叶片光合生理和叶绿素荧光参数的影响.结果表明： 与对照\[CO₂浓度平均为（389±40）μmol·mol^-1左右\]相比,大气CO₂浓度升高使花荚期绿豆叶片净光合速率(P_n)和胞间CO₂浓度(C_i)分别升高11.7%和9.8%,气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)分别下降32.0%和24.6%, 水分利用效率(WUE)提高83.5%;在蕾期,CO₂浓度升高对绿豆叶片叶绿素初始荧光(F_o)、最大荧光（F_m）、可变荧光（F_v）、F_v/F_m和F_v/F_o没有显著影响;在鼓粒期,CO₂浓度升高使绿豆叶片F_o增加19.1%,F_m和F_v分别下降9.0%和14.3%,F_v/F_o和F_v/F_m分别下降25.8%和6.2%.表明大气CO₂浓度升高可能使绿豆生长后期光系统Ⅱ反应中心结构受到破坏,叶片的光合能力下降.     

大气CO2浓度升高对八宝景天生长及光合生理的影响

利用开顶式气室(OTC)系统,设正常大气CO₂浓度和CO₂浓度升高200 μmol·mol^-12个CO₂浓度处理,模拟大气CO₂浓度升高对八宝景天光合生理和生长发育的影响.结果表明: 大气CO₂浓度升高使八宝景天叶片上、下表皮气孔密度分别显著下降16.1%和16.7%,使叶片维管束增粗,导管增多,靠近上表皮细胞增大;CO₂浓度升高可以显著增加傍晚时八宝景天叶片光合色素含量,使夜间净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著增加.初花期傍晚,CO₂浓度升高使叶片苹果酸含量显著下降64.0%,纤维素含量显著增加20.8%.盛花期清晨,CO₂浓度升高使叶片苹果酸含量显著增加27.0%,对糖类物质含量影响不显著,植株的分枝数、单株茎质量和单株总生物量显著增加.CO₂浓度升高可以促进八宝景天光合作用,有利于植株生长.     

施氮和大气CO2浓度升高对小麦旗叶光合电子传递和分配的影响

采用开顶式气室盆栽培养小麦,设计2个大气CO₂浓度（正常：400 μmol·mol^-1;高：760 μmol·mol^-1）、2个氮素水平（0和200 mg·kg^-1土）的组合处理,通过测定小麦抽穗期旗叶氮素和叶绿素浓度、光合速率（P_n）-胞间CO₂浓度（C_i）响应曲线及荧光动力学参数,来测算小麦叶片光合电子传递速率等,研究了高大气CO₂浓度下施氮对小麦旗叶光合能量分配的影响.结果表明：与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度下小麦叶片氮浓度和叶绿素浓度降低,高氮处理的小麦叶片叶绿素a/b升高.施氮后小麦叶片PSⅡ最大光化学效率（F_v/F_m）、PSⅡ反应中心最大量子产额（F_v′/F_m′）、PSⅡ反应中心的开放比例（q_p）和PSⅡ反应中心实际光化学效率（Φ_PSⅡ）在大气CO₂浓度升高后无明显变化,虽然叶片非光化学猝灭系数（NPQ）显著降低,但PSⅡ总电子传递速率（J_F）无明显增加;不施氮处理的F_v′/F_m′、Φ_PSⅡ和NPQ在高大气CO₂浓度下显著降低,尽管F_v/F_m和q_P无明显变化,J_F仍显著下降.施氮后小麦叶片J_F增加,参与光化学反应的非环式电子流传递速率(J_C)明显升高.大气CO₂浓度升高使参与光呼吸的非环式电子流传递速率(J₀)、Rubisco氧化速率（V₀）、光合电子的光呼吸/光化学传递速率比（J₀/J_C）和Rubisco氧化/羧化比（V₀/V_C）降低,但使J_C和Rubisco羧化速率（V_C）增加.因此,高大气CO₂浓度下小麦叶片氮浓度和叶绿素浓度降低,而增施氮素使通过PSⅡ反应中心的电子流速率显著增加,促进了光合电子流向光化学方向的传递,使更多的电子进入Rubisco羧化过程,P_n显著升高.     

水稻田稗草叶片光合作用对开放式空气CO2浓度增高(FACE)的适应

于分蘖、拔节和抽穗3个时期在空气CO₂浓度(380μmol·mol^-1)下测定稻田中稗草叶片的净光合速率(Pn),发现在开放式CO₂浓度增高(FACE)条件下生长的稗草叶片后2个时期的Pn显著低于普通空气中生长的对照,比对照下降约20%,说明FACE条件下稗草叶片光合作用对高CO₂浓度发生了明显的适应.同时,叶片的气孔导度(Gs)和胞间CO₂浓度(Ci)的下降更为明显.与对照相比,叶片可溶性蛋白含量明显降低,拔节期只有对照的62.4%;高CO₂浓度下生长的稗草叶片Rubisco含量也降低,分蘖期和拔节期分别为对照的87%和84%,但其差异未达到显著水平.可以认为,长期生长在高CO₂浓度下的C₄植物稗草叶片光合作用的适应是叶片气孔部分关闭和可溶性蛋白含量下降的结果.     

遮阴对闽楠叶绿素含量和光合特性的影响

为探讨闽楠对不同光环境的光合适应机制,以2年生闽楠幼苗为材料,设置3个光照处理(全光照、遮光率50%和遮光率78%),适应6个月后,测定其叶绿素含量、气体交换和叶绿素荧光同步数据,研究不同光环境处理对闽楠叶片叶绿素含量、叶绿素荧光参数和光合特性的影响.结果表明: 3种光照处理下,闽楠叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)和类胡萝卜素含量大小次序为78%遮光率>50%遮光率>全光照,但不同光照处理对闽楠叶绿素a/b值没有显著影响.遮阴条件下,闽楠叶片光补偿点(LCP)降低,光饱和点(LSP)和表观量子效率(AQY)升高,说明遮阴条件下闽楠叶片对弱光和强光的利用能力均有所提高;最大净光合速率(P_{n max})、光下暗呼吸速率(R_d)和最大电子传递速率(J_max)均增大.在不同处理间,闽楠叶片净光合速率(P_n)、CO₂气孔导度(g_sc)、胞间CO₂浓度(C_i)和叶肉导度(g_m)均存在显著差异.P_n和g_m的大小顺序为: 78%遮光率>50%遮光率>全光照.78%遮光率处理下g_sc显著大于全光照.50%遮光率条件和78%遮光率条件下C_i均显著小于全光照.78%遮光率条件下PSⅡ实际光量子产量(F_v′/F_m′)、PSⅡ光化学效率(Φ_PSⅡ)和电子传递速率(J)均显著大于50%遮光率条件和全光照.由此可知,在遮阴条件下闽楠可以通过增加叶绿素含量、AQY、J、g_sc和g_m来增大光合能力.     

高CO2浓度对长白山阔叶红松林主要树种的影响

组成长白山阔叶红松林的主要树种红松、云杉、落叶松、大青杨、白桦、椴树、水曲柳和色木的幼树,盆栽于模拟自然光照和人工调节CO₂浓度为700μl·L^-1、400μl·L^-1的气室内两个生长季,以生长在400μl·L^-1下的幼树为对照组,在各自生长条件下测定,高CO₂浓度下生长的红松、云杉、落叶松、大青杨、白桦、椴树、水曲柳和色木的高生长比对照组的幼树提高10%～40%.高CO₂浓度的幼树与对照CO₂下的幼树相比各树种蒸腾速率升降不一,但水分利用效率均有不同程度的提高,不同树种的可溶性糖和叶绿素含量对高CO₂浓度反应不一,反映出幼树对高CO₂浓度适应的复杂性.长期高CO₂浓度环境下生长的阔叶树对CO₂变化反应较针叶树敏感,供试树种均发生光合驯化现象.     

太行山南麓栓皮栎和刺槐光合作用-CO2响应模拟

采用便携式光合仪(Li-6400XT)对太行山南麓栓皮栎、刺槐2个树种叶片光合作用-CO₂响应曲线进行测定,利用直角双曲线模型(RH)、非直角双曲线模型(NRH)以及直角双曲线的修正模型—叶子飘模型(YZP)进行曲线拟合,并对3种光合模型的拟合参数(最大净光合能力A_max、初始羧化速率η、光呼吸速率R_p、CO₂补偿点CCP和CO₂饱和点CSP)进行比较.结果表明: 与NRH和YZP模型相比,RH模型所得的A_max、η、R_p和CCP较高,分别高出实测值59.8%、128.6%、133.4%和19.8%.与RH模型和YZP模型相比,NRH模型拟合得出的A_max较大,高于实测值11.1%,η、R_p和CCP接近于实测值.YZP模型能较好地模拟光合作用对CO₂的饱和现象,在A_max和CSP的拟合效果上较好.栓皮栎阴叶的A_max、R_p和CCP比阳叶分别低31.3%、5.2%和14.3%.刺槐阴叶的A_max、R_p和CCP分别高出阳叶23.5%、11.0%和5.4%.栓皮栎、刺槐阴叶的η分别比阳叶高6.9%和7.0%.刺槐叶片的R_p和CCP与温度、光强均具有显著线性关系,η与气孔导度(g_s)具有显著线性关系.栓皮栎叶片的η与光强和气孔导度具有显著线性关系,CCP主要受温度和湿度影响.栓皮栎叶片的A_max与相对湿度和g_s具有显著的正线性相关关系.     

乡土风箱果和紫叶风箱果叶片光合特性对土壤干旱的响应

研究叶片光合气体交换参数和叶绿素荧光参数对土壤干旱的响应,分析濒危的乡土风箱果和引种紫叶风箱果的抗旱能力及其差异.结果表明: 土壤干旱第7天时,紫叶风箱果叶片明显失水萎蔫,而乡土风箱果却有较高的叶片含水率和水分利用效率.土壤干旱降低了2种风箱果叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率,紫叶风箱果降低幅度明显大于乡土风箱果.土壤干旱7 d时,紫叶风箱果叶片的胞间CO₂浓度(C_i)高于未干旱处理,而乡土风箱果C_i低于未干旱处理.乡土风箱果叶片的电子传递速率(ETR)和光化学淬灭系数(q_P)明显降低,而PSⅡ反应中心光能捕获效率(F_v′/F_m′)没有发生明显变化;但是紫叶风箱果叶片的F_v′/F_m′、ETR和q_P均明显降低,并且其降低幅度大于乡土风箱果.土壤干旱7 d时,乡土风箱果叶片OJIP曲线上J点的相对可变荧光(V_J)没有发生明显变化,而紫叶风箱果叶片V_J明显增加.紫叶风箱果的叶片碳同化能力和PSⅡ功能对土壤干旱的敏感性明显大于乡土风箱果,土壤干旱降低乡土风箱果光合能力的原因以气孔因素限制为主,而紫叶风箱果以非气孔因素限制为主.     

Effects of CO2 enrichment on soluble amino acids and organic acids in barley primary leaves as a function of age, photoperiod and chlorosis

Responses of soluble amino acids and organic acids to either ambient (36 Pa) or elevated (100 Pa) CO₂ treatments were determined using barley primary leaves (Hordeum vulgare L. cv. Brant). Total soluble amino acids were increased 33% by CO₂ enrichment 9 days after sowing (DAS), but a decrease relative to the ambient CO₂ treatment was observed with increasing leaf age. Marked declines of glutamine and asparagine were observed under CO₂ enrichment, both diurnally and with advancing leaf age. Consequently, total soluble amino acids were 59% lower in the elevated compared to the ambient CO₂ treatment 17 DAS. It was likely that chlorosis in response to CO₂ enrichment negatively impacted soluble amino acid levels in older barley primary leaves. In contrast to the ambient CO₂ treatment, glutamine and most other soluble amino acids decreased as much as 60% during the latter half of a 12 h photoperiod in primary leaves of 13-day-old seedlings grown under enhanced CO₂. Malate was decreased about 9 percent by CO₂ enrichment and citrate and succinate were increased by similar amounts when measured 9 and 13 DAS. Malate accumulation was also decreased about 20% by CO₂ enrichment on a diurnal basis. The onset of CO₂-dependent leaf yellowing had much less of an effect on organic acids than on soluble amino acids. This above results emphasized the sensitivity of N metabolism to CO₂ enrichment in barley. Increased levels of citrate and succinate in response to CO₂ enrichment suggested that the tricarboxylic acid cycle was upregulated in barley by CO₂ enrichment. In summary, organic and amino acid levels in barley primary leaves were dynamic and were altered by age, diurnally and in response to CO₂ enrichment.