浓度变化响应的研究进展

比较详细地概述了过去数十年关于在大气CO₂浓度升高条件下,植物有性生殖特性发生变化的主要研究成果。随着植物相对生长速率加快,植株达到有性生殖所需形体大小的时间变短,开花期提前,生殖器官的生物量也相应提高,其主要表现为开花数量、花粉和花蜜产量、果实数量与大小、种子大小与产量等均有不同程度的增加。对大多数农作物而言,种子产量的增加主要通过种子数量的增加,而与种子大小变化关系不大。通常,高浓度CO₂对豆科植物种子含氮量影响比较小, 却能显著地降低非豆科植物种子含氮量。不同类型植物的生殖生物量增加趋势存在一定的规律性,如不定型植物>定型植物,豆科植物>C₃非豆科植物>C₄植物,栽培植物>野生植物。针对国内外对CO₂浓度升高影响植物有性生殖特性的研究中存在的不足,该文提出了今后研究应该注意的问题。     

CO2浓度升高对茴香植株生长、精油含量和组分的影响

 采用每日定时向密封人工气候室补充CO₂的方法,研究了3种CO₂浓度（平均浓度分 别为287.11、532.88和780.46 μmol·mol^-1）对茴香 (Foeniculum vulgare)生长、精油含量和组分的影响。结果表明：随着CO₂浓度的升高,茴香的株高、花序数、花序鲜重、花序干重、全株干重 和植株的干物率均有所上升;植株可溶性糖和全碳含量不断升高,而全氮和蛋白氮含量不断减少;叶色素含量呈下降趋势,叶绿素a/b比的差异 不显著;植株精油含量（分别为1.26、1.45和1.57 ml·(100 g) ^-1 DW）和单株精油产量（分别为0.019、 0.023和0.033 ml）均随之升高。从茴 香植株的精油中鉴定出22种成分,用不同浓度的CO₂处理,精油的成分种类没有差异,成分相对含量却有差别,差异达到极显著水平的有：醎蒎 烯、鈅蒎烯、月桂烯、对聚伞花素、反式葑醇乙酸酯和顺式茴香脑;含量差异达到显著水平的有：香桧烯、水芹烯、罗勒烯、鉥萜品烯、3,4- 二甲基-2,4,6_三烯、爱草脑、葑醇乙酸酯、古巴烯、 金合欢烯和吉玛烯。茴香精油的主要成分反式茴香脑的含量（分别为55.94%、57.20%和 59.5 5%）随着CO₂浓度的升高而升高,而柠檬烯含量（29.60%、30.24%和26.12%）表现出相反的趋势,二者在不同的CO₂浓度处理之间差异均不 显著。     

CO2浓度升高与氮沉降对南亚热带森林生态系统植物生物量积累及分配格局的影响

 CO₂浓度升高与氮沉降增加对陆地生态系统的耦合作用已成为全球变化的研究热点。应用大型开顶箱(OTC)人工控制手段研究了人工生态系统在1)高CO₂(700±20 μmol·mol^–1)+高氮沉降(100 kg N·hm^–2·a^–1)(CN); 2)高CO₂(700±20 μmol·mol^–1)+背景氮沉降(C＋); 3)高氮沉降(100 kg N· hm^–2·a^–1)＋背景CO₂(N＋); 4)背景CO₂＋背景氮沉降处理(CK) 4种处理条件下荷木 (Schima superba)、红锥(Castanopsis hystrix)、海南红豆(Ormosia pinnata)、肖蒲桃(Acmena acuminatissima)、红鳞蒲桃(Syzygium hancei)等主要南亚热带森林植物的生物量积累模式及其分配格局。连续近3年的实验结果表明: 不同处理条件下, 各参试植物生物量积累具有不同的响应特征, N＋处理显著促进荷木、肖蒲桃及红鳞蒲桃生物量的积累; C＋处理显著促进肖蒲桃、海南红豆生物量的积累; CN处理显著促进除红锥外其他物种生物量的积累, 并且具有两者单独处理的叠加效应。不同处理改变物种生物量的分配模式, N＋处理降低植物的根冠比, 促进地上部分生物量的积累; C＋处理增加红锥和红鳞蒲桃地下部分生物量的分配, 却促进荷木和海南红豆地上部分的积累; CN处理仅促进红磷蒲桃地下部分的积累。群落生物量的积累与分配格局取决于优势物种的生物量及其分配格局在群落中所占的权重。     

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。     

CO2浓度增加和不同氮肥水平对冬小麦根系呼吸及生物量的影响

 依托FACE(Free-air CO₂ enrichment)研究平台, 利用特制分根集气生长箱, 采用静态箱-GC(Gas chromatography)法, 连续两年研究 了大气CO₂浓度升高和不同氮肥水平对冬小麦拔节期、孕穗抽穗期和灌浆末期的根系呼吸及生物量的影响。两季结果表明, CO₂浓度升高和高氮 肥量均不同程度地增加了3个阶段的地上部和地下部的生物量, 这有利于增加根茬的还田量; CO₂浓度升高对冬小麦不同生长阶段的根系呼吸影 响不同, 在拔节期影响较小;孕穗抽穗期显著增加了根系呼吸, 2004~2005季分别增加33.8%(148.1 mg N&;#8226;kg^-1 干土, HN)和43.9%(88.9 mg N&;#8226;kg^-1 干土, LN), 2005~2006季分别为23.8%(HN)和28.9%(LN); 而灌浆末期显著降低了根系呼吸, 2004~2005季分别降低31.4%(HN)和23.3% (LN), 2005~2006季分别为25.1%(HN)和18.5%(LN); 高施氮量比低施氮量促进了根系呼吸; 随着作物生长根系呼吸与地下生物量呈显著线性负相 关, 高CO₂环境中的R²变小,表明随着作物生长发育高CO₂浓度降低了作物根系呼吸与地下部生物量积累间的相关性.     

CO2浓度升高对森林土壤微生物呼吸与根（际）呼吸的影响

 根呼吸与微生物呼吸的作用底物不同,二者对高浓度CO₂的响应机理及敏感程度亦不同。在大气CO₂浓度升高的背景下,精确区分根呼吸与微生物呼吸是构建森林生态系统碳循环模型和预测森林生态系统碳源/汇关系所必需的。根（际）呼吸与微生物呼吸对高浓度CO₂的响应呈增加、降低或无明显变化等不同趋势,根（际）呼吸变化主要与根生物量明显相关,细根的作用大于粗根;土壤微生物呼吸变化存在较大的不确定性,微生物量和微生物活性与土壤微生物呼吸相关或不相关。根系统对高浓度CO₂的响应会潜在地影响微生物的代谢底物,进而影响微生物呼吸强度。凡影响土壤总呼吸的生物与非生物因子都会直接或间接地影响根呼吸与土壤微生物呼吸。     

青海省三江源区人工草地生态系统CO2通量

 了解三江源人工草地净生态系统CO₂交换(Net ecosystem CO₂ exchange, NEE)的季节变化规律和主要生物因子及环境因子对这些过程的影响将有助于认识青藏高原人工草地生态系统碳循环、生态价值、功能,以及对三江源区的生态安全的重要意义。该研究利用涡度相关技术,于2005年9月1日至2006年8月31日对位于青海腹地的垂穗披碱草（Elymus nutans）人工草地的NEE及生物和环境因子进行观测, 阐明NEE及其组分的动态变化特征和影响因子。三江源区人工草地生态系统的日最大吸收量为2.38 g C·m^－2·d^－1,出 现在7月30日。日间最大吸收率和最大排放率都出现在8月,分别为-6.82和2.95μmol CO₂·m^－2·s^－1。在生长季, 白天的NEE主要受光合有效辐射(Photosynthe tically active rad iation, PAR)变化控制,同时又与叶面积指数和群落多样性交互作用,共同调节光合速率和光合效率的强度。最大光合同化速率为2.46～10.39μmol CO₂·m^－2·s^－1,表观初始光能利用率为0.013～0.070μmol CO₂·μmol^－1 PAR。 在碳交换日过程中,NEE并不完全随着 PAR的增加而增大,当PAR超过某一值（>1 200μmol ·m^－2·s^－1）时,NEE随PAR的增加而降低。受温度的影响,生长季的生态系统的呼吸商Q₁₀（1.8）小于非生长季节的 2.6）。 生态系统呼吸主要受温度的控制,同时也受到叶面积指数的显著影响。生长季昼夜温差大并不利于生态系统的碳获取。 三江源区人工草地生态系统是一个较强的碳汇,为-49.35 g C·m^－2·a^－1。     

短期CO2加富对凤梨光合作用及生长发育的影响

 研究了CO₂加富对丹尼斯凤梨（Guzmania`Denise’）和吉利凤梨（Guzmania `Cherry’）叶片光合速率、植株生长、开花和光合相关酶活性的 影响。结果表明,处理30 d期间,处理(600±40)、(900±40) μmol CO₂&;#8226;mol^-1的净光合速率分别比同期对照增加了6.24%～31.91%和11.92%～ 41.48%;CO₂加富下促进了叶片中可溶性糖和淀粉的积累, 蒸腾速率和气孔导度下降,Rubisco活性增加,乙醇酸氧化酶活性则明显下降。(600 ±40)μmol CO₂&;#8226;mol^-1处理下的株高、叶面积分别比同期对照下增加了6.94%～14.63%和1.66%～7. 06%,而处理(900±40) μmol CO₂&;#8226;mol^-1下 分别增加了9.71%～20.85%和2.87%～11.62%;CO₂加富下促进了干重和鲜重的积累。此外,CO₂加富提前了吉利凤梨的花期。     

不同氮素水平下增温及[CO2]升高综合作用对蒙古栎幼苗生物量及其分配的影响

 蒙古栎(Quercus mongolica)是东北地区天然次生林重要组成树种, 研究该树种对未来气候变暖的响应, 可为预测未来气候变暖情况下蒙古栎林的发展动态、制定合理的经营措施提供科学参考。该文旨在探讨不同的供氮水平下, CO₂浓度和温度升高综合作用对蒙古栎幼苗生物量及其分配的影响。实验采用人工气候箱控制, 控制条件分别为温度升高4 ℃(ET)、CO₂浓度倍增(700 μmol CO₂ ·mol^–1) × 温度升高4 ℃ (ECET)和对照(正常温度, CO₂浓度为400 μmol CO₂·mol^–1) (CK), 每个控制条件幼苗的基质分别用3种氮素水平处理: N1 (15 mmol·L^–1 N)、N2 (7.5 mmol·L^–1 N)和N3 (不施氮)。研究结果显示, 1)在ET条件下, N1明显促进幼苗茎的高生长、径生长和生物量积累, 幼苗生物量的分配随氮素浓度的增加, 地下生物量所占的比例增大。2) ECET条件下N1明显促进幼苗的高生长, 但对径生长影响不显著, 对幼苗总生物量积累的影响不显著。但N1增加了地下生物量的比例。3) ET与ECET条件下幼苗叶片的碳氮比均随供氮水平降低而升高, 但ECET下碳氮比的升高是由于叶片碳含量较高引起的, 而ET条件下则是由于叶片氮含量的降低而引起的。ECET和ET条件较低的氮素供应水平综合作用对蒙古栎幼苗的生物量积累无促进作用。因此, 在未来气候变化情况下, 土壤中充足的氮供给可能将促进蒙古栎幼苗的生长, 增加其天然更新潜力, 并增加其碳库容。     

热带季节雨林林冠上方和林内近地层CO2浓度的时空动态及其成因分析

 为探讨西双版纳独特地方气候背景下,热带季节雨林CO₂浓度的时空变化特征和不同时间尺度上环境因素对森林CO₂浓度时间分布的作用,以及 为研究热带季节雨林的碳通量、净生态系统交换量(Net ecosystem exchange, NEE)等提供支持,我们利用热带季节雨林林冠上方和林内近地层 CO₂浓度连续监测资料,结合同步气象资料进行了统计分析。研究结果表明：在植被生理活动、土壤呼吸以及林内湍流的共同作用下,西双版纳 热带季节雨林CO₂浓度表现出明显的日变化、季节变化和林冠上下差异。在日尺度上,林冠上方的CO₂浓度时间变化曲线为“单峰型”,林内近 地层CO₂浓度时间变化曲线为“双峰型”,造成林内近地层傍晚第二个峰值的主要因子是地形因子作用下形成的局地环流。在季节尺度上,林冠 上方CO₂浓度主要受林冠代谢作用的影响,呈现雨季低、干季高的特点,而林内近地层的CO₂浓度则主要受地表呼吸过程所控制,季节变化趋势 与林冠上方相反。林冠上方CO₂浓度低于林内近地层CO₂浓度,且差异较大;在日尺度上,各月（除12月外）CO₂浓度的最大差值皆大于80 mg·m ^－3,且出现在傍晚;在季节尺度上,最大值为-62.9 mg·m^－3,出现在10月,最小值为-8.4 mg·m^－3,出现在12月。     

CO2浓度升高对沉水植物菹草叶表型及生理生化特征的影响

 对菹草 (Potamogeton crispus) 叶在高CO2 (1 000±50 μmol·mol-1)和对照浓度(约380 μmol·mol-1)下的表型及一些生理生化指标进行了比较研究。结果表明：CO2浓度升高明显地改变了菹草叶的表型特征,外形更为粗短,叶宽、单叶面积、单株总叶面积、叶面积率、叶重比明显增加,但特殊叶面积和叶长增加不明显。线性回归分析表明单株总叶面积和植株大小密切相关。异速生长分析表明叶面积的变化不是可塑性反应,而是受植株大小所制约。此外,CO2浓度升高后植物的色素含量和一些化学物质含量明显改变。叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及类胡萝卜素含量减少,且叶绿素a/b也降低;可溶性糖含量增加,而蛋白质、N和P浓度降低。     

刺五加的有性生殖与营养繁殖

刺五加 Eleutherococcus senticosus (Rupr.et Maxim.)Maxim,既可进行有性繁殖,又可进行营养繁殖。本文报道其三类花丝长度不同的植株每个花序的花朵数量、座果率、饱满种子率及根茎形态和形态发生的某些特点。通过人工受精,检测了其繁育系统。结果表明:长花丝植株不座果,短花丝植株座果,但不同年份、不同生境中座果率不同,中花丝植株也座果但饱满种子率教低。在正常年份,短花丝植株的座果率接近40％,并且林缘的座果率稍高于皆伐迹地和次生林下的。考虑到中花丝植株在所研究地区居群数很少,我们认为绝大多数刺五加种子是异花传粉的产物,其有性生殖与营养繁殖相配合,在无人为破坏的前提下,该物种不应该濒危。     

木本植物对CO2浓度和温度升高的相互作用的响应

CO2浓度和温度是影响木本植物生长和发育的两个关键因子,二者在全球变化中的相互作用对木本植物生长和发育具有显著的影响。大多数研究表明：CO2浓度增加和温度升高的相互作用可能影响木本植物的生长发育,促进光合作用;呼吸作用对CO2浓度增加和温度升高的相互作用存在长期和短期响应差异;二者的相互作用促进生物量增加和生产力的增长。木本植物对CO2浓度和温度升高的相互作用的响应程度因植物种类而异。     

养分供应对3种舞花姜属植物繁殖方式的影响

该研究选用的3种舞花姜属植物中,毛舞花姜(Globba barthei)和双翅舞花姜(G. schomburgkii)自然条件下开花不结实,以珠芽进行繁殖;异果舞花姜(G. racemosa)则同时以种子和珠芽进行繁殖。在人工栽培条件下,高养分处理显著增加毛舞花姜的珠芽干重((1.11±0.10) g vs. (3.08±0.69) g,p=0.010 7)、珠芽数量((30.58±2.92) vs. (74.74±9.73),p=0.000 4)、珠芽大小((10.5±1.48) mg vs. (53.50±11.42) mg,p=0.001 5)、植株营养体重((3.99±0.23) g vs. (9.67±1.17) g,p=0.000 2)和双翅舞花姜的珠芽数量((51.74±3.64) vs. (108.71±21.52),p=0.018 1)。不同养分条件下两种舞花姜的开花数量无显著差异。人工去除珠芽、花对两种舞花姜植株当年生花和珠芽的数量无显著影响(p<0.05)。自然条件下异果舞花姜不同居群间珠芽大小、珠芽数、珠芽重、果实重、种子数和营养体重等均存在极显著差异(p<0.001)。异果舞花姜各居群植株珠芽数和营养体重(r=0.901,p<0.05)、珠芽重和珠芽大小 (r=0.849,p<0.05) 呈显著正相关;果实重和种子数(r=0.998,p<0.05) 呈显著正相关。土壤因子主成分分析表明前3个主成分提供的信息量分别为50.575%、18.204% 和11.883%,其中第一主成分中的全氮(0.959)、速效氮(0.885)和有机质(0.821)负荷量最大,第二主成分中土壤速效磷(0.824)负荷量最大。植株营养体重和土壤速效磷极显著正相关(r=0.906,p<0.01),珠芽大小与全氮(r=0.798)、速效氮(r=0.780)和有机质(r=0.821)均呈显著正相关(p<0.05)。果实重和种子数与土壤因子相关性不显著(p<0.05)。3种舞花姜的无性繁殖器官更易受到养分供应的影响,有性繁殖器官对养分供应变化响应不显著,有性和无性繁殖之间似不存在补偿关系。     

基于CTGC试验系统下面包小麦主要品质性状的研究

 当前,全球气候变化背景下,CO2浓度升高和气候变暖可能已经并将持续对小麦（Triticum aestivum）品质产生影响。为此依据自行设计的模拟气候变化的试验装置系统 （CTGC）,研究大田条件下CO2浓度和温度增加对面包小麦主要品质性状的交互作用。 结果表明：在433.3～610.2μmol•mol-1范围内,CO2浓度增加对面包小麦的籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值的影响不利;增温（+2 ℃多）表现为有利。当CO2浓度从433.3 mol•mol-1逐渐增加到551.5 mol•mol-1且温度增幅逐渐为+2 ℃时,CO2和温度对面包小麦的籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值的交互作用表现为增加;而当CO2浓度增幅较大（达到610.2 mol•mol-1）,温度增幅不大（白天平均温度仅增加2℃多）时,交互作用则 表现为减少。此外,CO2浓度增加使面包小麦的醎淀粉酶活性降低,温度上升则使之提高,两因素的交互作用则表现为醎淀粉酶活性提高。     

大气CO2浓度倍增对植物暗呼吸的影响

以长期生长于350和700μmolCO_2·mol~(-1)空气的开顶式培养室的杜仲(Eucommia ulmoides Oliv.)、紫花苜蓿(Medicago sativa L.)、玉米(Zea mays L.)等10种植物的离体成熟叶片或整株为材料,研究不同测定温度(15～35℃)下,CO_2浓度倍增对植物暗呼吸的影响。结果表明:在较低温度(15℃、20℃)下,CO_2浓度倍增对植物暗呼吸没有显著效应,在较高温度(30℃、35℃)下多数被测植物的暗呼吸显著增强。讨论了实验所得结果在未来全球气候变化中的可能的意义。     

双角多甲藻有性生殖的初步观察

通过对双角多甲藻有性过程的初步研究,表明在这种间核生物的生活史中存在着典型的育性生殖。在双角多甲藻春季生长高峰的末期(3月底至4月初),有性生殖大量发生。形成的合子经过一系列变化后成为厚垣合子进入休眠期。     

盗蜜行为在植物繁殖生态学中的意义

在动植物的相互关系中,盗蜜行为被认为是一种不同于普通传粉者的非正常访花行为。动物之所以要采取这种特殊的觅食策略,有假说认为是由访花者的口器和植物的花部形态不匹配造成的,也有认为是盗蜜行为提高了觅食效率从而使盗蜜者受益。在盗蜜现象中,盗蜜者和宿主植物之间的关系是复杂的。盗蜜对宿主植物的影响尤其是对其繁殖适合度的影响归纳起来有正面、负面以及中性3类。与此同时,盗蜜者的种类, 性别及其掠食行为差异不仅与生境因素密切相关,而且会对宿主植物的繁殖成功产生直接或间接的影响。另外,盗蜜者的存在无疑对其它正常传粉者的访花行为也产生一定的影响,从而间接地影响宿主植物的繁殖成功, 而植物在花部形态上也出现了对盗蜜现象的适应性进化。作者认为, 盗蜜是短嘴蜂对长管型花最有效的一种掠食策略, 它不仅增加了盗蜜者对资源的利用能力, 而且由于盗蜜对宿主植物繁殖成功的不同的影响使其具有调节盗蜜者和宿主之间种群动态的作用, 两者的彼此适应是一种协同进化的结果。     

水华鱼腥藻生长与光合作用对大气CO2浓度升高的响应

 为了探讨大气CO2浓度升高对水华藻类的影响,利用水华鱼腥藻(Anabena flos_aquae)作为实验材料,研究了大气CO2浓度加倍对其生长和光合作用的影响,结果显示大气CO2浓度升高导致水华鱼腥藻的生物量、光饱和光合速率、光合效率和光系统II的光化学效率（Fv/Fm）明显提高,但对暗呼吸速率和光饱和点没有明显影响。CO2加倍条件下藻细胞光合作用对无机碳的亲和力降低,表明其利用HCO-3的能力受到抑制。     

CO_2倍增对植物生长和土壤微生物生物量碳、氮的影响

关于大气ＣＯ２浓度倍增（即为７００μｍｏｌＣＯ２·ｍｏｌ－１空气）将对植物生长产生诸多影响,已有大量报道［１,２］。但ＣＯ２倍增对植物及所在土壤中微生物影响的研究甚少［３,４］。土壤微生物是陆地生态系统中最活跃的成分,担负着分解动植物残体的重要作用,...