油蒿(Artemisia ordosica)光化学量子效率和非光化学淬灭的动态及其影响因子

叶绿素荧光的测定是探究干旱半干旱区沙生植物对环境变化响应的重要手段,叶绿素荧光的动力学研究对认识植物适应环境胁迫的生理生态过程与机制具有重要意义。本文于2012年6—10月研究了宁夏盐池油蒿(Artemisia ordosica)的光化学量子效率(Φ)和非光化学淬灭(NPQ)的季节变化和日变化,及其与光合有效辐射(PAR)、相对湿度(RH)和空气温度(Ta)的关系。结果表明:在观测期内,油蒿的Φ随PAR和Ta升高而降低,随RH的升高而升高,NPQ的变化与Φ相反;在日变化尺度,油蒿的Φ(R20.92)和NPQ(R20.90)与PAR紧密相关,而与空气温度(Ta)和相对湿度(RH)的日变化存在3~4 h的滞后;此外,在相同PAR下,生长季前期的Φ大于后期,生长季旺期的NPQ大于末期;因此,PAR、Ta和RH对Φ和NPQ均有影响。     

硫对烟草叶片光合特性和叶绿素荧光参数的影响

通过液培试验,测定了不同硫营养水平(0～32 mmol/L)下烟草叶片的叶绿素含量、气体交换参数和叶绿素荧光参数.结果表明,随着硫浓度的升高,烟草叶片的Chl.a、Chl.b、总Chl的含量和Chl.a/b逐渐增加;类胡萝卜素呈先下降后升高的趋势;烟草叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)下降显著,气孔限制值(Ls)明显升高,这表明高硫对烟草叶片的气体交换参数影响较大.随着硫浓度的升高,烟草叶片光合有效量子产量(EQY)、光合电子传递速率(ETR)、光化学淬灭(qP)都表现为先升高后降低,一般是4 mmol/L和8 mmol/L处理相对较高,浓度超过8 mmol/L以后,以上参数显著下降.非光化学淬灭(NPQ) 0,16 mmol/L和32 mmol/L处理表现相对较高,2、4、8 mmol/L处理的相对较低,2～8 mmol/L浓度的处理最适宜烟草的生长,高硫或低硫都会导致烟草EQY、ETR、qP降低和NPQ的升高.     

干旱胁迫对丹参叶片气体交换和叶绿素荧光参数的影响

研究了干旱处理15d后,大叶型丹参和小叶型丹参2个品种幼苗气体交换和叶绿素荧光参数的变化.结果表明:在干旱胁迫15d后,大叶型丹参叶片净光合速率(Pn)和PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)分别下降了66.42%和10.98%,而小叶型丹参的Pn和Fv/Fm分别下降了29.32%和5.47%,干旱胁迫对大叶型丹参Pn和Fv/Fm的影响明显大于小叶型丹参.小叶型丹参Pn下降主要由气孔因素造成,而大叶型则主要由非气孔因素所致.干旱胁迫使丹参叶片的气孔导度(Gs)下降,但明显诱导了水分利用效率(WUE)、非光化学猝灭系数(qN)和光呼吸速率与净光合速率比率(Pr/Pn)的增加,以提高干旱胁迫抗性.其中小叶型丹参的增幅明显大于大叶型丹参.表明小叶型丹参的抗干旱胁迫能力更强.     

水分胁迫和温度对夏蜡梅叶片气体交换和叶绿素荧光特性的影响

夏蜡梅是浙江省特有的濒危单种属物种.本文研究了不同程度土壤水分胁迫和不同温度处理对2年生盆栽夏蜡梅光合作用的影响.结果表明:轻度和中度水分胁迫下夏蜡梅净光合速率分别下降至对照的92.3%和74.3%,净光合速率的降低主要由气孔限制引起;重度水分胁迫下,净光合速率仅为对照的44.4%,主要由非气孔限制引起.夏季夏蜡梅的光合适宜温度范围在20 ℃～28 ℃,39 ℃下其净光合速率、水分利用效率和最大光化学效率显著降低,暗呼吸速率和蒸腾速率显著升高.随着水分胁迫的加重及处理温度的升高,夏蜡梅光补偿点上升,光饱和点、表观量子效率和最大净光合速率下降.重度水分胁迫及高温是制约夏蜡梅生存的重要环境因子.     

干旱-复水对桂西北喀斯特地区青冈栎叶片光合能力、叶绿素荧光和显微结构的影响

为了探讨喀斯特地区适生种青冈栎幼苗对“干旱－复水”环境的适应机制,以当年生青冈栎实生苗为材料,通过盆栽控水试验,研究了4 种土壤干旱胁迫强度[对照（–0.1 MPa）、轻度干旱（–0.5 MPa））、中度干旱（–0.9 MPa）和重度干旱（–1.5 MPa）]及复水处理对叶片的水分状况、光合、叶绿素荧光和解剖结构参数的影响。结果表明：（1）随干旱胁迫加剧,叶片相对含水率、水势、净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）均显著降低,而气孔限制值（Ls）显著增加;轻度胁迫下各光合参数以及轻中度胁迫下瞬时水分利用效率（WUE）均不受显著影响。复水后,各干旱处理叶片水分参数、Pn、Tr、Gs、Ci、WUE均比复水前提高,Ls比复水前降低;轻度胁迫复水后叶片水分和光合参数均优于对照,中度胁迫仅Ls未恢复到对照,重度胁迫复水后叶片水分和光合参数均未恢复。（2）随干旱胁迫加剧,叶片初始荧光（Fo）显著增加,而最大荧光（Fm）、最大光化学量子产量（Fv/Fm）和潜在光化学效率（Fv/Fo）均显著下降,且在轻度胁迫下均与对照显著差异。复水后,各干旱胁迫Fm、Fv/Fm和Fv/Fo比复水前提高,而Fo均略低于复水前,轻度胁迫复水后各叶绿素荧光参数均恢复到或优于对照,中度和重度胁迫复水后Fo未恢复到对照,且重度胁迫复水后Fv /Fm仅为0.75。（3）随干旱胁迫加剧,叶片厚度、上下表皮厚度、气孔密度、主脉导管直径均显著增加,叶片气孔器长度、宽度、开口面积、海绵组织厚度均显著降低,而栅栏组织厚度、栅海比和主脉厚度均表现为中度＞轻度＞对照＞重度。复水后,仅各干旱胁迫处理的气孔开口面积和主脉厚度比复水前显著提高;轻度胁迫复水后叶片结构参数也均恢复到或优于对照,中度胁迫复水后气孔开口面积仍显著低于对照,重度胁迫复水后气孔开口未能恢复打开,主脉厚度也低于对照。因此,青冈栎幼苗有耐旱性和旱后恢复能力,适合作为喀斯特地区的生态恢复树种,但在青冈栎幼苗抚育阶段应免受中度以上干旱胁迫（–0.9 MPa）,以利于其旱后恢复生长。     

羊草(Leymus chinensis)叶片光合参数对干旱与复水的响应机理与模拟

利用典型草原优势植物羊草（Leymus chinensis）对不同水分胁迫与复水响应的植物光合生理生态模拟实验与野外观测资料,分析研究了羊草叶片光合参数Kcmax（Rubisco的最大羧化速率）、Jmax（最大光合电子传递速率）和TPU（磷酸丙糖利用率）对干旱与复水的响应机理。结果表明,无论是模拟实验还是野外观测均显示羊草叶片的光合参数随着土壤水分的增加呈抛物线曲线变化,但各光合参数最大值对土壤水分的响应不同。温室模拟下的羊草光合参数Vcmax,Jmax和TPU在土壤含水量分别在15．56％,15．89％和16．23％时达到最大,而野外观测羊草的光合参数Vcmax,Jmax和TPU在土壤含水量分别为16．89％,17％和16．79％时达到最大。复水后羊草植株叶片光合参数的变化取决于前期干旱的影响,土壤含水量18％～19％和15％～16％处理的羊草复水后光合参数能够恢复正常,前者甚至超过正常水平,说明适宜的水分胁迫在复水后能够提高羊草叶片的光合能力,促进光合作用;土壤含水量10％～12％和7％～9％处理下的羊草复水后光合参数则不能恢复到正常水平。土壤含水量15％～16％可能是羊草光合能力在水分胁迫后能否恢复的阈值。     

干旱胁迫下冬小麦(Triticum aestivum)高光谱特征和生理生态响应

2006年于冬小麦(Triticum aestivum)孕穗期、开花期和灌浆期,采用ASD Fieldspec HH光谱仪测定了不同水分胁迫下冬小麦高光谱反射率、红边参数和对应的冬小麦生理生态参数叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素a b(Chla b),叶片水分含量(LWC),叶面积指数(LAI).结果表明,冬小麦生理生态参数随生长发育呈现先上升后下降趋势,Chla、Chlb和Chla b开花期达最大值;LWC和LAI孕穗期达最大值.随干旱胁迫程度增加,Chla、Chlb和Chla b、LWC和LAI减少.不同水分处理下冬小麦高光谱反射率具有绿色植物特征.用红边一阶微分光谱特征参数分析,冬小麦孕穗期和开花期红边(λred)位于728～730nm,灌浆期红边(λred)移到734nm.Chla、Chlb和Chla b与Dλ730:Dλ702、Dλ730:Dλ718,LWC与Dλred、Dλ718以及LAI与Dλ718、Dλred、Sred均呈正相关,相关系数大于0.5(p<0.05).经回归分析,Chl与Dλ730:Dλ702、LWC与Dλred呈线性关系(R2=0.87),LAI与Sred呈二次关系(R2=0.68).因此,用冬小麦高光谱特征及红边参数能判断冬小麦生育后期长势和农田水分胁迫程度.     

干旱和复水对大豆(Glycine max)叶片光合及叶绿素荧光的影响

选用河南省大面积种植的大豆品种豫豆29作为实验材料,通过研究逐步干旱和旱后复水条件下大豆叶片光合、叶绿素荧光等指标随土壤水分的动态变化规律,以期为大豆的水分高效利用提供理论依据。研究发现,在土壤相对含水量高于46.5%时,虽然随着土壤相对含水量的下降,豫豆29仍可以保持它的叶片水分状态;豫豆29的叶片净光合速率在土壤水分中等条件下最大,在土壤相对含水量为64.3%时,它比对照组高出11.2%(P<0.01);在实验的第3d,处理组的土壤相对含水量降为46.5%,叶片水势与对照组相比降低了7.2%(P>0.05),净光合速率为对照组的89.6%(P<0.05),但气孔导度却迅速下降为对照组的44.7%(P<0.01),这说明与叶片的光合和水分状况相比,豫豆29的气孔对土壤水分的匮缺更加敏感。复水后,豫豆29叶片的水势、净光合速率、气孔导度和叶绿素荧光等值都可以得到迅速的恢复,并在实验的最后接近对照组的水平,这表明豫豆29的叶片光合在水分胁迫解除后有迅速恢复的能力。     

温度升高对高光强环境下蛋白核小球藻(Chlolorella pyrenoidosa)光能利用和生长的阻抑效应

以蛋白核小球藻（Cholorella pyrenoidosa）为实验材料,研究了温度变化对不同光照水平下蛋白核小球藻的光能利用和生长的影响,以明确光照强度对微藻的光能利用和生长的影响是否因温度不同而发生变化。实验中共设置了3个光照强度水平（50,150,300μmol·m^-2s^-1）和2个温度水平（15℃,25℃）。实验结果表明,不同光照水平下小球藻叶绿素荧光的非光化学淬灭（NPQ）大小与温度有关,光照强度为150,300μmol·m^-2s^-1时,温度升高使小球藻叶绿素荧光NPQ提高,并且光照强度越高小球藻叶绿素荧光NPQ增大越多,50μmol·m^-2s^-1光照强度下温度升高对叶绿素荧光NPQ没有影响。实验发现,25℃培养温度下小球藻的光合电子传递速率（ETR）随光照强度增高而上升的速率要低于15℃时小球藻ETR上升的速率;随着光照强度增高,温度升高使小球藻ETR降低程度增大。实验结果还表明,15℃时小球藻培养液叶绿素a浓度随光照强度升高而增高,300μmol·m^-2s^-1培养光强下具有最高的叶绿素a浓度。但在25℃时,光照强度升高叶绿素a浓度并不一定增高,300μmol·m^-2s^-1光照强度下的叶绿素a浓度比150μmol·m^-2s^-1光照强度下要低。本研究表明,温度升高增大了高光照水平下蛋白核小球藻对光能的热耗散,使光照增强对小球藻生长的促进作用减弱。由于温度升高对小球藻光能利用和生长的阻抑作用,小球藻生长的适宜光照水平因温度升高而降低。     

红树林植物叶片形态和解剖特征对叶肉导度、叶片导水率的影响

叶肉导度和叶片导水率是影响光合作用的两个重要过程,叶肉导度通过影响从气孔下腔到Rubisco酶位点的二氧化碳浓度梯度直接影响光合作用,而叶片导水率则通过影响水分供应或气孔行为来影响光合作用,然而对这两个生理过程之间的协同性研究较少。本研究选择9种红树林植物为研究对象,探讨盐生环境下植物叶肉导度和叶片导水率的协同性及其与叶片解剖结构特征之间的相关性。结果表明,9种红树林植物叶片导水率(0.78~5.83 mmol·m~(-2)·s~(-1)·MPa-1)、叶肉导度(0.06~0.36 mol·m~(-2)·s~(-1))、最大光合速率(7.23~23.71μmol·m~(-2)·s~(-1))等特征的差别较大;叶肉导度与最大光合速率呈显著正相关,而与比叶重无显著相关性,其原因是由于比叶重与叶片厚度、叶片密度不存在相关性;叶脉密度与气孔密度呈较强的相关性,说明红树林植物叶片水分运输与散失相关的叶片结构之间存在协同关系;叶片导水率不受叶脉密度影响,并且与叶肉导度、最大光合速率也不存在相关性,这很可能与红树林植物叶片的肉质化、有发达的储水组织有关,体现了红树林植物叶片结构和功能的特殊性。     

Differential responses of photosystems I and II to seasonal drought in two Ficus species

Hemiepiphytic Ficus species exhibit more conservative water use strategy and are more drought-tolerant compared with their non-hemiepiphytic congeners, but a difference in the response of photosystem I (PSI) and photosystem II (PSII) to drought stress has not been documented to date. The enhancement of non-photochemical quenching (NPQ) and cyclic electron flow (CEF) have been identified as important mechanisms that protect the photosystems under drought conditions. Using the hemiepiphytic Ficus tinctoria and the non-hemiepiphytic Ficus racemosa, we studied the water status and the electron fluxes through PSI and PSII under seasonal water stress. Our results clearly indicated that the decline in the leaf predawn water potential (ψ_pd), the maximum photosynthetic rate (A_max) and the predawn maximum quantum yield of PSII (F_v/F_m) were more pronounced in F. racemosa than in F. tinctoria at peak drought. The F_v/F_m of F. racemosa was reduced to 0.69, indicating net photoinhibition of PSII. Concomitantly, the maximal photo-oxidizable P700 (P_m) decreased significantly in F. racemosa but remained stable in F. tinctoria. The fraction of non-photochemical quenching [Y(NPQ)] and the ratio of effective quantum yield of PSI to PSII [Y(I)/Y(II)] increased for both Ficus species at peak drought, with a stronger increase in F. racemosa. These results indicated that the enhancement of NPQ and the activation of CEF contributed to the photoprotection of PSI and PSII for both Ficus species under seasonal drought, particularly for F. racemosa.     

海岸带迎风坡环境干扰对造林植物叶片解剖、气孔和水分利用效率的影响

海岸迎风坡植被恢复是海岸带破坏生态系统修复的重要内容。本试验在广东中山市五桂山海岸带迎风坡（海拔300 m）选择了3种用于植被恢复的人工造林植物,红锥（Castanopsis hystrix）、米老排（Mytilaria laosensis）、云南石梓（Gmelina arborea）和2个同地点的野生种降真香（Acronychia pedunculata）与鸭脚木（Schefflera octophylla）作为实验材料,研究4年后3种造林树种对海岸迎风坡环境的适应。测定5种植物叶片的解剖特征、气孔形态、气孔密度（SD）和大小（SL）、光合作用和水分利用效率（WUE）等生理特性。结果表明,（1）5种植物的叶片解剖特征在迎风坡和背风坡都没有明显差异,除红锥外,SD和SL在两坡面也未表现出显著变化;（2）红锥和云南石梓在迎风坡显示出低的WUE,野生种降真香和鸭脚木有潜在的高的WUE,而米老排在迎风坡显示出对迎风坡造林环境有一定的适应能力;（3）5种植物叶片解剖特征和光合行为对潜在的水分胁迫响应的表型可塑性变化存在明显的种间差异。     

干旱与复水对喀斯特地区红背山麻杆生长及叶绿素荧光动力学参数的影响

为了探讨红背山麻杆对喀斯特地区干旱环境的生理适应机制,以一年生红背山麻杆扦插苗为试验材料,采用自然干旱法,对轻度(干旱14 d)、中度(干旱28 d)和重度(干旱42 d)干旱胁迫及复水处理的红背山麻杆扦插苗生长、光合色素含量及荧光参数进行测定和分析。结果表明,(1)随干旱胁迫时间的延长,红背山麻杆扦插苗叶片相对含水量显著降低,株高和基径增长缓慢,复水后的叶片相对含水量显著增加,而株高和基径无明显变化;(2)随干旱胁迫时间的延长,扦插苗叶片叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素[Chl(a+b)]含量及Chla/b先增加后降低,并在不同程度干旱胁迫及复水后均显著高于对照(CK),轻度和中度干旱胁迫复水后高于对照,重度干旱胁迫复水后也能恢复至对照水平。(3)随干旱胁迫加剧,扦插苗叶片荧光参数F_o显著增加,F_m、F_v/F_o、F_v/F_m逐渐减小,代表单位反应中心活性的参数A_bs/R_c、T_ro/R_c、E_to/R_c显著增加,代表受体侧电子传递活性的参数Ψ_po、Ψ_o、Ψ_Eo下降,表示热耗散的参数D_io/R_c急剧增加。不同干旱胁迫复水后,F_o、A_bs/R_c、T_ro/R_c、E_to/R_c、D_io/R_c、ΨDo比干旱胁迫处理降低,F_m、F_v/F_o、F_v/F_m、Ψ_po、Ψ_o、Ψ_Eo适度恢复,F_m还能恢复到CK水平,而Ψ_o、Ψ_Eo均未恢复到CK水平。可见,红背山麻杆幼苗生长受轻度和中度干旱胁迫影响较小,而受重度干旱胁迫影响较大;叶片光合色素含量及比值在干旱胁迫后显著增加;重度干旱胁迫导致PSⅡ反应中心失活,电子传递受阻,热能耗散增加;但他们在水分环境条件改善时仍可在一定程度上恢复,红背山麻杆具有强的抗旱性和较高的旱后恢复能力,可作为喀斯特地区植被恢复过程中的先锋物种。     

土壤干旱条件下氮素营养对小麦水分状况和光合作用的影响

轻度土壤干旱下,小麦叶片仍能维持较好的水分状况,高氮营养对叶片光合作用有明显的促进作用。中度以上土壤干旱下,叶片水势和相对含水量明显降低,高氮叶片降低的幅度显著大于低氮,同时叶片净光合率(P_n)也趋于降低,高氮叶片降低的幅度较大。高氮叶片的叶肉光合活性明显大于低氮叶片,干旱下P_n降低与其气孔限制作用较大有关。高氮叶片的渗透调节大于低氮叶片,但渗透调节对气孔导度和P_n的维持有限。     

Effects of Osmotic Drought Stress Induced by a Combination of NaCl and Polyethylene Glycol on Leaf Water Status,Photosynthetic Gas Exchange,and Water Use Efficiency of Pistacia khinjuk and P. mutica

Leaf water potential, leaf osmotic potential, chlorophyll a and b contents, stomatal conductance, net photosynthetic rate, and water use efficiency were determined in two pistachio species (Pistacia khinjuk L. and P. mutica L.) grown under osmotic drought stress induced by a combination of NaCl and polyethylene glycol 6000. A decrease in values for all mentioned variables was observed as the osmotic potential of the nutrient solution (_s) decreased. The osmotic adjustment () of the species increased by decreasing _s. Thus P. khinjuk had a higher osmotic drought stress tolerance than P. mutica.     

干旱胁迫对不同光环境下的三叶漆幼苗光合特性和叶绿素荧光参数的影响

以2年生三叶漆(T erm inth ia p an icu la ta)幼苗为实验材料,研究了生长于全自然光和遮荫条件(光强相当于自然光强的50%)下幼苗的光合特性和叶绿素荧光参数对不同土壤水分条件的响应,探讨了其对干旱和强光胁迫的生理适应机制.结果表明,叶片相对含水量(RW C)、叶水势(Ψ)、最大光合速率(Pm ax)、表观量子效率(AQY)、暗呼吸速率(Rd)和光合色素含量都随干旱胁迫的加剧而下降.Pm ax、AQY、Rd和比叶重(LM A)随光强的增加而升高,色素含量则随光强升高而降低.Ch la/b、C ar/Ch l随干旱程度和光强的增加有升高的趋势.PSⅡ的最大光能转换效率(Fv/Fm)和光化学量子效率(ФPSⅡ)在日间光较强时明显降低,说明发生了光抑制.电子传递速率(ETR)和非光化学猝灭系数(N PQ)随日间光强的增大而升高,表明三叶漆可能通过增强光呼吸和热耗散抵御光抑制、保护光合机构.二元方差分析表明,水分和光强具有明显的交互作用.全自然光下严重干旱的幼苗仍有较高的Pm ax(9.65μm o l.m-2.-s 1),说明三叶漆对干旱和强光具有极强的适应能力,这也是其成为干热河谷植被优势种的重要原因.     

Seasonal Variations in Soil and Plant Water Status in a Quercus suber L. Stand: Roots as Determinants of Tree Productivity and Survival in the Mediterranean-type Ecosystem

Studies were conducted to examine changes in soil (Ψs) and plant water status during summer in a 16-year old Quercus suber plantation in southern Portugal. Continuous measurements were conducted between May 2003 and August 2004, while discontinuous measurements were conducted on a monthly basis between May and September 2003 and repeated between March and September 2004. Intensive measurements were conducted on five trees with mean height and DBH of 5.3 m and 11.6 cm, respectively, growing at close proximity to each other. Weather conditions and soil water potential (Ψs) at the rhizosphere of each of the trees measured at 0.3 and 1 m soil depth were continuously monitored. Predawn (Ψpd) and midday (Ψmd) leaf water potentials were determined every month. Soil and plant samples were also collected in June and September from different locations within the study site for δ¹⁸O isotope composition analysis. Pressure–volume (p–v) curves were constructed from plant shoots at different times during the vegetative period to determine osmotic potential at full saturation (Π¹⁰⁰), water potential at turgor loss point (Ψ_tlp), relative water content at turgor loss point (R*_tlp) and bulk modulus of elasticity (ε). Significant P < 0.05 decline in Ψs occurred between May and September, the lowest value recorded being –2.0 MPa. Decline in soil moisture affected tree water status, but decline in leaf water potential varied significantly (P < 0.05) among the trees. At the end of summer drought, lowest Ψpd measured was –1.7 MPa while the highest measured during this time was –0.8 MPa. Differences among trees were attributed to differences in rooting depth, as shown by regression analysis of ¹⁸O isotopes. Radial stem growth ceased when Ψs within the upper 0.3 m depth approached –1.5 MPa. The upper soil layers contributed approximately 33% of the total tree water requirement, between spring and mid summer when drought was experienced by trees. Deep soil layers however, supplied most of the water required during drought and no growth was recorded during this time. Stressed trees increased solute concentration of their tissues by a Magnitude of 0.7 MPa while bulk tissue elastic modulus increased by about 17 MPa. The study emphasizes the significance of roots as determinants of tree productivity and survival in the Mediterranean ecosystems.