臭氧与其他环境因子对植物的交互作用

随着城市化进程加速,近几十年来全球范围内对流层的臭氧(O3)浓度持续增加,臭氧对植物的影响引起广泛关注。植物受到臭氧胁迫后,生理生化和形态上出现一系列变化。但臭氧对植物的影响受大气、土壤和光照条件的影响很大。全球气候变化和极端气候常态化使得臭氧和环境因子的交互作用大大增加,因此,臭氧和其他环境因子交互作用的实验条件更接近自然环境条件。这些交互作用很大程度上取决于植物种类、臭氧浓度、胁迫时间、植物对这些环境因子的敏感性以及具体的气候条件。本文综述了臭氧与二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、酸雨、氮(N)素、干旱、光照和紫外辐射(UV-B)的交互作用对植物的影响,探讨了臭氧与其他环境因子对植物的交互作用机理,并提出未来的研究热点是臭氧与其他环境因子交互作用对植物地下部分及根际影响、植物根系及其功能变化与根际过程相互影响的机制研究,不同气候条件下,各种类型森林对臭氧和其他环境因子交互作用的响应,臭氧与气候、大气和重金属污染物的交互作用,与低温等逆境的交互作用对植物的影响,从而找出逆境状态下生物进化的若干规律,为合理筛选抗臭氧污染的植物提供参考,对于改善生态环境具有重要意义。     

臭氧胁迫对植物主要生理功能的影响

近年来,由于光化学反应的臭氧前体增加,全球植物受对流层臭氧(O3)胁迫的程度越来越严重。臭氧污染被认为是造成东欧、西欧和整个美国的大片森林衰退和枯死的主要原因。臭氧胁迫严重影响植物叶片对光能的利用,通过气孔限制和非气孔限制,导致其光合速率的降低,影响光合产物的产量。臭氧对植物的影响与植物体内代谢物质的积聚量紧密联系。臭氧胁迫引发植物的各种防御保护机制,刺激抗氧化系统,影响膜系统,改变其体内碳和矿质养分的吸收并引起它们的重新分配,诱导其基因表达的深层变化。为了适应臭氧胁迫环境,植物通过生理生化机制的调节来保证其生命活动。如细胞通过调节渗透物质的含量来保持渗透势的平衡;细胞内各种抗氧化酶活性增加,以清除自由基,避免或者减轻细胞受到伤害;改变代谢途径以保持能量储备和降低代谢速率。可见,生态环境对生物进化具有重要影响。这个观点将在臭氧胁迫对植物生理的影响中得到证实,也是生物进化论的另一种证据。综述了臭氧对光合生理、呼吸代谢、抗氧化系统、膜系统、矿质养分的吸收和分配与分子生理等主要生理功能的影响,并提出臭氧胁迫对植物生理影响的今后研究方向与未来研究热点是:(1)加强在植物个体和群落水平上臭氧胁迫对植物生理影响的研究;(2)臭氧影响下植物的基因调控和相关信号传递网络系统的机理;(3)通过分子标记、基因图谱、基因组学和转基因技术等方法研究选育适应臭氧胁迫环境的植物;(4)尽可能在接近自然条件的环境中开展研究;(5)臭氧胁迫对亚热带和热带森林及其树种主要生理功能影响的研究;(6)建立模型评估臭氧对植物的影响。     

我国地表臭氧生态环境效应研究进展

针对当前我国大部分地区夏季出现的高浓度地表臭氧污染,综述了目前在地表臭氧的生态环境效应方面取得的研究进展及未来的研究展望。主要进展包括地表臭氧的污染水平,及其对植物的影响机制,具体包括地表臭氧对植物叶片的表观伤害、光合固碳能力、植物源挥发性有机化合物(BVOCs)释放、土壤微生物和土壤温室气体排放等方面的影响;在此基础上,提出了减少臭氧生态环境效应的管理措施。此外,对我国未来的研究进行了展望,建议加强在农田和森林布设臭氧浓度监测点、开展多因子同时存在的交互作用、气孔臭氧吸收量-响应(生物量或产量)关系以及臭氧对地下生态过程累积效应的长期定位等方面的研究,以期为我国地表臭氧污染的生态环境效应研究起到一定的推动作用。     

臭氧浓度升高对昆虫影响的研究进展

臭氧(O3)是最具危害性的空气污染物之一。目前流层中的臭氧水平从100多年前的10ppb到今天的40ppb,预计到2050年将达到68ppb左右。臭氧通过改变植物"质量"而影响植食性昆虫的取食偏嗜性、行为、生长和发育,进而影响天敌昆虫的适合度。臭氧还通过改变化学信息物质而影响昆虫的行为。本文根据国内外研究进展,结合作者的研究,论述了大气臭氧浓度升高对刺吸式昆虫、咀嚼式昆虫和天敌昆虫的影响,展望了未来研究的前景。     

臭氧胁迫对植物生长影响的综述

臭氧(O3)能造成植物叶面损伤、茎缩短[0]甚至植株矮化, 诱发植物细胞脂质过氧化, 损伤叶绿体, 破坏光合色素, 诱导植物叶片气孔关闭, 抑制碳的同化, 减弱植物的净光合作用, 加速植物老化, 最终引起植物生长的下降, 种子和作物的减产。臭氧胁迫对植物生长的影响随臭氧浓度和植物种类而, 也与植物的生长发育阶段相关。不同植物间的竞争影响其对臭氧胁迫的敏感性, 慢性臭氧胁迫能引起枝叶和根之间碳分配的变化。加强自然环境中臭氧对森林影响的研究, 定位研究不同环境条件下植物对臭氧的响应, 开展全球气候变化和臭氧的交叉作用对植物的影响是今后的研究热点。     

植物源挥发性有机物的生态意义(综述)

植物释放的挥发性有机气体(volatile organic compounds, VOCs)在对流层大气中通过一系列氧化还原反应,改变大气的化学组成,对臭氧合成、一氧化碳生成、甲烷氧化等有重要作用,其氧化物质对区域乃至全球的环境和气候都产生一定的影响。本文综述植物释放的VOCs对大气化学、温室效应、光化学烟雾的影响;介绍VOCs释放机制、合成途径及排放速率;对今后研究方向和大面积种植林木、城市绿化提出建议。     

陆地生态系统植物挥发性有机化合物的排放及其生态学功能研究进展

综述了国内外生物源挥发性有机化合物 (Biologicalvolatileorganiccompounds, BVOCs) 研究现状及未来的研究方向, 侧重介绍了陆地生态系统中植物排放BVOCs的种类、生物学功能及其对大气化学过程的影响。BVOCs按其化学结构以及在大气中的滞留时间可以分为 4类 :异戊二烯、单萜、其它活性BVOCs和其它次活性BVOCs。不同的植物类群排放不同的BVOCs种类并具有不同的排放特性, 环境条件对植物不同BVOCs的排放影响也不同。BVOCs作为有机物质被排放到体外, 从植物能量代谢的角度来讲要消耗一部分植物光合作用产物从而降低植物的生产力, 因此推测植物排放BVOCs具有一定的生理学或者生态学的功能。其中比较成熟的假说是抗热胁迫假说, 其次是抗氧化假说, 也有一些其它假说例如促氮同化假说等。但这些假说都还缺乏直接的有力证据, 有待更多的研究来支持。BVOCs被排放到大气中对大气化学过程的影响更是科学家关注的问题, BVOCs对大气的影响一方面是在大气对流层中促进臭氧 (O3 ) 的形成, 造成环境污染, 另一方面BVOCs通过对大气中的OH自由基和臭氧等氧化物浓度的调整而影响到大气中甲烷等温室气体的平衡, 对大气温室效应具有间接的贡献。我国在BVOCs的研究上也做了大量的工作, 包括分析鉴定了一些植物排放的BVOCs, 探讨了环境因子对植物BVOCs排放速率的影响, 从不同尺度估测了BVOCs的排放量等等。今后对BVOCs的研究将会集中在以下几个方面 :1) 进一步研究不同植物类群释放的BVOCs种类及其它们在大气中的理化性质 ;2 ) 继续探讨植物排放BVOCs的合成与代谢途径及其生物学功能 ;3) 研究BVOCs对大气化学过程的作用, 以及区域植被变化对BVOCs排放格局进而对区域乃至全球环境变化的影响 ;4 ) 加强对一些研究比较薄弱的生态系统例如在热带地区所进行的BVOCs研究工作 ;5 ) 进一步建立和完善BVOCs排放的理论模型, 以模拟不同陆地生态系统BVOCs排放的时空动态。     

大气臭氧浓度升高对植物及其昆虫的影响

臭氧是最具危害性的空气污染物之一,从19世纪中叶开始,对流层中的臭氧水平增加了35％,在今后50—100年内还将继续升高。臭氧浓度升高对植物生理基本功能、植物体内信号分子以及挥发物都具有不同程度的影响,并严重影响作物的产量。臭氧也通过改变植物的原生代谢和次生代谢发生数量而影响植食性昆虫的取食偏嗜性、行为、生长和发育,进而影响天敌昆虫的适合度。臭氧还通过改变化学信息物质而影响昆虫的行为。根据国内外研究进展,介绍了大气臭氧浓度升高对植物、昆虫的影响,并讨论了目前存在的问题和研究前景。     

植物物种入侵研究

详细阐述了生物入侵对生态系统的危害、对社会经济造成的严重损失,重点论述了植物外来种入侵的机制：化学介导机制、植物基因交流机制和干扰机制等;影响入侵的因素：外因、内因,其中外因主要是人为原因和环境因素。总结了植物生态入侵的预防、控制、去除策略及方法,包括机械、化学和生物方法,探讨了今后植物生态入侵的研究重点。     

植物热值及其生物生态学属性

介绍了热值的定义、表示方法、研究意义和植物热值在生态学中的研究历史与现状;分析了植物热值的时空变异性,包括热值在种间和类群间的变异及热值的种内变异规律;探讨了影响植物热值变化的因子(包括气候、立地条件、胁迫环境和人为干扰等)和热值变异的内在决定因素(包括碳浓度、灰分含量及有机质化学组成等);对植物热值的研究前景和局限性进行了展望。     

紫外线-B辐射对植物DNA及蛋白质的影响

大气平流层中的臭氧衰减,导致太阳辐射中的紫外辐射量有明显的增加,其中UV-B辐射对植物会产生不同程度的影响。分子生态学理论认为,UV-B辐射对植物造成的损伤,首先伤害植物的生物大分子,即进行光化学修饰。本文就臭氧衰减对生态环境和植物的影响途径进行了讨论,重点论述了UV-B辐射对植物蛋白质合成的抑制和DNA的损伤修复途径。并应用分子生物学技术研究植物对UV-B辐射的抗性机理和DNA修复技术的前景进行了展望。     

植物释放挥发性有机物(VOCs)的研究进展

植物释放的有机物(VOCs)对大气圈臭氧的动态、一氧化碳的产生和甲烷的氧化起重要作用。本文主要综述了异戊二烯、单萜这两种重要的植物释放物,总结了国内外的研究进展,概括了它们的合成、释放以及环境因子的影响。同时简要介绍了其它几种植物释放的有机物,并就有机物的释放对大气化学、温室效应和全球变化的影响也作了简要分析。     

植物蜡质及其与环境的关系

陆生植物的地上部分如叶、茎、花、果实等的表面覆盖着一层蜡质,它是由一系列复杂化合物组成的具有三维微结构的疏水层,在植物生长和发育过程中起着不可或缺的作用,具有很好的生物学功能。作为植物与环境的第一接触面,蜡质对外界环境因子的响应较敏感,当植物受到外界不利环境因子胁迫时,蜡质会改变自身晶体结构形态或化学组分构建防御机制以减少胁迫因子的作用,有效地协调植物与环境的关系。综述了近年来国内外关于植物蜡质的研究进展,在阐述蜡质层结构及其化学组分的基础上,着重介绍植物与环境因子的作用,包括非生物环境因子如水分、温度、光照、环境污染等以及植食性昆虫和病原菌等生物环境因子的作用。研究显示,胁迫环境下植物蜡质化学组分的变化,是由于不利环境因子的作用足以改变蜡质各产物的合成途径,从而影响蜡质产物。植物蜡质利用各种生理、化学机制对胁迫环境因子的适应以及响应,是植物适应各种生境的基础,因此通过对植物蜡质与环境关系的研究为进一步解析植物与环境关系提供证据。     

臭氧浓度升高对植物抗氧化系统的影响

臭氧是重要的温室气体之一,大气中臭氧浓度不断增加.高浓度臭氧对植物有高度毒性,能够给植物带来可见的叶片伤害,体内活性氧水平上升,同时也能刺激植物体内抗氧化系统的活性.目前高浓度臭氧对植物抗氧化系统的影响已经成为植物对全球变化响应研究的重要方向之一.本文综述了国内外关于高浓度臭氧对植物的毒害机理、植物对于高浓度臭氧伤害的抵御反应、以及在高浓度臭氧与CO2复合作用对植物影响的相关报道,以期改善人们对臭氧浓度升高对植物影响的理解.     

臭氧对生态系统地下过程的影响

对流层中高浓度的臭氧是一种严重危害植物的大气污染物,臭氧浓度的升高会对作物、林木等产生一系列的损害。本文综述了大气臭氧浓度升高对生态系统地下过程的影响,包括植物根系、根系分泌物、菌根、土壤-根呼吸、土壤酶以及土壤微生物的影响研究进展;阐述了目前研究中存在的争论以及今后需要研究的领域和方向。     

UV-B辐射增强对陆地植物次生代谢的影响

平流层臭氧的减薄已导致地表中波紫外辐射(UV-B,280～320nm)增强,由于UV-B能被许多生物大分子如蛋白质和核酸吸收并引起分子构象的变化,因此可对植物的各方面产生影响。本文将近年来特别是近5年的UV-B辐射增强对植物次生代谢物影响的研究工作进行了综述。主要包括：UV-B辐射增强对植物紫外吸收物的影响和可能的机制;环境因子的复合作用对植物紫外吸收物的影响和可能的机制;UV-B辐射增强对次生代谢物影响的生态学意义。并对该领域未来的研究作了展望。     

植物的碳酸酐酶

本文介绍了植物碳酸酐酶的化学特性,在植物中的分布、定位以及环境条件对酶活性的影响。对植物碳酸酐酶的可能生理功能进行了论述,同时对近年来藻类碳酸酐酶的研究成果也做了较详细的介绍。     

植物氮磷化学计量特征及其在药用植物研究中的应用

氮、磷元素在生物体内的组成及分配是相互联系的整体,可与环境相互作用,调节植物营养水平与生长发育过程。本文综述了环境非生物、生物和人为因子对植物氮、磷元素化学计量特征的影响,氮、磷化学计量对植物生长发育和代谢产物的影响机制,及其对药用植物生长发育和代谢产物积累的作用,并对药用植物的氮磷化学计量研究趋势进行展望。指出氮磷元素化学计量特征为药用植物响应环境变化机制、限制性营养元素判断、探讨与菌根真菌的相互作用等研究提供新思路,为药用植物的资源评价与规范化种植提供理论依据。     

O3浓度升高对植物活性氧代谢系统影响的研究进展

为了揭示臭氧（O3）浓度升高对植物活性氧代谢系统的影响机理,从代谢生理角度,总结了近年来国内外关于臭氧浓度升高对植物活性氧自由基代谢速率、细胞膜脂过氧化程度、抗氧化系统及生物量和产量影响的研究进展,同时,就臭氧浓度升高与二氧化碳浓度升高的复合作用对植物活性氧代谢系统的影响,及阐明二者相互作用对植物抗氧化系统影响机理的研究进行了综述。在此基础上指出在未来研究中,要在分子水平上进一步深入研究植物活性氧代谢系统对高浓度臭氧、二氧化碳复合作用的响应机理,并应加强高浓度二氧化碳对臭氧胁迫下植物抗氧化系统影响的研究,为解决如何减轻臭氧浓度升高对植物造成的氧化伤害提供基础理论依据。     

气候变暖对陆生植物的影响

温度是影响植物生长、发育和功能的重要环境因子,是调节许多陆地生态系统生物地球化学过程的关键因素之一.全球气候持续变暖直接或间接地对陆生植物产生不同程度的影响.本文从不同方面分析了植物对温度升高及其它生态环境因子变化交互作用下的生理生态适应机制,包括生态系统的土壤呼吸、植物的气体交换、水分关系、生物量和生产力的响应等方面的研究进展,并就未来开展陆生植物对气候变暖响应研究提出加强和改进的设想.