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。     

青藏高原高寒湿地生态系统CO2通量

依据涡度相关系统连续观测的2005年CO₂通量数据,对青藏高原东北隅的高寒湿地生态系统源/汇功能及其部分环境影响因素进行了分析。结果表明,高寒湿地生态系统为明显的碳源,在植物生长季（5~9月份）吸收230.16 gCO₂•m^-2,非生长季（1~4月份及10~12月份）释放546.18 gCO₂•m^-2,其中净排放最高在5月份,为181.49 gCO₂•m^-2,净吸收最高在8月份,为189.69 gCO₂•m^-2,年释放量为316.02 gCO₂•m^-2。在平均日变化中,最大吸收值出现在7月份12:00,为（0.45±0.0012） mgCO2•m^-2•s^-1,最大排放速率出现在8月份0:00,为（0.22±0.0090） mgCO₂•m^-2•s^-1。生长季中6~9月份表现为明显的单峰型日变化,非生长季的变化幅度较小。净生态系统交换量（NEE）和生态系统总初级生产力（GPP）与气温、空气水气饱和亏和地表反射率等环境因素呈现相似的相关性,与地上生物量和群落叶面积指数则为线性负相关,生态系统呼吸（Res）则与上述因子的相关性呈现相反的趋势。     

中国森林生态系统土壤CO2释放分布规律及其影响因素

联合国气候框架公约的签署提升了人们对全球变暖、碳循环变化的关注。陆地生态系统在全球变暖格局下的地位与作用,尤其是土壤碳库对全球变暖格局的响应是全球变化研究的焦点。土壤CO₂释放作为土壤-大气CO₂交换的主要途径之一,也就成为各国生态学家研究的重点内容。在对我国森林生态系统CO₂释放通量以及相关气候、生物等因子的资料进行收集、整理和分析的基础上,探讨了我国森林生态系统土壤CO₂释放的分布规律,以及这种规律性分布的气候、生物影响因素。对于我国这样一个南北跨度大的国家,不同区域的森林生态系统土壤CO₂释放通量间存在较大的差异,在全国尺度上,森林生态系统土壤CO₂释放通量平均值为(1.79 ± 0.86) g C m^-2 d^-1,而且土壤CO₂释放通量随着纬度增加逐渐降低。作为一个复杂的生态过程,土壤CO2释放受到生物、非生物因子或独立、或综合的影响。通过分析指出,在全国尺度上,年均温、降雨量、群落净生产力及凋落物量显著地影响森林土壤CO₂释放通量。同时,也正是这些影响因子的纬度分布,导致了我国森林生态系统土壤CO₂释放通量的纬度分布规律。作为衡量土壤CO₂释放对温度敏感性的重要指标,计算了我国森林生态系统土壤CO2释放温度敏感性系数-Q₁₀值,约为1.5,该值显著低于全球平均水平,2.0。     

3种C3木本植物绿色组织C4酶活性、色素含量及叶绿素荧光参数的比较

对3种C₃木本植物丁香（Syringa meyeri）、杨树（Populus alba）、落叶松（Larix gmelinii）叶片和树枝绿色组织相关指标分析发现：3种植物叶片Chl.a+b含量均显著高于树枝,但是树枝较叶片Chl.a/b比值差异不明显（丁香、落叶松）（p>0.05）或显著高（杨树）(p<0.05)。单位叶绿素内各酶活性显示,丁香树枝PEPC、PEPCK、PPDK、NADP-ME、NADP-MDH酶活性分别是叶片的2.4、4.1、3.2、4.5和1.9倍;杨树树枝分别是叶片的2.1、15、6.3、6.3和2.8;落叶松树枝分别是叶片的6.8、6.3、4.3、4和5.5倍,而单位鲜重内各酶活性显示出的树枝与叶片的差异均小于单位叶绿素的相应结果。种间比较发现,杨树叶片和树枝5种酶活性均显著高于丁香和落叶松。树枝绿色组织内C₄酶活性普遍高于相应叶片的事实说明,木质化绿色组织内可能存在C₄酶相关的生化过程。丁香与落叶松树枝的电子传递速率、PSⅡ效率大于叶片,杨树叶片的相应值大于树枝,相关分析表明,这种高的C₄酶活性并没有显著影响叶绿素荧光参数（p>0.05）,显示出树枝绿色组织和C₃植物叶片内C₄酶对光合影响的复杂性。     

大气CO２倍增对植物根内AMF群落的影响

采用环境控制生长室控制CO_２浓度的方法,研究了CO_２浓度（350～400μmol mol^－１和680～750μmol mol^－１对植物根内丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi, AMF）群落的影响。12种宿主植物于CO_２浓度不同的生长室栽培180d后收获取样,通过CTAB法提取共生菌根内丛枝菌根真菌的DNA,由特异引物U1/U2扩增编码核糖体28S大亚基的rDNA部分序列,并进行DGGE电泳分析。结果表明,12种植物根内的AMF存在特异的AMF类群（unique species group, US）和共有类群(common species group, CS),而且CO_２浓度倍增使US减少而CS增加。与350μmol mol^－１对照相比,700μmol mol^－１处理的玉米、刺苋、大豆、陆稻、无芒稗、黑麦草6种植物的AMF群落多样性下降,下降幅度分别达27.12%、16.84%、10.12%、8.62%、8.58%和2.67%;白车轴、牛筋草、早熟禾、鼠曲草、野燕麦、北美车前6种植物的AMF群落多样性上升,分别达76.26%、28.50%、17.60%、15.08%、1.46%和0.96%。CO_２倍增处理后12种植物的AMF多样性平均指数略呈上升趋势。研究指出未来环境变化（如CO２增加）将影响AMF群落结构从而影响菌根共生体的形成。     

鼎湖山针阔叶混交林冠层下方CO2通量及其环境响应

精确估算典型森林生态系统冠层下方CO₂通量（Fcb）对验证陆地生态系统碳平衡模型具有重要意义。采用开路涡度相关法对鼎湖山针阔叶混交林Fcb进行定位测定,根据1周年数据分析Fcb及其对环境要素的响应特征,结果表明：(1) 白天Fcb呈下降趋势表明地表植被全年具有光合能力,但总体上地表植被和土壤表现为CO2排放源;(2) Van’t Hoff方程、Arrhenius方程和Lloyd-Taylor方程均可以较好反映土壤温度(Ts)与Fcb的关系,其中仅Lloyd-Talor方程能够反映温度因子敏感性指标Q10随温度的变异性特征;(3) Lloyd-Talor方程模拟的Fcb完全由Ts控制,而连乘模型由Ts和土壤水分(Ms)控制,可以反映水热条件的综合影响,对Fcb具有更强的拟合能力;(4)在Ms较大时连乘模型对Fcb的估算高于Lloyd-Talor方程,反之在干旱时段连乘模型模拟结果低于Lloyd-Talor方程,表明当存在水分胁迫时,Ms可以成为影响Fcb的主导因子;(5) 2003年鼎湖山针阔叶混交林Fcb总量((787.4±296.8)gCm^-2a^-1)比静态箱-气相色谱法测得的土壤呼吸偏低17%。与箱式法相比,涡度相关法通量测定结果普遍存在偏低估算现象。     

超高产杂交稻两优培九的光合作用、光抑制和C4途径酶特性

比较研究了超高产杂交稻(Oryza sativa L.)两优培九和常规杂交稻汕优63剑叶的光合气体交换、光抑制, 以及其剑叶和稃片中的C₄酶活性. 发现两优培九和汕优63的光饱和同化速率(Asat)与汕优63相差无几, 但是, 其表观量子效率(AQY)、羧化效率(CE)和CO₂同化的量子效率(FCO₂)都远远高于汕优63. 强光条件下, 超高产杂交稻两优培九表现出比汕优63更强的抗光抑制能力, 并且具有较高的以叶黄素循环为量度的非辐射能量耗散. 此外, 两优培九的剑叶和稃片中的C₄途径酶活性均高于汕优63. 这些结果表明, 较高的光能和CO₂利用效率、较强的抗光抑制能力, 以及剑叶和稃片中C₄途径的较高表达可能是超高产杂交稻两优培九高产的重要保证.     

外源氮对沼泽湿地CH4和N2O通量的影响

三江平原沼泽湿地受到大气沉降、地表径流、农业排水等外源氮素的输入,对湿地生态系统CH₄和N₂O通量有重要影响。采用野外原位施肥试验模拟外源氮输入,设0,60,120,240kgN•hm^-2 4种试验处理,探讨外源氮对沼泽湿地CH₄和N₂O通量的影响。结果表明,外源氮促进了CH₄和N₂O排放。与对照处理比较,各施氮水平CH₄平均排放通量分别增加了181％,254％和155％,N2O排放通量分别增加了21％,100％和533％。外源氮输入对CH₄排放的季节变化形式影响不大,而N²O的季节变化形式随着氮输入表现出波动变化的趋势。不同施氮水平对CH₄排放的促进作用与植物生长阶段和产CH₄的微生物过程密切相关,N₂O排放通量随氮输入量呈指数增加（R²＝0.97,p<0.01）。外源氮通过影响湿地微生物过程来进一步影响CH₄和N₂O的排放。     

浓度NO对高表达转玉米C4型pepc水稻光合的促进

为了揭示C₃植物中C₄ pepc高表达带来的生理差异与其高光合效率的关系。本文以高表达的转玉米C₄ pepc光合基因水稻（PC）及原种Kitaake(WT）为材料,通过水培在孕穗期通过根吸入的方法,进行不同浓度的NO供体、NO合成抑制剂以及相关影响信号分子的试剂单独和联合过夜处理12 h,选取倒二叶研究NO对供试材料净光合速率（P_n）,气孔导度(G_s)和胞间CO₂浓度(C_i)的影响。结果表明：WT和PC在200 μmol·L^-1 SNP（Sodium nitroprusside）和1 mmol·L^-1 L-Arg(L-Arginine)处理下,P_n分别增加20.8%、10.7%,差异显著（p<0.05）;随SNP和L-Arg浓度的增加,其表现不同程度的抑制,与PC相比,WT的P_n抑制更显著（p<0.05）,而G_s和C_i的变化则相反（p<0.05）;进一步结合200 μmol·L^-1 SNP和1 mmol·L^-1 L-Arg与SA处理,结果与高浓度的NO供体处理类似;在联合6 mmol·L^-1 Ca²⁺螯合剂EGTA处理下,与PC相比,WT的P_n抑制达到极显著水平（p<0.01）,C_i的变化则相反（p<0.05）。相关分析结果表明：PC的P_n的高低与G_s的相关性小于WT,PC与WT决定系数分别为0.654 9、0.773 5;而与C_i的相关性则更大些,PC与WT决定系数分别为0.466 5、0.419 6,显示PC可能有不同的调节方式,尤其在低浓度的NO,PC可在Ca²⁺参与下调节气孔的开放,在气孔关闭的条件下,仍能维持一定的P_n。     

C4荒漠植物猪毛菜与木本猪毛菜的叶片解剖结构及光合生理特征

 为了比较C₄荒漠植物猪毛菜(Salsola collina)和木本猪毛菜(S. arbuscula)的抗旱结构和适应环境的光合作用特征, 在二者混生的群落中, 选择代表性植株, 采集叶片进行叶片解剖结构分析, 在自然条件下测定了二者叶片的气体交换参数。研究结果表明：猪毛菜叶片具表皮毛, 具有更发达的薄壁贮水组织;木本猪毛菜叶片具有更厚的角质层, 表皮下有1层下皮细胞, 其栅栏组织细胞较长, 排列更紧密。猪毛菜的净光合速率明显高于木本猪毛菜, 日平均值分别为21.5和15.7 μmol CO₂·m^–2·s^–1。猪毛菜的蒸腾速率也明显高于木本猪毛菜, 日平均值分别为14.9和10.2 mmol·m^–2·s^–1。猪毛菜和木本猪毛菜的水分利用效率的日平均值分别为1.39和1.53 μmol CO₂·mmol^–1 H₂O, 特别是在14:00时分别为1.61和2.30 μmol CO₂·mmol^–1 H₂O, 木本猪毛菜高出猪毛菜约42%。猪毛菜的光补偿点低于木本猪毛菜, 而光饱和点和光量子效率较高, 具有更低的CO₂补偿点。这表明：二者的旱生结构不同, 木本猪毛菜具有更显著的荒漠植物特征;在适于二者混生的环境下, 猪毛菜比木本猪毛菜的光合能力更强, 而木本猪毛菜的水分利用效率更高。     

Na2CO3胁迫下星星草幼苗活性氧及保护酶活性的变化

对低浓度Na₂CO₃胁迫下星星草幼苗相对电导率、O^-₂产生速率、H₂O₂含量以及保护酶CAT、SOD和POD活性的研究结果表明,低盐胁迫1 d后,星星草幼苗细胞膜的通透性、O^-₂产生速率、H₂O₂含量及保护酶活性都随着盐胁迫的加剧而升高,其具体的变化规律与盐胁迫强度和幼苗细胞膜的受损伤程度密切相关,但相关关系的性质上具有差异。     

硝酸镧对碱胁迫下黑麦草幼苗生长和光合生理的影响

在150 mmol·L^-1 NaHCO₃胁迫下,研究了不同浓度硝酸镧对黑麦草幼苗生长的影响及其对叶片光合生理响应的调节作用。结果表明,叶面喷施低浓度硝酸镧(0.05 mmol·L^-1)预处理显著减小了碱胁迫下黑麦草幼苗生物量、叶片叶绿素和类胡萝卜素含量、叶绿体希尔反应、光合电子传递、光合磷酸化、Mg²⁺ ATP酶、RuBP羧化酶活性和光合效率的下降幅度,却对光呼吸调节酶乙醇酸氧化酶活性无明显影响。而高浓度硝酸镧(0.5 mmol·L^-1)预处理不仅对碱胁迫没有缓解作用,反而加重了碱胁迫伤害。因此,适宜浓度硝酸镧可以通过改善光合功能从而缓解碱胁迫对黑麦草幼苗生长的抑制作用。     

马蔺对不同浓度NaHCO3胁迫的生理响应

为探讨不同浓度NaHCO₃胁迫下,马蔺叶片的膜透性、可溶性蛋白及膜脂过氧化物含量的变化规律,以1年生马蔺实生苗为研究对象,通过对细胞膜透性、膜质过氧化产物MDA、SOD、POD和可溶性蛋白等指标进行测定,研究在盆栽控盐条件下,马蔺对NaHCO₃胁迫的适应与响应。结果表明：随着NaHCO₃浓度和胁迫时间的增加,对马蔺叶片可溶性蛋白含量的影响总体是先下降后上升的趋势,在30 d时,0.4%和0.6%盐浓度胁迫下的马蔺的可溶性蛋白含量上升较大,分别比对照高：21.7%,38.6%;在NaHCO₃盐胁迫的10~20 d,马蔺叶片的的膜透性略有降低;在20~30 d时,膜透性迅速上升;NaHCO₃胁迫20 d时,除对照外其他盐浓度胁迫下的马蔺叶片的POD活性都达到了最大值,分别比对照高95%,103%,496%;相同盐浓度胁迫下,随着时间的延长,SOD活性变化趋势是先下降后上升;MDA作为膜脂过氧化作用的主要产物之一,随着盐浓度的增加和盐胁迫时间的延长,在30d时0.6%浓度的马蔺叶片中MDA含量大量积累。综上所述,马蔺有抗盐（NaHCO₃）胁迫的能力,是重要的盐碱地生植物,本研究为马蔺的抗盐碱性研究又提供了一有力证据,同时为今后将马蔺应用于治理盐碱土地增加了理论基础。     

NaHCO3处理对西伯利亚蓼叶细胞膜脂过氧化和活性氧清除酶活性的影响

对西伯利亚蓼扦插苗进行不同浓度和不同时间NaHCO₃处理,研究了NaHCO₃处理浓度和时间对西伯利亚蓼叶细胞膜脂过氧化和活性氧清除酶活性的影响。研究表明,NaHCO₃处理浓度分别与过氧化氢酶活性、丙二醛含量和细胞膜透性之间存在极显著正相关性,与超氧化物歧化酶活性之间存在显著正相关性,与过氧化物酶活性之间无显著相关性;不同NaHCO₃浓度处理间,超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性及丙二醛含量差异极显著,过氧化物酶活性和细胞膜相对透性差异显著;不同时间的NaHCO₃处理,过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性、丙二醛含量及细胞膜透性差异显著,超氧化物歧化酶活性和过氧化氢酶活性差异极显著。     

马铃薯杂种F1无性株系的ISSR鉴定

为给马铃薯新品种选育提供可靠材料,采用ISSR分子标记对2个马铃薯杂交组合‘J07-4’ב陇薯6号’和‘J07-6’ב陇薯6号’杂交种F₁无性繁殖株系的真实性进行了鉴定。结果从152个ISSR引物中筛选出适于‘J07-4’ב陇薯6号’杂种F₁ 5个无性株系鉴定的3个ISSR引物AF18550、AW75511和AW20617及‘J07 6’ב陇薯6号’杂种F₁ 7个无性株系鉴定的2个ISSR引物AW20607和AF18549;以子代中含有父本特征带为主要依据,鉴定出杂种F₁共12个无性繁殖株系均为真实的杂交种,并建立了杂种F₁不同无性株系间的ISSR指纹图。表明ISSR分子标记技术用于马铃薯杂种F₁无性株系鉴定是可行的。     

新的C4及CAM光合途径植物

以稳定性碳同位素比(δ¹³C)鉴别禾本科、莎草科、苋科和萝摩科共46种植物的光合作用途径,发现了36种新的C₄植物(δ¹³C-10.43到-13.66‰)和1种CAM植物(δ¹³C-15.24‰)。根据Hattersley区分C₄植物三种亚类型的不同δ¹³C值,提出在36种C₄中有8种具δ₁₃C值-10.4到-10.9‰者是NADP-ME型,6种具δ¹³C值-13‰左右的是NAD-ME型,其余种类可能是NADP-ME或PCK型。