光生物反应器脱除空气中CO2的模型研究

微藻光生物反应器具有脱除空气中CO_2能力。从光生物反应器构型、进气流速、混合传质,及微藻光合/呼吸速率等方面,探讨气升式光生物反应器脱除空气中CO_2效果,提出了时间离散化和集中参数法两种分析方法。运用集中参数法建立了气升式柱型光生物反应器脱除CO_2的数学模型,模拟了藻液中溶氧浓度(DO)、pH随时间的变化情况,及进气CO_2浓度影响,预测并验证了光照条件下出气CO_2、O_2浓度的变化趋势。模拟结果和实验数据基本吻合,所提出的模型对光生物反应器的优化设计、微藻的高密度培养,及CO_2去除能力预测具有参考意义。     

微藻固定CO2研究进展

空气中CO₂ 浓度升高所导致的温室效应已成为重大的环境问题 ,受到人们普遍关注。概述了高效固定CO₂ 微藻藻种的筛选和培养方法 ,分析了微藻固定CO₂ 的无机碳利用形式和浓缩机制 ,讨论了高效光生物反应器设计和运行目标 ,简要介绍了微藻 (酶 ) 膜生物反应器集成新技术。并认为今后的研究方向主要是在进一步探索微藻固定CO₂ 有关机理的基础上 ,构建高效固定CO₂ 的转基因微藻 ,开发高效膜生物反应集成系统。     

氧化铝气体分布器应用小球藻培养的研究

光生物反应器设计中,气体分布器对微藻生长有较大的影响,尤其是在鼓泡式光生物反应器中更为显著。实验考察了采用氧化铝烧制的多孔气体分布器的5L鼓泡式光生物反应器中通气速率、CO₂ 浓度对小球藻LICME002生物量、叶绿素含量、油脂积累的影响。对该气体分布器下的CO₂浓度和通气速率对小球藻的作用机理进行了初步的探讨。结果表明,CO₂浓度为3%时,该株微藻生物量、叶绿素、油脂积累的最佳;CO₂浓度超过6%时各项指标显著下降。通过对0.1vvm,0.4vvm,0.7vvm、1.0vvm的通气速条件下的各项指标的分析,确定最佳通气条件为0.4vvm。结论显示,在最佳通气速率和CO₂浓度下,微藻生物量能达到1.52g/L,油脂含量达到31.5%。     

改进指数模型对紫茉莉光合-光响应及CO2响应适用性研究

五种模型分别运用于紫茉莉的光合—光响应及CO₂响应曲线的拟合,研究其光合效率参数的变化,探讨紫茉莉光合—光响应及CO₂响应的最适模型。结果表明:(1)紫茉莉的光合—光响应及CO₂响应改进指数模型拟合R²均为0.999,拟合效果优于非直角双曲线、直角双曲线和直角双曲线修正模型。其饱和光强和最大净光合速率分别为797.299和7.879 μmolCO₂·m^-2·s^-1,饱和CO₂浓度和最大光合能力分别为1 264.447和16.783 μmol CO₂·m^-2·s^-1,均与实测值最接近;(2)五个模型拟合和预测的均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE),都是改进指数模型小于其他模型。改进指数模型为紫茉莉光合—光响应及CO₂响应曲线的最佳模型,实验结果可为紫茉莉的生理生态应用研究提供参考。     

修剪节位及修剪时期对四季蜜芒枝条生长及反季节开花的综合效应

五种模型分别运用于紫茉莉的光合—光响应及CO₂响应曲线的拟合,研究其光合效率参数的变化,探讨紫茉莉光合—光响应及CO₂响应的最适模型。结果表明:(1)紫茉莉的光合—光响应及CO₂响应改进指数模型拟合R²均为0.999,拟合效果优于非直角双曲线、直角双曲线和直角双曲线修正模型。其饱和光强和最大净光合速率分别为797.299和7.879 μmolCO₂·m^-2·s^-1,饱和CO₂浓度和最大光合能力分别为1 264.447和16.783 μmol CO₂·m^-2·s^-1,均与实测值最接近;(2)五个模型拟合和预测的均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE),都是改进指数模型小于其他模型。改进指数模型为紫茉莉光合—光响应及CO₂响应曲线的最佳模型,实验结果可为紫茉莉的生理生态应用研究提供参考。     

CO2浓度升高对龙血树和春羽生长及光合生理的影响

采用开顶式气室（OTC）控制模拟环境,研究了二氧化碳（CO₂）浓度升高对龙血树和春羽叶片光合生理及叶绿素荧光参数的影响。结果表明:（1）随着CO₂浓度增加,龙血树和春羽幼苗叶面积和株高均呈显著增加趋势。（2）龙血树和春羽幼苗叶片净光合速率随着CO₂浓度的升高均呈先增加后降低的趋势,而同期蒸腾速率和气孔导度显著降低。（3）随着CO₂浓度的增加,龙血树和春羽幼苗叶片最大光量子产量、实际光能转化效率均呈先升后降的趋势,而同期非光化学猝灭系数呈先降低后升高的趋势;光化学猝灭系数总体上也呈先升高后降低的趋势,但差异不显著。研究表明,一定时间的高浓度CO₂处理提高了龙血树和春羽的净光合速率,促进了植物的生长,但随着处理时间的延长,这种促进作用逐渐降低进而消失,并以春羽幼苗表现得更突出;即高浓度CO₂可能破坏了龙血树及春羽生长后期光系统Ⅱ反应中心结构,导致叶片光合能力降低。     

微藻在CO2生物捕集及废水生态修复领域的研究进展

温室效应、水资源短缺和能源危机是21世纪人类面临的三大挑战。微藻是一种水生植物,在CO₂减排、废水生态修复及生物能源领域已成为全球研究热点。综述了微藻在CO₂生物捕集和废水生态修复的应用研究进展。微藻生物柴油现已成为全球研发热点,但研究主要集中在某个单元的最优化设计,而对各单元之间相互作用和耦合的重要性缺乏充分认知,提出了将CO₂生物捕集、废水生态修复、生物柴油制备、藻渣替代水煤浆与煤共气化的理念,这对微藻生物过程的高效全局优化和环境综合治理具有重要意义,是未来我国发展低碳经济的有效途径,并在此基础上对微藻产业规模化的未来核心研究方向进行了展望。     

光驱动二氧化碳转化系统的构建、优化与应用

利用光能驱动二氧化碳(carbon dioxide, CO₂)还原生产化学品对于缓解环境压力、解决能源危机具有重要意义。光捕获、光电转化和CO₂固定等作为影响光合作用效率的关键因素,同时也制约着CO₂的资源化利用效率。为了解决上述问题,本文从生物化学与代谢工程相结合的角度,系统总结了光驱动杂合系统的构建、优化与应用,并从酶杂合系统、生物杂合系统以及杂合系统应用3个方面分析了光驱动CO₂还原合成化学品的最新研究进展。在酶杂合系统方面,采用的策略主要有提升酶催化活性、增强酶稳定性等;在生物杂合系统方面,采用的方法主要包括增强生物捕光能力、优化还原力供应以及改善能量再生等;在杂合系统应用方面,主要阐述了光驱动CO₂还原生产一碳含能化合物、生物燃料以及生物食品等。最后,从纳米材料(包括有机材料和无机材料)和生物催化剂(包括酶和微生物)两个方面,展望了人工光合系统的进一步发展方向。     

大气CO2浓度升高对春玉米土壤呼吸的影响

为探讨春玉米不同生育期土壤呼吸速率对大气CO₂浓度升高的响应,以黄土高原旱作春玉米为研究对象,通过改进的开顶式气室（OTC）模拟大气CO₂浓度升高的环境,在田间条件下设置自然大气CO₂浓度（CK）、OTC对照（OTC,CO₂浓度同CK）与CO₂浓度升高（OTC+CO₂,OTC系统自动控制CO₂浓度700 μmol/mol）3种处理。研究了旱区覆膜高产栽培春玉米播前（V0）、六叶期（V6）、九叶期（V9）、吐丝期（R1）、乳熟期（R3）、蜡熟期（R5）及完熟期（R6）土壤呼吸速率对大气CO₂浓度升高的响应特征,以及大气CO₂浓度升高对土壤呼吸速率的温度与水分效应的影响。研究发现,OTC+CO₂处理土壤呼吸速率,与CK相比,在R3和R5期分别增加43%、104%（P<0.05）,与OTC相比,R3和R5期分别提升了63%、109%（P<0.05）;OTC处理与CK相比,在整个生育期对土壤呼吸影响不显著;3种处理条件下,土壤温度和水分随生育期变化趋势基本一致,土壤呼吸速率与土壤温度和水分分别呈指数相关和抛物线型相关;结果表明：大气CO₂浓度升高对土壤呼吸的影响因生育期而异,土壤温度和土壤水分是影响旱地农田土壤呼吸的重要因素,CO₂浓度升高会使土壤呼吸温度效应值（Q₁₀）降低,土壤呼吸对土壤水分响应的阈值提高。     

CO2对牟氏角毛藻高密度培养的影响

以牟氏角毛藻为材料,通过对比实验研究了CO₂和CO₂通入方式对光合生物反应器中高密度培养的牟氏角毛藻的生长速度和细胞密度的影响;并以水体pH值为指标,控制CO₂的通入数量,进而研究了牟氏角毛藻在我们自行研制的卧式光合生物反应器中的生长情况。结果表明细胞悬浮培养达到一定密度之后,CO₂的供应,可以有效地提高生长速度和细胞密度。对CO₂通入方式的实验结果表明,不同的CO₂通入方式,产生的效果不同,其中以空气和纯CO₂混合后通入,效果最好。     

杉木人工林不同深度土壤CO2通量

土壤CO₂通量具有明显的时间和空间变异性。土壤温度和含水量是影响土壤CO₂通量的重要因素,同时,不同深度的土壤CO₂通量对温度和含水量变化的响应差异较大,因此,研究土壤CO₂通量和影响因素随土壤深度的变化,对于准确评估土壤碳排放具有重要意义。选择福建三明杉木人工林(Cunninghamia lanceolata)作为研究对象,利用非散射红外CO₂浓度探头和Li-8100开路式土壤碳通量系统,并使用Fick扩散法计算了0-60cm深度土壤CO₂的通量,结果表明:(1)5种扩散模型计算的表层(5cm)CO₂通量与Li-8100测量结果均具有显著相关性(P<0.01),Moldrup气体扩散模型计算结果较好。(2)土壤CO₂浓度随深度的增加而升高,但60cm深度以下土壤CO₂浓度开始降低;不同深度土壤CO₂浓度的日变化均呈现单峰型;0-60cm土壤CO₂通量日通量均值变化范围为0.54-2.17μmol m^-2 s^-1;(3)指数拟合分析显示,5、10cm和60cm深度处土壤CO₂通量与温度具有显著相关性,Q₁₀值分别为1.35、2.01和4.95。不同深度土壤含水量与CO₂通量的相关性不显著。     

不同CO2浓度升高和氮肥水平对水稻叶绿素荧光特性的影响

为研究不同CO₂浓度升高和氮肥水平对水稻叶绿素荧光特性的影响,利用由开顶式气室（OTC）组成的CO₂浓度自动调控平台开展田间试验。以粳稻9108为试验材料,CO₂浓度设置CK（对照,环境大气CO₂浓度）、C₁（CO₂浓度比CK增加160 μmol/mol）和C₂（CO₂浓度比CK增加200 μmol/mol）3个水平;氮肥设置低氮（N₁：10 g/m²）、中氮（N₂：20 g/m²）和高氮（N₃：30 g/m²）3个水平。结果表明,在低氮条件下,与CK相比,C₁处理使拔节期的F_o上升4.8%（P=0.031）;C₂处理使拔节期的F_o上升6.3%（P=0.015）,F_v/F_m下降4.8%（P=0.003）,使孕穗期的F_o上升12.7%（P=0.039）,F_v/F_o下降18.2%（P=0.039）。在高氮条件下,与CK相比,C₂处理使灌浆期的F_m、F_v和F_v/F_m分别下降3.6%（P=0.039）、4.9%（P=0.013）和1.3%（P=0.039）。在中氮条件下,与CK相比,C₁和C₂处理的影响不明显。在整个生育期内,CO₂浓度升高与施氮处理交互作用对水稻叶绿素荧光特性的影响未到达显著水平。研究表明,大气CO₂浓度升高使水稻叶片光系统Ⅱ受损,抑制其电子传递能力、电子受体Q_A氧化还原情况、最大光化学效率和潜在活性,通过适量施氮可以有效地缓解其负面效应。     

色季拉山急尖长苞冷杉林不同层次土壤CO2浓度对短时降雨的响应

为阐明不同层次土壤CO₂浓度日变化特征及对短时降雨的响应,以西藏东南部色季拉山急尖长苞冷杉（Abies georgei var. smithii）林为研究对象,在自然降雨条件下,分析短时降雨及水分再分布过程中各层次土壤CO₂浓度变化特征。结果表明：在0-60 cm层次内,土壤CO₂浓度随土壤层次的加深而显著增加（P < 0.01）,二者之间呈显著对数函数关系（R=0.9764,P < 0.01）;短时降雨脉冲使表层5 cm土壤CO₂浓度显著下降,而10 cm层次土壤CO₂浓度显著增加;在降雨和水分再分布阶段,5 cm与10 cm层次土壤CO₂浓度之间极显著负相关,10、20、40 cm和60 cm之间均呈极显著正相关（P < 0.01）;5 cm层次土壤含水量显著影响0-60 cm剖面CO₂浓度,降雨阶段,二者之间极显著线性正相关（P < 0.001）,而水分再分布阶段,二者之间符合极显著幂函数负相关（P < 0.001）。即降雨引起表层土壤含水量的快速增加,显著提高土壤剖面CO₂浓度,而降雨停止后,有利于土壤CO₂向土表的释放;土壤温度和含水量对CO₂浓度的影响效应在各层次之间表现不一致,除40 cm均为正效应外,其他各层均表现为相反的影响效应。这些结果表明,短时降雨使各层次土壤含水量增加,减少土壤表面CO₂释放量,使下层土壤体系中CO₂浓度升高,在分析土壤CO₂通量时间变化时,应考虑短时降雨对不同层次土壤CO₂的影响。     

CO2浓度升高条件下内生真菌感染对宿主植物的生理生态影响

以内蒙古草原常见伴生种、感染内生真菌的天然禾草羽茅为研究对象,通过比较不同CO₂浓度和不同养分供应条件下,带内生真菌和不带菌植物在种子发芽和幼苗生长等方面的差异,探讨带内生真菌的天然禾草对CO₂浓度增加的响应。结果表明:CO₂浓度增加对带菌种子发芽率和发芽速度均无显著影响,但CO₂浓度增加显著降低了不带菌种子的发芽率和发芽速度,即CO₂浓度升高加大了带菌和不带菌种子发芽率之间的差异;内生真菌感染显著提高了宿主植物的最大净光合速率和水分利用效率;羽茅的营养生长受CO₂浓度和养分供应的交互影响,高CO₂浓度对生长的促进作用只出现在充足养分供应条件下;CO₂浓度升高和内生真菌感染对植物根系形态有显著的交互作用,在正常CO₂浓度下,带菌植株根径>1.05 mm的根系比例显著高于不带菌植株,随着CO₂浓度的升高,带菌植株上述根径根系所占比例无显著变化而不带菌植株所占比例显著升高,CO₂浓度升高导致带菌和不带菌不同根径根系分配之间的差异缩小。     

典型岩溶槽谷区土壤CO2浓度变化对隧道建设的响应——以重庆市中梁山岩溶槽谷为例

为了解重庆市中梁山岩溶槽谷区隧道建设对土壤CO₂浓度变化特征的影响,于2017年12月1日至2018年11月25日对中梁山岩溶槽谷区的隧道影响区和非隧道影响区典型的白蜡树林（FC）和于2017年3月22日-2018年1月18日对耕地（CU）、灌丛（SH）、竹林（BA）下土壤CO₂浓度及其相关的环境因子进行研究,探讨了隧道影响和非隧道影响的岩溶区土壤CO₂浓度变化规律及其影响因子。研究表明：隧道影响区（A区）土壤CO₂浓度低于非隧道影响区（B区）,A区A-CU、A-SH、A-BA和A-FC土壤CO₂浓度的平均值分别为4479.26、6053.10、8152.70 mg/m³和17162.47 mg/m³,B区B-CU、B-SH、B-BA和B-FC分别为6244.67、6647.01、9422.94 mg/m³和18396.09 mg/m³。但隧道影响区和非隧道影响区的土壤CO₂浓度具有相同的垂直和季节变化趋势,在垂直方向上,土壤CO₂浓度随土壤深度的增加而增加,在季节变化上,雨季（夏季和秋季）土壤CO₂浓度大于旱季（冬季和春季）。经相关分析发现土壤温度是影响土壤CO₂浓度变化的主控因子,土壤CO₂浓度随土壤温度的升高而升高,降水较多时土壤含水率过高,会抑制土壤CO₂的生产,同时,土壤理化性质也对土壤CO₂浓度具有一定的影响。隧道影响区土壤CO₂浓度的变化受外界环境变化的影响大。     

地质封存二氧化碳与深地微生物相互作用研究进展

地质封存将工业和能源相关领域生产活动产生的二氧化碳（CO₂）进行捕集并注入到深部地下岩石构造中,以实现长期储存的目标,是降低温室气体排放、实现CO₂长期封存的重要可行性手段之一。向深部地下地质构造中注入大量CO₂会导致深地环境发生显著变化,进而引起原生微生物活性及群落结构发生明显改变。因此,地质封存CO₂能够直接或间接影响深地微生物驱动的生物地球化学过程。同时,微生物在短期和长期的超临界CO₂（scCO₂）胁迫作用下,也会通过不同的适应性进化方式影响CO₂在地下环境中的迁移、转化和赋存形态。本文介绍了国内外二氧化碳捕获与封存发展现状以及地质封存CO₂影响条件下的scCO₂-水-微生物-矿物的相互作用领域的最新科研进展,并展望了利用深地微生物强化CO₂固定以及将其转化为高附加值产物的潜力。     

NaHCO3胁迫对紫根水葫芦形态学指标和光合参数的影响

为研究NaHCO₃胁迫对紫根水葫芦的形态学指标及光合参数的影响,该文以紫根水葫芦为材料,采用不同浓度碱性盐NaHCO₃溶液处理成株紫根水葫芦,测定在NaHCO₃胁迫下紫根水葫芦的植株株高、根长、根冠比、生物量、含水量和光合参数[净光合速率(P_n)、胞间CO₂浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)]。结果表明:紫根水葫芦在20 mmol·L^-1 NaHCO₃浓度下的水溶液pH值最为平缓; 在低浓度NaHCO₃溶液中(≤40 mmol·L^-1),相比CK,紫根水葫芦的形态学指标呈现增长或无显著影响情况,而在高浓度NaHCO₃溶液中(≥60 mmol·L^-1),随着NaHCO₃浓度的升高,紫根水葫芦形态学指标显著降低,且与NaHCO₃浓度呈负相关; NaHCO₃胁迫对紫根水葫芦的光合参数影响显著,随着NaHCO₃浓度的增加及试验处理时间的延长,紫根水葫芦的P_n呈持续下降的趋势,C_i、T_r和G_s整体呈上升趋势,其光合作用受到的主要是非气孔限制。综合分析显示,紫根水葫芦具有一定的耐NaHCO₃能力,能正常生存在不超过40 mmol·L^-1 NaHCO₃浓度的水体中,且能改善低NaHCO₃浓度下的水体pH值。     

大气CO2浓度升高对B型烟粉虱大小、酶活及其寄主的选择性影响

以CO₂浓度升高为作用因子,观测了连续3代饲养在转Bt基因棉(GK-12)和亲本棉泗棉3号(S3)上B型烟粉虱的个体大小、解毒酶活性及第3代烟粉虱的选择性和产卵量。结果表明,CO₂浓度和棉花品种处理对第2、3代烟粉虱卵长、伪蛹大小、雌雄成虫大小的影响均不显著,但CO₂浓度升高使第1代烟粉虱的伪蛹长、雌虫翅展和雌、雄虫长显著低于对照CO₂浓度下生长的烟粉虱;取食S3的伪蛹长、雌虫长和雌虫翅展分别比相应的对照浓度下的低2.81%、2.95%、0.94%,取食GK-12的雌虫翅展和雄虫长均比相应的对照浓度下的低2.08%和2.58%。3种解毒酶的活性测定显示,取食高CO₂浓度处理的转基因棉GK-12上的F3代烟粉虱的谷胱甘肽S转移酶(Glutathione Stransferase, 简称GSTs)活性和取食亲本棉S3的F1代的乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase;简称AchE)的活性分别比对照处理的增加45.73%和27.68%;而羧酸酯酶(Carboxylic Ester hydrolase;简称 CarE)在取食4个处理的棉花上烟粉虱的活性均无显著的差异;而取食对照CO₂条件下GK-12棉花的F1代烟粉虱GSTs活性比取食S3棉花低35.12%。对3个因子的交互分析结果显示,C0₂浓度对3种酶活影响均不显著,品种对GSTs的影响显著,世代、CO₂×品种及CO₂×品种×世代间的交互作用对AchE酶活影响显著,各因子对CarE的活性影响均不显著。烟粉虱的选择实验结果表明,4种处理的F3代B型烟粉虱均喜好选择在高CO₂处理的棉花,而且选择高CO₂处理的GK-12的数量多于其他3个处理,其中对照浓度下生长的烟粉虱选择高CO₂的GK-12比高CO₂处理的S3、对照浓度处理的GK-12 和S3分别增加9.175%, 19.89%、27.93%; 而高浓度下生长的烟粉虱选择高CO₂的GK-12比高CO₂处理的S3、对照浓度处理的GK-12 和S3分别增加12.56%,21.05%,28.73%。72h的产卵量检测发现,烟粉虱在高CO₂处理的2种棉花上的产卵量也是多于对照条件下的棉花,对照条件下的棉花相比,高CO₂和对照浓度下生长的烟粉虱的在高CO₂处理的2种棉花上的产卵量分别增加24.55%和19.03%;在高CO₂浓度下生长的F3代烟粉虱更喜好在高CO₂浓度处理的GK-12上产卵,与对照浓度下的GK-12相比增加26.93%,差异达到显著水平。     

C4作物FACE(free-air CO2 enrichment)研究进展

持续迅速上升的大气二氧化碳浓度([CO₂])是全球变暖最大的驱动因子,但其作为光合作用底物直接增加了作物的生产力。相比C₃作物,人们对未来高浓度CO₂情形下C₄作物的响应规律认识较少。与封闭或半封闭气室研究相比,FACE(free-air CO₂ enrichment)试验在空气自由流动的大田条件下对作物表现进行研究,它提供了对未来作物生长环境的真实模拟,因此提供了评估CO₂肥料效应以及揭示植物响应机制的最好机会。作为人类重要的粮食和饲料来源,高粱和玉米是最重要的C₄作物。在简介美国玉米和高粱FACE系统的基础上,综述了FACE情形下高浓度CO₂(模拟本世纪中叶大气CO₂浓度,即550 μmol/mol)对两大作物生理、生长和产量以及土壤特性等方面的影响,同时比较了与气室研究结果的异同点。(1)FACE使干旱条件下两作物光合作用显著增强,但湿润条件下没有影响;FACE条件下高粱出现光合适应现象,而玉米没有;(2)FACE使两作物气孔导度大幅下降,导致叶温升高、蒸腾速率下降、蒸发蒸腾总量减少或没有变化、叶片总水势和水分利用效率增加或没有变化;(3)FACE对两作物物候期和化学组分影响很少;(4)FACE使干旱条件下两作物生长和产量略有增加,但湿润条件下没有影响;(5)FACE使高粱田土壤丛枝状菌根真菌的长度和易提取胶状物质浓度显著增加,导致水稳性土壤团聚体增加;FACE对高粱田N₂O或含氮气体(N₂O+N₂)的排放没有影响;(6)高浓度CO₂对两作物气孔导度的影响FACE试验明显大于气室试验,而对生长和产量的影响呈相反趋势。阐明CO₂与基因型、土壤湿度和大气温度间的互作效应及其机制是下一轮C₄作物FACE研究优先考虑的方向,技术的不断进步已为利用大型FACE系统来研究这些互作效应提供了可能。     

高大气CO2浓度下小麦旗叶光合能量利用对氮素和光强的响应

采用开顶式气室盆栽培养小麦,设计2个大气CO₂浓度、2个光照强度和2个氮水平的组合处理,通过测定小麦叶片光合速率-胞间CO₂浓度响应曲线和叶绿素荧光参数,来测算小麦叶片光化学速率、光合电子传递速率以及叶绿体磷酸丙糖利用效率(TPU)等参数,研究施氮量和光强对高大气CO₂浓度下小麦旗叶光合能量传递与分配的影响,以阐明全球气候变化下植物光合能量分配对光合作用适应性下调的作用机制及其氮素调控。结果表明,大气CO₂浓度升高后小麦叶片的光呼吸电子传递速率(J₀)和Rubisco氧化速率(V₀)显著下降;光合电子流的光化学传递速率(J_C)、Rubisco羧化速率(V_C)和TPU则明显升高,而且施氮后变化幅度加大;小麦叶片J_C/J_F(PSⅡ反应中心总电子流速率)和TPU/V_C显著增加,经过PSⅡ反应中心的电子流更多地进入碳同化过程,表现较高的光合速率(P_n)。遮荫提高了叶片光化学速率和PSⅡ反应中心总电子流速率(J_F),这一作用在低氮叶片尤为突出,但使得J₀和V₀明显升高,并显著降低J_C/J_F,所以P_n明显下降。正常光照条件下,增施氮素可提高小麦叶片的J_F、J_C、V_C和TPU,并使高大气CO₂浓度下J₀和V₀较正常大气CO₂浓度处理显著降低,有效地提高了植物叶片对光能的利用效率;遮荫后高大气CO₂浓度下小麦叶片J_C、V_C、TPU、J_C/J_F和TPU/V_C显著高于正常大气CO₂浓度处理,而且这一变化不受氮素水平的显著调节。因此,氮素在高大气CO₂浓度下对小麦叶片光合能量利用的调节因光强而异,正常光照下可显著改善小麦叶片对光合能量的利用状况,而遮荫后这一作用减弱。