水稻的光合作用、生长、碳同位素分辨作用及抗渗透胁迫性对CO2浓度增高响应

四个水稻（Oryza sativaL.)品种“IR72”、“特三矮2号”、“桂朝2号”和“Ⅱ优4480”在田间栽于含35μmol/mol和60μmol/molCO2的塑料大棚中,自然光照,高浓度CO2下供试水稻品种的光合速率变化表现为提高型（“IR72”、“特三矮2号”）、稳定型（“桂朝2号”的Pn几无变化）和下调型（“Ⅱ优4480”）。生长速率,穗重,由△^13C计算而得的长期水分利用效率和清除DPPH自由基的能力皆增加,除“Ⅱ优4480”外,其他3个品种明显增高总生物量,供试品种的穗重/总生物量比不同程度地受到高浓度CO2的改变,叶片段经PEG渗透胁迫后,不同的生长于高浓度CO2的电解质渗漏率较小,结果表明高浓度CO2可改变水稻的海外侨胞事作用和水分关系特性,品种间不同的响应显示了选育适于未来高浓度CO2下具有高产和抗逆性品种的可能性。     

水稻的光合作用、生长、碳同位素分辨作用及抗渗透胁迫性对CO_2浓度增高的响应(英文)

四个水稻 (OryzasativaL .)品种“IR72”、“特三矮 2号”、“桂朝 2号”和“Ⅱ优 44 80”在田间栽于含 35 μmol mol和 6 0 μmol molCO2 的塑料大棚中 ,自然光照。高浓度CO2 下供试水稻品种的光合速率变化表现为提高型 (“IR72”、“特三矮 2号”)、稳定型 (“桂朝 2号”的Pn几无变化 )和下调型 (“Ⅱ优 44 80”)。生长速率、穗重、由Δ1 3 C计算而得的长期水分利用效率和清除DPPH· 自由基的能力皆增加。除“Ⅱ优 44 80”外 ,其他 3个品种明显增高总生物量。供试品种的穗重 总生物量比不同程度地受到高浓度CO2 的改变。叶片段经PEG渗透胁迫后 ,不同的生长于高浓度CO2 者的电解质渗漏率较小。结果表明高浓度CO2 可改变水稻的光合作用和水分关系特性 ,品种间不同的响应显示了选育适于未来高浓度CO2 下具有高产和抗逆性品种的可能性。     

水稻叶片光合作用对开放式空气CO2浓度增高(FACE)的响应与适应

利用便携式光合气体分析系统 (LI 6 4 0 0 ) ,比较测定了高CO2 浓度 (FACE ,free airCO2 enrich ment)和普通空气CO2 浓度下生长的水稻叶片的净光合速率、水分利用率、表观量子效率和RuBP羧化效率等光合参数 .在各自生长CO2 浓度 (380vs 5 80 μmol·mol-1)下测定时 ,高CO2 浓度 (5 80 μmol·mol-1)下生长的水稻叶片的净光合速率、碳同化的表观量子效率和水分利用率明显高于普通空气 (380 μmol·mol-1)下生长的水稻叶片 .但是 ,随着FACE处理时间的延长 ,高CO2 浓度对净光合速率的促进作用逐渐减小 .在相同CO2 浓度下测定时 ,FACE条件下生长的水稻叶片净光合速率和羧化效率明显比普通空气下生长的对照低 .尽管高CO2 浓度下生长的水稻叶片的气孔导度明显低于普通空气中生长的水稻叶片 ,但两者胞间CO2 浓度差异不显著 ,因此高CO2 浓度下生长的水稻叶片光合下调似乎不是由气孔导度降低造成的 .     

不同CO2浓度下渗透胁迫对小麦膜伤害的影响

研究了常规CO     

CO2浓度升高对干旱胁迫下小麦光合作用和抗氧化酶活性的影响

在CO     

杉木苗木光合作用及其产物分配对水分胁迫的响应

 使用LI-6400红外CO2气体分析仪并应用13C 稳定性同位素脉冲标记方法,研究了两年生杉木(Cunninghamia lanceolata)苗木在水分胁迫下的光合特性及光合产物的分配规律和分配格局的变化。干旱处理没有明显抑制苗木在饱和光强以下的净光合速率。干旱处理各器官13C自然丰度略高于正常的对照处理。从标记后1～21 d苗木光合产物分配的动态过程来看,干旱处理全株稳定性碳同位素比值（δ13C值）和单位质量碳的净增加比率（N13CR）的平均值均低于对照,即水分胁迫限制了苗木对13C的吸收,而且对地上部分的影响大于地下部分。生长季结束时对苗木干重的测定结果表明,水分胁迫对苗木地上部分生物量影响较大,而对地下部分生物量的影响不明显。在苗木各器官中,水分胁迫对当年生针叶的影响最大。水分亏缺条件下当年生针叶的δ13C值、N13CR和生物量均明显低于对照,标记后21 d内其N13CR降幅最大,表明水分胁迫使苗木当年生针叶的碳输出增加。当年生针叶生长的降低使苗木光合总面积减少,因而净初级生产的总量减少。另外,水分胁迫下苗木全株的平均N13CR降幅大于对照,即13C的流失增加。水分胁迫下光合产物向地下部分尤其是细根迁移,使地下部分的分配比例增加,最终改变了苗木光合产物的分配格局,使根冠比增加。     

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。     

狗尾草蒸腾特性与水分利用效率对模拟光辐射增强和CO2浓度升高的响应

 在人工控制光照强度和CO2浓度条件下,测量了禾本科C4植物狗尾草（Setaria viridis）的光合速率（Pn）,蒸腾速率（Tr）,胞间CO2浓度（Ci）,气孔导度（Gs）和叶面饱和水汽压亏缺（Vpdl）对不同模拟光辐射（SPR）强度与CO2浓度的响应。结果表明：Pn, Tr 及Gs均随SPR的升高而增大,增幅趋缓,最终趋于动态平衡。SPR增强的起始阶段,水分利用率（WUE）逐渐增大,在SPR为1200 μmol·m-2·s-1时达到最大值,然后逐渐降低。Ci与Vpdl则随SPR的增强而减小,SPR高于600 μmol·m-2·s-1之后,两者均达到平衡状态。CO2浓度从300增至600 μmol·mol-1的过程中,狗尾草Pn逐渐增大,从600增至1 000 μmol·mol-1过程中,其Pn逐渐降低。Ci、Vpdl和WUE随CO2浓度的升高而增大,Gs和Tr则随CO2浓度的升高而减小。即禾本科一年生C4植物的光合作用对CO2浓度升高响应不敏感,水分蒸腾消耗的减少和WUE的提高对CO2浓度升高的响应极显著。可见,CO2浓度升高对C4植物光合作用的直接促进作用有限,但是却能从提高现有水分利用效率途径促进植物的第一性生产。     

胡杨不同叶形光合特性、水分利用效率及其对加富CO2的响应

 胡杨（Populus euphratica Oliv.）叶形多变化,大致归纳为杨树叶（卵圆形叶）和柳树叶（披针形叶）两大类。在内蒙古额济纳旗胡杨林自然保护区,选择成年树同时具有卵圆形叶和披针形叶的标准株,将枝条拉至同一高度,通过活体测定,比较了其光合特征、水分利用效率及对CO2加富的响应。结果表明：在目前大气CO2浓度下,当光强为1 000 μmol·m－2·s－1时,卵圆形叶（成年树主要叶片）（A）和披针形叶（成年树下部萌条叶片）(B)的净光合速率（Pn）分别为16.40 μmol CO2·m－2·s－1和9.38 μmol CO2·m－2·s－1;水分利用效率（WUE）分别为1.52 mmol CO2·mol－1 H2O和1.18 mmol CO2·mol－1 H2O;A的光饱和点和补偿点分别为1 600 μmol·m－2·s－1和79 μmol·m－2·s－1,B的相对应值则为1 500 μmol·m m－2·s－1和168 μmol·m－2·s－1。当CO2浓度加富到450 μmol·mol－1时,A的光饱和点升高了150 μmol·m－2·s－1,光补偿点降低了36 μmol·m－2·s－1;而B的光饱和点降低了272 μmol·m－2·s－1,光补偿点则升高了32 μmol·m－2·s－1。这表明,柳树叶的光合效率较低,以维持生长为主;随着树体长大,柳树叶难以维系其生长,出现杨树叶,杨树叶更能耐大气干旱,光合效率高,通过积累光合产物,使胡杨在极端逆境下得以生存并能达到较高的生长量,这就是胡杨从幼苗到成年树叶形变化的原因。随着CO2加富,两种叶片表现出截然相反的响应,柳树叶的光合时间缩短,光能利用率减小;而杨树叶的光合时间延长,光能利用率提高。如果地下水位下降,近地层空气变干燥,或随着大气CO2浓度升高,气候变暖,柳树叶可能会逐渐减少以至消失。     

干旱高温及高浓度CO2复合胁迫对冬小麦生长的影响

研究了不同CO₂浓度、不同温度和水分条件及其组合对冬小麦产量、光合及水分的影响,以阐明气候变化对冬小麦的影响.结果表明: CO₂浓度升高对冬小麦光合速率没有影响,而升温和干旱均使光合速率显著下降.升高CO₂浓度与温度对冬小麦旗叶水分条件没有影响,干旱胁迫下旗叶相对含水量显著降低,而升温与干旱同时发生可降低旗叶水势.气温、CO₂浓度升高以及干旱胁迫共同作用下,冬小麦光合速率和旗叶水分条件显著降低,产量下降41.4%.CO₂浓度升高使冬小麦增产21.2%,温度升高使产量降低12.3%,CO₂浓度和温度同时升高对产量没有影响,干旱胁迫下产量下降程度更大.未来气候变化情景下,保持较高的土壤水分含量是减少气候变暖危害的重要手段.
     

水稻光合作用对加富CO_2的响应

整个生育期经高Co（600μl／L）处理的5种水稻的PSⅡ原初光化学效率（Fv／Fm）与空气CO2（350μl／L）中生长的对照无明显的差异。高CO2下绿黄占3号,特三矮2号和普通野生稻叶片的平均光合放氧速率分别比各自的对照有所提高,而Ⅱ优4480和药用野生稻的光合速率低于对照。高CO2下生长的水稻叶片叶绿素含量和类胡萝卜素含量降低,生长后期的降解加快,并抑制了水稻的暗呼吸。绿黄占3号、特三矮2号和普遍野生稻的干物重在高CO2下较对照均有所增加,而Ⅱ优4480和药用野生稻的则下降。表明水稻不同种之间和种内的光合作用和生物量对高CO2的响应有一定的差异。     

水分条件对红砂叶片碳同位素组成与光合特性和分枝生长的影响

在盆栽条件下,研究了不同水分处理对红砂(Reaumuria soongorica)叶碳同位素组成、光合特性和分枝生长的影响,并进一步调查了自然条件下不同退化程度红砂草地的土壤含水量,分枝生长、叶碳同位素及其关系。结果表明:(1)在盆栽条件下,随土壤含水量的降低,红砂当年生分枝生物量、一级分枝长、二级分枝数及其叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均显著减小,而叶片碳同位素组成(δ~(13) C)和水分利用效率则随土壤含水量降低而显著增加;且叶片δ~(13) C与当年生分枝生物量、一级分枝长、二级分枝数、叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率呈显著负相关关系。(2)在田间自然条件下,红砂叶片δ~(13) C与立地30~60cm及60~100cm土层的土壤含水量、单位冠幅面积生物量、单位冠幅面积分枝数呈显著负相关关系。研究认为,在盆栽和田间条件下,红砂叶片δ~(13) C是指示其生境水分状况的良好指标;红砂主要利用土壤的深层水分,其在土壤含水量相对较低的轻度退化区水分利用效率比土壤含水量相对较高的重度退化区更高。这一结论对于理解干旱生境中红砂的水分利用策略以及红砂草地的管理和恢复具有一定的指导意义。     

小麦叶片光合作用与其渗透调节能力的关系

在缓慢干旱条件下,小麦叶片渗透调节能力在一定范围内随胁迫程度的加剧而增加,而在快速干旱下,渗透调节能力丧失。小麦叶片通过渗透调节使光合速率和气孔导度对水分胁迫的敏感性降低,叶片维持较高的电子传递能力、RuBP羧化酶活性和叶绿体光合能量转换系统活性,并推迟了小麦叶片光合速率受气孔因素限制向叶肉细胞光合活性限制转变的时间。     

Interactive Effects of Elevated CO2 and Growth Temperature on the Tolerance of Photosynthesis to Acute Heat Stress in C3 and C4 Species

Determining effects of elevated CO2 on the tolerance of photosynthesis to acute heat-stress (heat wave) is necessary for predicting plant responses to global warming, as photosynthesis is thermolabile and acute heat-stress and atmospheric CO2 will increase in the future. Few studies have examined this, and past results are variable, which may be due to methodological variation. To address this, we grew two C3 and two C4 species at current or elevated CO2 and three different growth temperatures (GT). We assessed photosynthetic thermotolerance in both unacclimated (basal tolerance) and preheat-stressed (preHS = acclimated) plants. In C3 species, basal thermotolerance of net photosynthesis (Pn) was increased In high CO2, but in C4 species, Pn thermotlerance was decreased by high CO2 (except Zea maya at low GT); CO2 effects in preHS plants were mostly small or absent, though high CO2 was detrimental in one C3 and one C4 species at warmer GT. Though high CO2 generally decreased stomatal conductance, decreases in Pn during heat stress were mostly due to non-stomatal effects. Photosystem II (PSII) efficiency was often decreased by high CO2 during heat stress, especially at high GT; CO2 effects on post-PSll electron transport were variable. Thus, high CO2 often affected photosynthetic theromotolerance, and the effects varied with photosynthetic pathway, growth temperature, and acclimation state. Most importantly, in heat-stressed plants at normal or warmer growth temperatures, high CO2 may often decrease, or not benefit as expected, tolerance of photosynthesis to acute heat stress. Therefore, interactive effects of elevated CO2 and warmer growth temperatures on acute heat tolerance may contribute to future changes in plant productivity, distribution, and diversity.     

水稻高光效育种研究进展

水稻是世界重要的粮食作物,其较低的光合效率是限制水稻产量的重要因素之一,提高水稻的光能利用率对于进一步提高水稻产量具有关键的作用,本文简要回顾国内外水稻高光效育种的发展历程和研究进展,并对杂交选育、基因工程技术、株型改良等水稻高光效育种研究途径进行了总结与展望。     

2种麻黄光合及其耐逆性分析

在河西临泽小泉子麻黄大田种植试验区和民勤沙生植物园中草药种植区,对多年生中麻黄(Ephedra intermedia Schrenk ex Mey.)和草麻黄(E.sinica Stapf)的光合速率、蒸腾速率及其影响因子进行测试分析,结果表明:(1)中麻黄和草麻黄的光合速率日变化均为单峰曲线,峰值均出现在11:00时,分别为12.098和11.560μmol.m-2.s-1。(2)中麻黄蒸腾速率日变化为单峰曲线,峰值在11:00时,为25.992 5 mol.m-2.s-1;草麻黄蒸腾速率日变化呈双峰曲线,峰值分别出现在11:00时与15:00时,峰值为26.280 0和24.3600 mol.m-2.s-1。(3)2种麻黄光合速率与光量子通量密度、大气温度、水汽压亏缺及蒸腾速率之间均呈显著或极显著正相关关系,与大气CO2浓度和胞间CO2浓度之间均呈显著或极显著负相关关系,与其余因子相关不显著。(4)2种麻黄水分利用效率对比分析显示,中麻黄水分利用效率值(平均0.9022)高于草麻黄(平均0.4532),表明中麻黄与草麻黄相比在生长过程中是以较低的蒸腾强度和相对较高的光合速率值来适应干旱荒漠环境的,比草麻黄更具抗干旱性。     

Photosynthesis and Plant Growth at Elevated Levels of CO2

In this review, we discuss the effects of elevated CO₂ levelson photosynthesis in relation to the whole plant growth in terrestrialhigher C₃ plants. Short-term CO₂ enrichment stimulates the rateof photosynthesis. Plant mass is also enhanced by CO₂ enrichment.However, the effects of long-term CO₂ enrichment on photosynthesisare variable. Generally, the prolonged exposure to CO₂ enrichmentreduces the initial stimulation of photosynthesis in many species,and frequently suppresses photosynthesis. These responses areattributed to secondary responses related to either excess carbohydrateaccumulation or decreased N content rather than direct responsesto CO₂. Accumulation of carbohydrates in leaves may lead tothe repression of photosynthetic gene expression and excessstarch seems to hinder CO₂ diffusion. Therefore, the specieswhich have the sink organs for carbohydrate accumulation donot show the suppression of photosynthesis. The suppressionof photosynthesis by CO₂ enrichment is always associated withdecreases in leaf N and Rubisco contents. These decreases arenot due to dilution of N caused by a relative increase in theplant mass but are the result of a decrease in N allocationto leaves at the level of the whole plant, and the decreasein Rubisco content is not selective. Leaf senescence and plantdevelopment are also accelerated by CO₂ enrichment. However,they are independent of each other in some species. Thus, variousresponses to CO₂ observed at the level of a single leaf resultfrom manifold responses at the level of the whole plant grownunder conditions of CO₂ enrichment. (Received July 8, 1999; Accepted August 12, 1999)