CO_2浓度升高下粳稻叶片光合作用对光强变化的响应

为了研究不同CO_2浓度升高水平下水稻光合作用对光强变化的响应,以常规粳稻"南粳9108"为试验材料,利用开顶式气室(OTC),设置对照(CK,背景大气),CK+40μmol·mol-1(T1)和CK+200μmol·mol-1(T2)两个CO_2浓度升高水平,各设4个OTC作为重复。测定了拔节孕穗期、抽穗开花期和乳熟期不同光强水平下水稻叶片的净光合速率(Pn)和氮含量等,并采用非直角双曲线模型模拟确定光合作用参数。结果表明:T1处理的Pn仅在拔节孕穗期和乳熟期的低光强(PAR=400μmol·m-2·s-1)下略高于CK,在其他光强水平下与CK无显著差异,饱和光强下的净光合速率(Pn max)在3个生育期均与CK无显著差异;不同光强下T2处理的Pn和Pn max在拔节孕穗期和抽穗开花期比CK高34%~40%,在乳熟期与CK无显著差异;CO_2浓度升高200μmol·mol-1有降低叶片氮含量的趋势,但叶片尺度的光合氮素利用效率显著高于CK和T1处理,且随着光照的增强而进一步提升;CO_2浓度升高200μmol·mol-1有利于提升孕穗期和抽穗开花期的表观量子效率。     

田间空气中的CO_2浓度与甘薯的光合作用

在作物高产的形成中,提高光合作用强度有重要意义。改善作物各层叶面的光照状况可以提高光合强度,另一方面,还可以从适当增加叶层附近空气中的CO_2濃度入手。一般植物进行光合作用的CO_2最适濃度约在0.1％左右;光照充分时,CO_2的饱和点约为O.3％;而     

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 .     

大气CO2浓度和温度升高对水稻叶片及群体光合作用的影响

大气ＣＯ２浓度升高对植物光合作用的影响研究多集中在单叶水平,在高ＣＯ２及高温下对植物单叶及群体光合进行比较的研究少有报道,而群体水平的研究则是预测生态系统反应所不可缺少的。采用田间开顶式培养室研究了大气ＣＯ２浓度和温度升高对水稻（ＯｒｙｚａｓａｔｉｖａＬ．）叶片及群体光合作用的影响。发现ＣＯ２浓度和温度对水稻叶片光合作用有协同促进作用,而对群体光合作用的促进则随时间的推移而减弱;单叶光合受到的促进作用大于群体光合;叶面积指数只在营养生长期受到促进,冠层叶片含氮量受ＣＯ２影响降低。群体呼吸（包括茎杆）增加及冠层叶片早衰可能是后期ＣＯ２对群体光合促进作用下降的原因。     

空气CO2增高条件下荔枝叶片光合作用和超氧自由基产率

研究结果表明,生长在77±5PaCO2分压下30d的荔枝幼树,其光合速率较大气CO2分压（39.3Pa）下的低23％,光下线粒体呼吸速率和不包含光下呼吸的CO2补偿点亦略有降低。空气CO2增高使叶片最大羧化速率（Vcmax）和最大电子传递速率（Jmax）降低,表明大气增高CO2分压下叶片的光I(PSI)能量水平较低,呈片超氧自由基产率亦降低39％,叶片感染荔枝霜疫霉病率则从生长在大气CO2分压下的1.8％增至9.5％,可能较低光合和呼吸代谢诱致较低的超氧自由基产率,而使叶片易受病害侵染。叶片受病害侵染后表现为超氧自由基的激增。在全球大气CO2分压增高趋势下须加强对荔枝霜疫霉病的控制。     

CO_2浓度倍增对牟氏角毛藻生长和光合作用的影响

高浓度（５％)ＣＯ２对微藻光合作用特征和固碳机制的影响已有了广泛的研究,但ＣＯ２提高数倍对微藻的影响报道还不多。本文以牟氏角毛藻为材料,研究其在ＣＯ２浓度倍增条件下（７００ｕＬＬ－１）的生长和光合作用特点,以期了解ＣＯ２浓度的倍增影响微藻类的生理生化效应和机制。另外,牟氏角毛藻是常用的饵料藻种,含有丰富的多不饱和脂肪酸[１］,所以还有一定的实践意义。１ 材料与方法１．１ 材料与培养 牟氏角毛藻（ＣｈａｅｔｏｃｅｒｏｓｍｕｅｌｌｅｒｉｍｕｅｌｅｒｉＬｅｍｍ．）由中国科学院海洋研究所提供。对数生长期的藻…     

温度变化下银白杨叶片中线粒体呼吸对光合作用和异戊二烯释放的影响

温度的升高增加了银白杨叶片异戊二烯的释放水平;随着温度的升高,线粒体呼吸速率则有所下降。用线粒体呼吸途径的抑制剂处理叶片能够增加叶片异戊二烯的释放水平;然而,同样的处理对光系统II叶绿素荧光参数并没有显著性的影响,并降低了叶片的光合速率。基于以上结果,本文认为在温度上升时,异戊二烯的释放可能并不依赖于光合作用,而线粒体呼吸的上游底物流向异戊二烯的合成路径可能促进了温度上升时异戊二烯释放的增加。     

籼稻和粳稻品种糙米矿质营养对开放式空气CO_2浓度升高的响应

基于FACE(free-air CO_2enrichment)试验平台,以籼稻IIY084与粳稻WYJ23为试验对象,连续两年(2013、2014)研究糙米产量和矿质元素(Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Se)含量对CO_2浓度升高的响应。结果表明,CO_2浓度升高条件下,IIY084与WYJ23籽粒和糙米产量增加,其中,糙米两年平均增产34.3%和16.3%。CO_2浓度升高连续两年降低IIY084糙米中Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Se含量,其两年平均分别降低了10.4%、13.4%、15.5%、11.7%、25.7%、3.2%,而WYJ23糙米中矿质营养含量未出现一致的下降现象。其中,2014年糙米Mn、Cu、Zn和Ni含量对CO_2浓度升高的负响应达到显著水平(P0.05)。此外,糙米Fe(P0.1,2014)、Mn(P0.01,2013和2014)、Cu(P0.1,2014)、Zn(P0.01,2013和2014)、Ni(P0.01,2014)、Se(P0.05,2013; P0.01,2014)含量在水稻品种间存在显著性差异。CO_2浓度升高不同程度地增加糙米中矿质元素积累量,6种元素两年平均增加2.1%～29.2%(IIY084)和12.8%～19.3%(WYJ23)。可见,CO_2浓度升高条件下,IIY084糙米中矿质元素含量较WYJ23有更明显的下降趋势,导致食用IIY084较WYJ23有更大的Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Se缺乏风险。因而,在确保粮食安全而进行增产品种选育时,应该优先选择矿质营养品质较高的水稻品种。     

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-6400),比较测定了高CO₂浓度(FACE,free-airCO₂enrichment)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(380vs580μmol·mol^-1)下测定时,高CO₂浓度(580μmol·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(380μmol·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.     

植物光合作用对CO2浓度增高的适应机制

长期在高浓度CO2环境下生长的植物往往会发生光合适应或下调,即在相同CO2浓度下的光合速率明显低于普通空气中生长的对照。虽然关于这种现象已经有许多研究报告和综述文章,但是它的机理还不很清楚。本文结合作者所在研究组的工作,概述了关于植物光合适应机理研究的新进展,提出除了呼吸作用增强和光合产物超常积累的可能作用以外,二磷酸核酮糖（RuBP）羧化限制和RuBP再生限制可能是导致植物光合适应的主要因素。     

大气CO_2浓度和温度升高对超级稻生长发育的影响

利用稻田FACE(Free Air gas Concentration Enrichment)系统,设置对照(Ambient,环境空气)、CO2浓度增高(EC,比Ambient增200μmol·mol-1)、温度增高(ET,比Ambient增2℃)和CO2浓度与温度同步增高(EC+ET)4个处理,研究其对超级杂交籼稻Ⅱ优084生长发育的影响。结果表明:与Ambient相比,EC或EC+ET使水稻抽穗和成熟期推迟1~3d,但ET对生育期没有影响;EC、EC+ET使水稻成熟期单茎干重分别增加49%、40%,均达显著水平,但ET则呈相反趋势;与Ambient相比,EC使成熟期叶片、茎鞘、稻穗及地上部干重分别增加40%、69%、30%和39%,均达极显著水平;ET使对应部位干重分别减少11%、21%、31%和26%,除茎鞘外均达显著或极显著水平;EC+ET使对应部位干重分别增加40%、47%、10%和18%,除稻穗外均达显著水平;抽穗期和抽穗后20 d各器官干重及地上部总重对各处理的响应趋势一致,但幅度明显小于成熟期;与生物量不同,各处理对结实期物质分配比例影响较小;EC、EC+ET使水稻成熟期茎鞘非结构性碳水化合物浓度和含量显著增加,但ET表现出相反趋势。综上所述,大气CO2浓度和温度同时升高情形下,超级稻Ⅱ优084收获期茎鞘同化物浓度和含量、各器官干重以及地上部生长总量均明显增加,但增幅略小于单独CO2浓度升高环境下生长的水稻。     

冬小麦光合作用对开放式空气CO2 浓度增高(FACE)的非气孔适应

在同样CO2浓度下测定时,开放式空气CO2浓度增高(FACE,580 μmol CO2 /mol)条件下生长的冬小麦叶片的净光合速率、气孔导度和羧化效率都显著低于普通空气(380 μmol CO2 /mol)中生长的对照叶片.与此相一致,FACE叶片的可溶性蛋白、二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)和Rubisco活化酶含量也都显著低于对照叶片.这些结果表明,在根系生长不受限制的田间条件下,冬小麦叶片的光合作用对高浓度CO2产生了适应现象,其主要原因可能是碳同化的关键酶Rubisco等含量的降低.     

空气CO2增高条件下荔枝叶片光合作用和超氧自由基产率

研究结果表明,生长在77±5PaCO₂分压下30d的荔枝幼树,其光合速率较大气CO₂分压(39.3Pa)下的低23%,光下线粒体呼吸速率和不包含光下呼吸的CO₂补偿点亦略有降低.空气CO₂增高使叶片最大羧化速率(V_cmax)和最大电子传递速率(J_max)降低,表明大气增高CO₂分压下叶片的光系统I(PSI)能量水平较低,叶片超氧自由基产率亦降低39%,叶片感染荔枝霜疫霉病率则从生长在大气CO₂分压下的1.8%增至9.5%.可能较低光合和呼吸代谢诱致较低的超氧自由基产率,而使叶片易受病害侵染.叶片受病害侵染后表现为超氧自由基的激增.在全球大气CO₂分压增高趋势下须加强对荔枝霜疫霉病的控制.     

开放式空气CO2浓度增高对水稻颖花分化和退化的影响

在大田栽培条件下 ,研究开放式空气CO2 浓度增加 (FACE) 2 0 0 μmol·mol-1的处理对水稻每穗 1、2次枝梗及其颖花的分化数、退化数、现存数及退化率的影响 .结果表明 ,FACE处理对每穗 1、2次枝梗的分化数及 1次枝梗的退化数、退化率均无显著影响 ,但使 2次枝梗的退化数、退化率显著提高 ,使 2次枝梗现存数明显减少 ;FACE处理对每穗 1、2次颖花的分化数和 1次颖花的退化数、现存数、退化率均无显著影响 ,但使每穗 2次颖花的退化数和退化率显著提高 ;FACE处理使每穗颖花现存数显著减少主要是因为FACE处理使现存 1次枝梗上 2次枝梗大量退化引起 2次颖花退化所致 ;FACE处理使 1次颖花现存数占全穗的比率显著增加 ,使 2次颖花现存数占全穗的比率显著降低 .     

CO_2和温度升高及干旱对小麦叶片化学成分的影响

研究了 CO2 浓度升高、高温和干旱对干旱区小麦叶片化学成分的影响 ,结果表明 :CO2 浓度升高时各化学成分之间的差异只有在 40 %田间持水量时才表现显著 ,说明未来 CO2 浓度升高对干旱区小麦化学成分的影响可能大于在非干旱区的影响 ;CO2 浓度升高可减小因为土壤水分不同而造成的小麦化学成分之间的差异 ;高温对小麦化学成分的主要影响是引起 N含量的显著降低 ;CO2 浓度升高、高温和干旱三因子对干旱区小麦化学成分的复合影响是 N含量下降和 C/ N的显著上升 ,这可能对未来农田生态系统的分解速率产生影响     

CO_2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CO2 浓度分别为 35 0 μmol·mol-1和倍增浓度 (70 0 μmol·mol-1)的两个开顶式生长室内 ,研究了干旱胁迫下小麦 (TriticumaestivumL .)光合作用和抗氧化酶活性的变化 .结果表明 ,CO2 浓度升高显著提高了小麦的净光合速率 ,降低了蒸腾速率 ,提高了气孔阻力和水分利用效率 .倍增CO2 浓度明显提高了SOD、POD及CAT酶活性 ,增强了小麦的抗氧化保护能力和抗旱性 .     

开放式空气CO2浓度增高对水稻产量形成的影响

在大田栽培条件下 ,研究开放式空气CO2 浓度增加 (FACE) 2 0 0 μmol·mol-1的处理对水稻产量及产量构成因素的影响 .结果表明 ,FACE处理对水稻株高和主茎叶片数没有明显影响 ,但使水稻生育进程加快 ,全生育期显著缩短 ,增加施N量可减缓FACE处理对水稻全生育期缩短的程度 ;FACE处理能显著增加分蘖数 ,极显著增加穗数 ,提高结实率 ,但使每穗颖花数显著减少 ;FACE处理能显著提高水稻产量 ,在高N条件下增产幅度更大 ;提高FACE处理的每穗颖花数和单位面积颖花数能极显著提高水稻产量 ,增加施N量是提高FACE处理每穗颖花数和单位面积颖花数的重要措施 .     

冬季小麦叶片光合作用对温度响应方式的变化

冬季田间生长的小麦离体叶片净光合速率（Ｐｎ）对温度的响应有两种方式。在１２月上旬可以观测到第一种方式。在离体叶片周围空气温度从１０℃逐步升到３０℃后的１ｈ内Ｐｂ逐渐升高,在随后气温逐步降低到１０℃的过程中,Ｐｎ都比先前升温过程中同样温度下的数值高。３０℃下叶片胞间ＣＯ２浓度（Ｃｉ）降低和叶片无机磷含量增高表明,这种响就态度苛能起因于一些光合碳同化酶活性的增高。在１２月中旬以后可以观测到第二种方式。     

冬季小麦叶片光合作用对温度响应方式的变化

冬季田间生长的小麦离体叶片净光合速率（Ｐｎ）对温度的响应有两种方式。在１２月上旬可以观测到第一种方式。在离体叶片周围空气温度从１０℃逐步升到３０℃后的１ｈ内Ｐｎ逐渐升高,在随后气温逐步降低到１０℃的过程中,Ｐｎ都比先前升温过程中同样温度下的数值高。３０℃下叶片胞间ＣＯ２浓度（Ｃｉ）降低和叶片无机磷含量增高表明,这种响应方式可能起因于一些光合碳同化酶活性的增高。在１２月中旬以后可以观测到第二种方式。Ｐｎ在３０℃下的１ｈ内逐步下降,在随后的降温过程中Ｐｎ都比升温过程中同样温度下的数值低。３０℃下叶片Ｃｉ和膜透性增高表明,这种响应方式可能是适应冬季低温的光合机构膜系统在高温下遭受破坏的结果。