北方粳稻光合速率、气孔导度对光强和CO2浓度的响应

 以东北地区主栽的粳稻（Oryza sativa var. japonica）品种为对象,用美国LI-cor公司生产的Li 6400光合作用测定仪控制光强、CO2浓度和温度等环境条件,阐述了光合作用和气孔导度对光和CO2浓度的响应特征及其耦合关系。结果表明,光合速率随光强或CO2浓度的提高而增大,均遵循米氏响应;在不同CO2浓度下,表观量子效率随CO2浓度的提高而增大,但CO2浓度达到800 μmol•mol－1以上时,表观量子效率有所减小;在不同光强下,表观羧化效率也随光的增强而增大,但光强达到1 600 μmol•m-2•s-1以上时,表观羧化效率也有所减小;在光强和CO2浓度协同作用下,光合速率的响应遵循双底物的米氏方程,在光强和CO2浓度均趋于饱和时,北方粳稻（品种：辽粳294）剑叶的潜在最大光合速率为71.737 8 μmol•m-2•s-1,表观量子效率为0.056 0 μmolCO2•μmol-1 photons,表观羧化效率为0.103 1 μmol•m-2•s-1/μmol•mol－1。气孔导度也随光的增强而增大,对光强的响应规律也可以用Michaelis-Menten曲线模拟,而叶面CO2浓度的提高会使气孔导度减小,气孔导度（Gs）对叶面CO2浓度（Cs）的响应可以用Gs=Gmax,c/(1+Cs/Cs0)的双曲线方程模拟。在光强(PFD)和CO2浓度协同作用下,气孔导度可以用式Gs=Gmax(PFD/PFDc)/［(1+PFD/PFDc)(1+Cs/Cs0)］+Gct估算,当CO2浓度趋于0而光强趋于饱和时,北方粳稻的潜在最大气孔导度（Gmax）为0.670 9 mol•m-2•s-1。在光强和CO2浓度协同作用下,Ball-Berry模型及其修正形式依然能很好地表达气孔导度-光合速率的耦合关系,并且用叶面饱和水汽压差（Ds）修正耦合关系中的相对湿度可以提高模拟精度。     

模拟水分胁迫对水曲柳光合速率及水分利用效率的影响

经过3年人工模拟水分胁迫,研究了不同水分处理下水曲柳光合特征及其水分利用效率的变化.结果表明,在中度水分胁迫(MW)下,水曲柳的光合速率和水分利用效率比对照组均有所提高,而在重度水分胁迫(LW)下则分别降低了7.26%和1.13%.长期的中度水分胁迫使水曲柳的光合潜力得到充分发挥,其适应性也好于重度水分胁迫.对照组水曲柳的光合速率日变化呈单峰曲线,MW组和LW组则均呈"双峰"曲线;对照组水曲柳水分利用率的日变化呈现双峰曲线,而MW组和LW组则呈现波动趋势,无明显的波峰和波谷.这与水曲柳在不同水分处理下的生理特性和环境因子的日进程密切相关.     

最优气孔行为理论和气孔导度模拟

气孔调节功能是陆地生态系统碳-水耦合过程中最重要的环节。与即时的气孔导度测量相比, 气孔导度斜率能有效地反映气孔导度对CO₂浓度、饱和水汽压亏缺和光合作用的敏感性, 包含了环境因子对光合作用和临界水分利用效率等的综合影响, 为研究全球变化下陆地生态系统碳-水耦合关系提供了一个简明且综合的框架。气孔导度模型从经验模型、半经验模型发展到机理模型, 经过很多学者的改进, 但是模型参数的生物学意义和变化规律还不明确。鉴于气孔导度斜率方面研究的重要性和研究的不足, 为了加强对气孔导度调节规律的认识, 并减少气孔导度模拟的不确定性, 该文主要综述了长期以来国内外关于最优气孔行为理论和气孔导度模拟方面的研究成果, 其中包括广泛使用的气孔导度模型及参数意义, 讨论影响气孔导度斜率的主要因素以及气孔导度机理模型的应用, 并对最优气孔行为理论和气孔导度模拟方面的研究做了简单展望。     

烤烟旺长期气孔和非气孔限制对水分胁迫的反应

烤烟NC89、LJ851、LJ911在旺长期生长迅速,耗水量大。烟株生长的最适宜土壤相对含水量应保持在75%~85%,此土壤水分条件下的中午光合速率的下降是气孔限制所致。当土壤相对含水量低于75%,光合非气孔限制因素开始出现。当土壤相对含水量低于65%时,非气孔限制逐渐成为光合下降主导因子,并可能导致光合器官受到损伤。     

不同生育期玉米叶片光合特性及水分利用效率对水分胁迫的响应

利用大型移动防雨棚开展了玉米水分胁迫及复水试验,通过分析玉米叶片光合数据,揭示了不同生育期水分胁迫及复水对玉米光合特性及水分利用效率的影响。结果表明:水分胁迫导致玉米叶片整体光合速率、蒸腾速率和气孔导度下降以及光合速率日变化的峰值提前;水分胁迫后的玉米叶片蒸腾速率、光合速率和气孔导度为适应干旱缺水均较对照显著下降,从而提高了水分利用效率,缩小了与水分充足条件下玉米叶片的水分利用效率差值;在中度和重度水分胁迫条件下,玉米叶片的水分利用效率降幅低于光合速率、蒸腾速率和气孔导度的降幅, 有时甚至高于正常供水条件下的水分利用效率;适度的水分胁迫能提高玉米叶片的水分利用效率,从而增强叶片对水分的利用能力,抵御干旱的逆境;水分亏缺对玉米光合速率、蒸腾速率及水分利用效率的影响具有较明显滞后效应,干旱后复水,光合作用受抑制仍然持续;水分胁迫时间越长、胁迫程度越重,叶片的光合作用越呈不可逆性;拔节-吐丝期水分胁迫对玉米叶片光合作用的逆制比三叶-拔节期更难恢复。     

净光合速率与气孔导度相互关系的电学类比分析和模拟研究

对Ｂａｌｌ等的气孔模型所依据的实验事实之一（净光合速率与气孔导度呈线性关系）作了只考虑各阻力与总通量之间关系的电学类比分析和模拟检验。从电学类比分析得到的关系式可以看出,净光合速率与气孔导度的关系是非线性的,只有当叶片的边界层导度比较大时,两者的关系才接近线性。模拟得到的结论也是一样的。另外还模拟了气孔内外ＣＯ２ 浓度之比随光强的变化以及边界层导度的影响,模拟结果可以解释已有的实验结果     

亚热带森林演替树种叶片气孔导度对环境水分的水力响应

利用LI-1600稳态气孔计和PMS压力室,在田间测定了群落演替早期强阳生性树种桃金娘(Rhodomyrtus tomentosa)和三叉苦(Evodia lepta)、偏中性的阳生性树种荷木(Schima superba)、群落演替后期的耐荫树种鸭脚木(Schefllera octophylla)和九节(Psychotrie rubra)的叶片气孔导度(gs)和叶片水势(ΨL),研究不同演替阶段树种的气孔导度对环境水分的响应.结果表明,早上叶片有较高的ΨL,随着时间推移ΨL逐渐降低,与此同时比叶水力导度(KL)随ΨL降低而下降,桃金娘、三叉苦、荷木、鸭脚木和九节水力导度初始最低值时的ΨL分别为-1.6、-1.42、-1.30、-0.9MPa和-1.05MPa.随着ΨL降低,田间测定的gs开始从上午的较低值上升至约中午时的最大值,随后开始降低,此时的ΨL分别为-1.58、-1.52、-1.35、-1.02MPa和-1.0MPa.不同植物种类有不同的KL初始最低值的ΨL和gs达到最大值的ΨL.但不论何种供试树种,KL最低值时的ΨL与gs开始从最大值下降时的ΨL相近;显示KL与gs在动态变化中存在协调关系.树种间的gs和KL对ΨL的不同响应显示桃金娘和三叉苦的KL最低值时和gs开始下降时的ΨL均较鸭脚木和九节对应的ΨL低(p<0.05),意味着演替早期树种能在较强水分胁迫下保持较高的气孔导度.这一水力特性保证树种在水分胁迫下维持叶片的光合速率,有利于其在群落中的生长和优势地位的维护,而演替后期树种在较高ΨL下气孔关闭,降低了光合速率.全球变暖和环境进一步干旱可能成为限制亚热带森林植物群落的正向演替进程的潜在因素之一.     

水稻光合速率、气孔导度和Rubisco活力的日变化

在晴天有时有云天,水稻剑叶的最大光合速率出现在午前９：００左右。中午前后,无论光合量子通量（ＰＰＦ）等于或略低于９：００前后,净光合率（Ｐｎ）及Ｐｎ／ＰＰＦ比值均较低。ＲＯｂｉ８ＣＯ＆化活力有明显的日变化,无论以单位面积计算或以该酶蛋白为基数计算,其总活力和初始活力均呈日出前最低,中午最高,傍晚又下降的单峰曲线。中午Ｐｎ下降期间,Ｐｎ与Ｃｉ有极显著正相关,与ＲＯｂｉｓＣＯ初始活力无相关;而早晚,瞬时人工光照下Ｐｎ与Ｒｕｉｓｃｏ初始活力呈直线正相关,与Ｃｉ呈直线负相关。这表明中午光合下降来自气孔限制,而晚低光合主要由低Ｒｕｂｉｓｃｏ初始活力所致。     

土壤水分与短期遮光对棉花光合及其气孔响应的影响

以陆地棉（Ｇｏｓｓｙｐｉｕｍ ｈｉｒｓｕｔｕｍ Ｌ．Ｚｈｏｎｇｍａｉｎ,Ｎｏ２３）为供试材料,探讨了在充分供水－水分胁迫－复水的处理过程中,短期不同遮光水平对棉花光合特性及其气孔响应的影响。结果表明,在水分处理过程中,所有不同遮光水平的棉花叶片对短期遮光具有相似的基本响应规律;短期遮光使净光合速率迅速降低,气孔导度减少,但减少速率缓慢;遮阳网去掉后,叶片气 重新开放速率和光合恢复被延迟,水分胁迫期     

大田玉米、高粱、芝麻、豇豆叶片水势、蒸腾速率、气孔阻力对环境因素的反应

本文研究了田间生长的玉米、高梁、芝麻、豇豆在不同土壤供水条件下,叶水势、气孔阻力、蒸腾速率日变化及其与环境因素的关系。结果表明,四种作物气孔开闭与光强密切相关:夜间气孔关闭,rs高;白天气孔开放,rs低。ψ_(WL)、TR与环境因素(气温、RH、ψ_(WV)、光强等)密切相关,它们之间的相关系数(在0.05和0.01水平)显著。四种作物ψ_(WL)日节奏为“正弦曲线”状,13:00—15:00小时ψ_(WL)最低,黎明前最高。中午ψ_(WV)和土壤含水量愈低。ψ_(ML)愈低。四种作物TR在早晨逐斩增高,13:00—15:00小时最强;傍晚前又降低;夜间TR最低。干旱植株ψ_(WL)、TR低于灌水植株,而rs高于灌水植株。     

美国生物圈二号内生长在高CO_2浓度下的10种植物气孔导度、蒸腾速率及水分利用效率的变化

报道了美国生物圈二号内生长在高CO_2浓度下(>2200μmol·mol~(-1))4.5年后的5种热带雨林植物和5种荒漠植物气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率的变化。结果表明:热带雨林植物在CO_2浓度为350～400μmol·mol~(-1)时的气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率分别为:(127.4±65.6)mmol·m~(-2)·s~(-1)、(2.04±0.61)mmol·m~(-2)·s~(-1)和(2.90±0.55)μmol CO_2·mmol~(-1) H_2O,而在700～820μmol·mol~(-1)时为(61.3±30.5)mmol·m~(-2)·s~(-1)、(1.54±0.65)mmol·m~(-2)·s~(-1)和(8.45±2.71)μmol CO_2·mmol~(-1) H_2O;荒漠植物气孔导度和蒸腾速率则分别由CO_2 320～400μmol·mol~(-1)时的(142.8±94.6)和(2.09±0.71)下降到820～850μmol·mol~(-1)时的(57.7±35.8)和(1.36±0.52)mmol·m~(-2)·s~(-1),水分利用效率由(4.69±1.39)上升到(9.68±1.61)μmol CO_2·mmol~(-1) H_20。在低CO_2浓度时植物的气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率受光照强度的影响较高CO_2浓度时明显,一般雨林植物三项指标在光照强度为500μmol·m~(-2)·s~(-1)时达到饱和,而荒漠植物在1000μmol·m~(-2)·s~(-1)时达到饱和。不同植物中,以荒漠C_3植物粉蓝烟草(Nicotiana glau-ca Grah.)的气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率     

Responses of Photosynthetic Rate and Stomatal Conductance to Water Stress in Soybean Leaves

Responses of photosynthetic rate and stomatal conductance to water stress as weI1 as the relationship between photosynthetic rate and stomatal conductance were investigated with soybean cultivars “Ludou No. 4” and “7605”. The former was a high yield cultivars widely used in Shandong province, and the latter was a small grain soybean line bred by Shandong Academy of Agricultural science. Soil water stress decreased leaf apparent photosynthetic rate and stomatal conductance of two soybean cultivars, and “Ludou No. 4” decreased more than “7605”. At the same value of water potential, photosynthetic rate and stomatal conductance of “7605” were higher than those of “Ludou No,4”,but the rate of stomatal closure for “7605” was higher than “Ludou No. 4”. Decreasing of stomatal conductance caused rising of leaf temperature of two soybean cultivars, and the rising of “7605” was more rapid than “Ludou No. 4”, but at the same treatment of water stress, leaf temperature of “Ludou No. 4” was higher than “7605”. Leaf water use efficiecy (WUE) of two soybean cultivars were decreased under water stress, and the rate of decreasing in “Ludou No.4” was more rapid than in “7605”. These results showed that “7605” was more resistant to water:stress than “Ludou No. 4”.     

干热河谷9种造林树种在旱季的水分关系和气孔导度

 对元谋干热河谷人工混交林中9个树种叶片的水势、饱和渗透势、气孔导度、渗透调节和季节变化进行了测定,同时对树高和胸径也进行了比较。水分生理特征表明: 1)随着旱季的深入,除刺槐（Robinia pseudoacacia）、黄荆（Vitex negundo）、滇榄仁（Terminalia franchetii）落叶外,其余常绿树种叶片的气孔导度、水势和饱和渗透势都呈下降的趋势,在最旱的三、四月份,它们适应干旱的方式有4种：①低水势、气孔导度近似关闭的厚荚相思（Acacia leptocarpa）、大叶相思（A. auriculiformis）和肯氏相思（A. cunninghamii）;②低水势、低气孔导度的赤桉（Eucalyptus dulebsis）、娟毛相思（A. holosericea）和车桑子（Dodonaea wiscosa）loserice气孔导度的柠檬桉（Eucalyptus citriodora）和新银合欢（Leucaena leucocephala）;④较高水势、气孔导度近似关闭的马占相思（Acacia mangium）。2)在干旱胁迫过程中,主要渗透调节物质出现的先后顺序是K+、游离脯氨酸、游离氨基酸和可溶性糖, K+和可溶性糖贡献最大,分别在干旱的前后期起渗透调节作用,游离脯氨酸和游离氨基酸在干旱的中期起渗透调节作用。大多数树种适应干热河谷生境的主要抗旱途径是有效的吸水能力和完善的保水机制。     

羊草叶片气孔导度对环境因子的响应模拟

准确定量描述植物气孔对环境的响应是了解植物光合作用机理、预测植物生产力及其大气－植被－土壤系统中水分和热量交换的关键。利用松嫩平原盐碱化草地羊草光合生理特征的野外观测数据,分析了羊草叶片气孔导度对环境因子的反应,结果表明：羊草叶片气孔导度对环境因子变化敏感,尤其对瞬时光合有效辐射（ＰＡＲ）、叶片与空气间的水汽压亏损（ＶＰＤ）和空气温度（Ｔａ）反应十分明显。依据野外实测资料对国际上两类代表性气孔导度     

四种禾本科牧草植物蒸腾速率与水分利用效率的比较

报道了４种热带亚热带禾本科牧草植物的蒸腾速率、水分利用效率的日变化图式,并就它们与叶面光强、叶面温度、气孔导度等参数之间的相关关系进行了分析．结果如下：（１）蒸腾速率因牧草种类不同而有差异,墨西哥玉米、矮象草．杂交狼尾草、皇草的日平均蒸腾速率分别为２．４７、１．３８、２．５３、２．９０ｍｍｏｌ ｍ－２ｓ－１;（２）正午前后（１０：００－１４：００）是４种牧草植物蒸腾耗水的主要时期;（３）虽然矮象草的净光合速率和蒸腾速率的日变化图式与其它３种牧草之间存在较大的差异,但水分利用效率日变化差异则很小;（４）不同牧草种类对正午前后高光强高温的适应策略存在差异,墨西哥玉米、杂交狼尾草、皇草采用了相同或相近的适应策略,即通过维持气孔扩张最大程度地蒸腾水分以降低叶温,矮象草则通过关闭气孔以减轻因水分过度消耗带来的伤害（５）４种禾本科牧草植物具有忍受或适应华南夏季炎热高温气候的能力或潜力,在热带亚热地区有推广价值和发展前景．     

几种作物的生理指标对土壤水分变动的阈值反应

 在生长盛期,谷子、高梁、冬小麦的气孔导度、叶水势和光合速率在一定土壤含水量范围内并不随着土壤含水量的降低而发生明显变化,只有当土壤含水量低于一定程度时,才随着土壤湿度的降低而减少,表现为对土壤水分有明显的阈值反应。不同作物此阈值下限存在差异,高粱在大于田间持水量42％～45％的根层土壤湿度条件下,气孔阻力和叶水势基本维持恒定;谷子的这个指标在50％左右,冬小麦在60％左右。而夏玉米在所试土壤湿度范围内(20％～30％土壤体积含水量),气孔阻力和叶水势基本维持不变,而光合作用随着土壤含水量的增高而出现增加趋势。表明在这4种作物中,只有玉米需要充足的水分供应才能维持其良好的生长发育,而高粱具有比其它3种作物更强的适应土壤水分变动能力,从而比其它作物更抗旱和耐旱。     

半干旱地区3种植物叶片水平的抗旱耐旱特性分析——两个气孔导度模型的应用和比较

在对半干旱区3种植物进行生理生态特性测定的基础上,应用两种气孔导度模型进行参数的非线性拟合,BBL模型平均可以解释77.6%的结果,Gao模型平均可以解释59.3%的结果。但Gao模型作为一个机理性的模型,其参数具有明确的物理意义。模型的行为和敏感性分析结果说明,用BBL计算的气孔导度一般大于Gao模型。BBL模型对于干旱胁迫下的土壤水分亏缺没有响应, 因而不适合用作干旱半干旱区的植物生理生态学分析和生态系统模拟。而Gao模型可以描述在各种水分条件下植物气孔导度的响应。Gao模型的结果说明,与油松 (Pinus tabulaeformis) 和中间锦鸡儿 (Caragana intermedia) 比较,小叶杨 (Populus simonii) 具有最小的抗旱和耐旱能力,油松具有最好的叶片水平的耐旱和抗旱特性,但其气孔导度对土壤水分的不敏感意味着在干旱条件下维持光合作用的同时,也可能会导致过多的水分损失。中间锦鸡儿具有很强的耐旱性,且其气孔导度对土壤水分的变化敏感,二者相结合,中间锦鸡儿可以在土壤水分条件较好的情况下,维持较大的气孔导度以满足光合作用的需要,但在土壤水分胁迫严重的时候能迅速降低气孔导度以保持土壤水分。