湛江5种红树林树种光合作用特性及光合固碳能力研究

应用Li-6400便携式光合作用测定系统,对湛江市特呈岛5种红树林树种的净光合速率日变化和光合作用—光响应曲线进行了测定,探讨了各树种的光合作用特性以及主要影响因子并评估其固碳能力大小。结果表明:在自然光照条件下,秋茄和红海榄叶片净光合速率(Pn)的日变化曲线呈单峰型,白骨壤、木榄和桐花树为双峰型,光合"午休"现象明显,而且峰值分别出现在10:00和14:00左右。其中,白骨壤和木榄的光合午休主要由气孔限制因素引起,桐花树主要由非气孔限制因素引起。通径分析表明,光合有效辐射(PAR)是影响白骨壤和桐花树叶片Pn的主要决策因子,而叶面大气蒸汽压亏缺(VPD)是主要限制因子;影响秋茄和红海榄叶片Pn的主要决策因子是气孔导度(Gs),主要限制因子是叶温(Tl);影响木榄叶片Pn的主要决策因子是气孔导度(Gs)。基于叶片净光合作用速率的各树种日净固碳量存在显著性差异(P0.01),秋茄的日净固碳量最大(13.83 g·m-2·d-1),其次为白骨壤和桐花树(9.48和8.24 g·m-2·d-1),木榄和红海榄的较小(6.72和6.30 g·m-2·d-1)。5种红树林树种的光补偿点(LCP)介于28.3~137.0μmol·m-2·s-1之间,显示了阳生植物的特性。光饱和点(LSP)介于169.3~1189.3μmol·m-2·s-1之间,桐花树最大,红海榄最小。5种红树林树种的表观量子效率(AQY)存在极显著差异(P0.01),白骨壤最高为0.064 mol·mol-1,木榄最低,仅为0.005 mol·mol-1。5种红树林植物叶片的光响应参数与日净固碳量的关联度大小顺序为最大净光合速率(Pmax)、LSP-LCP、AQY、LSP、LCP。     

转C4光合固碳相关基因水稻的研究进展

近10年来, 转C4光合固碳相关基因水稻的研究取得了长足进展, 已受到国内外科学界的广泛关注。本文简要介绍并评述了有关方面的研究进展, 包括水稻的C4光合固碳基因工程、转C4固碳相关基因水稻光合和光氧化的生理特性及转C4光合固碳相关基因水稻的生理育种3个方面; 提出以常规育种和生物技术相结合, 开展转C4光合固碳相关基因水稻的生理育种, 是培育优质、高产超级稻的有效途径。     

转C4光合固碳相关基因水稻的研究进展

近10年来,转C4光合固碳相关基因水稻的研究取得了长足进展,已受到国内外科学界的广泛关注。本文简要介绍并评述了有关方面的研究进展,包括水稻的C4光合固碳基因工程、转C4固碳相关基因水稻光合和光氧化的生理特性及转C4光合固碳相关基因水稻的生理育种3个方面：提出以常规育种和生物技术相结合,开展转C4光合固碳相关基因水稻的生理育种,是培育优质、高产超级稻的有效途径。     

非光合固碳微生物的碳源组合优化

二氧化碳(CO_2)过量排放而引起的全球变暖是目前全球面临的重大环境问题。微生物固碳是实现二氧化碳资源利用的一种重要方式。探索无需光照的高效固碳微生物对于更广泛环境条件下的微生物固碳具有重要意义。在从全球各大海域筛选富集出非光合微生物茵群的基础上,本文构建了在不同的电子供体条件下(铵和氢气)促进非光合微生物茵群生长的最佳混合碳源组合,得到如下结果:在以NH_4~+为电子供体的条件下,优化后的碳源组合为374.24 mgC/L碳酸钠(Na_2CO_3),54.76 mgC/L碳酸氢钠(NaHCO_3)和0 mgC/LCO_2时,最佳响应值TOC为3.06 mg/L。最佳响应值TOC低于以Na_2CO_3为单一碳源时,但高于以CO_2或NaHCO_3为单一碳源时;在以H_2为电子供体条件下,使用优化后的混合碳源为0.26 mg/L Na_2CO_3、0.59mg/L NaHCO_3和71.48mL/L CO_2时,非光合微生物菌群的固碳效率可达27.62 mg/L,较以CO_2为单一碳源提高35%左右。这可能意味着有H_2条件下非光合微生物菌群中的微生物可能以羟基丙酸固碳途径为主,而且多条固碳途径均能被混合菌群利用。     

氮输入对植物光合固碳的影响研究进展

植物光合固碳(C)是生物固C的重要途径和生态系统C循环中的重要环节。在全球环境变化背景下,研究氮(N)输入对植物光合固C的影响,对于更好的认识C、N循环过程及生态系统对全球变化的响应过程等具有重要意义。N输入是否能够增加植物固C取决于生态系统类型以及生态系统的N饱和度;草原和湿地生态系统N输入的临界负荷值较高,干旱、半干旱荒漠地区较低;N输入可能改变植物光合固C在各器官的分配,主要由植物生理、自身生长节律和环境养分等决定。由于物种和生态系统类型的差异,N输入对植物固C的影响仍具有很大的不确定性,目前缺乏准确、定量表达N输入对生态系统光合和C同化物分配影响的数学表达方法和过程算法。未来应着重加强N输入下C同化物分配的生物地球化学模型和N、P富集下植物光合固C耦合模型研究,并应用同位素标记和分子生物学技术,从生态系统角度综合探讨N输入下植物光合固C的分配和转化特征。     

非光合固碳微生物菌群的耐盐特性及其影响因素

从海洋中分离驯化得到的非光合固碳微生物菌群(NPMC)是无需光照和供氢的化能自养微生物,若能用于贫瘠盐碱地改良,实现其在盐碱土壤中的二次固碳,对于盐碱土壤的低碳化改良具有重要的意义.本实验初步验证了NPMC的耐盐特性,以及微量元素和磷酸盐缓冲液两单因素在次高盐条件下对NPMC固碳效率的影响.并通过响应面法研究了微量元素与盐浓度对NPMC固碳效率的交互作用.结果表明,非光合固碳微生物拥有耐受高盐浓度的特性,可耐受高达100g/L以上的总盐度,因此可用于重盐碱土壤的改良.微量元素和磷酸盐缓冲液浓度的增加,都可增强NPMC的固碳效率,微量元素的促进效应高于磷酸盐缓冲液.微量元素和盐度对NPMC固碳效率的影响存在交互作用.     

上海四种常见树种单株固碳能力差异及其影响因子

城市树木的固碳能力是决定城市绿地碳汇大小的重要因素。为探究上海常见树种单株固碳能力的差异及影响因子,使用174个城市森林固定样地的长期观测数据,估算了香樟、水杉、银杏和雪松四个树种的单株固碳能力(即年固碳量),采用多元线性回归模型分析了各树种单株固碳能力与个体大小、植株密度和城市环境因子(温度、降水量和夜间灯光强度)的关系。结果表明:(1)香樟、水杉、银杏和雪松的单株固碳能力分别介于4.01-51.58 kg/a、1.04-13.47 kg/a、0.62-18.56 kg/a和1.48-8.47 kg/a之间,在各径组中香樟的固碳能力均显著高于其他树种。(2)个体大小是决定单株固碳能力的最主要因子,个体越大(胸径0-50 cm范围内)单株固碳能力越大;植株密度越大,香樟和水杉的单株固碳能力越小,银杏的单株固碳能力越大。(3)城市环境因子中,温度对树木单株固碳能力有显著负向影响,而降水量和夜间灯光强度对树木单株固碳能力的影响因树种而异。其中香樟和水杉分别与降水量呈显著负相关和正相关关系,但均与夜间灯光强度呈显著正相关关系。在上海未来城市森林建设和管理中,应根据不同树种单株固碳能力的差异及其对不同环境因子的敏感性,适地适树绿化造林,提升城市森林的固碳效益。     

西双版纳地区人工橡胶林生物量、固碳现状及潜力

选取西双版纳地区橡胶树适宜和次适宜种植区6个年龄段(5、9、14、19、23、26年生)的橡胶林,对其生长参数进行了实测,利用生物量回归方程得到了橡胶林的生物量和固碳量,并探讨了橡胶林的固碳潜力。结果表明:西双版纳适宜种植区橡胶林地上净初级生产力(ANPP)在19年生时达到最大,为(16.22±3.47)t.hm-2.a-1;次适宜种植区橡胶林ANPP在23年生时达到最大,为(8.65±3.46)t.hm-2.a-1。适宜和次适宜种植区橡胶林地上总生物量(WA)最大值分别为205.82和139.76t.hm-2。对应的生物量内禀增长率分别为21%和14%。适宜和次适宜种植区橡胶林碳储量最大值分别达123.49和83.86tC.hm-2,均明显低于西双版纳热带季节雨林生态系统的总固碳量(311.41±66.46)tC.hm-2,适宜种植区橡胶林固碳量略高于世界热带森林的平均水平(121tC.hm-2)。截至2008年,西双版纳橡胶林总固碳量约为16.54×106tC。     

成都市沙河主要绿化树种固碳释氧和降温增湿效益

以成都市沙河植物廊道广泛应用的8种绿化植物为材料,利用LI-6400XT便携式光合测定系统进行了光合生理生态指标的测定,并对其固碳释氧与降温增湿效应进行了量化研究.结果表明:整个生长季节同类植物各季节的单位叶面积固碳释氧和 降温增湿能力表现出夏季＞秋季＞春季.日固碳释氧能力由强到弱为桂花、垂柳、香樟、黄葛树、山杜英、银杏、天竺桂、水杉,年固碳释氧能力由强到弱为垂柳、香樟、黄葛树、银杏、桂花、天竺桂、水杉、山杜英,日降温增湿效果由强到弱为垂柳、山杜英、水杉、天竺桂、黄葛树、香樟、银杏、桂花.据估算,整个沙河植物群落中乔木树种年总固碳量约为5.87×104 t,总释氧量约为4.27×104 t.根据对主要树种固碳释氧和降温增湿能力的分析表明,在树种配置时,垂柳、桂花、山杜英、香樟为优选乔木树种,而银杏的固碳释氧和降温增湿能力较弱,可作为长寿树种和观赏树种适量引种,不宜大面积绿化.     

小兴安岭7种典型林型林分生物量碳密度与固碳能力

森林生物碳储量作为森林生态系统碳库的重要组成部分, 在全球碳循环中发挥着重要作用。以小兴安岭7种典型林型为研究对象, 通过外业样地调查与室内实验分析相结合的方法, 从林分尺度对林分生物量与碳密度进行计量, 分析了林分生物碳储量的空间分配格局, 并对林分年固碳能力与碳汇潜力进行了探讨。结果表明: 小兴安岭不同林型从幼龄林到成熟林的乔木层碳密度增长速率为: 蒙古栎(Quercus mongolica)林>兴安落叶松(Larix gmelinii)林>云冷杉(Picea-Abies)林>樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)林>山杨(Populus davidiana)林>红松(Pinus koraiensis)林>白桦(Betula platyphylla)林。7种典型林型不同龄组(幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林)林分生物量碳密度分别为: 红松林31.4、74.7、118.4和130.2 t·hm^-2; 兴安落叶松林28.9、44.3、74.2和113.3 t·hm^-2; 樟子松林22.8、52.0、71.1和92.6 t·hm^-2; 云冷杉林23.1、44.1、77.6和130.3 t·hm^-2; 白桦林18.8、35.3、66.6和88.5 t·hm^-2; 蒙古栎林25.0、20.0、47.5和68.9 t·hm^-2; 山杨林19.8、28.7、43.7和76.6 t·hm^-2。红松林、兴安落叶松林、樟子松林和蒙古栎林在幼龄林时林分年固碳量较高, 其他林型在成熟林时林分年固碳量较高。7种典型林型不同龄组的林分生物量碳密度均随林龄增长而增加, 但不同林型的碳汇功能存在差异, 同一林型不同林龄的生物量碳密度增幅差异也较大。林分年固碳量在0.4-2.8 t·hm^-2之间, 碳汇能力较强、碳汇潜力较大。尤其是小兴安岭目前林分质量较差, 幼龄林和中龄林所占的比重较大, 具有较大的碳汇潜力。研究结果可为森林经营管理及碳汇功能评价提供参考。     

Chlorophyll index and photosynthetic carbon sequestration in Northern Eurasia

Based on physiological and biochemical evidence, the chlorophyll index of terrestrial vegetation cover of Northern Eurasia was proved a reliable tool for quantitative estimates of photosynthetic sequestration of atmospheric carbon. The photosynthetic carbon sequestration in the vegetation cover of Northern Eurasia, corrected for emissive carbon losses in the wood pool, was estimated at 4.7 Gt C/year. Accordingly, the refined estimate for net production in the vegetation ecosystem of Northern Eurasia approaches 1.3 Gt C/year.     

The importance and place of the photosynthetic carbon sequestration in the organic branch of its global cycle

Results of comparative analysis of turnover times and the capacity of major global pools of organic carbon are presented; the place of photosynthetic carbon sequestration is defined; concept of its catalytic role in the regulation of the organic branch of the global carbon cycle is ground. Concept of reservoir-flux model of photosynthetic carbon sequestration and of the net photosynthetic production at the territory of Northern Eurasia is suggested.Translated from Fiziologiya Rastenii, Vol. 52, No. 1, 2005, pp. 81–89.Original Russian Text Copyright © 2005 by Voronin, Black.     

5种半蒴苣苔属植物光合特性的比较

对半蒴苣苔属( Hemiboea C. B. Clarke)植物半蒴苣苔( H. henryi C. B. Clarke)、贵州半蒴苣苔( H. cavaleriei H. Lév.)、疏脉半蒴苣苔( H. cavaleriei var. paucinervis W. T. Wang et Z. Y. Li ex Z. Y. Li)、华南半蒴苣苔( H. follicularis C. B. Clarke)和红苞半蒴苣苔( H. rubribracteata Z. Y. Li et Yan Liu)叶片的光合特性进行了分析和比较。结果表明：5种植物的光合参数及其日变化曲线、光响应参数〔(包括最大净光合速率( Pmax )、表观量子效率(AQY)、光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)〕、CO2响应参数〔包括CO2饱和净光合速率(CSPn)、羧化效率(CE)、CO2补偿点( CCP)和CO2饱和点( CSP)〕均有较大差异。半蒴苣苔、疏脉半蒴苣苔和红苞半蒴苣苔的净光合速率( Pn)日变化曲线均呈“单峰型”,而贵州半蒴苣苔和华南半蒴苣苔的Pn日变化曲线均呈“双峰型”且“午休”现象明显;贵州半蒴苣苔和疏脉半蒴苣苔的气孔导度( Gs)和蒸腾速率( Tr)日变化曲线均呈“单峰型”,而其他3种植物的Gs和Tr日变化曲线均类似“双峰型”;5种植物的胞间CO2浓度( Ci)日变化均呈先降后升的趋势;此外,5种植物的Pn与Gs均呈显著正相关、与Tr均呈正相关、与Ci均呈负相关。5种植物的光响应曲线和CO2响应曲线均有差异,但在光合有效辐射( PAR)低于200μmol·m-2·s-1或环境CO2浓度( Ce)低于800μmol·mol-1的条件下,它们的Pn均随PAR或Ce的升高急剧增加。5种植物中,贵州半蒴苣苔的Pmax最高,疏脉半蒴苣苔的CSPn最高;贵州半蒴苣苔的LCP最高(55.74μmol·m-2·s-1),其他4种的LCP均小于10μmol·m-2·s-1;5种植物的LSP均介于600~800μmol·m-2·s-1之间,CCP介于50~150μmol·mol-1之间,而CSP均在1000μmol·mol-1以上。研究结果揭示：供试5种植物均为阴生植物,但因产地生境及遗传特性差异使它们各自适应不同的光照条件,因而,在引种栽培过程中应根据各种类的光合特性采取适当的遮阳措施。     

Frequent fires reduce tree growth in northern Australian savannas: implications for tree demography and carbon sequestration

Tropical savannas are typically highly productive yet fire‐prone ecosystems, and it has been suggested that reducing fire frequency in savannas could substantially increase the size of the global carbon sink. However, the long‐term demographic consequences of modifying fire regimes in savannas are difficult to predict, with the effects of fire on many parameters, such as tree growth rates, poorly understood. Over 10 years, we examined the effects of fire frequency on the growth rates (annual increment of diameter at breast height) of 3075 tagged trees, at 137 locations throughout the mesic savannas of Kakadu, Nitmiluk and Litchfield National Parks, in northern Australia. Frequent fires substantially reduced tree growth rates, with the magnitude of the effect markedly increasing with fire severity. The highest observed frequencies of mild, moderate and severe fires (1.0, 0.8 and 0.4 fires yr^?1, respectively) reduced tree growth by 24%, 40% and 66% respectively, relative to unburnt areas. These reductions in tree growth imply reductions in the net primary productivity of trees by between 0.19 t C ha^?1 yr^?1, in the case of mild fires, and 0.51 t C ha^?1 yr^?1, in the case of severe fires. Such reductions are relatively large, given that net biome productivity (carbon sequestration potential) of these savannas is estimated to be just 1–2 t C ha^?1 yr^?1. Our results suggest that current models of savanna tree demography, that do not account for a relationship between severe fire frequency and tree growth rate, are likely to underestimate the long‐term negative effects of frequent severe fires on tree populations. Additionally, the negative impact of frequent severe fires on carbon sequestration rates may have been underestimated; reducing fire frequencies in savannas may increase carbon sequestration to a greater extent than previously thought.     

遮荫处理对东北铁线莲生长发育和光合特性的影响

遮荫处理对东北铁线莲生长发育和光合特性的影响     

Improved photosynthetic characteristics of Chlorella mutant MS700 induced by nuclear radiation

Chlorophyll a variable fluorescence and oxygen evolution were measured in microalgae Chlorella and its mutant MS700, which was mutated by nuclear radiation with an increased biomass yield. The mutant MS700 showed an improvement in photosynthetic characteristics under various CO₂ concentrations. Results showed that chlorophyll-based flash oxygen yield was 104% higher in MS700 than in the wild type, indicating more available electron acceptors in the plastoquinone pool and a higher light to chemical energy conversion efficiency. The higher chlorophyll a variable fluorescence at the end of PQ pool-regulated phase implied a more robust mechanism for consumption of electrons generated in PSII, indicating a more efficient downstream process. Monitoring of CO₂ fixation in the Calvin cycle showed that the mutant had a 27.7% higher capability of incorporating its dissolved inorganic carbon. The oxygen evolution rate was 31.4% higher in MS700, which also indicated a higher CO₂ fixation rate. These results consistently demonstrated carbon fixation efficiency in the mutant MS700, resulting in the higher biomass yield.     

木荷光合特性日变化及其与环境因子相关性分析

运用LCA4型便携式全自动光合测定系统,在自然条件下,于9月上旬的晴天里对空旷地生境中木荷叶片光合作用日进程进行测定,结果表明木荷冠层叶片的净光合速率日进程曲线为双峰型,在午间出现明显的“午休”现象。用逐步多元回归方法得到净光合速率日变化的最优化方程为Y=-5.0105+0.0052X1+0.3869X3-0.3576X4(复相关系数R=0.9558,F值=24.6384,显著水平p=0.0004,剩余标准差S=0.7893)。偏相关分析和通径分析表明,光合有效辐射、空气相对湿度和气温与净光合速率的日变化有着极显著或显著的相关关系,是影响光合速率主要的环境因子,影响大小的顺序为光合有效辐射>空气相对湿度>气温。