大气O3浓度升高对毛竹光合生理的影响

以毛竹(phyllostachys edulis)为试材,运用开顶式气室(OTCs)模拟了4个大气O3浓度情景,分别为CF(背景大气经活性炭过滤后的处理,22～25 nL·L-1)、NF(直接将背景大气输入气室内,40～45 nL·L-1)、T1(O3平均浓度100 nL·L-1,92～106 nL·L-1)、T2(O3平均浓度150 nL· L-1,142 ～160 nL· L-1),分析大气O3浓度对毛竹叶片光合色素、气体交换参数、光合参数的影响.结果表明:不同浓度O3处理的毛竹叶片Pn和Tr日变化均呈单峰型,随着O3浓度的升高,叶片Gs、Ci、Ls日变化规律趋于简单,WUE变化趋于平缓.与环境背景大气比较,高浓度O3(≥100 nL·L-1)条件下叶片Pn、Ls、WUE日均值和Chl、Chl-a、Chl-b和Car含量均显著降低,Gs、Tr日均值显著提高,但对Ci日均值及叶片光合色素组成影响并不明显.T1、T2处理下,毛竹的Pn、Tr与PPED、VpdL、Tair、Ca和RH环境因子间均呈显著或极显著相关,Gs与PPED无显著相关,而与VpdL、Tair、Ca和RH环境因子间均呈显著或极显著相关.研究表明:O3浓度100、150 nL·L-1时分别会造成毛竹叶片发生气孔、非气孔限制,气孔对环境条件的反应变得不敏感,影响了正常的调节反馈机制,增加了水分蒸散,光合色素降解或合成受阻,对毛竹光合作用产生严重的负面效应,不利于毛竹干物质积累.     

毛竹对大气臭氧浓度倍增的生理响应

为了给气候变化背景下的竹林培育应对策略提供理论依据,以毛竹 （Phyllostachys edulis） 为材料,运用开顶式气室 （OTCs） 模拟当前环境背景大气O3浓度（NF,40~45nL·L-1）的倍增1倍（TR1,92~106nL·L-1）和倍增2倍（TR2, 142~160nL·L-1）情景,分析叶片光合色素、脂质过氧化及抗氧化酶等生理指标的变化规律。结果表明：大气O3浓度倍增处理90d时,毛竹叶片Chl、Car含量和SOD活性显著降低,叶片相对电导率和可溶性蛋白、MDA、O2-含量及POD活性显著升高。叶片O2-含量与SOD活性、光合色素含量呈极显著负相关,而与叶片相对电导率、POD活性和MDA、可溶性蛋白含量呈显著正相关。研究表明大气O3浓度倍增会导致毛竹叶片老化加快,光合色素降解或合成受阻,膜脂过氧化,膜结构和氧化系统破坏,影响毛竹的正常生长。本文从抗性生理方面揭示了毛竹对大气臭氧胁迫的耐受性,为竹子应对气候变化研究提供了参考。     

四季竹对大气臭氧浓度升高的生理响应

运用开顶式同化箱(OTCs)在5个O3浓度梯度(过滤大气CF、环境大气NF、50 nL·L-1、100 nL·L-1和150nL·L-1)下,研究了大气O3浓度对四季竹(Oligostachyum lubricum)叶片光合色素、脂质过氧化和抗氧化系统的影响.结果显示:在胁迫处理90 d时,随着O3浓度的升高,四季竹叶片叶绿素(Chl)、类胡萝卜素(Car)、可溶性糖和可溶性蛋白含量呈持续下降趋势,相对电导率和丙二醛(MDA)含量持续升高,超氧化物歧化酶(SOD)活性先升高后降低,过氧化物酶(POD)活性呈升高趋势.与CF相比,四季竹叶片Chl、Car和MDA含量在O3浓度为100 nL·L-1时均有显著差异,在150 nL·L-1时均有极显著差异;相对电导率、SOD和POD活性、可溶性糖和可溶性蛋白含量在O3浓度为100 nL·L-1及以上时均有极显著差异.研究表明,大气长时间高O3浓度(100 nL·L-1及以上)胁迫对四季竹会产生明显伤害效应,致使其叶片光合色素降解或合成受阻,叶片老化加快,膜脂过氧化程度加剧,膜结构和抗氧化系统遭到破坏.     

大气CO2浓度升高对毛竹叶片膜脂过氧化和抗氧化系统的影响

为了解竹子对大气CO2浓度升高的生理响应,为气候变化背景下的竹林适应性管理提供理论依据,运用开顶式气室(OTCs)设置了3个CO2处理浓度(环境大气、500和700μmol·mol-1),探讨了大气CO2浓度升高对毛竹(Phyllostachys edulis)叶片光合色素、膜脂过氧化和抗氧化系统的影响。结果表明:与环境大气比较,500μmol·mol-1浓度处理30d时对毛竹叶片光合色素、膜脂过氧化和抗氧化系统影响并不明显,仅叶片CAT活性显著降低;随着处理时间的延长,对毛竹叶片膜脂过氧化和抗氧化系统的影响逐渐显现,至处理90d时,除叶片可溶性糖含量无明显变化,其他测定指标均有显著变化;700μmol·mol-1浓度处理在不同时间上对毛竹叶片膜脂过氧化和抗氧化系统的影响均较500μmol·mol-1CO2浓度处理明显,处理30d时毛竹叶片可溶性糖含量和抗氧化酶活性有明显变化,处理90d时,各项测定指标均有显著变化;研究表明大气CO2浓度升高一定程度上能增强毛竹的抗氧化能力,但光合产物的过量积累也会造成碳水化合物源-库失衡和Rubisco的再生受到反馈作用抑制。     

干旱和臭氧浓度升高对元宝枫早生和晚生叶片色素和脱落酸含量的影响

臭氧和干旱是威胁我国北方城市植物生长的两大重要因素。于2012年利用开顶式气室,通过设置4个处理(AW-大气环境和水分充足;AW+60-大气增加60 nL/L臭氧+水分充足;AD-大气+干旱处理;AD+60-大气增加60 nL/L臭氧+干旱处理),开展了大气臭氧浓度升高(以下简称"臭氧")和干旱对元宝枫秋季变色期主要色素含量及脱落酸(ABA)含量的影响研究。结果表明:(1)早生叶在臭氧处理后,总叶绿素和类胡萝卜素分别下降了21%和29.6%、花青苷和类黄酮相对含量显著升高了34.1%和7.3%、脱落酸含量增加了19.8%。干旱处理后,早生叶总叶绿素显著下降了18.7%、花青苷和类黄酮相对含量分别显著升高了37%和7.4%、脱落酸含量显著升高了13%。叶片的上述生理变化将会导致叶片提前变红、叶片早衰和提前脱落。(2)晚生叶在干旱处理后总叶绿素含量减少了18.8%,脱落酸含量增加了33.4%,臭氧以及与干旱共同处理未对晚生叶产生显著影响。(3)臭氧和干旱共同处理后,早生叶总叶绿素含量、花青苷和叶片脱落酸含量存在显著交互作用,交互作用缓解了叶片总叶绿素的下降和花青苷的上升,但未缓解叶片脱落酸含量的增加。综上,早生叶和晚生叶对臭氧和干旱处理的响应不同,早生叶对臭氧处理响应大于晚生叶,而晚生叶对干旱更敏感。臭氧和干旱处理均加速了叶片衰老,二者共同处理后叶片脱落风险增加。     

毛竹出笋后快速生长期内茎秆中光合色素和光合酶活性的变化

为了探讨毛竹(Phyllostachys pubescens)非同化器官茎秆的光合特性, 测定了毛竹出笋后快速生长期内(2011年4月13日到6月2日)的光合色素含量以及光合酶活性, 并通过激光共聚焦显微镜对其叶绿体分布进行了观察。结果表明: 毛竹茎秆中的叶绿体主要集中分布在表皮以下的基本组织中, 此外维管束鞘周围的细胞内也存在大量的叶绿体, 此特征类似于C₄植物的花环结构。在毛竹出笋后快速生长期内, 随着茎秆不断生长, 叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均极显著(p < 0.01)增加。在出笋10天时, 茎秆中核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)活性、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性和NADP-苹果酸酶(NADP-ME)活性最高, 之后随茎秆生长逐渐降低, 生长30天时酶活性与10天时相比分别降低了88.55% (p < 0.01)、77.46% (p < 0.01)和72.50% (p < 0.01), 而PEPC/Rubisco比值则随茎秆生长逐渐增加, 30天时比值达到12.83, 明显高于C₃植物。这表明毛竹茎秆内可能存在C₄光合途径, 此途径有利于毛竹提高光合效率, 进而促进其出笋后的快速生长。     

地表臭氧浓度增加和UV-B辐射增强及其复合处理对大豆光合特性的影响

基于开顶式气室(OTC),系统开展了地表O3增加和UV-B增强及其复合处理下(自然空气,CK;10%UV-B增强,T1;100nmol/mol O3,T2;100 nmol/mol O3+10%UV-B增强,T3)大豆光合气体交换、光响应、光合色素和类黄酮含量等参数的观测与分析研究。结果表明,与对照相比,T1和T2单因子处理组的如下指标有相似变化:气孔导度、气孔限制值下降,胞间二氧化碳浓度上升,净光合速率、最大净光合速率、半饱和光强显著降低,表观量子效率和暗呼吸速率先升后降。T1的叶绿素含量降低不显著,类胡萝卜素含量先降后升,类黄酮含量上升,而T2的叶绿素和类胡萝卜素含量显著降低,类黄酮含量先降后升。复合处理下,与CK相比各指标的变化和单因子相似,影响程度均强于两单因子组。因此,100 nmol/mol O3浓度增加和10%UV-B辐射增强复合处理对大豆叶绿素含量的影响存在协同作用,且O3胁迫起了主导作用。光合作用下降的主要原因均是非气孔因素,复合处理对大豆光合作用的影响比两因子单独胁迫有所加深,是O3和UV-B共同作用的结果。     

四种常见树木叶片光合模型关键参数对臭氧浓度升高的响应

随着城市化进程的加快, 臭氧(O₃)已经成为中国夏季首要大气污染物。已有研究表明O₃通过气孔进入叶片显著抑制光合作用, 影响陆地生态系统碳水循环过程。但是O₃浓度升高对植物光合和气孔导度模型关键参数影响的研究仍然缺乏。该研究利用开顶式气室, 设置两个O₃处理(CF, 过滤空气; E-O₃, 未过滤空气+ 60 nmol·mol^-1 O₃), 选用4种常见的树木(茶(Camellia sinensis)、复叶槭(Acer negundo)、栾树(Koelreuteria paniculata)和蒙古栎(Quercus mongolica)), 通过测定叶片气体交换参数, 探究O₃浓度升高对植物光合和气孔导度模型关键参数的影响。结果表明: O₃浓度升高显著降低了4种植物的饱和光合速率和光合生化模型参数叶肉导度, 但是O₃对光合生化模型参数最大羧化速率和最大电子传递速率的负效应在不同树种间存在差异。此外, 不同植物气孔导度对O₃的响应也存在差异。通过对最优化气孔导度模型进行参数化, 结果表明O₃显著提高了蒙古栎和复叶槭的斜率参数(g₁), 并显著增加了茶的气孔导度模型截距参数(g₀), 但降低了复叶槭的g₀。在不同O₃处理下4种树木的内源水分利用效率与g₁呈显著线性负相关关系。综上所述, O₃浓度升高显著影响光合生化和气孔导度模型关键参数。     

臭氧对原位条件下冬小麦叶片光合色素、脂质过氧化的影响

运用开顶式气室(OTC-1)研究了O3胁迫对原位条件下冬小麦叶片的光合色素、脂质过氧化和抗氧化系统的影响.结果表明:随着O3浓度的升高,各个生育期小麦叶片中叶绿素含量下降,叶绿素组成发生改变,且在灌浆期变化明显;叶片相对电导率(REC)增大,丙二醛(M DA)含量增加;过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性和类胡萝卜素(C ar)含量降低,超氧化物歧化酶(SOD)活性在O3浓度低于1×10-7(φO3)时逐渐升高,而后急剧降低.可见O3促进了小麦叶片老化,加剧了膜脂过氧化,破坏了抗氧化系统功能,影响了叶片的正常生理代谢.     

光质对花生幼苗叶片光合色素含量及光合特性的影响

在单色LED灯光照条件下,以青花6号花生品种为材料,研究了不同光质对花生幼苗光合色素含量及光合特性的影响.结果表明:与自然光照相比,蓝光(445~470 nm)可显著提高花生幼苗比叶面积、叶绿素a/b值和类胡萝卜素含量,净光合速率、气孔导度、蒸腾速率较高,胞间CO2浓度较低,光合效率显著提高;红光(610~660 nm)显著提高了叶片叶绿素含量,降低了比叶面积、叶绿素a/b值和类胡萝卜素含量,光合效率低于自然光照;绿光(515~520 nm)和黄光(590~595 nm)不利于光合色素的积累,显著抑制了花生幼苗叶片的光合作用.     

FACE条件下大气O3浓度增高对小麦剑叶光合色素含量的影响

应用FACE研究平台,采用烟农19、扬麦16、嘉兴002、扬麦15和扬辐麦2号等5个小麦品种,以O3自然浓度为对照,研究了大气O3浓度增高50％对不同小麦品种剑叶光合色素含量的影响.结果表明:开放式大气O3浓度增高条件下,小麦剑叶叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、叶绿素总量Chl(a+b)和类胡萝卜素含量在孕穗期和开花期与对照差异不显著,而花后各时期均不同程度的降低,其中,Chl a、Chl b和Chl(a+b)含量下降达显著水平,说明大气O3浓度增高对叶绿素合成影响较小,但加速了其衰降过程.不同品种小麦剑叶光合色素含量对大气O3浓度增高的反应存在基因型差异,扬麦15和嘉兴002对大气O3浓度增高的敏感性弱于扬麦16、扬辐麦2号和烟农19.在籽粒灌浆盛期(花后21 d左右),剑叶Chl a、Chl b和Chl(a+b)含量与千粒重呈显著正相关.     

FACE条件下大气O3浓度增高对小麦剑叶光合色素含量的影响

应用FACE研究平台,采用烟农19、扬麦16、嘉兴002、扬麦15和扬辐麦2号等5个小麦品种,以O₃自然浓度为对照,研究了大气O₃浓度增高50%对不同小麦品种剑叶光合色素含量的影响.结果表明：开放式大气O₃浓度增高条件下,小麦剑叶叶绿素a (Chl a)、叶绿素b (Chl b)、叶绿素总量Chl(a+b)和类胡萝卜素含量在孕穗期和开花期与对照差异不显著,而花后各时期均不同程度的降低,其中,Chl a、Chl b和Chl(a+b)含量下降达显著水平,说明大气O₃浓度增高对叶绿素合成影响较小,但加速了其衰降过程.不同品种小麦剑叶光合色素含量对大气O₃浓度增高的反应存在基因型差异,扬麦15和嘉兴002对大气O₃浓度增高的敏感性弱于扬麦16、扬辐麦2号和烟农19.在籽粒灌浆盛期(花后21 d左右),剑叶Chl a、Chl b和Chl(a+b)含量与千粒重呈显著正相关.     

大气CO2浓度升高对八宝景天生长及光合生理的影响

利用开顶式气室(OTC)系统,设正常大气CO₂浓度和CO₂浓度升高200 μmol·mol^-12个CO₂浓度处理,模拟大气CO₂浓度升高对八宝景天光合生理和生长发育的影响.结果表明: 大气CO₂浓度升高使八宝景天叶片上、下表皮气孔密度分别显著下降16.1%和16.7%,使叶片维管束增粗,导管增多,靠近上表皮细胞增大;CO₂浓度升高可以显著增加傍晚时八宝景天叶片光合色素含量,使夜间净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著增加.初花期傍晚,CO₂浓度升高使叶片苹果酸含量显著下降64.0%,纤维素含量显著增加20.8%.盛花期清晨,CO₂浓度升高使叶片苹果酸含量显著增加27.0%,对糖类物质含量影响不显著,植株的分枝数、单株茎质量和单株总生物量显著增加.CO₂浓度升高可以促进八宝景天光合作用,有利于植株生长.     

臭氧浓度升高对银杏光合作用的影响

在臭氧浓度升高条件下,采用开顶箱(OTC)方法研究了臭氧浓度升高对沈阳市主要绿化树种银杏光合生理特性的影响.结果表明,与对照相比,高浓度(80±8 nmol·mol-1)臭氧处理下,银杏叶片净光合速率显著降低.处理50 d时,降低幅度为33.90%(P＜0.01),类胡萝卜素含量显著增加(P＜0.05);叶绿素a、叶绿素b与叶绿素(a b)含量变化复杂,叶绿素a/b值则先降低后升高;可溶性糖含量无明显变化,而淀粉含量则随着处理时间的延长显著降低;可溶性蛋白含量低于对照,并随着处理时间延长下降幅度增大;叶片中丙二醛含量随着处理时间显著增加.处理80 d时,丙二醛含量增加了79.53%.光合作用的下降与叶绿素的变化无关,主要与膜脂过氧化有关.光合作用的下降导致了可溶性蛋白质和淀粉的减少,并最终导致生长缓慢.     

高大气CO2浓度下氮素对小麦叶片光能利用的影响

关于氮素对高大气CO₂浓度下C₃植物光合作用适应现象的调节机理已有较为深入的研究, 但对其光合作用适应现象的光合能量转化和分配机制缺乏系统分析。该文以大气CO₂浓度和施氮量为处理手段, 通过测定小麦(Triticum aestivum)抽穗期叶片的光合作用-胞间CO₂浓度响应曲线以及荧光动力学参数来测算光合电子传递速率和分配去向, 研究了长期高大气CO₂浓度下小麦叶片光合电子传递和分配对施氮量的响应。结果表明, 与正常大气CO₂浓度处理相比, 高大气CO₂浓度下小麦叶片较多的激发能以热量的形式耗散, 增施氮素可使更多的激发能向光化学反应方向的分配, 降低光合能量的热耗散速率; 大气CO₂浓度升高后小麦叶片光化学淬灭系数无明显变化, 高氮叶片的非光化学猝灭降低而低氮叶片明显升高, 施氮促进PSII反应中心的开放比例, 降低光能的热耗散; 高大气CO₂浓度下高氮叶片通过PSII反应中心的光合电子传递速率(J_F)较高, 而且参与光呼吸的非环式电子流速率(J₀)显著降低, 较正常大气CO₂浓度处理的高氮叶片下降了88.40%, 光合速率增加46.47%; 高大气CO₂浓度下小麦叶片J_F-J₀升高而J₀/J_F显著下降, 光呼吸耗能被抑制, 更多的光合电子分配至光合还原过程。因此, 大气CO₂浓度增高条件下, 小麦叶片激发能的热耗散速率增加, 但增施氮素后小麦叶片PSII反应中心开放比例提高, 光化学速率增加, 进入PSII反应中心的电子流速率明显升高, 光呼吸作用被抑制, 光合电子较多地进入光化学过程, 这可能是高氮条件下光合作用适应性下调被缓解的一个原因。     

大气CO2浓度升高对八宝景天生长及光合生理的影响

利用开顶式气室(OTC)系统,设正常大气CO₂浓度和CO₂浓度升高200 μmol·mol^-12个CO₂浓度处理,模拟大气CO₂浓度升高对八宝景天光合生理和生长发育的影响.结果表明: 大气CO₂浓度升高使八宝景天叶片上、下表皮气孔密度分别显著下降16.1%和16.7%,使叶片维管束增粗,导管增多,靠近上表皮细胞增大;CO₂浓度升高可以显著增加傍晚时八宝景天叶片光合色素含量,使夜间净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著增加.初花期傍晚,CO₂浓度升高使叶片苹果酸含量显著下降64.0%,纤维素含量显著增加20.8%.盛花期清晨,CO₂浓度升高使叶片苹果酸含量显著增加27.0%,对糖类物质含量影响不显著,植株的分枝数、单株茎质量和单株总生物量显著增加.CO₂浓度升高可以促进八宝景天光合作用,有利于植株生长.     

Isoprene decreases the concentration of nitric oxide in leaves exposed to elevated ozone

Isoprene reduces visible damage (necrosis) of leaves caused by exposure to ozone but the mechanism is not known. Here we show that in Phragmites leaves isoprene emission was stimulated after a 3-h exposure to high ozone levels. The photosynthetic apparatus of leaves in which isoprene emission was inhibited by fosmidomycin became more susceptible to damage by ozone than in isoprene-emitting leaves. Three days after ozone fumigation, the necrotic leaf area was significantly higher in isoprene-inhibited leaves than in isoprene-emitting leaves. Isoprene-inhibited leaves also accumulated high amounts of nitric oxide (NO), as detected by epifluorescence light microscopy. Our results confirm that oxidative stresses activate biosynthesis and emission of chloroplastic isoprenoid, bringing further evidence in support of an antioxidant role for these compounds. It is suggested that, in nature, the simultaneous quenching of NO and reactive oxygen species by isoprene may be a very effective mechanism to control dangerous compounds formed under abiotic stress conditions, while simultaneously attenuating the induction of the hypersensitive response leading to cellular damage and death.     

水分胁迫对牛心朴子叶片光合色素及叶绿素荧光的影响

研究了水分胁迫对牛心朴子叶片光合色素及叶绿素荧光动力学参数的影响。结果表明,在长期的水分胁迫中,牛心朴子叶片的叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)和类胡萝卜素(Car)含量没有下降或下降不明显。直到处理末期才显著下降;叶片叶绿素荧光动力学参数Fo、Fm、Fv、Fv／Fm变化不大,在处理末期各处理Fo降低,轻度、重度水分胁迫的Fm、Fv、Fv／Fm升高。说明K期水分胁迫后牛心朴子的光合功能受到影响,但牛心朴子仍表现出较强的适应干旱的能力。