大气CO2浓度升高对植物根系形态的影响及其调控机理

大气CO2浓度升高会对植物根系形态产生明显的影响,尤其是根的长度、分枝、产量、周转以及根与枝的分配模式等方面,从而有助于植物从土壤中摄取更多的养分及水分,更好地适应大气CO2浓度升高后的环境。目前,该领域研究,如在CO2浓度升高条件下,根系形态变化的内部调控机制,以及由其引起的物质分配和能量流动等仍存在较大争议。本文综述了近年来关于CO2浓度升高及与外界环境因素的共同作用对根系形态影响的研究,以期为阐明CO2浓度升高对植物根系生长发育带来的影响及其机制提供理论指导。

NO参与调节高浓度CO2诱导的番茄气孔关闭

【目的】高浓度CO2在促进植物光合作用的同时,也诱导了叶片气孔关闭。气孔关闭降低植物的蒸腾作用,有助于提高水分利用效率和耐旱性。本文研究了高浓度CO2对番茄气孔开度和保卫细胞中一氧化氮(NO)含量的影响,以及NO信号分子在高浓度CO2诱导番茄气孔关闭的信号转导机制中的作用。为了确定NO的酶催化途径,本试验检测了一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)和硝酸还原酶(nitrate reductase,NR)在高浓度CO2促进NO合成中的作用。【方法】本试验以番茄(Solanum lycocarpum L.)为研究材料,利用CO2培养箱(Conviron E7/2growth chambers)提供不同CO2浓度的试验环境(将培养箱中CO2浓度控制为350μL/L或800μL/L),研究不同CO2浓度和试剂处理对番茄气孔开度和保卫细胞中NO含量的影响。采用NO特异性荧光探针DAF-FM DA检测番茄保卫细胞中NO的含量。DAF-FM DA与NO反应生成一种荧光物质DAF-2 T,根据其荧光强度的高低可以判断NO的相对含量。利用NOS抑制剂L-NAME和NR抑制剂钨酸盐(tungstate),分别研究了NOS和NR在高浓度CO2促进NO合成中的作用。【结果】高浓度CO2处理6 h后,番茄气孔开度降至2.3μm,较正常气孔开度降低了32%。NO荧光法检测发现,高浓度CO2处理导致保卫细胞的荧光强度显著增加,荧光强度升高了88%。当使用c PTIO清除NO后,保卫细胞中NO含量降低了35%;气孔开度恢复至3.2μm,基本上达到正常浓度CO2处理下的气孔开度。在高浓度CO2下,200μmol/L L-NAME处理导致气孔开度增加了30%,保卫细胞中NO含量降低了33%;100μmol/L钨酸盐处理导致气孔开度增加了35%,保卫细胞中NO含量降低了40%。【结论】本文发现高浓度CO2显著提高保卫细胞中NO含量和诱导气孔关闭,清除NO后则明显抑制气孔关闭,表明NO在诱导气孔关闭过程中起重要作用。药理学实验显示,使用NOS抑制剂L-NAME和NR抑制剂钨酸盐均可显著降低NO含量和抑制气孔关闭,表明NOS和NR均参与了高浓度CO2诱导保卫细胞中NO的合成过程。因此,认为高浓度CO2通过NOS和NR路径促进保卫细胞中NO的合成,提高了保卫细胞中NO含量,从而诱导了番茄气孔关闭。

大气CO_2浓度升高对农产品品质影响的研究进展

大气中不断升高的CO2浓度以及人类饮食的营养质量是目前我们面临的两个重大问题.目前,大气中CO2浓度已达到380μmol·mol-1,预测到2050年大气CO2浓度将达到550μmol·mol-1.农产品的品质不仅取决于遗传基因,而且受生长环境条件的影响.大量研究表明,农作物的生长发育和产量形成都对CO2浓度升高做出了响应,而且这种变化对农产品的品质也产生了重要影响.本文对目前国内外模拟CO2浓度升高对农产品品质影响研究中采用的常见方法进行了比较,并综述了近年来在CO2浓度升高对水稻、小麦、大豆和其他一些蔬菜类农产品品质影响方面的研究进展.大量试验结果表明,CO2浓度升高条件下,大宗作物籽粒中蛋白质含量下降,微量元素总体上有下降趋势,而蔬菜类农产品的品质有一定程度改善.最后,本文根据目前研究现状对一些问题进行了讨论并提出了今后的研究方向.