高大气CO_2浓度下C3植物叶片水分利用效率升高的研究进展

大气CO2升高不仅造成一系列的气候变化反应,而且对植物的生理、生长等都有显著影响。本文对高大气CO2浓度下C3植物叶片的气孔密度、气孔导度以及植物的光合、蒸腾作用和水分利用效率影响的研究进展进行了论述,认为高大气CO2浓度下,植物叶片气孔密度明显降低,而气孔导度同样也下降了约30%左右。光合速率的增幅一般为50%-100%,不同植物蒸腾速率下降幅度表现极为不一致,约为10%-70%,水分利用效率则呈上升趋势,且氮肥处理充足下的WUE增加幅度比氮肥处理不充足的大。本文对它们之间的相互关系进行了分析,为培育高水分利用效率和节水作物品种提供理论依据。

C3和C4植物光能利用效率和水分利用效率的比较研究

了解C3和C4植物光能利用效率(LUE)和水分利用效率(WUE)对光的响应关系,对揭示植物的光能利用与需水规律具有重要意义。以栾树(Koelreuteria paniculata)、辣椒(Capsicum annuum)、高粱(Sorghum bicolor)和玉米(Zea mays)为研究对象,用LI-6400光合仪测量了这4种植物的气体交换参数,并利用光响应机理模型所构建的叶片光能和水分利用效率对光的响应模型分别研究了它们的光能和水分利用效率的变化规律。结果表明:(1)栾树和辣椒的最大光能利用效率(LUE_(max))和最大水分利用效率(WUE_(max))比高粱和玉米低,所对应的饱和光强(IL-sat)也小于高粱和玉米;(2)高粱的最大净光合速率(Pnmax)和饱和光强(Isat)均比玉米小,但它的LUE_(max)和WUE_(max)却比玉米大。由此可知,C3植物的栾树和辣椒LUE_(max)和WUE_(max)比C4植物的高粱和玉米低,而相应的饱和光强(I_(L-sat)和I_(W-sat))则没有这种趋势。

C3和C4植物粗料及底物精粗比对山羊瘤胃体外发酵特性的影响

本试验研究了C3和C4植物粗料及底物精粗比对山羊瘤胃体外发酵特性的影响。采用完全随机区组试验设计,选择不同来源的C3(水稻秸秆和苜蓿)和C4植物(玉米秸秆和宽叶雀稗)为粗料,并分别设计3种不同精粗比(40∶60、45∶55和50∶50)的底物,进行48 h的瘤胃体外发酵试验,测定体外产气参数、发酵特性参数、营养物质降解率。结果表明:1)底物粗料选用苜蓿时,理论最大产气量极显著高于其余3种粗料(P<0.01),且以精粗比为45∶55和50∶50时较高;底物粗料选用水稻秸秆时,甲烷(CH4)产量分别比苜蓿、玉米秸秆和宽叶雀稗降低53.79%、24.30%和3.29%,且以精粗比为45∶55时最低。2)C3植物粗料的发酵液p H和氨态氮(NH3-N)浓度均极显著高于C4植物粗料(P<0.01);精粗比对发酵液p H和NH3-N浓度均没有显著影响(P>0.05)。3)底物粗料选用水稻秸秆时,发酵液乙酸、丙酸和总挥发性脂肪酸浓度均极显著高于玉米秸秆和宽叶雀稗(P<0.01),而与苜蓿没有显著差异(P>0.05);精粗比为50∶50时水稻秸秆和玉米秸秆发酵液乙酸/丙酸均显著高于精粗比为40∶60(P<0.05),而与精粗比为45∶55时没有显著差异(P>0.05)。4)各底物体外干物质和中性洗涤纤维降解率均以选用水稻秸秆为底物粗料时最低,分别比苜蓿、玉米秸秆、宽叶雀稗低18.84%、4.37%、3.84%和11.12%、17.78%、15.56%。结果提示,以苜蓿为粗料,精粗比为50∶50的底物瘤胃体外发酵降解率最高,CH4产量也最高;以水稻秸秆为粗料时,精粗比为45∶55的底物瘤胃体外发酵降解率最低,CH4产量也最低。

C3植物碳同位素在旱季和雨季中的变化

通过对 C3植物在旱季和雨季的碳同位素测定 ,在尽可能将其它因素影响分离开的自然环境下 ,主要研究了降水因素对植物碳同位素组成的影响。结果显示 ,C3植物在旱季的 δ1 3 C组成较雨季明显偏重 ,同时发现 ,不同植物种的 δ1 3 C组成在旱季与雨季中的变化程度不一样 。

C3和C4植物寄主对华北地区棉铃虫越冬代和第一代的影响

确定华北越冬代棉铃虫虫源及其对第一代棉铃虫种群的影响是制定棉铃虫防治策略的基础。以越冬代棉铃虫蛾翅的稳定同位素1δ3C为天然标记直接判定这些成虫的幼虫期寄主类型,并将雌虫接到春小麦植株上,调查其产卵、孵化、幼虫发育至化蛹、羽化等特征。结果表明,越冬代来自C3植物(主要为棉花)的成虫个体数量占全部越冬羽化种群的53.1%,所产生的下一代老熟幼虫也较C4来源的多(55.1%);雌蛾受精率都比较高;卵孵化率较高(52.9%>41.6%);幼虫发育在低龄阶段较比后者快,存活率低,但在高龄幼虫阶段相对后者慢,存活率高;与C4植物(主要玉米)的来源个体后代的幼虫发育总历期接近,总存活率也相近。显示寄主植物小麦提供的营养条件在第一代棉铃虫的幼虫发育中具有决定性意义,即小麦只在特定阶段才适合幼虫的发育;而且不论是C3还是C4寄主来源的越冬代棉铃虫已经适应了这一限制。有效地评价了玉米和棉花等寄主植物对华北地区越冬代和次年第一代棉铃虫的影响,对于分析越冬代棉铃虫的虫源性质和第一代棉铃虫的防治及B t抗性的治理有重要参考价值。

C3与C4对反刍动物甲烷产量和瘤胃体外发酵特性的影响

C3、C4植株之间存在诸多差异,运用这些差异已经在不同的领域开展了应用研究,但是在对反刍动物体外的发酵影响的研究较少,近年来关于C3和C4植物对反刍动物瘤胃发酵及产奶量等方面的影响问题已经成为热点问题。文章主要从瘤胃中甲烷的产生机理、影响反刍动物瘤胃发酵甲烷产量因素等方面比较了C3和C4植物对反刍动物甲烷产量和发酵参数的影响。

恰希玛核电C3机组安全壳整体密封性试验概述及优化

核电站安全壳是安全壳放射性物质与环境之间的第三道屏障,它为反应堆冷却剂系统的放射性辐射提供生物屏障,并限制污染气体的泄漏。以恰希玛核电C3机组为例,介绍了安全壳整体密封性试验,验证安全壳的密封性是否满足核电站安全运行的要求,即在试验压力(C3机组为260 kPa(G))下安全壳的整体泄漏率是否满足验收准则的要求。对试验过程进行总结,提出有针对性的优化建议,以期从中得出可供今后试验借鉴的方面,从而为在建机组的调试工作或今后的运维工作提供经验参考。

C3植物叶片跨膜电势差(ΔΨ)的光谱测量

C3植物是最重要的光合生物之一,在光照条件下,其类囊体膜上光驱的电子流与基质内质子的跨膜转运相耦合。质子在囊腔内的积累产生了跨膜质子动势(pmf),其驱动ATP合成酶的构象发生转变并合成ATP分子。质子动势的一个重要组分,即跨膜电势差(ΔΨ),是反映原初光合能量转化的一个重要指标量,它会使色素分子(包括叶绿素分子以及胡萝卜素分子等)对光能的最大吸收峰迁至515 nm处。515 nm最大吸收峰的形成除了有ΔΨ的贡献,也有来自“光散射”效应的叠加。因此,对于ΔΨ的实验测量一直是一个难题,并且在国内,关于ΔΨ的实验测量鲜见报道。以烟草叶作为样品,使用双通道可变振幅式叶绿素荧光仪,并搭配最新设计的P515/535模块,测量样本在单周转饱和光(ST)、1 s可见光、60 s可见光的P515光谱信号变化情况。实验结果可为研究C 3作物高光效品种选育提供技术支持。

松叶猪毛菜叶片原生质体的制备及优化

从植物组织中释放出高质量的原生质体是建立其他技术体系如蛋白亚细胞定位、瞬时表达分析、蛋白质间互作的前提。为了快速挖掘C_(3)-C_(4)中间型植物松叶猪毛菜(Salsola laricifolia)的特殊功能基因,建立一个简单高效的叶片原生体的制备方法必不可少。本研究以松叶猪毛菜无菌组培苗的真叶为材料,分析不同纤维素酶和离析酶的浓度配比、渗透压对原生质体分离的影响。结果表明:采用25 d龄的无菌组培苗真叶,在2%纤维素酶+0.5%离析酶+0.6 mol·L^(-1)甘露醇的酶解液中25℃酶解2 h,使用W5溶液在800 rpm·min^(-1)的转速下纯化,原生质体产量可达1.21×10^(6)个,活力为85%。并且利用得到的松叶猪毛菜原生质体作为受体,用PEG转化法成功转化pBI121-SaNADP-ME4-GFP质粒载体,检测到SaNADP-ME4定位于叶绿体中。本项研究建立了松叶猪毛菜叶片原生质体高效制备体系,为松叶猪毛菜特殊基因功能的挖掘奠定了基础。

C_3和C_4植物光合途径的适应性变化和进化

高等植物大多为C3植物,C4植物和景天酸代谢(Crassulacean acid metabolism,CAM)植物是由C3植物进化而来的。C4途径的多源进化表明,光合途径由C3途径向C4途径的转变相对简单。该文分析研究了植物光合途径的进化前景,指出C4植物是从C3植物进化而来的高光效种类,且地质时期以来降低的大气CO2浓度和升高的大气温度以及干旱和盐渍化是C4途径进化的外部动力。C3植物的C4途径的发现说明植物的光合途径并非是一成不变的,C3和C4植物的光合特征具有极大的可塑性,某些环境的变化会引起植物光合途径在C3和C4途径之间转变。C3植物具有的C4途径是环境调控的产物,是对逆境的适应性进化结果,因而光合途径的转变也适用于干旱地区植被的适应性生存机理研究。该文还利用国外最新的C4光合进化模型介绍了植物在进化C4途径中所经历的7个重要时期(从分子基础到形态基础、结构基础,再到物质代谢水平、光合酶活水平,直到C3和C4途径协调运转时期,最后达到形态与功能最优化阶段),并结合全球气候变化的特点对国内外相关领域的研究进行了分析,总结了植物光合途径的适应性转变和进化的研究成果,为今后的相关工作提出建议。

贵州石灰岩和砂岩地区C_4和C_3植物营养元素的化学计量对N/P比值波动的影响

陆地生态系统植物的生长受到营养元素氮(N)和磷(P)的可利用性的限制。已有的证据表明营养元素的相对丰度将控制生态系统的营养元素循环和能量流动的速度。文章提出如下假设:为了适应环境的变化,植物具有可伸缩性地调整营养元素含量的能力,也就是营养元素化学计量比值变化的能力,植物N/P比值波动的影响不仅来源于N对P的相对可利用性的变化,也来源于其他营养元素化学计量的变化,尤其是与Ca的化学计量的变化。为了验证上述假设,本研究利用3种C4植物和11种C3植物,研究了植物N/P化学计量比值的波动随N与Ca和P与Ca化学计量的变化模式:对C4植物来说,N/P比值的波动主要受生物量P与Ca化学计量变化的影响;而对C3植物来说,则同时受N与Ca和P与Ca化学计量变化的控制,它们之间的相对控制能力的大小将决定植物N/P比值波动的变化梯度,C4植物和C3植物的N/P比值的波动都要受土壤pH值的影响。本研究对了解物种丰度和N对P的相对可利用性、N与Ca,以及P与Ca的化学计量之间关系具有重要意义。

大气CO_2浓度升高对水稻和稗草根系生长的影响

在两种N水平下(低N 10 mg.L-1和常N 30 mg.L-1),采用水培方法比较了分蘖盛期C3植物水稻(O ryzasativa)和C4植物稗草(Echinochloa crusgalli)在CO2浓度升高(550μmol.mol-1)和CO2浓度未升高(350μmol.mol-1)条件下的根系生长变化。结果表明,常N水平下高浓度CO2显著增加水稻和稗草的根干重、根体积、根总长和根直径,水稻对CO2浓度升高的响应强于稗草;低N胁迫时,高浓度CO2显著增加稗草的根干重、根体积和根总长,而对水稻生长无明显促进作用。在两种N水平下,高浓度CO2均显著降低水稻和稗草根系N含量,而C含量上升不明显,导致C/N比值显著增加。高浓度CO2显著降低水稻和稗草单位根重根毛数,这可能是CO2浓度升高条件下根系活力显著降低的形态学原因之一。

基于FvCB模型的叶片光合生理对环境因子的响应研究进展

为提高叶片光合速率并更好地理解叶片光合生理对环境因子变化的响应机制,FvCB模型(C_3植物光合生化模型)常用于分析不同环境条件下CO_2响应曲线并预测叶片活体内光合系统的内在变化状况。系统介绍了FvCB模型的建立、发展过程和拟合方法等基本理论,综述了该模型在叶片光合生理对光、CO_2、水、温度和N营养等环境因子变化的响应机制中的应用研究。为进一步完善FvCB模型并更好地理解叶片活体内光合系统对环境因子变化的响应机制,未来拟加强以下研究:1)羧化速率与光合电子传递速率之间的联系;2)叶肉导度的具体组分及其对FvCB模型参数估计的影响;3)叶片气孔导度和叶肉导度对环境因子变化的调控机制。

新疆罗北洼地湖相沉积物有机碳同位素的变化序列及其古环境意义

测定了新疆罗布泊地区湖相沉积物CK-2钻孔样品的总有机碳含量(TOC)及其同位素组成、碳酸盐含量和C/N比值等环境代用指标,以及石膏矿物的质谱-铀系年龄。测试结果表明,20~9kaB.P.期间沉积物δ13Corg.在-23.4‰^-16.1‰之间波动且阶段性明显,与TOC呈现良好的相关关系,整体变化趋势同南极Dome C冰芯中记录的全球大气CO2浓度一致;C/N比值表明有机碳来源主要是陆生高等植物。因此大气CO2浓度变化是影响20~9kaB.P.期间罗布泊湖相沉积物δ13Corg.值变化的主导因素,周围山体上C3/C4植物相对生物量的变化则是另一重要因素。依据δ13Corg.的变化序列将此时间段湖区古环境的演化分成6个阶段:20.0~14.1kaB.P.期间受到末次盛冰期的影响,气温偏低,湖水丰沛;14.1~13.3kaB.P.是一个气候不稳定期,冷暖波动较频繁,但以暖为趋势;13.3~12.8kaB.P.期间经历了一段冷期,于12.8kaB.P.结束了末次冰期,随后气候开始转暖至11.8kaB.P.;其后气温再次变冷并维持到10kaB.P.;最后从10kaB.P.进入全新世暖期。δ13Corg.序列明显向偏负方向变化,表明该地区变暖的趋势相当明显。罗布泊地区日益干旱化是全球气候变化的结果,尤其是受到全球CO2浓度的不断升高所制约。

中东亚干旱半干旱区C_3植物δ^(13)C值的分布及其对气候的响应

植物化石和土壤中的有机质碳同位素指标常用来反映古气候的变化,然而碳同位素这个指标在特定地区反映气候的定量关系缺乏检验。研究剖面选择自中国的秦岭(34°14′24″N,106°55′30″E)到蒙古人民共和国北部,接近贝加尔湖地区(51°35′08″N,100°45′49″E)的研究剖面线,选择了3种C3植物(Artem isia scoparia,Ajaniaachilleides和Artem isia frigida),在剖面线上沿南北方向上每隔4′到5′采取一个样点,共选取161个C3植物茎叶样品进行了1δ3C值测定。同时收集了剖面线附近气象站的降水、气温等资料,用插值方法得到每个采样点的气温、降水数据。分析表明:C3植物的1δ3C值分布范围为-30‰^-22‰,其平均值为-26.81‰,该平均值较全球C3植物1δ3C平均值偏正。通过对比C3植物1δ3C与年均温、年均降水量、生长季节的干燥度等随纬度的变化规律,发现C3植物1δ3C、年均降水量、生长季节的干燥度有非常一致的变化趋势,而C3植物1δ3C和年均温不具有一致性。通过一元回归分析也同样发现C3植物1δ3C与年均降水量呈线性负相关关系(y=-0.0077x-24.838,n=161,R2=0.4418,p=0.01),与生长季节的干燥度呈线性正相关关系(y=0.7328x-28.806,n=161,R2=0.3685,p=0.01),而与年均温度没有明显的相关关系(y=-0.0461x-26.756,n=161,R2=0.0232,p=0.01)。在本研究区C3植物1δ3C对年均降水量和生长季节的干燥度响应十分显著,而对温度的响应不明显。研究区具有明显的降水和温度的梯度分布特征,是验证植物碳同位素与气候关系的理想场所,而土壤中的有机质碳同位素与其地面上的植物碳同位素息息相关。研究也说明,在本研究区或其他气候植物组合相似的地区可以利用古土壤中的有机质碳同位素来定量或半定量地反映古气候的变化。

马蹄金与匍茎翦股颖光合生理生态的比较研究

研究表明，１．通过光饱和点、光补偿点、ＣＯ＿２补偿点及叶绿素ａ／ｂ比值等测定，马蹄金与匍茎剪股颖均属喜光、耐荫的Ｃ＿３植物。马蹄金对强光适应性大于匍茎翦股颖。因而在芜湖地区作为大田草坪种植，则马蹄金优于匍茎葛股颖。２．ＮａＨＳＯ＿３均有增强光合速率、加速光合产物输出、增加于物质积累及提高生物产量的效应。光呼吸抑制剂在草坪生产上大有可为。

日粮中C_3、C_4植物含量对牛肉品质和主要化学成分的影响

为探讨C3和C4植物在日粮中的含量对牛肉品质和主要化学成分的影响,本试验选用大豆粕、小麦麸、小麦、棉籽饼、苜蓿干草作为C3植物试验材料,选用黄贮玉米秸、玉米酒精糟、玉米作为C4植物试验材料,选用36头西门塔尔杂种公牛作为试验动物开展了肥育和屠宰试验。结果表明,日粮中C4植物含量对肥育牛增重、牛肉的脂肪酸、氨基酸(其中甘氨酸不确定除外)、水分含量以及牛肉的剪切力、蒸煮损失率、滴水损失率、大理石花纹评分和眼肌面积均没有显著的影响。日粮中C3植物含量对肥育牛增重、牛肉的脂肪酸(其中十七烷酸不确定除外)、氨基酸(其中丝氨酸和苏氨酸不确定除外)、水分含量以及牛肉的剪切力、蒸煮损失率、大理石花纹评分和眼肌面积也均没有显著的影响。

秋茄和榕树叶片中正构烷烃分布和单体化合物δ^(13)C值及其光合作用

对深圳福田、阳江、海南新竹红树林秋茄Kandelia candet及海口榕树Ficus microcarpa叶中类脂物进行萃取,分离出正构烷烃,通过气相色谱(GC)及色谱-质谱(GC-MS)分析,测出了正构烷烃的碳数分布和相对含量。气相色谱-稳定同位素比质谱仪(GC-IRMS)测定了正构烷烃单体化合物的稳定同位素组成δ13C。秋茄叶和榕树叶正构烷烃的碳数分布均为C17C33,主要集中在C23-C31 (>90％)。化合物含量最高为C27的有深圳福田秋茄、海南新竹秋茄、海口榕树,而阳江秋茄为C25。单体化合物的稳定同位素δ13C:深圳福田秋茄为-31.42‰——34.48‰,阳江秋茄为-31.69‰——33.62‰,海南新竹秋茄为-30.30‰-33.04‰.海口榕树为-29.92‰——33.56‰;平均值分别为-32.95‰、-32.67‰、-31.67‰、-31.74‰。结果表明,秋茄和陆地植物物榕树的光合作用都是通过C3途径,是典型C3植物。

C_3、c_4植物叶片叶绿素荧光猝灭日变化和对光氧化作用的响应

C_3植物花生和C_4植物甘蔗的光合色素含量、△A_(505)nm、叶绿素荧光参数Fv/Fm,φPSⅡ,q_N和q_p呈日变化进程.中午前后,甘蔗的q_N、q_P、F_V/Fm和φPSⅡ的变幅比花生小,△A_(505)nm的增值比花生大,叶绿素和类胡萝卜素仍维持较高水平,而此时花生的q_N和q_P.皆下降.花生和苋菜(C_4植物)经甲基紫精(MV)的光氧化处理后,叶片的MDA和蛋白质的游离羰基含量及Fo增高,q_p,下降.q_N在花生和苋觅菜之间的变化不同,花生的q_N上升而苋菜的q_N下降.结果表明C_3和C_4植物对自然强光或光氧化作用响应的敏感性存在一定的差别.

新疆短命植物东方旱麦草和独行菜C4相关结构的初步研究

短命植物的快速生长及高光效特性使它们能在早春萌发后较短时间内完成生活史并获得大量种子。为探讨高光效产生的内在原因,研究利用树脂半超薄与超薄切片技术对东方旱麦草和独行菜叶片显微及超微结构进行观察,并对维管束相关参数进行了统计分析,结果显示:(1)东方旱麦草显微结构具有类"花环"结构,维管束密度介于C3、C4对照之间,鞘细胞中的叶绿体多数离心分布且数量接近C4植物;超微结构显示其鞘细胞叶绿体的基粒与片层结构与叶肉细胞不同,但又与C4植物存在一定差异。(2)独行菜维管束有类"花环"结构,维管束密度大于C3对照并存在极显著差异,鞘细胞中叶绿体多数离心分布;超微结构显示叶绿体基粒与片层没有叶肉细胞发达。以上研究结果初步说明东方旱麦草和独行菜的解剖结构特点均介于C3、C4植物之间而接近C4植物。