四种作物光下暗呼吸速率降低的原因

以C3作物(小麦,Triticum aestivum和大豆,Glycine max)和C4作物(玉米,Zea mays和千穗谷,Amaranthus hypochondriacus)为例,探讨了其光下暗呼吸速率降低的原因。结果表明,2%O2条件下,CO2浓度为0时,叶室CO2浓度维持在0左右,而胞间CO2浓度(Ci)显著高于叶室CO2浓度。分析认为这是由于此时植物的暗呼吸仍在正常进行。因此,该测量条件下的表观光合速率应为CO2浓度为0时的光下暗呼吸速率(Rd)。CO2浓度为0时,不同光强下的Rd均随光强的升高而降低,且在低光强(50μmol·m–2·s–1)和高光强(2 000μmol·m–2·s–1)之间存在显著差异,说明光强对Rd具有较大影响。在2%O2条件下,经饱和光强充分活化而断光后,以上4种作物叶片的暗呼吸速率(Rn)均随着时间的推移而下降,说明光强并未抑制暗呼吸速率。试验结果表明,Rd的降低是由于CO2被重新回收利用所导致,CO2回收利用率随光强的升高而增大,从低光强(50μmol·m–2·s–1)到高光强(2000μmol·m–2·s–1),小麦、大豆、玉米和千穗谷的回收利用率范围变动分别为22.65%–52.91%、22.40%–55.31%、54.24%–87.59%和72.43%–90.07%。

气体交换与荧光同步测量估算植物光合电子流的分配

光合电子流分配是植物光合控制的一个重要环节。然而,传统电子流分配的计算方法存在诸多问题尚未引起人们的注意,如:(1)低估了光呼吸每释放一个CO2分子所消耗的电子数;(2)混淆了相对电子传递速率和绝对电子传递速率;(3)忽略了除碳同化和光呼吸外的其他电子流分配途径;(4)难以准确获取光下暗呼吸速率值,从而导致碳同化电子流(JC)及光呼吸速率(Rp)的不准确估算等。以小麦和大豆气体交换与荧光同步测量数据为例,结果表明大豆电子传递速率与碳同化两者对光强的响应一致性较好,同时达到最大值;而小麦的一致性相对较差,说明电子传递速率和碳同化并非完全一致,推测认为有可能与作物对同化产物输出的模式不同有关。通过光呼吸速率换算出的电子流(12×Rp)与实际测量电子流(ΔJO)之间存在较大的差异;另外,传统方法估算出的光呼吸速率(估算值)与光呼吸测量值之间也存在较大差异,分析认为这主要是由于绝对光合速率与相对电子传递速率之间差异造成。

植物光合CO_2响应模型对光下(暗)呼吸速率拟合的探讨

运用LI-6400便携式光合作用系统测定了不同光强(2 000、1 500、1 000和500μmol·m–2·s–1)和两种O2浓度(21%和2%的O2)下冬小麦(Triticum aestivum)灌浆期旗叶的CO2响应曲线,比较了现有CO2响应模型(生化模型、直角双曲线模型和直角双曲线修正模型)拟合给出光下(暗)呼吸与测量值之间的差异。结果显示,直角双曲线修正模型所给出的光下呼吸速率拟合值与测量值最为接近。植物光合作用对大气CO2响应(A/Ca)的拟合结果优于光合作用对胞间CO2浓度(A/Ci)的拟合。然而,所有模型基于A/Ca拟合的光下(暗)呼吸在整体上与测量值存在显著差异(p<0.05),推测与现有模型没有考虑CO2浓度对光呼吸和光下暗呼吸速率的影响有关。对小麦的试验结果表明,CO2浓度对光呼吸和光下暗呼吸均有显著影响:随着CO2浓度的增加(0–1 400μmol·mol–1),不同光强下的表观光呼吸变化范围分别为5.035–11.670、4.222–11.650、4.330–10.999和3.263–9.094 μmol CO2·m–2·s–1;光下暗呼吸的变化范围分别为0.491–2.987、0.457–2.955、0.545–3.139和0.448–3.139 μmol CO2·m–2·s–1。回归分析发现,表观光呼吸和光下暗呼吸与CO2浓度之间均存在较好的相关性。然而,将该回归关系整合到现有模型中,是否会优化模型,从而提高模型对相关光合参数估算的准确性尚有待于进一步研究。