胡杨不同发育阶段叶片光合作用及其光响应特征

胡杨(Populus euphratica)为第三纪孑遗植物,在个体的不同发育阶段形成了独特的异形叶,具有较强的抗旱性和耐盐性,是额济纳绿洲生态系统的主要建群种,具有重要的研究价值。以内蒙古额济纳旗胡杨林自然保护区胡杨为研究对象,通过实地调查观测,分析了胡杨幼苗期、幼树期和成熟期叶片的形态变化规律及其性状特征,利用Li-6400XT便携式光合作用系统测定了胡杨幼苗期、幼树期和成熟期不同形态叶片的光合作用光响应过程,并采用直角双曲线修正模型对其进行了拟合分析。结果表明:(1)在胡杨生长发育过程中,其叶片形态性状表现出明显的变化规律。随着胡杨树龄的增长,其叶片的长/宽比值、比叶面积和叶片厚度逐渐减小,而叶干物质含量、叶面积和叶干重数据增大。(2)胡杨成熟期阔卵圆形叶具有较高光合活性,通过提高Pnmax以增强光能利用率,使其在干旱荒漠区高温、强光环境下仍能保持较高的光能转化效率与光合速率;幼树期条形叶具有较宽的光能利用区间,能够在弱光环境下保持较高的光合速率;幼苗期条形叶具有较低的α与相对较高的LCP、LSP及Pnmax,主要归因于其较高的比叶面积,高效光捕获面积使其具有较高的光合速率;上述结果是胡杨在不同光环境下形成的适应性反应和生理生态机制。(3)直角双曲线修正模型适于胡杨不同形态叶片光合生理参数的定量研究。

植物光响应修正模型中系数的生物学意义研究

植物光合作用对光响应修正模型被广泛应用于植物光合特性的研究,但该模型中系数的生物学意义不清楚。通过分析,认为植物光响应修正模型中系数分别为光抑制项和光饱和项。通过量纲分析,植物光响应修正模型中光抑制项和光饱和项的生物学意义是光系统II天线色素分子光量子吸收截面与其处于激发态平均寿命的乘积。光系统II天线色素分子处于激发态的平均寿命较长且光量子吸收截面较小,则不利于光量子的吸收;如果光系统II天线色素分子的光量子吸收截面较大且其激发态的平均寿命较短,则有利于光量子的吸收。研究结果表明:如果光饱和项系数大且光抑制项系数也大,则植物越容易受抑制;如果光饱和项系数小且光抑制项系数也小,则植物越不容易发生光抑制。

桫椤对光照和CO_2的响应曲线及其模型拟合研究

以濒危植物桫椤为研究材料,使用Li-6400便携式光合测定系统测定光合-光响应曲线,应用直角双曲线模型、非直角双曲线模型和修正的直角双曲线模型3种模型进行模拟研究,并探讨不同模型对桫椤光响应及CO_2响应中的适用性。结果表明:采用修正直角双曲线模型拟合的桫椤光响应参数为0.077,Pnmax、Iisat、Ic、Rd分别为8.162、917.96、16.021、-0.975μmol/m2·s,CO_2响应参数为0.035,Cisat、Pmax、Γ、RP分别为1577.624、14.170、61.666、-2.028μmol/m2·s。修正直角双曲线模型能很好地拟合桫椤的光响应及CO_2响应数据,并能较准确地直接计算出光合参数,同时能很好地处理桫椤产生光抑制部分的光响应数据,高光强下直角双曲线模型和非直角双曲线模型不能处理光抑制问题。修正直角双曲线模型下光饱和点和CO_2饱和点高于直角双曲线模型和非直角双曲线模型,最大净光合速率表现相反。光补偿点、暗呼吸速率、光呼吸速率和CO_2补偿点介于直角双曲线和非直角双曲线模型之间,修正直角双曲线模型模拟值与实测值最接近。桫椤具有一定的耐阴性,能适应一定低光照的环境条件,对CO_2的适应范围较宽。修正直角双曲线模型是拟合桫椤光合-光响应曲线的理想模型,该模型能较好地对桫椤植物光能利用效率进行模拟,为桫椤植物的有效保护提供参考。

高产水稻剑叶的叶绿素含量、捕光色素分子的内禀特性与饱和光强关系的研究

叶绿素是水稻叶片进行光合作用的重要物质之一。为了研究叶片叶绿素的含量、捕光色素分子的内禀特性与饱和光强的关系,利用LI-6400XT便携式光合测定系统测量了6个水稻品种的光响应曲线,并利用光合作用对光响应的机理模型进行了拟合。结果表明:供试的6种水稻品种的饱和光强只与植物捕光色素分子的物理参数如本征光能吸收截面、激子传递到光反应中心的速率(kp)、热耗散速率(kD)和激发态的平均寿命(?)等有关,与叶片的叶绿素含量无关。

CO_2对植物在光补偿点附近量子效率的影响

应用植物光合作用对光响应修正模型研究了CO2浓度分别为380和600 mol·mol-1时,栾树和辣椒在光补偿点附近光合量子效率的改变及Kok效应。结果表明:光响应修正模型可很好地拟合栾树和辣椒2种CO2浓度下的光响应曲线,且获得的光合参数与实测值相符合;2种不同CO2浓度条件下,栾树和辣椒总是存在初始量子效率(φ0)大于光补偿点处的量子效率(φc),光合量子效率在光补偿点附近不是常数,且与暗呼吸速率无关;CO2浓度的大小影响着栾树的Kok效应,但对辣椒的Kok效应影响不明显,分析认为,这是由于栾树在光补偿点附近光合量子效率的改变来自其净光合速率对光强的非线性响应,而辣椒不存在Kok效应。