C_4作物电子传递速率对CO_2响应模型的构建及应用

准确估算光合电子流对CO_2响应的变化趋势对深入了解光合过程具有重要意义。该研究在植物光合作用对CO_2响应新模型(模型I)的基础上构建了电子传递速率(J)对CO_2的响应模型(模型II),并对用LI-6400-40便携式光合仪测量的玉米(Zea mays)和千穗谷(Amaranthus hypochondriacus)的数据进行了拟合。结果表明,模型II可以很好地拟合玉米和千穗谷叶片J对CO_2浓度的响应曲线(J-Ca曲线),得到玉米和千穗谷的最大电子传递速率分别为262.41和393.07mmol·m^(-2)·s^(-1),与估算值相符合。在此基础上,对光合电子流分配到其他路径进行了探讨。结果显示, 380mmol·mol-1 CO_2浓度下玉米和千穗谷碳同化所需的电子流为247.92和285.16mmol·m^(-2)·s^(-1),分配到其他途径的光合电子流为14.49和107.91mmol·m^(-2)·s^(-1) (考虑植物CO_2的回收利用)。比较两种植物的其他途径光合电子流分配值发现,两者相差6倍之多。分析认为这与千穗谷和玉米的催化脱羧反应酶种类以及脱羧反应发生的部位不同密切相关。该发现为人们研究C_4植物中烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸苹果酸酶型和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸苹果酸酶型两种亚型之间的差异提供了一个新的视角。此外,构建的电子传递速率对CO_2的响应模型为人们研究C_4植物的光合电子流的变化规律提供了一个可供选择的数学工具。

干旱区黑果枸杞光合电子传递速率对施氮的响应

为探明干旱区栽培黑果枸杞(Lycium ruthenicum Murr.)叶片光合电子传递速率(J)对施氮的响应,进一步完善施氮对光合特性的影响机理,本试验设置5个不同施氮(尿素,N,46%)量处理(0、0.05、0.10、0.15和0.20kg·株^(-1)),测定各处理下黑果枸杞在不同光照强度(PAR)和CO_(2)浓度下叶片J,并通过J-PAR和J-CO_(2)的响应曲线拟合得到饱和光强(I_(sat))、饱和CO_(2)浓度(C_(i-sat))、最大电子传递速率(J_(max))和零点电子传递速率(J_(0))等参数。结果表明:1)J-PAR响应下,适当施氮对黑果枸杞叶片J_(max)和I_(sat)有一定的提高作用。当施氮量为0.15~0.20kg·株^(-1)时J_(max)最大,当施氮量为0.10~0.15kg·株^(-1)时I_(sat)最大。2)J-CO_(2)响应下,适当施氮对黑果枸杞叶片J_(0)、J_(max)和C_(i-sat)有一定的提高作用。当施氮量为0.10~0.15kg·株^(-1)时J_(0)最大,但J_(max)和C_(i-sat)受季节影响较大,J_(max)在夏果期当施氮量为0.20kg·株^(-1)时最大,在秋果期当施氮量为0.10kg·株^(-1)时最大,C_(i-sat)在夏果期当施氮量为0.20kg·株^(-1)时最大,在秋果期当施氮量为0.05kg·株^(-1)时最大。因此,适当施氮有利于I_(sat)、C_(i-sat)、J_(max)和J_(0)等参数的提高。

小麦光呼吸途径电子流分配的模型研究

为探讨分配到植物光呼吸的光合电子流(J_o)对CO_2浓度(J_o-C_a曲线)的响应规律,以小麦Z39-118为材料,分析了小麦叶片在2%和21%O_2浓度下的光合速率(A_c)和电子传递速率(J)对CO_2浓度的响应曲线。结果表明,光合作用对CO_2浓度的响应新模型(模型I)可很好地拟合小麦的A_c对CO_2浓度响应曲线;同样,基于模型I而构建的J对CO_2的响应模型(模型II),也可很好地拟合小麦在21%和2%O_2条件下的J对CO_2响应曲线。利用模型II分别拟合基于传统公式(J_o=2[J-4(A_c+R_(day))]/3)得到的J_o-C_a曲线(R_(day)为日呼吸速率)及基于光呼吸速率值而计算得到的J_o-C_a曲线,结果显示,两者拟合得到的分配到光呼吸的最大电子传递速率值(分别为86.93和84.17μmol·m^(-2)·s^(-1))与实测值(89.12μmol·m^(-2)·s^(-1))均较为接近(P>0.05);但基于前者拟合所得到的饱和CO_2浓度和CO_2为0μmol·mol^(-1)时分配到光呼吸的电子传递速率,均与其对应的测量值之间均存在显著差异(P<0.05)。综合分析认为,传统用于计算参与光呼吸途径的光合电子流公式并不能准确地描述J_o对CO_2浓度的响应趋势,本研究构建的新模型可准确地定量研究光呼吸及其电子流分配等问题。