CO_(2)浓度升高对半干旱区春小麦光合作用及水分生理生态特性的影响

大气CO_(2)浓度升高已成为世界范围内重要环境问题。为了解大气CO_(2)浓度升高对春小麦光合作用及水分生理生态特性的影响,在典型半干旱区定西利用开顶式气室(OTC)试验平台,以春小麦“定西24号”为供试品种,开展了CO_(2)浓度增加模拟试验。试验设对照(390μmol·mol^(−1))、480μmol·mol^(−1)和570μmol·mol^(−1)等3个CO_(2)浓度(摩尔分数)梯度。结果表明:在对照和增加CO_(2)浓度条件下,春小麦叶片净光合速率和蒸腾速率日变化均呈“双峰型”分布,出现明显的“午休”现象;胞间CO_(2)浓度的日变化表现为斜“V”字型曲线;叶水势日变化呈现反抛物线曲线走向,在中午后出现水势曲线拐点。在不同生育时期内,净光合速率、气孔导度和胞间CO_(2)浓度均表现为开花期最大,乳熟期最小。而蒸腾速率表现为开花期最大,拔节期最小,叶片水平水分利用效率表现为孕穗期最大,乳熟期最小。随着CO_(2)浓度升高,春小麦叶片净光合速率、胞间CO_(2)浓度、水分利用效率和水势提高,气孔导度和蒸腾速率降低。与对照大气CO_(2)浓度相比,在480μmol·mol^(−1)浓度和570μmol·mol^(−1)浓度下,整个生育期净光合速率平均分别提高了14.68%和28.20%,气孔导度平均降低了15.29%和24.83%,胞间CO_(2)浓度平均提高了10.38%和26.15%,蒸腾速率平均减小了6.63%和12.41%,WUE平均增加了22.9%和46.9%。随着CO_(2)浓度升高,蒸腾失水减少,叶片水势不断增加,从而增强了春小麦对干旱胁迫的抵御能力。研究结果为我国半干旱区春小麦对全球气候变化下的敏感性及适应性提供理论参考。

非洲菊光合特性的研究

运用美国LI＿COR公司制造的LI＿6400便携式光合作用测定系统,研究了非洲菊的光合特性。结果表明:叶片净光合速率的日变化呈双峰型,有明显的"光合午休"现象。非洲菊的光饱和点约为1200μmol/m2·s,光补偿点约为50μmol/m2·s;CO2饱和点约为1600μL/L,补偿点约为60～70μL/L。对高温(>30℃)的反应敏感。

大气CO_(2)浓度和气温升高对大豆叶片光合特性及氮代谢的影响

以大豆品种“中黄35”为材料,利用人工气候室,设置对照CK(CO_(2)浓度和气温与外界测定值相同)、EC(CO_(2)浓度为外界测定值+200μmol·mol–1,气温与外界测定值相同)、ET(CO_(2)浓度与外界测定值相同,气温为外界测定值+2℃)、ECT(CO_(2)浓度为外界测定值+200μmol·mol–1,气温为外界大气测定值+2℃)共4个处理。大豆整个生育期均种植在人工气候室内,在大豆鼓粒期(8月12日)利用相对叶绿素仪测定大豆叶片相对叶绿素含量,利用便携式气体交换系统测定光合参数,利用便携式光合测量系统测定光响应曲线和CO_(2)响应曲线,并测定叶片氮代谢相关指标,以研究CO_(2)浓度升高200μmol·mol–1和气温升高2℃对鼓粒期大豆叶片的光合特性和氮代谢关键指标的影响。结果表明:(1)ET处理鼓粒期大豆叶片相对叶绿素含量(SPAD)显著增加,EC和ECT处理对其影响不明显。(2)各处理鼓粒期大豆叶片气孔导度(Gs)均显著下降。ET处理中,叶片净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)显著下降,EC处理对其影响不大,但是可以提高叶片水分利用效率(WUE),改善气温升高对叶片的负面影响。(3)EC和ET处理鼓粒期大豆叶片最大净光合速率(Pnmax)均显著下降,ECT处理对其影响不显著。(4)EC处理中,鼓粒期大豆叶片CO_(2)补偿点(Γ)、饱和胞间CO_(2)浓度(Cisat)、光呼吸速率(Rp)均显著增加,ET和ECT对其影响不大。各处理均使鼓粒期大豆叶片最大净光合能力(Amax)下降。(5)EC处理鼓粒期大豆叶片硝酸还原酶(NR)活性和可溶性蛋白含量均显著下降,但是ET和ECT处理叶片可溶性蛋白含量显著增加,硝酸还原酶(NR)活性变化不显著,各处理均降低了谷氨酰胺合成酶(GS)的活性。总之,CO_(2)浓度升高200μmol·mol–1可以改善气温升高2℃对鼓粒期大豆叶片光合作用的负面影响,但对氮代谢有抑制作用,而气温升高2℃可以一定程度上缓解CO_(2)浓度升高200μmol·mol–1对鼓粒期大豆叶片氮代谢的抑制作用。

大气CO_(2)浓度升高对红豆树苗木光合生理和形态的影响

【目的】揭示珍稀濒危树种红豆树(Ormosia hosiei)在未来气候变化情景下对大气CO_(2)浓度升高的响应策略,预测未来其生存状况并采取有效应对措施。【方法】将2年生红豆树苗种植在开顶式气室(OTC)中模拟大气CO_(2)浓度升高的影响,设置400(CK)、600(E1)和800μmol/mol(E2)3个CO_(2)浓度,处理146 d后分析升高CO_(2)浓度对红豆树苗光合生理、叶片表观特征和解剖特性的影响。【结果】(1)大气CO_(2)浓度升高使红豆树苗光合生理参数保持较高水平,其叶绿素和类胡萝卜素分别在E2处理下较CK增加了8.65%、23.47%,核酮糖-1,5-二磷酸核酮糖加氧/羧化酶(RuBisCO)和核酮糖-1,5-二磷酸核酮糖加氧/羧化酶活化酶(RCA)活性分别在E2处理下较CK提高了25.11%、85.36%,净光合速率在E2处理下较CK增加235.40%。叶绿素荧光参数中最大光化学效率Fv/Fm在E2和E1处理下分别较CK显著降低了29.46%、9.12%,而实际光化学效率Y(Ⅱ)在各处理间差异不显著;叶绿素荧光参数中反映光合活性的光化学淬灭系数qP和qL在E2处理下分别较CK显著增加了44.30%、134.84%,而反映热耗散能力的非光化学淬灭系数qN和NPQ对CO_(2)浓度升高的响应不敏感。(2)在叶片形态和表观特征方面,高CO_(2)浓度环境中的红豆树苗叶面积增大但叶片厚度变薄,比叶重在E2和E1处理下分别较CK减少31.68%、24.26%,且在CO_(2)浓度升高条件下红豆树叶片栅栏组织厚度显著增加,但海绵组织厚度减小。红豆树苗在高浓度CO_(2)环境中光合生理和叶片形态的良好表现,促使红豆树苗高和地径净生长量分别在E2处理下较CK增长了6.90%、13.35%。【结论】大气CO_(2)浓度升高增加了红豆树光合作用底物,提高了其光合系统对光能捕捉和利用的能力,光合活性增加而光保护能力不受影响,苗木叶片形态随CO_(2)浓度升高产生适应性变化。故认为红豆树苗在大气CO_(2)浓度升高条件下通过光合生理和形态改变的协同作用促进其生长。