大气CO_2浓度和气温升高对谷子生长及产量的影响

研究大气CO_2浓度和气温升高对谷子的影响,有助于人们了解未来气候变化背景下谷子(Setaria italica)生产的变化,以提前采取必要的应对措施。采用控制系统来模拟气温升高2℃和CO_2浓度增加200μmol·mol-1的未来气候情景,研究气候变化对谷子光合及产量的影响。试验设对照(与室外气温、CO_2浓度一致,CK)、增温2℃(C0T1)、CO_2浓度增加200μmol·mol-1(C1T0)和增温2℃+CO_2浓度增加200μmol·mol-1(C1T1)4个处理,对谷子灌浆期的光合作用及成熟期形态指标、生物量和产量进行测定。结果表明,与对照相比,气温升高(C0T1)后,谷子叶片净光合速率无明显变化,气孔导度和蒸腾速率上升,水分利用率下降;大气CO_2浓度升高(C1T0)谷子叶片净光合速率升高,气孔导度和蒸腾速率下降,水分利用率提高;大气CO_2浓度和气温同时升高(C1T1)后,谷子净光合速率提高,气孔导度和蒸腾速率升高,水分利用率下降。与对照相比,气温升高(C0T1)显著增加谷子的株高、穗长、茎直径、叶质量、茎质量、穗质量、地上部分生物量和产量,分别增加了62.29%、63.51%、59.87%、73%、77%、70%、72.3%和76.6%;大气CO_2浓度升高(C1T0)显著增加谷子的株高、穗长、茎直径、节数、叶质量、茎质量、穗质量和地上部分生物量,比对照分别增加35.18%、32.75%、25.80%、21.54%、21.5%、70.8%、19.4%和32.3%;升温和升CO_2复合处理(C1T1)条件下,谷子株高、穗长、茎直径、叶质量、茎质量、穗质量、地上部分生物量和产量升高,与对照相比分别增加58.24%、42.69%、131.89%、34.8%、80%、77.6%和92.6%。未来气候变化对谷子生长发育将以正效应为主。     

气候变暖对半干旱区马铃薯产量的影响

基于西北典型半干旱区马铃薯定位观测试验,结合气候要素平行观测资料,研究了半干旱区马铃薯产量对气候变化的响应。结果表明,1957—2015年间(59 a),西北半干旱区在气温显著上升,气温和降水量气候倾向率分别为0.238℃/10 a、-10.517 mm/10 a。马铃薯产量与苗期(6月)呈显著负相关(P0.01),与块茎膨大期(8月)气温也呈负相关(P0.10),6—8月气温每升高1℃,马铃薯产量下降4 391.39~6 798.46 kg·hm~(-2)。产量与生育期≥0℃积温呈显著负相关(P0.05),适宜≥0℃积温阈值为2 307.4℃。产量与苗期降水量呈正相关(P0.10),适宜降水量阈值为47.8 mm。产量与9月中旬日照时数呈显著正相关(P0.01)。马铃薯生育期干燥指数与产量呈显著负相关(P0.05),适宜阈值为1.88。研究还发现气温变化对马铃薯产量影响的敏感期在出苗至分枝期,而水分影响马铃薯产量敏感期分别在分枝到开花期和块茎膨大期,同时,块茎膨大期也是日照变化影响产量的敏感期。因此,气候变暖对西北半干旱地区马铃薯的生产形成了负面影响。     

气候变化主要因子对马铃薯生物量积累及产量和品质的影响

利用新型开顶式气室(OTC)开展CO2浓度升高和大气增温试验,分别为模拟增温2.0℃,模拟增温2.0℃且CO2浓度增加到650μmol·mol-1,对照CO2浓度约410μmol·mol-1,对马铃薯叶片、叶柄和茎等地上生物量、根和块茎等地下生物量积累过程及其特征参数的协同影响研究,分析气候变化对马铃薯产量形成和品质的...     

不同CO_2浓度升高水平对水稻光合特性的影响

CO_2浓度升高是全球气候变化的主要原因之一,同时CO_2是植物光合作用的原料,对植物的生长发育具有重要影响。研究水稻对不同CO_2浓度升高水平的响应,对于指导农业生产以及确保粮食安全具有重要意义。通过田间开顶箱试验,运用CO_2浓度自动调控系统研究不同CO_2浓度升高对水稻光合特性的影响。CO_2浓度设置3个水平:以背景大气CO_2浓度为对照(CK),在CK基础上分别增加40μmol·mol~(-1)(T_1)和200μmol·mol~(-1)(T_2)CO_2。利用Li-6400便携式光合作用测量系统,在关键生育时期测定净光合速率(Pn)、胞间CO_2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)等光合参数,并根据指数方程模型拟合最大净光合速率(Pn_(sat))、羧化效率(CE)、呼吸速率(R_p)和CO_2饱和点(CCP);使用元素分析仪测定叶片全氮含量。结果表明:在较低水平的CO_2浓度水平下,CK、T_1和T_2处理的Pn呈近似直线上升,随着CO_2浓度的升高Pn缓慢升高,当达到CO_2饱和点后趋于稳定。光合仪设定CO_2浓度为600μmol·mol~(-1)时,T_2在3个生育时期(拔节期、抽穗期和乳熟期)的Pn均较CK显著降低,降幅分别为44.0%(P0.01)、43.4%(P0.01)和49.1%(P0.01);设定CO_2浓度为800μmol·mol~(-1)时,T2在3个生育时期的Pn较CK分别降低了4.9%(P=0.506)、12.7%(P=0.167)和16.6%(P=0.220);设定CO_2浓度为1 000μmol·mol~(-1)时,乳熟期T_2处理的Pn较T1显著降低,降幅为21.5%(P0.05),表明水稻经过长时间的高CO_2浓度处理产生了光合下调。乳熟期T_2的Pn_(sat)和CE较T_1显著降低,降幅分别为21.3%(P0.05)和29.1%(P0.05)。此外,总光合速率和叶片氮含量存在极显著正比例函数关系(P0.01),总光合速率随叶片氮含量的升高而升高。对照、T_1和T_2处理的WUE均随着光合仪设定CO_2浓度梯度的升高而增大;在同一设定CO_2浓度水平下,3种处理的WUE均无显著性差异。     

短期CO_2浓度升高对黄土高原刺槐光合日变化的影响

以黄土高原19年生刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林为对象,比较研究刺槐在环境CO_2浓度(350μmol/mol)和倍增CO_2浓度(700μmol/mol)下的净光合速率(Pn)、气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)、水汽压亏缺(VPD)和水分利用效率(WUE)的日变化动态及日均值差异.结果显示:刺槐P_n、G_s、C_i、WUE的日变化在短期CO_2浓度升高条件下并未发生明显改变,但T_r、VPD的日进程在环境CO_2浓度下呈"双峰"曲线,而在倍增CO_2浓度下呈"单峰"曲线.短期CO_2浓度升高使刺槐G_s和T_r平均降低10.01%和8.71%,但其P_n和WUE显著提高107.47%和135.40%.本研究表明刺槐人工林在黄土高原具有较强的光合潜力与水分利用能力.(图1表2参38)     

不同年龄人工林尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E.grandis)叶片光合特性及水分利用效率

利用Li-6400便携式光合作用测定系统,研究自然条件下不同年龄人工林尾巨桉(2年生、4年生和6年生)叶片光合特性及水分利用效率.结果表明:一年中桉树人工林叶片净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率的月动态呈现单峰曲线,以8月份为最高,1月份为最低;从9月到第2年1月逐渐减低,从2月到8月缓慢增加;胞间CO_2浓度的月动态与其相反.不同林龄桉树人工林叶片净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率从2013年9月到2014年4月大小顺序为4年2年6年,而从2014年5月到8月大小顺序为2年4年6年;净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率的年平均值大小顺序为2年4年6年,2年、4年、6年的年水分利用效率平均值为2.33μmol/mmol、2.28μmol/mmol、2.17μmol/mmol,且净光合速率与胸径增长量呈显著正相关(P0.05).桉树人工林叶片净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率与气孔导度、大气温度、光合有效辐射呈极显著(P0.01)或显著(P0.05)正相关,与胞间CO_2浓度呈负相关.随着林龄的增加,净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率逐渐降低,因此桉树人工林早期对水分及养分需求大,进行合理地养分管理和定向培育,可实现桉树的可持续经营.     

锰和亚铁喷施对石门早硕板栗光合特性的影响

以3a生石门早硕板栗为试材,研究叶面分别喷施w=0.3%的硫酸锰和硫酸亚铁溶液对其叶光合特性的影响。结果表明,喷施硫酸锰和硫酸亚铁2种溶液均明显提高了板栗幼树叶片的叶绿素含量﹑净光合速率和水分利用率等光合指标,硫酸亚铁处理幼树叶片的气孔导度和蒸腾速率也显著高于对照。分析各光合指标的日变化发现,板栗幼树叶片的净光合速率呈抛物线状,13:00时达到高峰值;对照幼树叶片的气孔导度及蒸腾速率值呈"M"型,而2种溶液处理均呈抛物线状。上述结果表明板栗幼树叶面喷施锰和亚铁溶液有助于增强其光合能力。     

气候变暖对马铃薯生长发育及产量影响研究进展与展望

以全球平均地表温度升髙和区域降水波动为特征的全球气候变暖给农业和粮食安全带来严峻挑战。气候变暖对农业的影响已引起了各国政要、相关领域的科学家以及社会各界的广泛关注。农作物生长发育进程、植物形态结构、生理生化过程等对全球气候变暖的响应特征及其机理研究,对认识气候变化对作物的影响及其过程特征机制具有重要意义,是应对全球变化,制定适应对策的重要科学基础。马铃薯是继水稻、小麦和玉米之后的第四大粮菜兼用型作物,文章总结回顾了国内外马铃薯生长发育、植物形态结构及块茎形成、水分利用效率、产量形成、品质变化、主要疫病发生发展等对气候变暖的响应特征及其机理,评述大气增温影响过程中马铃薯的适应性及其临界阈值,讨论了当前气候变暖对马铃薯影响研究中存在的问题。在此基础上,展望了该研究领域研究的前沿需要和有可能突破的关键科学问题:一是采用模拟试验研究手段更深入地了解地区增温和CO_2浓度增加的交互作用对马铃薯的影响;二是大气增温与CO_2浓度升高交互协同作用的强度、时段、持续性与马铃薯碳交换、水分生理生态、品质变化过程特征的关系,以及细胞和分子水平上的响应机制;三是进一步开展高温胁迫、水分胁迫以及CO_2浓度倍增等多种气候生态环境因子协同作用下马铃薯的生长发育可逆性极限。     

开放式增温对粳稻光合作用和叶绿素荧光参数的影响

研究环境温度升高对粳稻光合生长的影响,对于评估未来气候变暖对北方水稻生产的影响具有重要意义。采用开放式主动增温系统(Free Air Temperature Increasing,FATI),以沈农9816和港辐粳16为试验材料,设置额定功率2 000 W的增温处理,以环境温度作为对照,从抽穗期开始,测定2个品种水稻剑叶的SPAD值、光合作用和叶绿素荧光参数。结果表明,增温处理使沈农9816剑叶SPAD值显著降低(P0.05),而对港辐粳16剑叶SPAD值无显著影响;增温处理使沈农9816在抽穗后第0~30天剑叶净光合速率(P_n)显著降低(P0.05),气孔导度(G_s)在抽穗后第0~20天也显著低于对照(P0.05),而胞间CO_2浓度(C_i)和蒸腾速率(T_r)在抽穗后第0~40天与对照无显著差异(P0.05)。港辐粳16仅在抽穗后第20天增温处理剑叶P_n、G_s、C_i和T_r显著小于对照(P0.05)。增温处理使沈农9816在抽穗后第0~30天剑叶的有效光化学量子产量(F_v′/F_m′)、实际光化学量子效率(Φ_(PSⅡ))、光化学淬灭系数(q_P)均显著低于对照(P0.05),非光化学淬灭系数(q_N)显著升高(P0.05)。港辐粳16在抽穗后第30~40天增温处理剑叶的Φ_(PSⅡ)、q_P均显著升高(P0.05),q_N显著降低(P0.05)。增温使沈农9816的每穗实粒数、结实率、千粒重和产量均显著低于对照(P0.05),而对港辐粳16的产量及构成因素无显著影响。综上所述,大气温度升高条件下,不同耐热性的粳稻品种剑叶的光合和叶绿素荧光参数的变化规律存在差异,沈农9816是热敏感品种,港辐粳16具有一定的耐热性。     

水淹胁迫对桢楠幼树生长及光合生理特性的影响

以2.5 a生桢楠(Phoebe zhennan)幼树为材料,采用套盆水淹法,分别对桢楠幼树(每组5株)进行不同时段(0、7、14、21、28和35 d)的水淹胁迫处理,测定各处理桢楠幼树的生长及光合生理指标,探讨桢楠幼树生长及光合生理对水淹胁迫的响应,旨在为桢楠幼树的培育及其人工林科学的水分管理提供理论依据。结果显示:(1)水淹胁迫显著抑制桢楠幼树的生长,而地径增量先升后降,且不同水淹时间下株高净生长量分别比对照下降43.4%、59.2%、59.2%和80.8%,水淹35 d的植株全部死亡;(2)水淹胁迫改变了桢楠幼树叶绿体色素的含量和比值,随着水淹胁迫时间的延长,各处理叶绿素a(Chl a)含量分别比对照下降17.4%、22.0%、38.4%和52.3%,类胡萝卜素/叶绿素比值表现为先升后降;(3)叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)均随着胁迫时间的延长显著降低,胁迫28 d时其下降幅度分别为对照的89.6%、98.2%和98.7%;胞间CO_2浓度(Ci)则显著增加,其增加幅度达216.2%;(4)叶片最大净光合速率(Pn,max)和光饱和点(Lsp)显著下降,而光补偿点(Lcp)和CO_2补偿点(Ccp)显著上升,叶片净光合速率受到显著抑制。综上,水淹胁迫显著影响桢楠幼树叶片气体交换和光合速率,使其对光照和CO_2的利用能力降低,光合能力受到影响,表现出不耐水淹的生理生态特性,胁迫28 d时大部分植株萎焉濒临死亡,35 d时受胁迫植株全部死亡。     

ERF3促根突变体缓解高浓度CO_2对粳稻植株氮吸收的负效应

大气CO_2浓度升高会显著降低粳稻植株和叶片氮浓度,从而减缓叶片净光合速率和降低产量的响应幅度。植物氮浓度在高CO_2浓度下的降低与植株氮素吸收能力密切相关,而后者受到根系大小及其活力的调控。为探索通过提高粳稻根系生长及其活力来缓解大气CO_2浓度升高对氮吸收负效应的可行性,利用CO_2生长箱和农田开放式空气CO_2浓度增高FACE(free air CO_2 enrichment)研究平台,以促根突变体ERF3及其野生型作为研究对象,评价二者根系形态指标(总根长、冠根数和扎根深度)、根系活力、氮素吸收和利用效率、各器官氮浓度、叶片净光合速率和地上部生物量对CO_2浓度升高(+200μmol?mol-1)的响应。结果表明,(1)促根突变体ERF3和野生型总根长、冠根数、扎根深度及根系生物量在高CO_2浓度下均表现为显著增加(P0.05)。突变体ERF3根系形态指标和生物量对高CO_2浓度的响应幅度为42.3%~288.9%,较野生型高出6.4%~191.0%。(2)突变体ERF3单茎根系活力在高CO_2浓度下表现为显著(P0.05)增加,增幅为212.1%;而野生型在高CO_2浓度下无显著变化。(3)无论是生长箱还是田间盆栽试验,突变体ERF3在高浓度CO_2下均可以更好地协调氮素的吸收和利用过程。突变体ERF3各器官的氮浓度在高浓度CO_2下并未表现出明显降低趋势;而野生型在高浓度CO_2下表现为显著降低。(4)叶片氮浓度和Rubisco含量的稳定显著提高(P0.05)了突变体ERF3叶片的净光合速率对浓度CO_2升高的响应能力,增幅为42.8%。以上结果表明,未来育种可考虑通过提高粳稻根系生长和活力来减缓CO_2浓度升高对粳稻植株氮素吸收的负效应,从而促进水稻生长和生产。     

CO2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CO₂浓度升高已成为世界范围内重要环境问题。为了解大气CO₂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CO₂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CO₂浓度(摩尔分数)梯度。结果表明:在对照和增加CO₂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CO₂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CO₂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CO₂浓度升高,春小麦叶片净光合速率、胞间CO₂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CO₂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CO₂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CO₂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。     

模拟增温对川西北高寒草甸两种典型植物生长和光合特征的影响

在野外自然条件下采用开顶式生长室(OTC)模拟增温的方法,研究了增温对川西北高寒草甸两种典型植物--单子叶草本植物发草(Deschampsia caespitosa)和双子叶草本植物遏蓝荣(Thlaspi arvense)生长和光合特征的影响.结果表明,增温有利于发草地上生物量的增加,其光响应曲线明显高于对照处理,净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(C_s)、最大净光合速率(P_(max))、暗呼吸速率(R_d)、表观量子效率(AQY)和光饱和点(LSP)显著高于对照处理,而光补偿点(LCP)却显著低于对照处理,并且最大光能转化效率(F_v/F_m)、光合量子产量(Yield)、光化学猝灭系数(q_p)和非光化学猝灭系数(q_N)与对照处理相比,都显著增加;增温后遏蓝菜的单株生物量积累显著下降,其光响应曲线也明显低于对照处理,P_n、T_r、C_s、P_(max)、R_d、AQY和LSP显著低于对照处理,F_v/F_m、Yield和q_p在增温后显著减少,而q_N却显著增加.图5表3参25     

水分条件对中山杉406光合特性的影响

采用室内盆栽方式,以两年生落羽杉属杂交树种＂中山杉406＂（Taxodium‘Zhongshanshan 406’）为试验材料,设置对照、渍水和淹水3种处理,研究了水分条件对中山杉406叶片的叶绿体色素、净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2摩尔分数（Ci）等光合特性的影响。结果表明,中山杉406的叶绿素a、叶绿素a＋b和类胡萝卜素质量分数随土壤水分增加而逐渐降低,但处理间均无显著差异。同样,不同处理间的Tr、Gs和Ci等光合参数无明显规律。光合-光强响应曲线表现出明显的光饱和限制。不同光强下,对照与淹水处理的中山杉406叶片净光合速率高于渍水处理,但处理间没有显著差异。而光饱和在对照处理显著（P〈0.05）高于渍水和淹水处理。在渍水和淹水下,中山杉406的光合特性没有发生明显变化,表明其具有良好的耐湿耐水特性,在湿地的恢复与构建方面有广阔的应用前景。     

水分条件对中山杉406光合特性的影响

采用室内盆栽方式,以两年生落羽杉属杂交树种中山杉406(Taxodium‘Zhongshanshan 406’)为试验材料,设置对照、渍水和淹水3种处理,研究了水分条件对中山杉406叶片的叶绿体色素、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2摩尔分数(Ci)等光合特性的影响。结果表明,中山杉406的叶绿素a、叶绿素a+b和类胡萝卜素质量分数随土壤水分增加而逐渐降低,但处理间均无显著差异。同样,不同处理间的Tr、Gs和Ci等光合参数无明显规律。光合-光强响应曲线表现出明显的光饱和限制。不同光强下,对照与淹水处理的中山杉406叶片净光合速率高于渍水处理,但处理间没有显著差异。而光饱和在对照处理显著(P<0.05)高于渍水和淹水处理。在渍水和淹水下,中山杉406的光合特性没有发生明显变化,表明其具有良好的耐湿耐水特性,在湿地的恢复与构建方面有广阔的应用前景。     

外源NO和水杨酸对盐胁迫下番茄幼苗光合机构的保护作用

以番茄品种‘秦丰保冠’为试材,在水培条件下研究单独和复配施用一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)、水杨酸(SA)对100 mmol/L NaCl胁迫下番茄幼苗叶片气体交换、叶绿素荧光、CO_2响应曲线、光合色素含量和叶黄素循环的影响.结果显示:(1)单独或复配外施SNP、SA均能使受Na Cl胁迫处理的番茄幼苗叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、天线转化效率(F_v′/F_m′)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)和叶绿素荧光衰减率(Rfd)不同程度升高,胞间CO2浓度(C_i)、初始荧光(Fo)和PSⅡ非光化学荧光猝灭系数(NPQ)显著降低,其中以SNP和SA复配处理的综合效果最好.(2)NaCl胁迫下,番茄幼苗叶片CO2羧化效率(CE)、Ru BP最大再生速率(J_(max))、RuBisCO及其活化酶活性和最大羧化速率(V_(c max))的下降均能在单独或复配施用SNP、SA的处理下得到有效缓解,并以SNP和SA复配处理更佳.(3)SNP、SA单独或复配处理均能有效抑制NaCl胁迫下番茄幼苗叶片光合色素(Chl a、Chl b和Car)含量、Chl a/b值和叶黄素循环库(V+A+Z)的下降及叶黄素循环脱环氧化程度(A+Z)/(V+A+Z)的升高,且以SA和SNP复配处理效果最明显.本研究表明,NaCl胁迫下依赖叶黄素循环的天线热耗散不是外源NO、SA单独或复配处理保护番茄幼苗叶片光合机构的生理机制,对PSⅡ及其初级电子受体醌(QA)下游电子传递通畅性的保护,以及对CO_2同化活性的改善才是外源NO、SA提高番茄幼苗叶片光合功能、增强其耐盐能力的主要原因,其中NO和SA复配处理时具有协同增效作用.     

川芎对镉、铅及其复合处理的生理响应

选取四川道地产区的川芎(Ligusticum chuanxiong Hort.)为研究材料,采用盆栽控制进行模拟镉(Cd)、铅(Pb)及其复合处理实验,研究重金属在川芎体内的吸收和分配规律,探讨Cd、Pb及其复合处理下川芎的生理响应机制.实验包括4个处理,分别为对照处理(0 mg/kg Cd和0 mg/kg Pb)、镉处理(5 mg/kg Cd)、铅处理(500 mg/kg Pb)及其复合处理(5 mg/kg Cd+500 mg/kg Pb).结果表明,Pb主要富集在根部,而Cd富集在根部与根茎;Pb促进了Cd从地下部向地上部的转移,但抑制了Cd在根茎和叶片中的富集,复合处理显著降低了川芎根茎和地上部分Cd的积累.与对照处理相比,Cd、Pb单一处理抑制了川芎叶片的光合作用,显著降低了净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)、叶绿素a(Chla)、叶片瞬时水分利用效率和根系活力,其中Cd处理对植株的胁迫相较于Pb处理负面影响更加显著.与Cd处理相比,复合处理显著提高了植株的实际光化学量子产量(YⅡ)和光化学淬灭(q_P),降低了非光化学淬灭(NPQ),川芎叶片具有更强的光合潜力.在次生代谢产物合成中,Cd处理显著降低根茎中阿魏酸和川芎嗪含量,Pb处理显著降低根茎中藁本内酯含量;相较于Cd单一处理,复合处理显著增加了根茎中阿魏酸的含量.本研究表明川芎受到Pb处理的毒害效应弱于Cd处理;复合处理下,川芎通过提高叶片的光合潜力、水分利用效率和根系活力缓解重金属的毒害;结果可为评价川芎遭受重金属污染风险提供科学依据.(图4表6参32)     

大气CO_2浓度和温度升高对水稻地上部干物质积累和分配的影响

应用增温-FACE(Elevated temperature and CO_2-free air controlled enrichment,T-FACE)试验平台,研究了CO_2浓度升高(比对照高200μL·L~(-1))和增温(比对照高1℃)对常规粳稻(Oryza saliva subsp keng)武运粳23不同部位干物质积累与分配的影响。结果显示,2013年水稻季平均气温比2014年高3℃以上,尽管两年CO_2浓度升高或增温对水稻地上部干物质积累的影响趋势一致,但对不同时期干物质的影响程度有所不同,表现为CO_2浓度升高使2013年拔节-孕穗期和2014年成熟期水稻地上部干物质的积累显著增加40%和16.7%;增温使2013年灌浆期和2014年拔节-孕穗期地上部干物质显著减少14.6%和21.7%。CO_2浓度与温度升高对水稻地上部干物质积累的影响存在年际差异,主要与2013年穗中干物质减少而2014年穗中干物质增加有关。2013年不同处理下水稻各部位干物质分配不存在明显差异,2014年高浓度CO_2与CO_2浓度和温度同时升高降低了灌浆期水稻营养器官而提高了生殖器官中干物质的分配比例,增温并未使干物质在茎叶穗中的分配比例出现显著差异。同时,收获期水稻籽粒产量的变幅与地上部总干物质的变幅存在显著的正相关关系(r2=0.911)。研究表明,整体上高浓度CO_2提高了而增温降低了干物质在水稻不同器官中的积累,二者共同作用对水稻干物质积累与分配的影响存在一定的年际效应,主要是因为气候条件的差异而导致干物质在稻穗中的积累不同。此外,不同处理下干物质在稻穗中的积累及分配影响产量的形成。     

水生美人蕉(Canna glauca)与铜钱草(Hydrocotyle vulgaris)的光合特性及其对氮磷去除效果研究

为了探讨沟渠水生植物的光合特性及其氮磷去除效果,为水生植物应用于沟渠污染水体的生态修复及物种选择提供理论依据,以生态沟渠水生美人蕉与铜钱草两种水生植物为试验材料,在晴天采用便携式CID-340光合仪测定了净光合速率(Pn)等生理生态指标(光合有效辐射(PAR),气孔导度(Gs),胞间CO_2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)),并测定了沟渠水体的氮磷含量。结果表明:水生美人蕉和铜钱草在自然条件下叶片净光合速率日变化均呈双峰曲线,中午光合"午休"现象明显;水生美人蕉叶片净光合速率日均值大于铜钱草,其净光合速率受气孔导度的影响也最大,而铜钱草净光合速率则受光合有效辐射和气孔导度的影响较大;另外,水生美人蕉和铜钱草的净光合速率与沟渠总氮的去除效果呈显著正相关,而与总磷去除效果无显著正相关,因此,净光合速率可作为净化沟渠水体植物选择的重要依据之一。且由于水生美人蕉总氮的去除率与铜钱草相比有较大提高,可作为净化沟渠水体的优选植物,因此研究沟渠水生植物的光合特性对氮磷去除效果具有重要意义。     

拉瑞尔Larrea tridentata光合特性对CO2摩尔分数和干旱的响应

利用Li-6400光合测定系统测定拉瑞尔L.tridentata的光合生理特性及其对CO2摩尔分数升高和干旱的响应。结果表明：土壤水势在-0.884 5 MPa以上,L.tridentata的光合器没有任何损害,抵御干旱的能力很强;适当的增加CO2摩尔分数有利于提高光饱和点、光量子利用效率和最大净光合速率,且CO2摩尔分数升高的正效应要大于土壤水分胁迫的负效应,因而在一定程度上CO2摩尔分数的增加,提高了L.tridentata的抗旱能力;随着光合有效辐射的增强和CO2摩尔分数的升高,叶片净光合速率、CO2饱和点和羧化速率都有增大趋势,叶片对高摩尔分数CO2利用效率提高;不同土壤水分条件下,叶片气孔导度和蒸腾速率都随着CO2摩尔分数的升高而降低,水分利用效率随着CO2摩尔分数的升高而升高;既能饱和叶片的RubisCO,又不至于造成气孔大量关闭的CO2摩尔分数在700~800μmol.mol-1左右,说明目前的CO2摩尔分数还不足以饱和拉瑞尔的RubisCO酶。未来CO2摩尔分数升高,将对拉瑞尔的光合作用有所促进,并可能提高拉瑞尔对干旱的适应能力。