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。     

Cu~(2+)、Cd~(2+)胁迫对马来眼子菜光合色素及光合荧光特性的影响

为全面了解沉水植物受重金属胁迫后光合色素及荧光特性的变化,以马来眼子菜(Potamogeton malaianus)为供试材料,采用不同浓度Cu~(2+)或Cd~(2+)处理,利用丙酮萃取和水下荧光仪原位测定法,研究重金属对植物光合色素含量、光合荧光参数及荧光成像的影响.结果显示,Cu~(2+)或Cd~(2+)处理下,叶绿素总量(Ct)、叶绿素a(Ca)、叶绿素b(Cb)、类胡萝卜素(Cc)均极显著下降(P 0.01),且Cu~(2+)对叶绿体的毒害作用比Cd~(2+)更大;最大光化学效率F_v/F_m、潜在光化学效率F_v/F_o、有效量子产量Y(Ⅱ)和光化学淬灭系数qP也呈极显著下降趋势(P 0.01),且Cu~(2+)胁迫的影响更显著. Cu~(2+)处理下,调节性能量耗散的量子产量Y(NPQ)和非光化学淬灭系数qN均先增加后降低.而Cd~(2+)处理下,Y(NPQ)和qN均呈极显著上升趋势(P 0.01);各处理组非调节性能量耗散的量子产量Y(NO)差异不显著. Cu~(2+)处理下相对电子传递速率ETR下降更多. 0.5 mg/L Cu~(2+)处理下,马来眼子菜光合色素含量、F_v/F_m、F_v/F_o、Y(Ⅱ)和ETR均比对照组下降显著;0.5 mg/L和1.0 mg/L Cd~(2+)处理下,马来眼子菜具有正常的光合活性.荧光成像表明叶片受损始于叶边缘,叶脉抗重金属胁迫能力强于叶肉;相同浓度处理下,Cu~(2+)处理对叶片的损伤程度大于Cd~(2+)处理.上述结果表明马来眼子菜耐Cd~(2+)能力强于Cu~(2+),因此可将其用作低浓度Cd~(2+)污染水域的修复物种.(图5表3参38)     

外源Hg胁迫对3种烟草品种叶绿素含量和光合效应的影响

为研究不同浓度汞(Hg)对烟草光合作用的影响,选择福建省3个主栽烟草品种(翠碧1号、K326、云烟87)幼苗进行盆栽试验,设置0、1、2、4、8、16 mg·kg~(-1)共6个浓度组。结果表明:(1)3种烟草叶片叶绿素含量与对照比均无显著差异(P0.05),但F_v/F_m、F_v/F_o、PI_(ABS)随胁迫浓度增加均呈下降趋势,可见Hg胁迫下烟草叶绿素含量和光合强度没有必然的相关性。(2)在较高浓度(4 mg·kg~(-1))Hg胁迫下,OJIP曲线改变了形状,表明Hg胁迫对烟草叶片光合机构影响主要是PSⅡ及光系统反应中心受到损伤,光合电子传递过程受到抑制,这可能是烟草叶片光合效应显著下降的主要因素。(3)烟草叶片PSII单位反应中心比活性参数ABS/RC、TRo/RC、DIo/RC与胁迫浓度正相关,ETo/RC和RC/CSo与胁迫浓度呈负相关,在较高浓度Hg胁迫下烟草叶片通过耗散过剩的光能和提高多余能量消耗量来保护光合机构免受更大的伤害,表现出较强的自我调节能力。     

土壤镉、铅及其复合污染胁迫对丁香蓼(Ludwigia prostrata)生长和光合荧光特性的影响

通过室内盆栽土培试验,研究铅(Pb)、镉(Cd)单因素及其复合污染对田间杂草丁香蓼(Ludwigia prostrata Roxb.)生长及光合荧光等生理特性的影响.结果表明:(1)随着Cd、Pb单因素及其复合污染浓度升高,丁香蓼的茎长、根长和鲜重等指标均显著下降(P0.05).(2)叶绿素a、b含量或叶绿素a/b值随胁迫浓度的增加而显著降低.(3)单因素Pb污染对丁香蓼的PSII反应中心(光系统II反应中心)的影响不显著;在单因素Cd的最高浓度T50(80 mg/kg)污染胁迫下,丁香蓼的PSII最大量子产率(QY_(max))、稳态下的有效量子产率(F_v/F_m_Lss)和稳态下的非光化学猝灭(NPQ_Lss)值仅为对照组(CK)的37%、51%、14%;且与对照组相比,Cd胁迫下丁香蓼的F_o、F_m、F_v、F_v/F_o的降幅也均显著高于单因素Pb胁迫下或Pb、Cd复合污染胁迫下的降幅;综合分析表明单因素Cd对PSII反应中心的影响最强,双因素Pb、Cd复合污染影响次之,单因素Pb胁迫下的影响最小.(4)丁香蓼各部位的重金属含量随胁迫浓度增加而上升,且在Pb、Cd复合污染胁迫下,Cd能促进丁香蓼对Pb的吸收.综上表明,丁香蓼对Pb、Cd及其复合污染物均具有较强的耐受性及富集能力,可尝试用于Pb、Cd重金属污染土壤的生态修复.     

指数施肥对杉木优良无性系生长和光合特性的影响

为探明施肥对杉木优良无性系幼苗光合特性的影响,以杉木优良无性系"洋061"轻基质扦插苗为试验材料,共设置6个处理:对照CK(0 mg/株)、常规集中施肥CF(40 mg/株)、指数施肥EF1(40 mg/株)、EF2(80 mg/株)、EF3(120 mg/株)、EF4(160 mg/株),比较杉木幼苗的生长和光合生特性对不同施肥处理响应的差异,筛选出适合杉木优良无性系"洋061"生长的施肥方式和浓度,为杉木苗期氮素养分管理提供参考.结果表明:(1)与对照相比,施肥对杉木的苗高和地径的生长具有明显的促进作用;在相同施氮量下,指数施肥处理(EF1)下杉木的苗高和地径都优于常规施肥,但二者之间差异不显著(P 0.05).(2)指数施肥处理下叶片最大荧光(F_m)、可变荧光(F_v)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ潜在活性(F_o/F_v)和实际最大量子产额(QY)均显著高于对照和常规施肥处理,且除Fv/Fm外,其余各指标均在EF3(120 mg/株)时达到最大值,而叶片初始荧光(F_o)和非光化学猝灭(NPQ)则低于对照处理.(3)施肥处理显著提高了叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、胞间二氧化碳浓度(C_i)、叶绿体色素和类胡萝卜素含量,而且在相同施氮量下指数施肥处理(EF1)叶片P_n、G_s、T_r、C_i、叶绿体色素和类胡萝卜素含量显著高于常规施肥,随着施氮量的增加杉木上述指标均呈先增加后降低的趋势,除叶绿体色素外,上述指标均在施氮量为120 mg/株时达到最大.综上表明,施氮量为120 mg/株的指数施肥能通过提高PSⅡ光化学效率和电子传递速率,降低光能的热耗散,增强杉木叶片光合速率,进而促进杉木幼苗生长.因此,杉木优良无性系"洋061"适宜的施氮量为120 mg/株.(图4表1参79)     

4-壬基酚对拟柱胞藻生长、抗氧化酶和光合作用的影响及机理

为探究4-壬基酚对入侵水华蓝藻拟柱胞藻的影响,对不同浓度(0.00、0.05、0.10、0.50、1.00、2.00 mg·L~(-1)) 4-壬基酚处理96 h后的拟柱胞藻叶绿素a、抗氧化酶和光合作用进行测定。结果表明,4-壬基酚对拟柱胞藻96 h半数效应浓度(96 h-EC_(50))为0.457 mg·L~(-1)。高浓度处理(0.50 mg·L~(-1))时,拟柱胞藻叶绿素a含量、最大光合效率(F_v/F_m)、光合效率(α)、最大相对电子传递速率(rE TRmax)、半饱和光强(Ik)、RC/Cs0、ET0/RC、ΦP0、ΦE0、ψ0和Sm/t(F_m)均显著下降被显著抑制,而光合系统Ⅱ中ABS/RC、DI0/RC和TR0/RC均显著增加,同时超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)的活性随着浓度增加明显上升。而低浓度处理下(0.10 mg·L~(-1)),拟柱胞藻的叶绿素a含量、光合效率、最大相对电子传递速率和半饱和光强增加。这些结果表明高浓度4-壬基酚处理下,拟柱胞藻的叶绿素合成受阻,光合色素减少,光合反应中心结构受损,Q-A大量累积,光合效率下降,抑制藻细胞的光合作用,导致了拟柱胞藻生长受到阻碍,而低浓度壬基酚处理下,则可能表现出低剂量毒物兴奋效应。     

三裂叶蟛蜞菊、蟛蜞菊及其杂交种对模拟极端高温的生理生态响应

天然杂交能够改变外来种对环境的适应性并提高外来种的入侵能力,甚至使其演变为入侵种。目前有研究发现,入侵植物三裂叶蟛蜞菊(Wedelia trilobata)与其本地同属近缘种蟛蜞菊(Wedelia chinensis)发生了杂交。为进一步探讨该杂交种在极端高温下的入侵潜力和扩散趋势,本研究从植物的生长、光合气体交换和叶绿素荧光特性3个方面对3种蟛蜞菊属植物在模拟极端高温(40/35℃处理28 d)下的生态适应性进行了比较。主要结果如下,(1)入侵种三裂叶蟛蜞菊对高温的耐受性最强,经高温处理后其净光合速率(P_n)、最大光化学效率(F_v/F_m)分别下降了52.23%和23.09%,其生物量(0.43 g?ind~(-1))显著高于本地蟛蜞菊(0.20 g?ind~(-1))。(2)本地蟛蜞菊对高温最为敏感,处理7 d后即表现出生长受到抑制,高温处理后P_n和F_v/F_m的降幅最大,分别为84.09%和68.05%。(3)杂交种对高温有一定的耐受性,处理14 d后开始表现出生长受到抑制,经高温处理后P_n和F_v/F_m分别下降74.43%和52.90%,其生物量(0.38 g?ind~(-1))介于入侵种三裂叶蟛蜞菊和本地种蟛蜞菊之间。以上结果表明,杂交种对高温的耐受能力介于两亲本之间。由于杂交种对高温的耐受性强于本地种,在未来极端暖事件频发的背景之下,杂交种的扩散可能会对本地蟛蜞菊种群的生存构成进一步的威胁,应当引起关注。     

酸雨胁迫对毛竹叶片光合速率和叶绿素荧光参数的影响

为探讨酸雨胁迫下毛竹(Phyllostachys pubescens)色素含量变化及其对光合速率和叶绿素荧光动力学参数的影响,试验模拟酸雨(SO42-∶NO3-=4∶1摩尔比),设定p H 2.5、4.0、5.6和6.9(CK),对毛竹3年生盆栽实苗进行处理,测定了叶片色素含量、净光合速率(Pn)、叶绿素荧光动力学参数并进行分析。结果表明:p H 5.6酸雨处理增加了毛竹叶片中叶绿素a(Chl a)和类胡萝卜素(Car)含量,使得光合速率(Pn)升高;p H 4.0和p H 2.5处理使Chl a、Car、Chl a+b、Chl a/b降低,Pn下降;随着处理时间延长影响效果越明显,75 d时Pn与对照(CK)相比差异极显著。p H 4.0和p H 2.5处理使荧光诱导动力学曲线的IPJ点荧光强度出现不同程度降低,处理75 d时初始荧光(F0)降低11.73%和17.59%,峰值P点荧光(Fp)降低25.46%和31.41%,反应中心密度(RC/CSo)降低22.94%和26.22%,实际量子产额(Yield)下降20.41%和35.31%、光化学淬灭系数(q P)下降15.48%和19.42%,表观光合电子传递速率(ETR)下降22.02%和25.14%,非光化学淬灭系数(q N)上升23.16%和33.46%。p H 5.6处理使荧光强度升高,F0和Fp分别比CK增加30%和18.57%,q P和ETR上升8.38%和13.53%,q N下降17.65%。酸雨胁迫使毛竹叶片天线色素吸收能量(ABS/RC)、捕获能量(TRo/RC)和热耗散能量(DIo/RC)升高;以吸收光能为基础的性能指数(PIABS)、最大光化学效率(φPo)、电子传递量子产额(φEo)、电子传递效率(ψo)和电子传递能量(ETo/RC)降低。轻度酸雨处理促进毛竹叶片光合色素合成并提高Pn,重度酸雨胁迫下光合色素含量降低,Pn下降。荧光诱导动力学曲线OJIP曲线及JIP-test分析可作为快速检测毛竹在酸雨胁迫条件下生理响应机制的方法。     

美国红枫和元宝枫幼叶春季转色期生理特性研究

为了探索美国红枫(Acer×freemanii‘Autumn Blaze’)和元宝枫(Acer truncatum)在春季转色期的生理特性,测定其春季转色期内幼叶叶绿素含量、类胡萝卜素含量、花青素含量、可溶性糖含量,以及叶绿素荧光、叶片含水率等生理指标,分析各生理指标变化及相关性。结果表明,(1)美国红枫和元宝枫转色期叶绿素a和叶绿素b的含量都呈现逐步上升趋势,总叶绿素含量(Chl)增幅分别为85.3%和235.5%,类胡萝卜素变化不明显。美国红枫花青素含量(Ant)稳步下降,降幅为33.3%,而元宝枫呈现波动状态,整个试验期前者花青素含量都高于后者,树种间差异显著(F=68.69,P0.01)。二者可溶性糖含量均呈波动性变化,树种间差异显著(F=36.54,P0.01);叶片含水率都呈缓慢下降趋势。F_v/F_m树种间差异不显著(F=0.11,P=0.736),都随叶片成熟而逐渐升高,美国红枫最小值为0.53,最大值为0.72;元宝枫最小值为0.49,最大值为0.75。(2)花青素与叶绿素的比例决定了叶片颜色。当两树种的Ant/Chl比值大于2.5时,叶绿素的主导作用减弱,叶片呈现花青素的颜色——红色;当比值小于2.5时,花青素的主导作用减弱,叶片呈现叶绿素的颜色——绿色。(3)相关性研究表明,美国红枫花青素与质体色素表现为显著负相关,而元宝枫表现为显著正相关(P0.01)。两树种在花青素和可溶性糖之间都没有表现出显著相关性;F_v/F_m与各色素间均存在显著相关性(P0.01)。研究美国红枫和元宝枫叶色变化的生理特性,可为园林树种叶色改良或调控观赏期提供理论依据。     

模拟酸雨对大豆田土壤N_2O通量及植株和土壤氮含量的影响

氧化亚氮(N_2O)是一种重要的温室气体,而农田生态系统是N_2O的重要排放源。酸雨是中国重要的环境问题,然而少有研究关注酸雨对农田土壤N_2O排放的影响。在大豆(Glycine max(Linn.)Merr.)生长季开展了2年的田间模拟酸雨试验,设置了pH值分别为6.7(对照,CK)、4.0(T_1)、3.0(T_2)和2.0(T_3)的4个不同酸雨处理水平,采用静态箱-气相色谱法测定N_2O排放通量,以研究模拟酸雨对大豆田土壤N_2O排放通量及植株与土壤氮含量的影响。结果表明:与CK相比,酸雨没有改变土壤N_2O排放的季节性规律,虽然整个大豆生长季土壤N_2O平均通量并没有显著变化,但在第二年大豆鼓粒期,与CK相比,T_1和T_3处理使土壤N_2O平均排放通量分别显著增加35.1%(P=0.020)和71.2%(P=0.000)。通过植株和土壤理化分析发现,酸雨处理显著降低了开花—结荚期大豆植株地下生物量,T_1和T_3处理的地下生物量分别下降了31.93%(P=0.039)和24.30%(P=0.027)。在分枝期、开花—结荚期和鼓粒期,各酸雨处理不同程度地降低了叶片可溶性蛋白质含量;在开花—结荚期,酸雨各处理均降低了叶片全氮和硝态氮含量。酸雨处理没有显著改变土壤有机碳及全氮含量,但在分枝期和开花—结荚期,酸雨处理显著减少了土壤硝态氮含量。     

菊芋对酸铝复合胁迫的生理响应

以耐铝性的南京菊芋(Helianthus tuberosus L.)和铝敏感的资阳菊芋为试验材料,在土培条件下,研究了酸铝复合胁迫对菊芋幼苗根系生长、叶片光合特性、抗氧化酶活性、可溶性糖和MDA含量的影响。结果表明:溶液的p H值和铝浓度的变化对菊芋生理有明显的影响,最低浓度的铝处理在不同p H条件下已经影响了菊芋的正常生长。和对照组相比,菊芋的根长明显受到抑制,但变化幅度不大;叶绿素含量、最大光能转换效率(F_v/F_m)、最大荧光产量(F_m)及电子转移速率(ETR)显著降低,而根系活力、SOD、POD和CAT则呈现相反的变化趋势。南京菊芋受抑制程度明显小于资阳菊芋,显示出两个菊芋品种的耐铝性差异,初始荧光(F_0)、可溶性糖以及MDA含量均上升,qP和qN出现相反的变化趋势。随着铝浓度处理的升高,菊芋的各项生理指标较对照组差异性加大;同一铝浓度下,与pH 5相比,pH 4处理菊芋根系活力升高,叶绿素a含量降低,F_0增大,可溶性糖含量下降,SOD及MDA含量上升;不同铝胁迫下,菊芋体内各个生理指标变化有显著差异性,随着铝浓度增加,根系活力和抗氧化酶活性也上升,可能是菊芋体内抗氧化酶系统及根尖吸收机制对缓解酸铝胁迫起着重要作用。通过灰色关联度分析,与菊芋耐酸铝性关系最密切的指标是叶绿素qN,其次是ETR、MDA和F_v/F_m。     

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.     

臭氧胁迫对大豆氮磷化学计量特征的影响

研究臭氧浓度升高对大豆(Glycine max)器官生态化学计量特征的影响,对预测未来生态过程和生物地球化学循环有重要作用。以大豆为试验材料,利用开顶室气室(OTCs)探讨臭氧胁迫对大豆不同器官氮磷化学计量特征的影响。试验设置3个处理:CK处理(对照,O3浓度为45 nmol·mol~(-1))、T1处理(O3浓度为(80±10) nmol·mol~(-1))、T2处理(O_3浓度为(110±10)nmol·mol~(-1))。结果表明,随着生育期的延长,大豆根系和茎秆N含量呈升高趋势,叶片N含量呈先升高后降低的趋势。与对照相比,臭氧浓度升高使根N含量在分枝期和结荚期显著升高(P0.05),开花期T1处理下显著降低7.13%(P0.05),T2处理下显著升高17.37%(P0.05);茎N含量均显著升高,叶片N含量在开花期显著升高,结荚期显著降低。臭氧浓度升高使大豆根、茎、叶P含量表现出不同程度的增加趋势,仅有根系P含量在开花期T1处理下显著降低15.96%(P0.05),叶片P含量分别在分枝期和结荚期T2处理下显著降低25.10%和11.37%(P0.05)。茎和根P含量间呈显著正相关(P0.05),根和茎中N和P含量之间呈显著正相关(P0.05);N含量和N/P在各器官中表现为叶根茎;P含量在各器官中无显著差异。各器官N含量变异系数表现为茎根叶;P含量在各器官中变异系数相似;N/P变异系数表现为叶根茎。随着臭氧浓度升高和生育期的延长,大豆各器官N/P均小于14,说明大豆生长主要受N素限制。     

菟丝子寄生对黄顶菊光合作用和荧光特性的影响

菟丝子Cuscuta chinensis可以作为一种生物防除手段抑制入侵植物的生长,但其对植物光合特性的影响规律至今尚无明确定论。以菟丝子和入侵植物黄顶菊Flaveria bidentis为研究对象,分别选取自然状态下菟丝子不同程度寄生的黄顶菊(未寄生、轻度寄生和重度寄生菟丝子的盖度分别为0%、20%~30%和60%以上)测定其光合参数和荧光参数,分析菟丝子寄生对入侵植物黄顶菊光合作用和荧光特性的影响。结果表明:菟丝子重度寄生区黄顶菊的初始荧光(F_0)值最大为175.33,未寄生区F_0值最小为146.50,且重度寄生区F_0显著大于菟丝子未寄生区和轻度寄生区,而菟丝子寄生程度对黄顶菊的可变荧光(F_v)和最大荧光(F_m)没有显著性影响;未寄生区黄顶菊的PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)和PSⅡ潜在活性(F_v/F_0)值最大分别为0.77和3.33,且显著大于重度寄生区;重度寄生区黄顶菊的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)和水分利用效率(Wue)显著小于未寄生区和轻度寄生区,重度寄生区各光合参数值相对于未寄生区分别减少了51.18%、53.93%、42.12%和14.83%,轻度寄生区黄顶菊的G_s和Wue相对于未寄生区有升高的趋势,对寄生胁迫表现出一定的耐性;黄顶菊的光合参数可塑性指数与荧光参数相比都较高,表明相对于荧光特性而言,菟丝子寄生对黄顶菊的光合作用影响更为显著。     

化感物质混合胁迫下杉木内生真菌对宿主生理特征的影响

为明晰自毒胁迫下内生真菌对宿主杉木生理过程的影响,探讨利用内生真菌缓解杉木自毒作用的可能,在课题组前期已获得2株对杉木幼苗有促生作用的内生真菌(CG2柱孢属Cylindrocarpon sp.、aJ4毛霉属Mucor sp.)基础上,测定不同浓度(0、40、80、120 mg/L)化感物质混合(邻羟基苯甲酸∶肉桂酸=4∶1混合液)胁迫下,感染(EI)与未感染(CK)内生真菌的杉木植株在不同胁迫时期(0、30、45、60 d)的生理生化指标,比较分析不同菌株处理(单菌与两者混合菌株Ca)对杉木幼苗的影响.结果表明:内生真菌侵染并未显著提高杉木幼苗叶绿素a、b含量;aJ4、CG2菌株侵染能在一定程度上缓解杉木幼苗化感物质的混合胁迫,在轻度、中度、重度及胁迫中期、后期(0 mg/L 45 d,80 mg/L 45-60 d,120 mg/L 60 d)下有明显的效果,表现在与CK杉木幼苗相比,EI杉木幼苗初始荧光参数(F_o)显著降低,最大光化学效率(F_v/F_m)及潜在光化学活性(F_v/F_o)显著增加;EI杉木幼苗仅能在低浓度及短期内缓解化感物质混合胁迫对杉木植株细胞膜的损害,降低丙二醛(MDA)及相对电导率含量,提升杉木幼苗SOD、POD活性;与CK杉木幼苗相比,EI杉木幼苗苗高、地径生长量增加显著.可见,2种内生真菌及其混合菌侵染处理能在一定程度上缓解不同浓度杉木化感物质混合胁迫对杉木幼苗生理及酶活性的损害,提升杉木幼苗抗逆性,但菌株间存在显著差异(P 0.05),aJ4、CG2菌株侵染效果显著强于Ca菌株(P 0.05),表明混合菌株之间可能存在拮抗作用;本研究可为筛选优势菌株和深入理解逆境下内生真菌与杉木的共生机制提供数据基础,同时也为缓解杉木连栽障碍,促进杉木人工林可持续经营提供新思路.(图7表7参54)     

LED补光对香蕉组培苗增殖和生理生化指标的影响

为研究补充不同光质的LED光源对香蕉组培苗增殖和相关生理生化指标的影响,以‘天宝蕉’为材料,通过设置普通荧光+LED红光(R)、普通荧光+LED蓝光(B)、普通荧光+LED绿光(G)、普通荧光+LED白光(W)、普通荧光+LED暖白光(WW)、普通荧光+LED暖黄光(WY),对照组普通荧光7种处理,比较不同LED补光对香蕉组培苗的增殖率、相关生理指标、叶绿素含量及叶绿素荧光参数的影响.结果显示,WY处理下香蕉组培苗的增殖系数最大,B处理下香蕉苗的增殖系数最小;R处理下,植株高度最大,B处理下,植株假茎最粗,WW处理下,有最大的根长,W处理下根数、根粗、叶数、叶宽、叶长的数值最大,同时鲜重和含水量最高,壮苗系数最优.与CK相比,R、B和G处理会降低叶绿素以及类胡萝卜素含量,而补充LED白光可以提高叶绿素以及类胡萝卜素含量.此外,LED补光,尤其是R、W和G补光会引起香蕉组培苗叶片F_v/F_o、F_v/F_m和NPQ参数的显著增加和Y(Ⅱ)、ETR、和q_P等参数的降低.本研究表明在增殖培养阶段补充LED暖黄光,香蕉组培苗的增殖率最高;在生根培养阶段补充LED白光,香蕉组培苗的叶绿素含量、chla/chlb比值、类胡萝卜素含量最大,同时光合效率和壮苗系数最高;结果可为香蕉组培苗增殖和生根阶段的光质选择奠定基础.(图5表4参34)     

添加生物炭对东台滨海区杨树人工林3种温室气体排放的长期影响

为了解施用生物炭对杨树人工林土壤CO_2、CH_4、N_2O3种温室气体排放的长期影响及其主要调控机理,以东台国有林场杨树人工林为对象,设置低生物炭添加量(D,40 t·hm~(-2))、中生物炭添加量(Z,80 t·hm~(-2))、高生物炭添加量(G,120 t·hm~(-2))及对照(CK,0 t·hm~(-2))4种不同处理,采用静态箱-气相色谱法对CO_2、CH_4、N_2O3种温室气体的排放速率进行了多次测定,同时测定分析了土壤含水率、土壤酶活性等土壤理化及生化指标,为阐明生物炭对杨树人工林生态系统的长期影响提供理论依据。结果表明:(1)对照样地土壤CO_2排放速率变化范围为123.428-412.066mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著促进了土壤CO_2的排放(P=0.001、0.000),分别导致CO_2年平均排放速率增加了21%和20%;(2)对照样地土壤CH4排放速率变化范围为0.578-1.405 mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著抑制了土壤CH_4的排放(P=0.000、0.000),分别导致CH4年平均排放速率降低了21%和33%;(3)对照样地土壤N2O排放速率变化范围为0.124-0.297mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著抑制了土壤N2O的排放(P=0.003、0.000),分别导致N_2O年平均排放速率降低14%和37%;(4)土壤CO_2排放主要与土壤微生物量C(MBC)、水溶性有机碳(DOC)、全氮(TN)、蔗糖酶活性(IA)呈显著正相关关系(P=0.000、0.000、0.013、0.000),与土壤微生物量N(MBN)、土壤微生物量P(MBP)呈显著负相关关系(P=0.000、0.000);(5)土壤CH4排放和N2O排放主要与MBN、MBP、土壤含水率(SMC)、蛋白酶活性(PA)、脲酶活性(UA)、IA呈显著正相关关系(PCH4=0.011、0.009、0.005、0.000、0.000、0.007;PN2O=0.021、0.024、0.002、0.000、0.001、0.019),与MBC、DOC、TN呈显著负相关关系(PCH4=0.000、0.003、0.002;PN2O=0.001、0.012、0.001)。综上,添加生物炭导致了土壤N、P养分有效性增加和蛋白酶、脲酶等相关酶活性降低,可能是本区域生物炭调控杨树人工林土壤3种温室气体排放的主要机制。     

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。     

地钱(Marchantia polymorpha)雌雄配子体对酸雨胁迫的耐受性差异

通过长期的进化,植物可以在个体、细胞及生理生化等多个水平上对酸雨胁迫作出响应.采用不同pH的模拟酸雨胁迫处理苔藓植物地钱(Marchantia polymorpha)雌雄配子体,比较两者之间的耐受性差异.结果表明:(1)与对照(pH 6.8)相比,酸雨胁迫可对地钱造成可见伤害症状;存活率、叶绿素含量、PSII原初光能转化效率(F_v/F_m)和实际光化学量子产量(Y_(eild))均降低,而丙二醛(MDA)含量、抗氧化物酶(POD、SOD、CAT)活性、基础荧光(F_0)和非光化学淬灭系数(NPQ)均升高.(2)与对照相比,中(pH 4.0)、重度(pH 2.5)酸雨胁迫可对地钱的上述测定值造成显著影响;(3)中度酸雨胁迫下,存活率、MDA、POD、SOD、光合色素含量、F_v/F_m值、F0、NPQ值和Yeild值的变化雌雄之间均达到了显著性差异水平,其中雌性的存活率、POD、SOD、F_v/F_m值和Y_(eild)值均低于雄性.综上所述,酸雨胁迫会对地钱的植株、细胞膜系统以及光合系统造成不同程度的损伤,且雌雄配子体之间存在差异;酸雨胁迫下雄配子体抗褪绿和抗氧化的能力要高于雌配子体,表现出对酸雨胁迫更强的耐受性.本研究结果可为深入研究植物的性别生态适应以及酸雨对植被的影响提供重要的理论依据.     

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。