光响应和CO2响应新模型在丹参中的应用

【目的】利用丹参(Salvia miltiorrhiza)的光响应数据和CO2响应数据验证植物的光响应和CO2响应新模型,为新模型的推广提供依据。【方法】用美国Li-cor公司生产的LI-6400光合作用测定仪器控制光强、CO2浓度等因素,测量丹参在生长盛期叶片的光合作用对光和CO2的响应数据。利用所构建的光合作用对光和CO2响应新模型拟合丹参的光和CO2响应数据,并将其与用非直角双曲线模型和Michaelis-Menten模型拟合的丹参光和CO2响应数据进行比较。【结果】在丹参生长盛期,用新模型拟合的丹参饱和光强和最大净光合速率分别为930.41和11.28μmol/(m2.s),丹参的饱和CO2浓度和光合能力分别为1 040.54μmol/moL和16.21μmol/(m2.s),均与实测值非常接近,2个拟合曲线的决定系数均大于0.999,拟合效果优于非直角双曲线模型和Michaelis-Menten模型。【结论】光合作用对光和CO2响应新模型均能很好地拟合丹参的光和CO2响应数据,且可以直接计算出丹参的主要光合参数。     

不同氮肥水平下烟草CO2响应曲线的拟合分析

[目的]探讨不同CO2响应曲线模型拟合不同氮肥水平下烟草光合特性与CO2间的关系,筛选出最佳的CO2响应曲线拟合模型.[方法]以烤烟K326为对象,在不同氮肥用量(0、66.60、93.60和120.60 kg/ha)条件下,采用不同CO2响应曲线模型(直角双曲线模型、Michaelis-Menten模型、直角双曲线修正模型和指数改进模型),对烟株旺长期中部叶的CO2响应曲线进行拟合,分析拟合曲线与实测值的相似程度,筛选拟合效果最佳模型.[结果]直角双曲线模型、Michaelis-Menten模型和指数改进模型均无法完全拟合出光合速率随CO2增加而下降的曲线,且直角双曲线模型和Michaelis-Menten模型无法拟合最大净光合速率(Pn max).直角双曲线修正模型拟合R2为0.999,拟合效果优于其他模型,其光合参数[初始羧化效率(α)、Pn max和饱和胞间CO2浓度(Ci sat)]的拟合值更接近真实值,能反映实际情况.各模型决定系数排序为直角双曲线修正模型>指数改进模型>直角双曲线模型=Michaelis-Menten模型.[结论]不同CO2响应曲线模型对不同氮水平下烟草光合特性的拟合效果存在差异,四种模型中以直角双曲线修正模型的拟合效果最佳.     

金花茶幼苗光合生理生态特性研究

采用Li-6400便携式光合作用系统对金花茶盆栽幼苗光合生理特性进行研究。结果表明:1)在不遮阴的条件下,幼苗夏季光合作用有午休现象,最高峰出现在08:00,其净光合速率为3.38μmol/(m2·s);2)光饱和点和光补偿点都较低,分别为476.46和6.13μmol/(m2·s),是一种典型的阴生植物;3)在温度为30℃,光照强度为1000μmol/(m2·s),湿度为50%～60%的条件下,光合能力为12.58～13.50μmol/(m2·s),CO2浓度在25～1000μmol/mol的范围内,其净光合速率随浓度升高而显著上升,CO2饱和点约为1500.00μmol/mol,CO2补偿点为99.48μmol/mol,最大羧化效率为0.0118;4)幼苗喜热,在35℃下净光合速率最高,对低温有一定的适应能力,但不适应40℃的高温条件。5)幼苗不耐干旱,即使轻度水分亏缺也会抑制其光合作用。     

一个光合作用光响应新模型与传统模型的比较

为了解决传统光合作用光响应模型(如直角双曲线和非直角双曲线模型)中光合速率虽沿着渐进曲线响应光照强度的增加,但拟合植物叶片的最大光合速率却远大于实测值,且无法给出光饱和点等问题。在对传统的光合作用光响应模型进行认真分析,发现其关键在于未考虑光呼吸的基础上,提出了一个新的光合作用光响应模型,详细讨论了该模型的主要特性,并与传统直角双曲线和非直角双曲线模型进行比较分析。用这3个模型拟合了不同试验条件下冬小麦光合作用光响应,结果表明:新模型较传统的模型更好地模拟不同温度及CO2浓度条件下冬小麦光合作用光响应,包括低光强条件下和光抑制条件下的光响应问题,且可求得最大光合速率、饱和光照强度、光补偿点和暗呼吸速率等。此外,新模型可以合理地描述植物叶片的光抑制,因此新模型具有普遍性。     

主要城市园林树种乐昌含笑光合特性研究

用Li-6400便携式光合作用测定系统对自然条件下城市园林树种乐昌含笑的光响应特性、CO2响应特性及光合作用日变化规律进行测定．结果表明：乐昌含笑的光补偿点为50μmol／m^2·s,光饱和点为1568μmol／m^2·s,表观量子效率为0．01;CO2补偿点为122．8μmol／mol,CO2饱和点为1761μmol／mol,羧化速率为0．03;光合作用日变化为单峰曲线,无光合“午休”现象,主要生理生态影响因子为光合有效辐射和气孔导度等．     

2种水生入侵植物光合特性的比较

【目的】研究华南地区2种主要水生入侵植物凤眼莲(Eichhornia crassipes)和大薸(Pistia stratiotes)的光合特性及差异性,探讨凤眼莲与大薸对环境光强、CO2浓度的响应机制。【方法】于2009-08采用LI-6400便携式光合仪,测定凤眼莲与大薸的光合作用日进程、光合-光强响应曲线及光合-CO2浓度响应曲线,并进行差异性分析。【结果】(1)自然光照条件下,凤眼莲与大薸在1 d中的净光合速率变化均呈现"双峰"型,但凤眼莲平均净光合速率显著高于大薸;凤眼莲蒸腾速率、气孔导度的日变化较大薸更为明显。(2)凤眼莲的光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、CO2饱和点(CSP)分别为1 520μmol/(m2.s),31.19μmol/(m2.s)及1 323μmol/mol,均高于大薸,CO2补偿点(CCP)为52.51μmol/mol,低于大薸。(3)凤眼莲与大薸的表观量子效率(AQY)分别为0.054,0.046,表观羧化效率(CE)分别为0.094,0.037,差异均达到极显著水平。【结论】较高的光能利用力与较强的光合响应机制,是凤眼莲比大薸具有更强入侵力的生理基础。     

几种姜黄属植物光合特性研究

为了解几种不同姜黄属植物的光合特性及其对环境的适应能力,以便更好地对姜黄属植物资源进行保护与利用,采用LI-6400XT便携式光合作用测量系统(LI-COR,USA),对几种处于生长旺盛期的姜黄属植物进行光合日变化、光强度-光合速率曲线和CO2-光合速率曲线等光合指标测定,并对比分析其光合特性的异同.结果表明,几种供试姜黄属植物的光合日变化参数、光响应参数和CO2响应参数均存在较大差异.随着时间的推移,几种姜黄属植物的净光合速率(Pn)日变化都呈现出先增大后减小的"单峰"曲线变化规律,均未出现"午休"现象.净光合速率大小为姜黄>广西莪术>顶花莪术>川郁金>温郁金>大莪术>郁金,且各植物净光合速率达到峰值的时间不同,气孔导度、胞间CO2浓度及蒸腾速率亦存在显著性差异;几种姜黄属植物的光补偿点(LCP)均小于45μmol/(m2·s),差异不显著,而光饱和点(LSP)在350～1350μmol/(m2·s)之间,差异较大;CO2饱和净光合速率均在14～23μmol/(m2·s)之间,差异不显著,但羧化效率、CO2饱和点和CO2补偿点均存在显著性差异.研究表明,供试7种姜黄属植物均具有较强的耐阴特性,对弱光利用能力较强,对强光也有一定的耐受性,但不同植物对光适应范围以及对强光利用能力存在一定的差异.应结合不同姜黄属植物的光合特性,适当调控其生长环境因子,根据每种植物对光照适应性采取适当遮阴或向阳措施,并适当增加环境中CO2浓度,进一步提高其光合利用效率和增加药材产量.     

珍稀濒危蕨类植物原始观音座莲的光合生理生态特性研究

利用CO2光合测定仪分析了引种栽培的原始观音座莲叶片的光合补偿点和饱和光强,通过控制叶室的光合有效辐射、CO2浓度、温度和相对湿度,分析了叶片的羧化效率和CO2补偿点,并进行光合有效辐射、温度和相对湿度对光合速率的影响研究。结果表明,原始观音座莲叶片的光合补偿点为5．3μmol／（m^2·s）,饱和光强为500μmol／（m^2·s）,有明显的光抑制现象;叶片的羧化效率为0．0092,CO2补偿点为51．8μmol／mol;光合速率在叶温10-20℃内随温度升高上升,加～35℃随温度升高下降,最适温度为16～31℃;相对湿度20％～80％内,叶片光合速率随湿度增加而增大,最适相对湿度条件在80％以上。     

日光温室内凯特和9803杏光合特性及去果对源叶光合作用影响

以辽宁省主栽的凯特杏和9803杏为试材,利用LI-6400光合测定仪,对其光合特性和去果对源叶光合作用的影响进行比较研究。结果表明：温室内凯特杏叶片的净光合速率（Pn）日变化呈单峰曲线,9803杏叶片的净光合速率日变化呈双峰曲线,气孔限制是9803杏光合“午休”的主要调节因素;2个杏品种光合作用对光照强度和CO2浓度等单一生态水平变化的响应均可以用二次方程来描述;9803杏的光补偿点和光饱和点均比凯特杏低,且光量子效率比凯特杏高,而凯特杏的CO2补偿点和CO2饱和点均比9803杏低,且羧化效率和CO2饱和时光合能力比9803杏高,由此可见,凯特杏和9803杏在温室中栽培各有优势;去果处理对上位新梢源叶的影响比下位新梢大,对上位新梢第7、8位源叶影响最大。     

贡嘎山地区黄背栎光合作用日变化及光合响应

使用Li-6400便携式光合作用测定系统,研究了自然条件下黄背栎光合作用日进程及光合响应。结果表明:(1)晴天叶片净光合速率日变化为比较平缓的单峰曲线,无光合“午休”现象,峰值出现在14∶00左右,为7.15μmol·m-2·s-1,净光合速率日变化趋势与光合有效辐射和叶片气孔导度的变化一致,与大气CO2体积分数和叶片的胞间CO2体积分数的日进程相反;(2)随着CO2体积分数的增加,叶片对光合有效辐射的利用效率增加,光饱和点、弱光下光量子利用效率和最大净光合速率均增加,而光补偿点和暗呼吸速率降低,较高的CO2体积分数可增强植物对强光的适应性,抑制暗呼吸作用。3种CO2体积分数下测得的黄背栎光饱和点为1486~1725μmol·m-2·s-1,光补偿点为46~76μmol·m-2·s-1,表观量子效率为0.02541~0.02969;(3)随着光合有效辐射的增加,光合速率在一定范围内随CO2体积分数的增加而增加,气孔导度随CO2体积分数的增加而降低。CO2饱和点为1000~1200μmol·mol-1,羧化效率为0.0149~0.0420。     

2015年冬季南黄海水文特征及海-气CO2通量分析

基于2015年冬季在南黄海海域现场观测获得的CTD和CO₂等数据,分析了该海域海-气CO₂通量,探讨了该海域冬季温、盐度和表层CO₂分压（pCO₂）等要素的分布特征及其影响因素。结果表明：冬季南黄海西侧海域受黄海沿岸流的影响,呈现低温、低盐的特征,南黄海中部受黄海暖流影响,呈高温高盐特征;南黄海靠近沿岸海域水体垂直混合强烈,温盐垂直分布较为均匀。南黄海海域表层pCO₂平均值为（385.34±43.62）μatm。表层pCO₂分布具有明显的区域差异,海区中部pCO₂整体上大于近岸,因受长江冲淡水与黄海沿岸流的水平及垂直混合作用,长江口北部局部区域最高通量达27.81 mmol/（m²·d）,但总体表现为大气碳汇,平均通量达（-2.47±3.91）mmol/（m²·d）;山东半岛东南部海域较高的pCO₂受控于温度,同时与黄海沿岸流带来的高碳酸盐等水体的混合有关,表现为大气碳源,平均通量为（0.11±0.80）mmol/（m²·d）。整个调查海域平均通量为（-2.24±3.74）mmol/（m²·d）,表现为大气CO₂的碳汇。     

大气CO2浓度升高对长白赤松幼苗土壤酶活性的影响

【目的】探讨长白赤松土壤酶活性对大气CO2浓度升高的响应规律。【方法】采用1.2m×0.9m×0.9m的开顶箱控制CO2浓度,试验设高浓度CO2处理(CO2浓度分别为700,500μmol/mol)及开顶箱对照(CK)和裸地对照(B),2个对照处理的CO2浓度均为大气CO2浓度(370μmol/mol)。采用多点混合法于7,8,9月的中旬采集各处理0～10cm土层土壤样品,分析土壤水解酶和氧化还原酶活性的变化规律。【结果】与2个对照处理相比,高浓度CO2条件下,土壤脲酶、淀粉酶、转化酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶以及脱氢酶活性均升高,而土壤蛋白酶和磷酸酶活性总体上表现出降低,且不同高浓度CO2处理对土壤蛋白酶和磷酸酶活性的影响差异不显著。【结论】高浓度CO2处理下,长白赤松土壤脲酶、转化酶、淀粉酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶以及脱氢酶活性明显增加,而土壤蛋白酶和磷酸酶的活性明显降低;各土壤酶活性的月动态规律在不同程度上受到了高浓度CO2的影响。     

铺料厚度对双孢蘑菇栽培过程酶活性和CO2排放的影响

通过设置不同铺料厚度的双孢蘑菇箱栽实验,评价铺料厚度对产量和绝对生物学效率的影响,并监测分析不同阶段培养料CO₂排放通量以及羧甲基纤维素酶、木聚糖酶和淀粉酶活性的动态变化。结果表明,随着铺料厚度的增加,双孢蘑菇子实体产量呈现增加的趋势,而其绝对生物学效率呈现降低的趋势。整个栽培过程中4个处理的羧甲基纤维素酶、木聚糖酶和淀粉酶活性的动态变化规律相似,第一个峰值出现在菌丝生长后期,第二个峰值在子实体形成阶段,其中菌丝生长后期(15 d)20 cm铺料厚度处理的羧甲基纤维素酶活性最高,分别比10、15、25 cm处理高135.7%、104.6%和97.6%,淀粉酶活性分别高25.0%、19.4%和31.7%,且20 cm铺料厚度处理与其他3个处理间的差异达显着性水平。不同处理CO₂排放速率没有明显的日变化规律,但随着铺料厚度的增加,CO₂排放速率增加,其中25 cm处理CO₂平均排放速率分别比10、15、20 cm处理高19.3%、18.7%和11.4%.     

添加不同类型秸秆对土壤CO2排放和化学性质的影响

秸秆组成和土壤性质是秸秆腐解的重要影响因素，进而调控着秸秆还田后的土壤CO₂排放和土壤养分动态。本研究选取了玉米秸秆（MS）、马铃薯秸秆（PS）及其等比例混合秸秆（CS）3种秸秆类型，分别添加到3种种植模式[玉米单作（MM）、马铃薯单作（MP）和玉米马铃薯间作（I）]土壤中，进行105 d的室内恒温培养试验，以探究秸秆类型在不同环境中的CO₂排放及土壤化学性质变化。结果表明：土壤种植模式显著影响MS的CO₂累积排放量，而对CS、PS没有显著影响。与玉米和马铃薯单一秸秆的加权平均（WM）相比，秸秆混合分别增加了MM土壤中CO₂累积排放量和净累积排放量19.2%和19.9%。与培养前相比，MS在培养结束时增加了土壤pH和可溶性有机碳含量，但对速效磷和速效钾的影响较小，且显著低于PS和CS。当同一秸秆添加到不同作物种植模式土壤中，MP土壤的速效磷、速效钾和铵态氮含量的增幅（相对于培养前）均高于I和MM。研究表明，秸秆在土壤中的腐解与碳排放首先受碳氮比调控，而土壤种植模式的作用较小，同时这些因素均对腐解过程土壤化学性质产生显著影响。     

大叶秦艽的光合特性研究

为了探索大叶秦艽的光合特性,为其规范化栽培提供参考。采用LI-6400光合作用测定系统对宁夏隆德地区大叶秦艽(Gentiana macrophylla Pall.)的光响应曲线、CO2响应曲线、光合日变化进程以及影响其光合速率的环境因子日变化进行测定。结果表明:大叶秦艽为耐荫植物,其净光合速率(Pn)日变化呈双峰曲线,存在明显的"光合午休"现象。影响大叶秦艽午间Pn降低的因素既有气孔限制方面的,也有非气孔限制方面的。     

山东大沽河溶解性碳的时空分布及影响因素

为认识河流生态系统中的碳动态分布及生物地球化学过程,基于2018—2019年的现场监测与水样分析数据,揭示山东半岛大沽河河流溶解性碳[包括溶解性无机碳（DIC）和溶解性有机碳（DOC）]浓度的季节和空间特征;在此基础上,对河流CO₂分压（pCO₂）分布及影响因素进行了初步探讨。结果表明：大沽河DIC浓度分布在2.55~34.08 mg·L^-1之间,均值为（12.97±7.25）mg·L^-1;受流域地质环境、气候水文条件、梯级筑坝等因素的影响,DIC呈明显的时空差异特征（P<0.05）,其在冬季最高,自上游至下游呈显著增加趋势。DOC浓度范围为4.22~62.62 mg·L^-1,均值为（15.34±10.24）mg·L^-1,高于DIC含量,因此大沽河溶解性碳总体以DOC为主;受人类活动（土地利用方式、污水排放、河流筑坝等）的强烈影响,DOC未表现出明显的时空差异。大沽河有35%的河流样点表现为大气CO₂的源;pCO₂上游明显高于中下游,夏秋季高于春冬季（P<0.05）。研究表明,大沽河光合作用总体比较强烈,导致水体中DOC浓度较高、pCO₂较低,因此大沽河总体表现为大气CO₂的汇。     

华山松松针挥发油超临界CO2萃取工艺研究

【目的】考察从华山松松针中提取挥发油的最佳工艺条件。【方法】采用超临界CO2萃取法,运用正交试验设计及响应面分析,对松针挥发油提取的工艺条件进行优化。【结果】对松针挥发油提取率的影响从大到小依次为萃取时间、萃取压力、萃取温度;超临界CO2萃取松针挥发油的最佳工艺参数:萃取压力34 MPa,萃取温度45℃,萃取时间2.2h。【结论】利用超临界CO2萃取松针中挥发油,在最佳工艺条件下的提取率为1.549%,提取率高、分离效果好,所得挥发油为淡黄色澄清透明油状物。     

兴安落叶松林生长季碳通量特征及其影响因素

【目的】对寒温带兴安落叶松林生态系统生长季碳通量及其主要环境因子进行观测研究,探明兴安落叶松林生态系统生长季碳、水、热交换特征和变异规律及其相互作用关系,为兴安落叶松生态系统碳源/汇的评估提供基础数据。【方法】在内蒙古大兴安岭地区林龄为100~120年的兴安落叶松原始林内建立观测点,采用涡度相关通量观测技术,进行生长季兴安落叶松-大气之间的CO2通量、潜热通量和感热通量以及降雨量、土壤含水率、土壤温度、气温、光合有效辐射等主要环境因子的连续观测,并进行了兴安落叶松林CO2通量与光合有效辐射、土壤温度和土壤含水率的相关性分析。【结果】兴安落叶松林CO2通量有明显的日变化规律,从06:00开始为碳吸收,12:30-13:30达到峰值,随后逐渐下降;从约18:00开始,CO2通量值从负值转变为正值,开始进行碳释放,一直持续到次日凌晨06:00;在生长季白天表现为碳汇,夜间为CO2排放;6、7和8月份CO2通量平均日变化分别为-0.64,-0.88和-0.46mg/(m2·s),固碳、碳释放最大值均出现在7月份,分别为-1.09和0.19mg/(m2·s)。兴安落叶松林潜热通量、感热通量日变化特征表现为昼夜主要吸收H2O和热,变化范围分别为-100~500 W/m2和-100~400W/m2。CO2通量与光合有效辐射呈指数相关(6月R2=0.467,7月R2=0.759,8月R2=0.623),光合有效辐射越强碳汇能力越大;与土壤温度呈指数相关(6月R2=0.381,7月R2=0.425,8月R2=0.442),CO2通量随着土壤温度的升高而显著增加;与土壤含水率呈线性相关,在7月份相关性较高(R2=0.487),但总体相关性相对较低。【结论】兴安落叶松林生态系统CO2通量、潜热通量和感热通量月均日变化具有明显的特征,不同月份间通量变化存在一定的差异,但变化趋势和规律基本一致。CO2通量主要受光合有效辐射及土壤温度和含水率的影响,光合有效辐射越强生态系统碳汇能力越大,土壤温度和含水率越高,CO2通量越大;且与光合有效副射和土壤温度的相关性较高。     

[CO2]升高对粮食作物影响的研究进展

自工业革命以来,由人类活动引起的大气CO_2浓度([CO_2])不断攀升,正驱动着全球气候变化,对全球农业产生重大影响。本文归纳总结了目前作物对高[CO_2]响应的主要研究技术手段,以及作物对高[CO_2]响应的机理研究,并进一步梳理了当前全球关于[CO_2]升高对作物产量和营养品质影响的研究。结果表明:相比封闭式或半封闭式环境控制试验系统,开放式试验系统(如开放式CO_2控制系统FACE)由于其能更加真实地模拟自然条件下作物对未来高[CO_2]的响应和适应情况,被公认为是目前研究作物对高[CO_2]响应的最理想手段。[CO_2]增高会增加C3作物光合速率、生物量和产量,在一定程度上缓解气候变化对农作物产生的负面影响,但是作物对大气[CO_2]的升高存在光合适应现象,当作物长期暴露在高[CO_2]条件下时,高[CO_2]对作物的促进作用会逐渐减缓。近10年的FACE试验发现,对高[CO_2]出现高应答的水稻品种,其光合速率和产量在高[CO_2]下的增加幅度比早期的主要粮食作物FACE试验结果平均高出两倍。此外,高[CO_2]会明显降低大部分非豆科C3作物中蛋白质和矿物质(如锌、铁)以及部分维生素的含量,加剧目前全球约2亿人由于维生素和矿物质元素等营养缺乏导致的健康问题。如何充分利用未来高[CO_2]实现高增产的同时,减缓粮食养分下降的负面影响,是迫切需要解决的科学问题。     

CO2气调对烟草甲的毒力作用及其能源物质的含量和利用率

【目的】研究CO2气调对烟草甲的毒力作用,以及在CO2致死作用下烟草甲体内能源物质的含量和利用情况,为从生理生化角度探讨CO2气调的作用机制提供参考。【方法】试验在温度(25±1)℃、湿度(70±5)%的条件下进行。CO2气调水平设置10%,30%,50%,70%和90%5个梯度,每隔3h观察其对烟草甲的致死情况。另外,不同气调致死后,采用相关的化学方法测定烟草甲体内多糖、可溶性蛋白质及脂肪的含量,计算其利用率。【结果】随着CO2水平的升高,其对烟草甲的毒力增强,10%CO2水平下,LT50和LT99(50%、99%烟草甲死亡所需时间)分别为23.21和128.06h;90%CO2水平下,分别为7.26和19.25h。随着CO2气调水平的升高,烟草甲体内多糖、可溶性蛋白质和脂肪等能源物质的含量显著增加,但均显著低于对照,且对3种能源物质的利用率均显著降低;同一CO2水平下,烟草甲对3种能源物质的利用率均具有显著差异,其大小顺序为脂肪多糖可溶性蛋白质。【结论】CO2水平越高,对烟草甲的毒力作用越强;高CO2水平致死作用下,烟草甲对能源物质的利用率显著降低,脂肪是烟草甲应对气调胁迫的主要能源物质。