CO_2和O_3浓度增加对农作物次生代谢和残茬分解的影响

引用国内外大量文献,对CO2和O3浓度升高特别是它们的交互作用对农作物次生代谢及残茬分解的影响等进行综述。重点阐述了农作物生长、次生代谢、残茬分解对大气CO2和O3浓度升高(特别是在升高后的交互作用下)的响应变化,客观地反映其生物学和生态学效应,进一步提出建议,以期引起学术界对该课题的关注。     

CO_2和O_3浓度增加对农作物次生代谢和残茬分解的影响

引用国内外大量文献,对CO2和O3浓度升高特别是它们的交互作用对农作物次生代谢及残茬分解的影响等进行综述。重点阐述了农作物生长、次生代谢、残茬分解对大气CO2和O3浓度升高(特别是在升高后的交互作用下)的响应变化,客观地反映其生物学和生态学效应,进一步提出建议,以期引起学术界对该课题的关注。     

气候变暖和CO2浓度升高对农作物的影响

气候变暖和CO2浓度升高不仅影响着农作物的生长、产量及品质等,同时也对农业生产结构和生产制度有着不同程度的影响.本文综述了近年来全球气候变暖、CO2浓度升高以及气候变暖和CO2浓度升高交互作用对农作物物候期、光合作用、产量及作物安全等方面的影响,从而为气候变化对作物影响的研究提供参考.     

CO2和O3浓度升高对春小麦活性氧代谢及抗氧化酶活性的影响

 【目的】揭示CO2和O3浓度升高及其复合作用对植物活性氧（ROS）代谢及抗氧化酶活性的影响机理。【方法】以春小麦（Triticum aestivum L.）为试材,利用开顶式气室（OTCs）研究CO2和O3浓度升高及其复合作用下,春小麦叶片膜脂过氧化程度,活性氧产生速率、含量及抗氧化酶活性的变化。【结果】在整个生育期内,与对照相比,高浓度CO2[（550±20）μmol?mol-1]处理下,春小麦叶片相对电导率、MDA含量减小, 产生速率、H2O2含量下降,SOD、CAT、POD和APX活性增强;而在O3浓度为（80±10）nmol?mol-1的条件下,春小麦叶片相对电导率、MDA含量增大, 产生速率、H2O2含量升高,SOD、CAT、POD和APX活性总体上有所减弱;CO2和O3浓度升高复合[（550±20）μmol?mol-1+（80±10）nmol?mol-1]处理下,春小麦叶片MDA含量、 产生速率和SOD活性总体上低于对照,而相对电导率、H2O2含量以及CAT、POD和APX活性总体上增加。【结论】CO2浓度升高抑制了春小麦叶片活性氧的代谢速率,提高了抗氧化酶的活性,对春小麦表现为保护效应,而O3浓度升高促进了春小麦叶片活性氧的代谢速率,降低了抗氧化酶的活性,对春小麦表现为伤害效应。在CO2和O3浓度升高复合处理下,CO2浓度升高在一定程度上缓解了O3浓度升高对春小麦的伤害效应,而O3浓度升高亦在一定程度上削弱了CO2浓度升高对春小麦的保护效应。     

大气CO2和O3浓度升高对淡水环境水化学条件的影响

在开顶式气室OTC(Opentopchamber)平台下,构建微宇宙水环境模拟系统,初步研究了当大气CO2浓度升高200μL·L-1、O3浓度升高50 nL·L-1及其复合作用下,水体理化参数(pH、Eh、可溶态Zn、Mg、Fe以及可溶态总氮、总磷)、沉积物理化性质(pH、Eh、Zn、Mg和Fe的形态)的变化。经5个月的持续观察发现,与正常大气条件相比,CO2升高(600±10)μL·L-1,水体pH下降,可溶态Zn、Mg浓度升高,可溶态总磷浓度无明显变化;O3升高(125±20)nL·L-1,水体pH无明显变化,可溶态Zn、Mg、总磷浓度无明显变化;CO2和O3复合升高[(600±10)μL·L-1CO2,(125±20)nL·L-1O3],水体pH下降,可溶态Zn浓度无明显变化,可溶态Mg、总磷浓度升高。结果表明:CO2单独升高可降低水体pH,促进沉积物对金属元素的释放;O3单独升高对水体pH、沉积物释放元素无明显影响;而CO2+O3复合升高可降低水体pH,促进沉积物对Mg和磷的释放。     

臭氧胁迫对大豆酚类化合物含量和抗氧化能力的影响

 【目的】揭示大豆酚类物质对O3浓度升高的代谢机制与响应方式,为从分子水平研究植物次生代谢对O3胁迫的适应机制奠定基础。【方法】以大豆(Glycine max.)为试材,O3浓度45 nmol?mol-1为对照,利用开顶式气室系统探讨O3浓度升高(O3-1处理：(80±10)nmol?mol-1,O3-2处理：(10±10)nmol?mol-1)对大豆酚类物质含量及抗氧化能力的影响。【结果】在大豆整个生育期内,O3-1处理下的大豆叶片总黄酮含量、总多酚含量及苯丙氨酸解氨酶(PAL)、脂氧合酶(LOX)、多酚氧化酶(PPO)活性与对照相比显著(P＜0.05)升高,而O3-2处理下的总黄酮含量与PAL活性显著(P＜0.05)低于对照。臭氧胁迫下大豆叶片超氧阴离子( )产生速率和过氧化氢(H2O2)含量升高,相对电导率及丙二醛含量增加。【结论】O3浓度升高在一定程度上可以激活大豆叶片PAL和LOX等酶的活性,有利于酚类物质的合成,提高大豆的抗氧化能力,但长时间高浓度O3将导致抗氧化系统氧化损伤,从而使膜脂过氧化程度加重,对大豆表现为伤害效应。     

CO_2和O_3浓度升高对土壤碳水化合物累积分布特征的影响

碳水化合物作为土壤有机质重要成分之一,一直被认为是较为灵敏的有机质示踪成分。在全球气候变化趋势下,CO2和O3浓度升高可改变植物群体组成,碳在地下生态系统的分配等最终间接地改变土壤化学特性。在未来大气环境变化趋势下,CO2和O3浓度升高对植物-土壤生态系统的影响已成为众多学者研究的热点问题,并取得了一定的成果,而对土壤有机质研究中作为重要指标和主要对象——碳水化合物的影响研究相对较少,为此综述了CO2和O3浓度升高对碳水化合物累积分布特征影响方面的最新进展,并提出今后开展研究的建议。     

青花菜呼吸速度和呼吸商的研究

研究了在4℃、20℃条件下，O2、CO2气体浓度动态变化时，青花菜的呼吸速度、呼吸商的变化，结果表明，青花菜呼吸速度RO2、Rco2,均随O2浓度的上升而增大，CO2对呼吸速度有相当大的抑制作用，20℃时，浓度为3％的CO2的抑制作用最强；并采用重回归分析法，在有氧呼吸范围内分析了O2、CO2浓度及处理时间对呼吸商的影响，结果显示：三因素中CO2浓度对青花菜呼吸商的影响最显著，温度越高，CO2浓度的影响作用越显著，温度下降，处理时间、O2浓度的影响作用增强。     

钠盐胁迫对小麦叶片核酸损伤和多胺积累的影响

采用室内培养、测定方法研究不同浓度的NaCl,Na2SO4和Na2CO3胁迫对小麦(Triticumaestvum)叶片H2O2、核酸代谢和多胺影响。结果表明,在钠盐胁迫下H2O2含量随着胁迫浓度的增加而增加,其中Na2CO3胁迫下H2O2含量增加最显著。核酸含量随着胁迫浓度的增加而减少,且RNA含量变化明显大于DNA,而核酸酶的活性在低浓度胁迫下升高,高浓度胁迫下降低,证实钠盐胁迫主要影响核酸的合成,其中对小麦叶片RNA的影响明显大于对DNA的影响。多胺亦随之积累,Na2CO3胁迫下多胺积累最显著,且变化量为腐胺(Put)>精胺(Spm)>亚精胺(Spd);高钠盐胁迫下多胺积累不明显,其中腐胺在200mmol·L-1下反而减少。     

CO2和O3浓度升高对土壤碳水化合物累积分布特征的影响

碳水化合物作为土壤有机质重要成分之一,一直被认为是较为灵敏的有机质示踪成分。在全球气候变化趋势下, CO2和O3浓度升高可改变植物群体组成,碳在地下生态系统的分配等最终间接地改变土壤化学特性。在未来大气环境变化趋势下,CO2和O3浓度升高对植物-土壤生态系统的影响已成为众多学者研究的热点问题,并取得了一定的成果,而对土壤有机质研究中作为重要指标和主要对象——碳水化合物的影响研究相对较少,为此综述了CO2和O3浓度升高对碳水化合物累积分布特征影响方面的最新进展,并提出今后开展研究的建议。

     

开放式空气中CO2浓度增高（FACE）对常规粳稻蛋白质和氨基酸含量的影响

为了明确未来大气CO2浓度升高对水稻蛋白质营养品质的影响,2009年利用稻田开放式空气CO2浓度增高(FACE,FreeAirCO2 Enrichment)系统,以武运粳21、扬辐粳8号和武粳15为供试品种,研究大田生长期CO2浓度升高200μmol.mol-1对常规粳稻蛋白质营养品质的影响。结果表明:大气CO2浓度增加使所有供试品种精米蛋白质含量平均下降5.6%,使氨基酸、必需和非必需氨基酸总量平均分别下降7.6%、6.7%和7.9%,均达极显著水平。大气CO2浓度增加使供试品种精米必需氨基酸占氨基酸总量百分比显著增加,使非必需氨基酸占氨基酸总量百分比显著下降,但对精米中必需和非必需氨基酸的相对含量无显著影响。从氨基酸组分看,大气CO2浓度增加使供试品种精米中7种必需氨基酸和8种非必需氨基酸的含量均显著或极显著下降。CO2处理与品种对精米蛋白质含量、氨基酸总量、必需和非必需氨基酸总量以及部分氨基酸组分有一定的互作效应,武运粳21上述参数对高浓度CO2的响应大于扬辐粳8号或武粳15对应参数的响应。以上结果说明本世纪中叶大气中的CO2浓度将使粳稻蛋白质营养品质下降,不同品种下降幅度存在一定差异。     

高CO2浓度对稻田CO2排放影响的初步分析

大气CO2浓度升高显著增加作物生物量,从而使进入土壤的有机碳增加,这势必会影响土壤碳的稳定和积累。此项研究主要通过高CO2浓度对作物生物量的直接影响,利用δ13C技术间接地初步分析土壤呼吸CO2排放不同来源贡献的差异。研究表明,在水稻生长季,高CO2浓度降低田间CO2的排放,但不显著;种有水稻,根系对土壤总的呼吸影响主要体现在成熟期之前,且有相互消长的现象。在种有水稻的情况下抽穗期之前分解新有机质为主;高CO2浓度促进土壤原有有机质的分解,在水稻生长的中后期分解更为明显,且高N水平对老有机质的分解有促进作用。鉴于此项研究中的不足之处,将会不断得到完善。     

高CO_2浓度条件下农田土壤有机质的化学稳定性研究

大气CO2浓度升高显著增加作物生物量,从而使进入土壤的有机碳增加,这势必会影响土壤碳的稳定和积累。采取利用化学方法获得的具有不同化学稳定性的有机物,间接地研究大气CO2浓度升高以后通过直接影响秸秆生物量和化学成分对土壤碳变化的影响。结果显示,相对于对照处理:高CO2浓度处理使土壤经Na2S2O8化学氧化后的抗氧化部分,在LN、NN和HN水平下,分别增加16.4%、21.7%和降低3.8%;使土壤经硫酸水解后的第一组分分别降低2.2%,增加9.5%和7.5%,第二组分分别增加4.7%、17.6%和降低4.9%,第三组分分别增加7.3%,降低4.2%和2.6%。表明土壤有机质的化学稳定性有所增加,可能与高CO2浓度条件下向土壤输入的有机质量及化学组成有关,且受N水平的影响较大。     

Etiology of keratogenic metaplasia in the chorioallantoic membrane

The effects of elevated O(2) and CO(2) concentrations on the occurrence of experimental keratogenic metaplasia in the chorion of the chick embryo were examined. Exposure to oxygen resulted in advanced keratinization of the chorion; carbon dioxide at elevated concentrations, in mixtures with air or oxygen, repressed the appearance of metaplastic changes, and the chorion retained its respiratory characteristics. The evidence reported here suggests that reduction of the CO(2) content in the gaseous environment of the chorion is causally contributory to the onset of the metaplastic events.     

CO_2浓度与温度增高对水稻品质的影响

作物品质的形成是品种遗传特性和环境条件综合作用的结果。大气中CO2浓度增高必然影响作物的生理代谢,并因此可能影响作物品质;CO2浓度增高也会引起大气温度同步增高。本试验旨在明确不同CO2浓度和温度水平对水稻品质的影响程度。结果显示,随CO2浓度和温度增高,稻米的加工品质和外观品质各指标均有下降趋势;蒸煮品质指标先上升,在CO2浓度为500mg·kg-1时达到最大值,然后下降;营养品质指标变化比较复杂,糖含量上升,脂肪含量下降,蛋白质含量先上升后下降,在CO2浓度为500mg·kg-1时达到最大值。总体上,CO2浓度和温度增高对稻米品质的负面影响更大,特别表现在加工品质和外观品质方面。但在450～650mg·kg-1的处理区间,影响结果并没有达到显著水平。表明CO2浓度和温度增高改变了水稻C、N代谢过程和籽粒的物理成分与化学组分;依据CO2与温度对稻米品质影响机理,采取相应的适应措施,可以提高和改进稻米品质。     

不同气体组合对杏果实贮藏品质的影响

以银白和苹果白杏果实为试材,探讨了不同气调处理,即气体O2与CO2 6种比例组合:3% O2(CA1)、3% O2+2%CO2(CA2)、3%O2+4%CO2(CA3)、8%O2 (CA4)、8%O2+2%CO2(CA5)、8%O2+4%CO2(CA6)及对照(21% O2)对杏果实贮藏品质的影响.结果表明:在相同的贮藏时间内,气调贮藏可缓解银白杏果实硬度的下降,CA6处理的作用最明显,其次为CA3和CA4处理;冷藏苹果白杏果实的硬度在贮藏后期增加,气调贮藏果实的硬度降低,但处理间的差异不显著.在贮藏30 d内,冷藏银白杏果实的可溶性固形物和VC含量仍较高,贮藏30～45 d两者明显下降,气调贮藏可缓解其下降,CA3处理的效果最明显;气调贮藏对苹果白杏果实可溶性固形物和VC含量的影响不大.气调贮藏可缓解银白和苹果白杏果实可滴定酸含量的下降.可见,CA3处理对维持银白杏果实贮藏品质有较好的作用;气调贮藏对苹果白杏果实品质的影响表现在可滴定酸方面,CA1和CA2的效果较好.