冬小麦光合特性对CO2浓度与土壤含水量的响应机制

光合作用是衡量植物对环境响应的重要指标,通过光响应曲线拟合量化光合特征,可从生理机制方面揭示出植物在不同生长环境下自身的调节与适应机制。本文利用Li-6400便携式光合仪测定了冬小麦在4种不同处理条件下灌浆期旗叶的光响应曲线,采用直角双曲线模型(RHM)、非直角双曲线模型(NRHM)、直角双曲线修正模型(RHMM)、指数模型(EM)和指数改进模型(MEM)对光响应数据进行拟合,分析了不同CO_2浓度和土壤含水量对冬小麦光合特征的影响。结果表明,直角双曲线修正模型对各处理下冬小麦光响应曲线和光响应曲线参数的拟合值都与实测值较为接近,拟合效果最好;随着CO_2浓度升高,各水分处理下冬小麦表观量子效率(α)、光饱和点(LSP)和最大净光合速率(P_(nmax))增大,光补偿点(LCP)和暗呼吸(R_d)降低,即CO_2浓度升高能有效增加冬小麦的光能转化率和光能利用范围,提高冬小麦的光合能力;随着土壤含水量的降低,冬小麦光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(R_d)升高,但表观量子效率(α)、光饱和点(LSP)和最大净光合速率(Pnmax)降低,即冬小麦虽然能通过提高初始光合效率抵消一部分干旱胁迫的影响,但干旱胁迫仍会降低冬小麦光合能力;此外,CO_2浓度的增加能抵消部分冬小麦因干旱胁迫引起的光合能力降低。     

不同土壤水分条件下栾树光合作用的光响应

采用光合作用光响应直角双曲线模型、非直角双曲线模型和直角双曲线修正模型对栾树在不同土壤水分条件下的光响应曲线进行拟合,探讨不同光响应模型对栾树的适用性及栾树光合特性对土壤水分和光照强度的响应规律.结果表明:1)3个模型都能较好地拟合栾树的光合光响应过程,其中直角双曲线修正模型能拟合在光抑制条件下的光响应过程,非直角双曲线模型和直角双曲线修正模型要优于直角双曲线模型;2)栾树对土壤水分和光照强度的适宜范围较广,土壤相对含水量在41.5％ ～93.3％范围内,净光合速率、表观量子效率均相对较高,光合有效辐射强度在600～2 000μmol/( m2·8)范围内,净光合速率和水分利用效率均能获得较高水平.     

不同水氮条件对东北寒地黑土直播稻光响应特征的影响

为了揭示寒地黑土直播稻在不同灌水方式和施氮水平下功能叶片光响应特征,以测坑试验水直播水稻为研究对象,采用全面试验方法,设灌水方式和施氮量2个因素,针对水稻分蘖期和抽穗开花期开展了不同水肥条件下直播水稻叶片光响应特征的研究。结果表明:随氮肥施用量的增加,直播稻功能叶片的光响应曲线上升,光强高于600μmol/(m~2·s)时,不同施氮量处理的光响应曲线间距变大。运用非直角双曲线模型建立水稻叶片光合光响应曲线的拟合,得出不同水氮处理下直播水稻叶片的光响应特征参数,结果显示,随着施氮量的增加,最大净光合速率Pnmax、表观量子效率α和光饱和点LSP上升,光补偿点LCP下降;而同施氮量条件下,控制灌溉处理的Pnmax、α和LSP高于淹灌处理,LCP低于淹灌处理。因此,在0~135kg/hm~2的范围内增加施氮量和控制灌溉有助于提升直播稻功能叶片光合作用能力,提高其对光能的利用率和对强光及弱光的适应能力,有效改善叶片光响应特征,提高水稻产量,所以在进行直播水稻栽培研究时,要充分考虑不同水肥条件对其光响应特征的影响。     

柳属植物光合-光响应曲线模型拟合

为了研究柳属植物的光合-光响应曲线模型,利用直角双曲线模型、非直角双曲线模型和直角双曲线修正模型对柳属植物的光合-光响应曲线进行拟合。结果表明,直角双曲线拟合所得的初始量子效率、暗呼吸速率、最大光合速率和光饱和点的值均高于非直角双曲线的拟合结果,但由于在有限光强下,2模型均不存在极值,因此无法直接得到最大净光合速率和饱和光强;而直角双曲线修正模型存在极值点,可以直接求得植物的饱和光强和最大净光合速率,且拟合值更加接近实测值。通过比较另外5种柳属植物净光合速率的实测值与模型估计值,得出直角双曲线修正模型估计值的相对误差之和最小,证明了直角双曲线修正模型的估计值更接近实测值。因此,直角双曲线修正模型是拟合柳属植物光合-光响应曲线的最佳模型。利用此模型可有效地对柳属植物光能利用效率进行评价,为高光效柳树的筛选提供理论参考。     

镉对不同品种水稻光合作用的影响

采用盆栽土培法,以对镉相对敏感的水稻品种YZX和相对耐受的品种XY-12为材料,通过对人工添加镉后（土壤中镉浓度达到5mg·kg^-1）水稻齐穂期叶片光合速率的测定,选用直角双曲线模型、非直角双曲线模型和叶子飘新模型对光响应曲线进行拟合,探究镉对不同品种水稻叶片光响应特征的影响,并对不同光响应模型进行比较。结果表明,镉处理后,两个水稻品种净光合速率均表现为降低;镉对两水稻品种光响应曲线参数的影响存在差异,内禀量子效率、最大净光合速率、光饱和点均受到镉的影响,较不添加镉的对照降低,而镉处理后水稻剑叶光补偿点却大大增加;镉促进了品种YZX的暗呼吸作用,但对品种XY-12却表现为抑制作用;总体上,品种XY-12对土壤中镉的耐受性强于YZX;3种模型模拟的光响应曲线均能较好地反映两品种叶片光合作用的光响应特征,但光响应参数与实测值存在差异,直角双曲线模型和非直角双曲线模型拟合的最大净光合速率（P_max）远大于实测值,并且光补偿点（LCP）和暗呼吸速率（Rd）与实测值相比存在较大差异,而采用传统的线性回归方法得到的光饱和点（LSP）却远低于实测值,叶子飘模型拟合的各项参数与实测值最为接近,并很好地弥补了其它模型的缺点。因此,该模型在反映水稻在镉毒害下叶片光合作用的光响应特征等方面具有较大优势。     

光合作用模型在长江下游冬麦区的适用性研究

以直角双曲线、非直角双曲线、渐进指数及修正直角双曲线等4种光响应模型为基础,结合CO2浓度和温度变化对冬小麦光合作用的影响,推导出4种植物叶片光合作用模型。分别利用长江下游冬麦区2个主栽冬小麦品种的田间试验资料,确定模型参数并对模型预测效果进行检验。结果表明,修正直角双曲线模型的预测效果最好,预测值与实测值相关系数（r）为0.925,均方根误差（RMSE）为1.666μmol.m-2.s-1。修正直角双曲线模型考虑了光抑制问题,从而能够更好地预测高光强情况下的冬小麦光合速率,因而最适于长江下游地区冬小麦光合作用的模拟。研究结果可为选择最佳的光合作用模型进行冬小麦生长模拟及产量预测提供参考。     

几种光合作用光响应模型对烟草的适用性分析

为探讨不同光响应曲线模型对烟草的适用性,分别测定云南赵桅基地K326叶片在20、30和35℃下的净光合速率光响应曲线,昭通自然条件下红花大金元(红大)、KRK26和云烟99叶片净光合速率的光响应曲线.用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、动力学模型、指数模型以及叶子飘等构建的新光响应模型(新模型)对各光响应曲线进行拟合.结果表明,新模型对光饱和、非光饱和及光抑制的光响应曲线拟合均较好,指数模型对光饱和的光响应曲线拟合较好,其它3个模型对任何一种光响应的拟合效果均较差.指数模型和新模型拟合的最大净光合速率(Pmax)与实测值最接近,其它3个模型拟合的Pmax值偏高,以非直角双曲线模型偏高最明显.直角双曲线模型和非直角双曲线模型拟合的表观量子效率(α)普遍接近或超过最大量子效率理论值范围,指数模型和新模型拟合的α值在正常范围内,动力学模型拟合的α值则偏低.非直角双曲线模型拟合的光补偿点(Ic)明显低于实测值,其它模型拟合的Ic与实测值均较接近.直角双曲线模型、非直角双曲线模型和动力学模型不能直接计算光饱和点(Is),新模型拟合的Is与实测值均接近,出现光饱和及光抑制时,指数模型拟合的Is也与实测值接近.研究结果表明,以新模型对烟草光响应曲线进行拟合较为合理.     

冬小麦光合作用的光响应曲线的拟合

测定了田间冬小麦叶片光合作用速度及其相应的气象要素，分别用直角双曲线和非直角双曲线方程拟合了光合作用对光强的响应。指出在田间条件下，用直角双曲线拟合得到的初始量子效率（α）偏高。由于非直角双曲线中引入了反映光合曲线弯曲程度的参数（凸度），使得α值政党，在高光强下光合作用趋于光饱和，拟合结果更加符合生理意义。     

不同土壤水分条件下麻栎盆栽实生苗的光合响应

在南京林业大学树木园内,应用Li-6400光合作用测定系统测定一年生麻栎（Quercus acutissima Carruth）盆栽实生苗在不同土壤水分条件下的光合响应参数、相同光合有效辐射强度下的净光合作用参数、高光强度下的Pn-CO2变化曲线;用光合作用光响应实测值和直角双曲线修正模型对不同土壤水分条件下麻栎的光响应曲线进行拟合,探讨双曲线修正模型对麻栎幼苗的适用性及麻栎的光合响应规律.结果表明：1）在光合有效辐射强度160μmol/（m2·s）条件下,土壤含水量为24.0％、14.5％、11.4％的处理组和土壤含水量32.0％的对照组之间的净光合速率及蒸腾速率存在显著性差异（P＜0.05）;2）直角双曲线修正模型拟合出的光响应数据除了光饱和点和实测值有较大的差异外,拟合的其他光响应数据相差不大,并随土壤含水量的变化和实测值呈现相同的趋势;3）麻栎的羧化效率、CO2补偿点都随土壤含水量的降低而降低,土壤含水量抑制了1,5-二磷酸核酮糖羧化酶（Rubisco）的酶活性.     

高CO2浓度和遮荫对小麦叶片光能利用特性及产量构成因子的影响

CO2和光能是植物光合作用的动力和底物,它们的变化必然引起植物光合特性和生长的变化。研究大气CO2浓度和光强变化对植物光合生理的影响,有利于认识作物对全球生态变化的生理响应机制。试验以高大气CO2浓度和遮荫为处理手段,通过测定小麦(Triticum aestivum)旗叶的光合气体交换参数、光强光合速率响应曲线和产量构成因子,分析光强光能利用效率之间的关系,研究高大气CO2浓度(760μmol.mol 1)和遮荫对小麦叶片光合特性及产量构成因子的影响。结果表明,高大气CO2浓度下,小麦叶片的净光合速率(Pn)增加;同时最大净光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)显著升高;遮荫处理使小麦叶片的Pnmax、LSP、LCP降低。正常光照下大气CO2浓度升高使小麦叶片呼吸速率(Rd)显著下降,遮荫后大气CO2浓度升高对Rd无显著影响。大气CO2浓度升高能显著提高小麦叶片表观量子效率(AQY),而遮荫对AQY的影响因大气CO2浓度而异,高大气CO2浓度下遮荫使AQY显著提高,正常大气CO2浓度下遮荫则使AQY明显下降。高大气CO2浓度下遮荫使小麦株高、穗长增加,而穗粒数、单株穗粒重、千粒重减小。受光合特性的变化和光强限制,高大气CO2浓度下遮荫使小麦叶片呼吸增强,导致Pn下降,不利于干物质积累和籽粒产量的形成。     

不同供氮水平及水分调控条件下水稻光合作用光响应特征

为了揭示不同水氮调控对水稻功能叶片光合作用光响应特征的影响,在2种供氮水平下,针对分蘖末期和拔节孕穗期开展了不同土壤水分状况下水稻功能叶片光合速率的光响应特征研究。实测结果表明,随土壤水分的降低,水稻功能叶片的光响应曲线下降,且在光强高于400μmol/(m2.s)时,不同土壤水分状况的光响应曲线差距变大,低氮处理光响应曲线受水分亏缺的影响较大。基于实测结果,建立水稻叶片光合速率光响应曲线的数学模拟,得到不同水氮处理水稻功能叶片光响应的特征参数,结果显示最大净光合速率、光饱和点随着土壤水分的降低而下降、其中低氮处理下降幅度较大,在复水后均出现反弹。因此,水分胁迫会降低水稻叶片对强光的适应能力,但此能力在复水后可恢复,在200～300kg/hm2施氮量范围内,增加施氮量可以有效改善叶片光响应特征、并有效促进复水之后反弹补偿的产生,在制定水稻节水灌溉的土壤水分调控指标时,要考虑不同的施氮水平的影响。     

水分胁迫下黄瓜叶片光响应过程的模拟

以黄瓜品种"博新525"(Boxin525)为试材,设置4个土壤水分处理,即正常灌溉CK(土壤相对湿度为70%~80%)、轻度胁迫T1(土壤相对湿度为60%~70%)、中度胁迫T2(土壤相对湿度为50%~60%)、重度胁迫T3(土壤相对湿度为35%~45%),利用LI-6400便携式光合仪测定不同水分处理下黄瓜叶片的光响应曲线,采用直角双曲线、非直角双曲线、指数和叶子飘等4种光响应模型对黄瓜叶片光响应过程进行模拟,运用统计方法进行模拟效果评价,以探讨水分胁迫对黄瓜叶片光响应过程的影响。结果表明:(1)水分胁迫导致黄瓜叶片净光合速率(Pn)下降,当光合有效辐射PAR(photosynthetically active radiation)为800μmol·m~(-2)·s~(-1)时,T1、T2和T3处理叶片Pn分别比CK下降17.92%、26.49%和50.00%。实测与模拟的光响应曲线对水分胁迫的响应趋势一致,随着胁迫程度增加,Pn-PAR曲线变化幅度减小。(2)水分胁迫显著影响黄瓜叶片的光响应曲线参数。4种模型模拟的叶片初始量子效率均随胁迫加重呈先升高后降低的变化趋势;叶片暗呼吸速率以T2处理最高;4种模型计算的T1、T2和T3处理叶片光饱和点平均值较CK分别下降24.28%、31.99%和38.33%,叶片最大净光合速率平均值分别降低23.88%、33.19%和55.78%。(3)CK处理的黄瓜叶片光响应曲线模拟值偏离程度及光响应曲线参数的平均相对误差均最低,水分胁迫降低了黄瓜叶片光响应曲线的模拟效果。(4)4种模型模拟效果以叶子飘模型最佳,其后依次为指数模型、非直角双曲线模型、直角双曲线模型。研究认为水分胁迫显著影响黄瓜叶片的光响应过程,降低黄瓜叶片的光合能力。     

镧浸种处理对玉米光合特性的影响

为了探索镧对玉米光合特性的影响,采用露天盆栽方法,以氯化镧（LaCl3）溶液浸种处理玉米种子,测定大喇叭口期玉米叶片光合日变化、光响应曲线和CO2响应曲线及PEP羧化酶（PEPCase）活性。结果表明,高（120 mg.L-1）低（60 mg.L-1）两个La3＋溶液浓度条件下,玉米叶片光合午休现象得到缓解,气孔因素是主要原因;La3＋溶液浸种处理后,表观量子效率（AQY）和光饱和点（LSP）显著提高,羧化效率（CE）降低,La3＋对PEPCase有明显的抑制作用。说明La3＋溶液浸种预处理主要是通过提高植株对光能的利用来提高玉米叶片的光合效率。     

苗期干旱胁迫及复水对春玉米叶片光能利用特性及抗氧化酶活性的影响

通过盆栽进行春玉米控水试验,设置3个控水水平(正常供水、中度干旱、重度干旱)、2个水分控制时段(干旱、复水),研究苗期不同程度干旱胁迫及复水对春玉米叶片光响应曲线、CO2响应曲线及曲线拟合参数和抗氧化酶活性的影响。结果表明:干旱胁迫条件下春玉米叶片对光辐射的利用能力下降,随着干旱胁迫程度增加,叶片最大净光合速率(Pnmax)、表观量子效率(AQY)、光饱和点(LSP)、最大电子传递速率(Jmax)、最大羧化速率(VCmax)均显著下降,而光补偿点(LCP)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均显著升高。复水后,前期中度干旱处理条件下玉米叶片Pnmax、AQY、LSP、Jmax、VCmax均高于一直正常供水水平和中度干旱水平;而前期重度干旱处理的上述各参数(Jmax、VCmax除外)均未达到一直正常供水水平,但高于重度干旱水平。SOD、POD和CAT活性均有所下降,但仍高于一直正常供水水平和干旱水平,而重度干旱后复水则下降幅度较小。苗期中度干旱锻炼具高抗氧化酶活性清除活性氧,使得膜脂过氧化程度轻,复水后其膜容易修复,使叶片光合效率产生超补偿效应,而重度干旱后复水其膜修复滞缓,使光合效率产生部分补偿效应。因此,在西北旱区春玉米生产实践中,如果进行抗旱锻炼,应限制在中度干旱水平,避免重度干旱。     

低氮胁迫对耐低氮玉米品种苗期光合及叶绿素荧光特性的影响

【目的】叶绿素荧光参数经常用来评价光合器官的功能和环境压力的影响,不同玉米基因型耐低氮胁迫能力差异较大,与光合及叶绿素荧光特性对低氮胁迫的响应机制有关。本文以耐低氮能力差异较大的4个玉米杂交种为试验材料,研究了低氮胁迫对不同耐低氮性玉米品种苗期光合及叶绿素荧光特性的影响,以期明确耐低氮胁迫玉米品种的光合机制。【方法】采用二因素完全随机设计盆栽试验,因素A为不同耐低氮性玉米品种:‘正红311’、‘成单30’和不耐低氮品种‘先玉508’、‘三北2号’;因素B为不同氮素水平:正常氮CK(霍格兰完全营养液,N 15 mmol/L)、低氮胁迫LN1(N 0.5 mmol/L)、极低氮胁迫LN2(N 0.05 mmol/L)。测定了苗期单株干物质积累量,单株氮素积累量,叶片叶绿素含量与荧光特性,以及光合效率指标。【结果】低氮胁迫下玉米苗期单株干物质积累量、单株氮素积累量、叶片叶绿素含量等生理指标显著下降,但耐低氮品种的下降幅度显著低于不耐低氮品种;低氮胁迫下玉米苗净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)显著降低,胞间CO2浓度(Ci)显著升高,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)的降幅及胞间CO2浓度(Ci)的增幅耐低氮品种均显著低于不耐低氮品种;低氮胁迫下可变荧光(Fv)、最大荧光(Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/F0)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ有效光量子产量(Fv'/Fm')和光化学猝灭系数(q P)等叶绿素荧光特性也均显著降低,耐低氮品种下降幅度显著低于不耐低氮品种;低氮胁迫下耐低氮品种PSⅡ实际光量子产量(ΦPSⅡ)降低,不耐低氮品种有所增加;而耐低氮品种非光化学猝灭系数(NPQ)升高,不耐低氮品种有所降低。【结论】耐低氮玉米品种能够减缓低氮胁迫对植株光合系统的影响,进而保证植株较高的氮素积累,提高叶片叶绿素含量,维持较高的PSⅡ有效光量子产量(Fv'/Fm')和光化学猝灭系数(q P),为光合作用提供充足的光能;从而保持了较高的净光合速率(Pn),保证了耐低氮品种在低氮条件下保持较高的干物质生产。