Responses of leaf stomatal and mesophyll conductance to abiotic stress factors

Plant photosynthesis assimilates CO₂ from the atmosphere, and CO₂ diffusion efficiency is mainly constrained by stomatal and mesophyll resistance. The stomatal and mesophyll conductance of plants are sensitive to abiotic stress factors, which affect the CO₂ concentrations at carboxylation sites to control photosynthetic rates. Early studies conducted relevant reviews on the responses of stomatal conductance to the environment and the limitations of mesophyll conductance by internal structure and biochemical factors. However, reviews on the abiotic stress factors that systematically regulate plant CO₂ diffusion are rare. Therefore, in this review, the rapid and long-term responses of stomatal and mesophyll conductance to abiotic stress factors (such as light intensity, drought, CO₂ concentration and temperature) and their physiological mechanisms are summarized. Finally, future research trends are also investigated.     

快速干旱下钾对玉米叶片光合作用的影响

用离体干燥的方法,研究了快速干旱条件下钾对玉米叶片光合作用的影响.结果表明,施钾可明显改善叶肉细胞的光合活性,延缓光合机构受干旱损伤的时间和程度,提高气孔对CO₂的导性,增强气孔的调节能力,减少蒸腾失水,显著提高玉米的水分利用效率.     

超级杂交稻两优培九高产的光合特性及其生理基础

超级杂交稻两优培九(培矮64S/9311)是中国超级稻计划完成第一步目标的标志性品种,与其亲本籼稻9311和之前大面积种植的当家杂交籼稻汕优63相比,具有明显的产量超亲优势和竞争优势,近15年来累计种植面积遥居杂交稻首位。两优培九稻谷产量高的生物学基础是源于优良光合特性而获得较高的生物学产量,因此,研究其光合特性及其生理基础,有助于了解高产杂交稻生长优势的光合特征和利用探索性育种技术提高水稻光合性能,为杂交稻超高产育种和栽培提供理论基础和技术途径。多年较系统的研究发现,与9311和汕优63相比,两优培九在正常生长和衰老过程中,光能吸收、传递和转化效率及碳同化等方面均具有优势,Pn较高,光合性能优异。表现在对强光和弱光、UV-B辐射增强的适应性或耐受能力及抗衰老能力更强;具有多种抵御偏低或过高温度的策略,对不良温度的适应性或耐受能力更强;水分亏缺造成的伤害较轻;光合速率随施用氮肥量的增加而提高,低氮或高氮条件下,均具有光合能力的比较优势;光合作用对大气CO_2浓度升高、土壤pH、盐胁迫等环境条件的适应能力更强。两优培九优异的光合性能与其光合机构和酶学基础有关,表现为叶绿体类囊体膜基粒数多、片层高而长、垛叠密集;叶绿素含量高,出现衰老特征晚,生育后期叶绿体衰败、叶绿素分解速度较慢;具有更高的Rubisco初始羧化活性、总羧化活性和活化率;C4光合途径酶活性较高,在低光强下仍有较高的碳同化效率,CO_2补偿点和光呼吸活性均较低;叶片的SOD、POD等抗氧化酶含量和活性均高,内源O2.-、H_2O_2含量低,抗膜脂过氧化能力较强。笔者认为,高产杂交稻育种要做到"遗传上有性状杂种优势,形态上有优良光合株型,功能上有优异光合性能"的遗传、形态和功能"三优"相结合;探究两优培九C4特性与高光合性能的联系和研究新的更高产杂交稻的光合特性,有助于加深对高产杂交稻光合生长优势的理解和探索针对性技术促进C4光合功能等,从而进一步提高光合生产以至于稻谷产量。     

Responsibility of non-stomatal limitations for the reduction of photosynthesis—response of photosynthesis and antioxidant enzyme characteristics in alfalfa (Medicago sativa L.) seedlings to water stress and rehydration

Water stress by polyethylene glycol (PEG)-6000 solution (ψ _s = 0.2 MPa, stress time: 48 h, rehydration time: 48 h) was performed in leaves of two alfalfa cultivar (Long-Dong and Algonquin) seedlings. Gas exchange parameters, chlorophyll fluorescence parameters, activity of antioxidant enzyme and photosynthetic pigment concentrations were measured to investigate the available photosynthetic and antioxidant enzyme response to variable water conditions as well as stomatal and non-stomatal limitations to photosynthesis. The results showed that non-stomatal limitations were responsible for the reduction of photosynthesis during water stress. At the beginning of water stress (12 h), water was lost and then the stomata closed rapidly, which resulted in a decrease of transpiration, net photosynthesis and CO₂ diffusion. Therefore, when intercellular CO₂ concentration and carboxylation efficiency decrease, water use efficiency and value of stomatal limitation would increase. However, the decline of net photosynthetic rate was faster than transpiration rate. At the same time, the maximal photochemical efficiency, potential activity of PSII reaction center and photochemical quenching of chlorophyll fluorescence declined significantly, the activity of antioxidant enzyme increased rapidly and the photosynthetic pigment concentrations changed slightly. The results also indicated that, at the initial period of stress, neither oxidative stress nor membrane lipid peroxidation was induced, nor were photosynthetic structures damaged, but photosynthetic functions were partly inhibited. Therefore, the stomatal limitation and non-stomatal limitations had the same responsibility for the reduction of photosynthesis. At the mid-late stage of water stress, net photosynthetic rate, stomatal conductance, maximal photochemical efficiency, potential activity of PSII reaction center and photochemical quenching of chlorophyll fluorescence decreased linearly with the decline of the relative water content. And the relative electron transport rate, the effective quantum yield of PSII photochemistry and photosynthetic pigment concentrations declined continually. The activity of antioxidant enzymes maintained at a higher level but malondialdehyde accumulated gradually with prolonging of water stress. Simultaneously, the non-photochemical quenching of chlorophyll fluorescence increased obviously after water stress for 24 h. The remarkable decline of light saturated point of photosynthetic electron transport, that is, the initial point of photo-inhibition, was observed in advance. Therefore, non-stomatal limitations dominated the changes of a series of physiological and biochemical reactions during mid-late period of water stress. After 48 h rehydration, all the parameters except intercellular CO₂ concentration in Long-Dong recovered obviously but incompletely, which resulted from severe oxidative injury and photo-inhibition induced by water stress even though photo-protection was triggered during water stress in alfalfa leaves. Alfalfa seedlings were sensitive to water stress and there were certain differences between cultivars.     

滴灌条件下水氮耦合对春小麦光合特性及产量的影响

以春小麦新春6号为材料,在滴灌技术条件下,研究了3个滴水处理(W1.1500 m3.hm-2,W2.3000m3.hm-2,W3.4500 m3.hm-2)和3个氮肥水平(N1.0,N2.150 kg.hm-2,N3.300 kg.hm-2)对春小麦光合特性及产量的影响。结果表明,不同水氮耦合处理中,滴灌春小麦的Pn、Gs、Ci均比传统畦灌有所提高,叶绿素含量下降较慢。相同水分条件下,随着滴氮量的增加春小麦Pn和叶绿素含量逐渐升高;相同氮肥处理下,其开花期Pn随滴水量的增加而增加,叶绿素含量则减少。其中,处理W2N3、W3N2在生长后期能够维持较高的Pn、Gs和Ci,表现出较高的水肥利用效率,并且其产量效应明显。     

CO2浓度倍增对干旱胁迫下黄瓜幼苗光合特性的影响

 【目的】探讨黄瓜幼苗对CO2浓度倍增和干旱胁迫的光合响应机理。【方法】以‘津优1号’黄瓜水培幼苗为试材,采用裂区设计,主区设大气CO2浓度(约380 μmol?mol-1)和倍增CO2浓度(760±20 μmol?mol-1)2个CO2浓度处理,裂区设对照、中度和重度干旱胁迫3个水分处理,研究CO2浓度倍增对干旱胁迫下黄瓜幼苗光合特性的影响。【结果】(1)干旱胁迫显著降低了黄瓜幼苗叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)。在干旱胁迫条件下,CO2浓度倍增可显著降低Tr和Gs、显著提高Pn,从而显著提高水分利用效率(WUE),而且CO2浓度与干旱胁迫对黄瓜幼苗叶片的Pn、Tr、WUE和Gs均有显著的互作效应(P＜0.01);(2)干旱胁迫显著降低了黄瓜幼苗叶片表观量子效率(AQY)、最大同化速率(Amax)、最大羧化速率(Vcmax)、光饱和的电子传递速率(Jmax)、磷酸丙糖利用率(TPU)和光饱和点(LSP),提高了光补偿点(LCP)。CO2浓度倍增能显著提高对照和中度干旱胁迫条件下的AQY和Amax,在重度干旱胁迫条件下差异不显著。CO2浓度倍增可显著提高对照条件下的Vcmax、Jmax和TPU,降低CO2补偿点(Γ*)和呼吸速率(Rd),而在干旱胁迫条件下各项指标之间差异不显著(中度干旱胁迫条件下 Γ*显著降低4.9%除外)。【结论】中度干旱胁迫条件下黄瓜叶片Pn的降低主要是气孔限制,而重度干旱胁迫条件下则是气孔和非气孔因素共同作用的结果,干旱胁迫可导致黄瓜幼苗光合电子传递和光合磷酸化能力显著降低;CO2浓度倍增可通过提高黄瓜叶片的净光合速率和降低蒸腾速率来提高干旱胁迫条件下叶片水分利用效率,在适度的干旱胁迫条件下,CO2浓度倍增也可以通过提高叶片表观量子效率和光饱和的最大同化速率而提高光合性能。因此,推测在干旱或半干旱地区,设施CO2施肥技术或未来逐渐升高的大气CO2浓度可在一定程度上改善作物的水分状况和增强抗旱能力,提高水分利用效率,从而部分缓解干旱胁迫引起的负面效应。     

土壤干旱下云锦杜鹃光合作用的限制形式*

 以盆栽五年生云锦杜鹃为材料,研究了土壤干旱胁迫下光合作用的限制形式。结果表明：轻度干旱胁迫下光合速率的下降主要由气孔限制引起,中度和重度胁迫下主要由非气孔限制引起,此时表观量子效率、最大光化学效率和羧化效率明显降低。云锦杜鹃光合日进程中出现了明显的光合“午休”。“午休”主要由非气孔限制引起,表观量子效率和光化学效率下降表明光抑制是午间非气孔限制形成和发展的深层原因。干旱胁迫加重了午间光合作用的光抑制。     

不同CO2浓度变化下干旱对冬小麦叶面积指数的影响差异

叶面积指数是作物生长状况的一个重要表征参数,也是研究陆地生态系统的一个重要的参数.当今世界温室气体排放逐年上升,气候变暖趋势明显,对气候变化敏感的农业将受到影响.在全球变化的背景下,采用农业技术转移决策支持系统(DSSAT)系统,通过在黄淮海平原典型站点模拟3种CO2浓度条件下冬小麦在水分充足和水分亏缺2种情境下的生长过程,分析不同CO2浓度下水分亏缺对冬小麦叶面积指数的影响差异.研究发现,CO2浓度升高对叶面积指数增长有促进作用,且在干旱情况下对叶面积指数的正效应比湿润情况下更为明显,在CO2浓度倍增条件下,发生水分亏缺的作物叶面积指数数倍增长.研究结论有助于分析CO2浓度变化对农作物生长过程的影响,为农田水分管理提供依据,又为估算叶面积指数提出了一种模型的方法.     

甘蔗近缘种蔗茅(Erianthus fulvus)光合气体交换特性的差异分析

【目的】研究蔗茅无性系气体交换特性,筛选高光效种质资源,为开展高光效品种培育等相关研究奠定基础。【方法】在自然条件下,利用Li-6400便携式光合仪测定36份蔗茅种质资源的光合气体交换参数,如叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO_2浓度、蒸腾速率、叶片饱和水汽压亏缺、蒸腾效率、叶片瞬时水分利用效率。【结果】36份蔗茅种质资源平均净光合速率为17.61μmol·m~(-2)·s~(-1),倍数变化为2.28;平均气孔导度为0.15 mol·m~(-2)·s~(-1),倍数变化为2.88;平均胞间CO_2浓度为163.49μmol·mol~(-1),倍数变化为2.29;平均蒸腾速率为2.17 mmol·m~(-2)·s~(-1),倍数变化为1.96;平均叶片饱和水汽压亏缺为1.38 MPa,倍数变化为1.60;平均蒸腾效率为124.43μmol CO_2·mol~(-1)H_2O,倍数变化为1.93;平均叶片瞬时水分利用效率为8.12μmol CO_2·mmol~(-1)H_2O,倍数变化为1.75。36份蔗茅无性系光合气体交换参数变异系数范围为11.79%—26.79%,其中,气孔导度变异系数最高(26.79%),净光合速率次之(21.48%),叶片瞬时利用效率最低(11.79%),36份蔗茅无性系光合气体交换参数间存在较大差异。净光合速率与蒸腾速率、气孔导度、叶片瞬时水分利用效率呈显著正相关,与叶片饱和水汽压亏缺呈显著负相关;气孔导度与胞间CO_2浓度、蒸腾速率呈显著正相关,与叶片饱和水汽压亏缺、蒸腾效率呈显著负相关。环境因子相关分析表明,叶片饱和水汽压亏缺与经度呈正相关,与海拔、纬度呈负相关,依据海拔划分为高海拔和低海拔,高海拔拥有相对较高的光合速率。进一步利用主成分分析选出2个主成分,方差累计贡献率达到89.79%,净光合速率、气孔导度、蒸腾速率即光合效率作为第一主成分的主导因子;胞间CO_2浓度、叶片瞬时水分利用效率、蒸腾效率即水分利用效率因子作为第二主成分的主要因子。36份蔗茅无性系材料可划分为五类,分别划分为光合效率高、较高、中、低、较低和水分利用效率高、较高、中、低、较低类5个类群。在聚类基础上进行逐步判别分析,7个光合气体交换参数有5个进入判别函数,建立了5个判别能力较高的判别模型,回判的准确率达97.22%。【结论】第Ⅳ大类群具有较高光合效率和较高水分利用效率,材料丰富,拥有较好的育种应用前景。     

北方冬麦区CO_2浓度增高与氮肥互作对冬小麦生理特性和产量的影响

【目的】阐明CO_2浓度增高与氮肥互作对冬小麦生理和产量的影响,为客观评估气候变化背景下冬小麦生产潜力提供理论依据。【方法】2011—2014年利用开放式CO_2富集系统(FACE)平台,采用盆栽方法,研究冬小麦"中麦175"在不同CO_2浓度及高低氮肥水平下(高浓度CO_2 550 mg·L~(-1)和大气浓度390 mg·L~(-1);高氮N1,0.16 g·kg~(-1)和低氮N0,0 g·kg~(-1))的生育进程、光合特征及产量变化。CO_2富集处理于每年返青-成熟期间进行,通气时间为每日6:30-18:30,夜间不通气。CO_2浓度通过计算机程序控制,并根据具体风向和风速控制释放管电磁阀的开合度,实现预定设置浓度。【结果】盆栽试验表明与大气CO_2浓度相比,高浓度CO_2加快了冬小麦生育进程,拔节期提前1d,开花期可提前1-2 d,全生育期可缩短3-5 d,高氮肥处理对生育进程具有延迟作用,开花期延长1-2 d,灌浆期可延长4-5 d,同步缓解高浓度CO_2对生育进程的加快作用;高浓度CO_2使叶片光合速率提高13.7%,产量平均提高16.0%,且在高氮肥下光合速率的增幅比低氮肥相对提高2.5%,蒸腾速率提高13.5%;试验中单独高氮较低氮的增产效果达到50%,高于单独高浓度CO_2较大气浓度的增产效果;高浓度CO_2对产量构成中穗粒数和千粒重提高明显,高浓度CO_2较大气浓度穗粒数增加3.69%,单独高氮处理较低氮处理平均穗粒数增加3.43%,即CO_2肥效起到了增加穗粒数的作用并略高于单独氮肥处理,高氮和高CO_2双重促进下的穗粒数最多,达到38.37粒/穗,低氮和低CO_2处理的穗粒数水平最低,可见CO_2和氮肥互作对穗粒数的促进相对更明显,各自单独施用的促进作用彼此差异不大,但低氮、大气CO_2浓度处理的穗粒数则相对较低;与大气CO_2浓度相比,高浓度CO_2的千粒重增加5.3%,高氮高浓度CO_2处理的千粒重大约提高7.3%,说明氮肥的施用促进了高浓度CO_2对千粒重的提升效果。【结论】高浓度CO_2可提高冬小麦产量,且与氮肥有明显的正向互作关系,高氮肥处理可降低CO_2浓度升高对生育期的加快作用,提高光合能力,促进CO_2肥效的发挥;CO_2对冬小麦产量的提高主要是缘于CO_2浓度升高有利于穗粒数和千粒重的增加,育种中可以做综合性考虑和应用。     

适宜氮水平下冬油菜苗期不同叶位叶片光合氮分配特征

【目的】探讨适宜氮水平下冬油菜苗期不同叶位叶片的光合速率及其内部光合氮素利用特征,并分析氮素营养影响光合氮利用效率的限制因子,为合理施用氮肥提供理论依据。【方法】采用田间试验,设置4个施氮水平(0、45、180和360 kg·hm~(-2),分别用N_0、N_(45)、N_(180)和N_(360)表示),测定苗期干物质积累及成熟期产量。选取N_0(对照)和N_(180)(适宜氮水平)处理,将植株绿叶从上而下平均分为上部、中部和下部,测定不同叶位叶片最大净光合速率(P_n max)、氮含量(N_A)、叶绿素含量(Cc)以及可溶性蛋白氮含量(N_S)等相关生理、光合参数,并计算叶片氮素在光合组织系统(羧化系统、生物力能学组分和捕光系统)的分配比例,分析叶片氮素利用特征。【结果】施氮对冬油菜增产效果显著,N_(45)、N_(180)和N_(360)较N_0处理增产幅度分别达170.0%、505.6%和604.1%,其中,N_(180)与N_(360)处理产量差异不显著;苗期干物质积累与产量表现一致。与N_0处理相比,N_(180)处理冬油菜不同叶位叶片N_A、Cc和P_n max均显著升高,上部和中部叶片光合氮利用效率(P_NUE)有所下降。光合组织系统氮分配结果表明,N_(180)处理上部、中部叶片,氮素在光合组织系统中羧化系统(P_C)、生物力能学组分(P_B)及捕光系统(P_L)的分配比例均低于N_0处理,但各组分氮含量较N_0处理平均增加幅度分别达到20.6%、11.8%和28.8%。施氮与否对相同叶位叶片可溶性蛋白氮(N_S)与非可溶性蛋白氮(N_(non-S))的比例影响不大,但显著影响光合组织系统在N_S和N_(non-S)中的分配,其中N_0处理各部叶片的羧化系统氮含量(NC)占N_S的比例平均为83.4%,N_(180)处理比例为60.3%。基于边界线分析法定量各光合组织系统分配对P_NUE的影响结果表明,P_C和P_B对P_NUE的影响大小分别为26.8%和42.6%,显著高于P_L的影响。氮素营养对P_NUE的影响以P_C和P_B限制为主,平均所占比例达77.8%。上部叶P_NUE主要受P_C限制,所占比例达83.3%;而下部叶片P_NUE主要受P_B和P_L限制。【结论】施氮对冬油菜增产效果显著,施氮量为180 kg·hm~(-2)时较为适宜。缺氮条件下,植株将有限的氮尽可能地向光合器官中分配,且下部叶片光合氮素较早发生降解,而适宜氮水平下能维持光合蛋白在各自蛋白类型内的分配比例。氮素营养限制光合氮素利用效率提高的主要因子是羧化系统和生物力能学组分氮分配;随着叶位的降低光合氮素利用效率的主要限制因子由羧化系统氮分配逐渐转变为捕光系统及生物力能学组分氮分配。     

CO2倍增对干旱胁迫下大豆光合效应的影响

采用开顶式气室,研究了干旱胁迫下CO2浓度升高对大豆生长状况、光合作用及蒸腾作用的影响。结果表明,CO2浓度升高,大豆的光合速率提高5％,蒸腾速率降低6．8％,气孔导度降低11％,大豆的水分利用效率提高了1．03倍,增强了大豆的抗旱性。CO2浓度升高,可增强土壤微生物的活动,使大豆根瘤数增多。干旱胁迫则使大豆的光合速率、蒸腾速率、气孔导度降低,水分利用效率提高。     

Quantifying key model parameters for wheat leaf gas exchange under different environmental conditions

The maximum carboxylation rate of Rubisco(V_(cmax)) and maximum rate of electron transport(J_(max)) for the biochemical photosynthetic model, and the slope(m) of the Ball-Berry stomatal conductance model influence gas exchange estimates between plants and the atmosphere. However, there is limited data on the variation of these three parameters for annual crops under different environmental conditions. Gas exchange measurements of light and CO_2 response curves on leaves of winter wheat and spring wheat were conducted during the wheat growing season under different environmental conditions. There were no significant differences for V_(cmax), J_(max) or m between the two wheat types. The seasonal variation of V_(cmax), J_(max) and m for spring wheat was not pronounced, except a rapid decrease for V_(cmax) and J_(max) at the end of growing season. V_(cmax) and J_(max) show no significant changes during soil drying until light saturated stomatal conductance(gssat) was smaller than 0.15 mol m~(–2) s~(–1). Meanwhile, there was a significant difference in m during two different water supply conditions separated by gssat at 0.15 mol m~(–2) s~(–1). Furthermore, the misestimation of V_(cmax) and J_(max) had great impacts on the net photosynthesis rate simulation, whereas, the underestimation of m resulted in underestimated stomatal conductance and transpiration rate and an overestimation of water use efficiency. Our work demonstrates that the impact of severe environmental conditions and specific growing stages on the variation of key model parameters should be taken into account for simulating gas exchange between plants and the atmosphere. Meanwhile, modification of m and V_(cmax)(and J_(max)) successively based on water stress severity might be adopted to simulate gas exchange between plants and the atmosphere under drought.     

CO_2倍增对干旱胁迫下大豆光合效应的影响

采用开顶式气室,研究了干旱胁迫下CO2浓度升高对大豆生长状况、光合作用及蒸腾作用的影响。结果表明,CO2浓度升高,大豆的光合速率提高5%,蒸腾速率降低6.8%,气孔导度降低11%,大豆的水分利用效率提高了1.03倍,增强了大豆的抗旱性。CO2浓度升高,可增强土壤微生物的活动,使大豆根瘤数增多。干旱胁迫则使大豆的光合速率、蒸腾速率、气孔导度降低,水分利用效率提高。     

干热河谷牛角瓜苗期光合生理特性的种源间差异

为了解干热河谷不同种源牛角瓜Calotropis gigantea苗期的光合生理特性,比较分析了牛角瓜幼苗净光合速率(P_n),气孔导度(G_s),胞间二氧化碳摩尔分数(C_i),蒸腾速率(T_r),水分利用效率(W_UE),光能利用效率(L_UE),瞬时羧化效率(C_E)和气孔限制值(l_s)在元江、红河、个旧、建水、元阳等种源间的日变化动态与日均值差异。牛角瓜5个种源的P_n日变化动态均呈双峰曲线,但在不同时刻的数值存在种源间差异。牛角瓜对高温具有极强的适应性,它通过增加气孔导度和蒸腾作用来提高光合同化效率。干热河谷的极端高温不是影响牛角瓜幼苗光合作用与羧化反应的限制因素,而正午的强光辐射显著抑制了牛角瓜幼苗的光合作用与水分利用。干热河谷牛角瓜不同种源间的光合生理参数日均值具有显著差异(P＜0.05),红河种源的P_n,T_r,L_UE和C_E显著高于其他4个种源(P＜0.05),个旧种源表现出“高光合、低蒸腾”的显著特点,具有最高的W_UE和较高的P_n,L_UE和C_E,因此筛选出红河、个旧为具有高水平光合生产与水分利用潜力的干热河谷牛角瓜种质资源。图3表1参43     

3种卫矛属植物的光合及耗水特性对干旱胁迫的响应

近年来干旱频发，严重限制了城市绿化的推进。为了探究卫矛属植物中观赏价值较高的栓翅卫矛和华北卫矛的光合及耗水特性对干旱胁迫的响应，以便为城市绿化植物的选择提供依据，以1年生实生苗的青海种源栓翅卫矛（Q）、河南种源栓翅卫矛（N）和华北卫矛（H）为试验材料，通过人工模拟水分胁迫环境，测定不同卫矛的光合及耗水特性，并通过隶属函数分析法对干旱胁迫进行评价。结果表明：在整个干旱胁迫过程中，Q、N和H的气孔导度（G_s）、净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）和胞间CO₂浓度（C_i）均呈降低的趋势，分别降低了80.8%、89.7%、78.9%、27.8%，97.0%、96.2%、95.5%、11.3%和97.9%、92.9%、96.9%、18.9%；在不同梯度的干旱胁迫下，苗木的耗水速率日变化都只呈现一个明显的峰值，但其峰值点却发生了偏移。隶属函数结果表明，在正常水分条件下抗旱能力为H＞Q＞N，在轻度干旱下为N＞Q＞H，在重度干旱下为Q＞N＞H。综合来看，栓翅卫矛是相对高光合低耗水的树种。其中，Q在相同程度干旱胁迫下，其还能保持相对较好的气体交换和吸水能力来维持正常的生理活动。     

黄土半干旱区侧柏气体交换和水分利用效率日变化研究

利用Li 6 2 0 0便携式气体分析系统 ,对黄土半干旱区山西省方山县试验地自然条件下 ,侧柏的气体交换、气孔导度和水分利用效率及相应环境因子进行测定 .结果表明 ,净光合速率日变化曲线呈双峰型 ,气孔导度日变化曲线呈凹型 ,蒸腾速率日变化曲线呈单峰型 ,水分利用效率最高值出现在上午较早时分 .根据Farquhar和Sharkey提出关于区分光合作用的气孔限制与非气孔限制的两个标准 ,分析表明侧柏在上午 (1 0 :0 0— 1 2 :0 0 )光合速率下降主要是由气孔因素的气孔导度决定的 ,而午间 (1 2 :0 0— 1 4 :0 0 )的光合午休和午后 (1 6 :0 0— 1 8:0 0 )光合速率的下降则主要归因于非气孔因素的叶肉细胞羧化能力的降低 .     

矮化砧及对应中间砧苹果叶片光合对光照和CO2响应的模型模拟与评价

为了阐明矮化砧木调控苹果叶片光合作用对光照度和CO₂响应的机制,筛选适宜的苹果叶片光合模型,以8 a生''长富2号''苹果为试材,设置4 种砧木处理：M9、M26、M9/八棱海棠和M26/八棱海棠。结果表明：各个模型均可用于模拟不同砧木苹果叶片光合-光响应（P_n-PAR）和光合-二氧化碳（P_n-CO₂）响应过程,决定系数（R）均大于0.99。非直角双曲线模型（NRH）对M9/八棱海棠和M26/八棱海棠叶片的P_n-PAR曲线模拟的R最大,均方根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）最小,直角双曲线修正模型（MRH）对M9和M26叶片的P_n-PAR曲线模拟的R最大,RMSE和MAE最小,且MRH模型对各处理的P_n-CO₂曲线模拟精度最高。与实测值相比,基于MRH模型的光合参数估计值相对误差最小,且获得的参数信息最全面,NRH模型次之。M26和M26/八棱海棠的初始量子效率、最大净光合速率、光饱和点、羧化效率、光呼吸速率高于M9和M9/八棱海棠,而光补偿点、CO₂补偿点、暗呼吸速率低于M9和M9/八棱海棠,说明M26对弱光和低CO₂浓度的利用效率高,耐弱光能力强,呼吸消耗少。结论：基于叶片尺度光合模型的砧木光合能力评价可优先考虑使用NRH和MRH模型。M26在作为基砧及中间砧的叶片光合能力优于M9。     

氮钾配施对甘薯光合产物积累及分配的影响

【目的】探讨氮钾配施对甘薯光合产物转移分配的影响及其生理机制。【方法】开展两年田间试验,设CK(不施肥)、单独施氮(75 kg N·hm~(-2))、单独施钾(150 kg K_2O·hm~(-2))和氮钾配施(75 kg N·hm~(-2)+150 kg K_2O·hm~(-2))4个处理,在生长前期(40 d)和薯块膨大期(100 d)分别进行~(13)C叶片标记。测定了功能叶~(13)C积累量和分配率、蔗糖合成酶(SS)和磷酸蔗糖合成酶(SPS)活性、叶绿素荧光和光合特性、干物质积累和产量等指标,并进行逐步回归分析、通径分析和RDA分析。【结果】与单独施氮和单独施钾相比,氮钾配施处理2014和2015年分别增产7.9%—10.1%和9.3%—10.7%。双因素分析表明,氮钾配施对甘薯产量的增加呈显著的正交互效应,其中,2014年交互效应值为0.95 t·hm~(-2),2015年交互效应值为1.35 t·hm~(-2)。在生长前期和薯块膨大期,与氮、钾处理相比,氮钾配施处理显著提高了甘薯功能叶光合及叶绿素荧光特性,从而促进了两关键生长期光合产物的积累。其中CO2同化速率对应的量子产额(ΦCO2)提高27.1%—39.7%,净光合速率(Pn)提高9.1%—20.2%,甘薯地上部和地下部~(13)C总积累量提高26.3%—42.2%。氮钾配施条件下光合产物分配在两生长期内存在差异。生长前期,氮钾配施处理通过提高叶片SS和SPS酶活性,显著提高了地上部~(13)C分配率(达60.7%)(P0.05),促进光合产物在源器官分配;薯块膨大期,氮钾配施处理显著提高块根中SS和SPS酶活性,光合产物在库-源器官膨压差的作用下由地上部向地下部转运,显著提高~(13)C向块根分配(~(13)C分配率为71.6%,P0.05)。逐步回归分析表明,SS和SPS酶活性、光合特性和叶绿素荧光特性是调控甘薯光合产物分配的关键指标(R1=0.954,R2=0.912);通径分析表明,生长前期氮钾配施对甘薯~(13)C分配的影响直接作用系数较大的是Pn、Fv/Fm和SS;薯块膨大期氮钾配施对甘薯~(13)C分配的影响直接作用系数较大的是Pn、ΦPSⅡ和SPS。【结论】生长前期,氮钾配施处理通过提高Pn、Fv/Fm和SS促进光合产物在地上部积累,实现"建源",而薯块膨大期主要提高Pn、ΦPSⅡ和SPS促进光合产物由地上部向地下部转运,兼顾"促流"和"扩库",氮钾协同最终提高了甘薯产量。     

水氮耦合对燕麦光合特性的影响

为了解水氮耦合对燕麦旗叶光合特性的影响,揭示不同水分条件下的氮肥效应,探明适宜燕麦生长的最佳水氮条件。以燕科1号为供试材料,在防雨棚内肥水控制的条件下,研究燕麦在不同水氮条件下净光合速率(Pn)、胞间CO2摩尔分数(Ci)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)及水分利用效率(WUE)的变化规律。结果表明,在供水欠缺的W1、W2条件下,适量的施氮可以提高水分胁迫下植物的渗透调节能力和抗旱性,达到增加Pn、Ci、Gs、Tr及WUE的目的;在供水较充足的W3条件下,施氮可明显提高燕麦各光合生理指标,而且与施氮135kg.hm-2(N3)耦合,可充分发挥水氮互作优势,为最佳水氮耦合模式,但当施氮量达180kg.hm-2时,各光合生理指标有下降趋势,水氮互作优势减弱。可见,水、氮水平以及水氮互作效应在一定程度上决定燕麦的光合生产能力。水、氮两因素及其互作效应对Pn、Tr、Gs、Ci、WUE的影响均达到显著或极显著水平。