增温增CO2对间作玉米光合特性的影响

【目的】明确增温增CO₂对玉米||花生体系中玉米光合特性的影响,以期为未来气候变化条件下玉米||花生绿色高产高效栽培提供理论依据。【方法】以玉米||花生2﹕4模式为研究对象,2018年设常温常CO₂（TC）和增温增CO₂（+T+C）处理,2019年增设增温增CO₂（+TC）处理,在P₀（0）和P₁₈₀（180 kg P₂O₅·hm^-2）2个磷水平下,研究了增温增CO₂对间作玉米叶绿素含量、SPAD值、光合-光强、光合-CO₂响应曲线及其相关参数的影响。【结果】（1）与TC处理相比,+TC处理提高了间作玉米苗后34 d叶绿素b和叶绿素a+b含量,降低了叶绿素a/b值,苗后55 d施磷条件下,SPAD值、AQY、CE、A_max、V_c,max、J_max和TPU分别提高了7.80%、18.18%、18.86%、13.34%、13.33%和20.14%,产量提高了19.2%—28.1%;与+TC处理相比,+T+C处理提高了苗后55 d和65 d间作玉米AQY,降低了LCP,苗后55 d间作玉米CE、A_max、V_c,max、J_max和TPU分别提高13.58%—32.96%、21.31%—11.61%、9.35%—14.55%、9.52%—15.13%和8.82%—26.16%,产量提高5.25%—18.70%,均达到显著差异水平（P<0.05）。（2）与TC处理相比,+T+C处理间作玉米大喇叭口期和灌浆期SPAD值分别提高4.68%—12.91%和7.88%—18.37%,蜡熟期却降低8.63%—12.72%;间作玉米苗后35 d叶绿素a、b和a+b分别提高17.58%—19.54%、52.55%—59.55%和26.08%—28.47%,叶绿素a/b降低了23.04%—25.18%;间作玉米苗后55 d 的AQY和LSP_n分别提高了30.30%—75.76%和16.87%—19.44%;CE、A_max、V_c,max、J_max和TPU分别提高了15.72%—36.78%、24.91%—32.66%、20.77%—29.83%、20.93%—30.48%和27.16%—30.74%,产量提高了7.24%—52.0%,均达到显著差异水平（P<0.05）。（3）与不施磷相比,施磷提高了TC、+TC和+T+C处理苗后85 d时叶绿素b含量,增幅分别为24.15%、18.64%和22.04%;苗后34 d 的LSP_n分别提高了13.30%、17.0%和9.86%,产量分别提高了24.2%—67.2%、55.6%和27.8%—38.0%,均达到显著差异水平（P<0.05）。【结论】增温和增CO₂均能提高间作玉米生育前期叶绿素含量和净光合速率,两者表现出正向协同作用,而在其生育中后期增CO₂能缓解增温带来的负效应;增温增CO₂能提高间作玉米的产量,关键在于其生育前中期叶绿素含量、羧化效率、最大电子传递速率和磷酸丙糖利用率的提高。施磷具有明显的正效应。     

大气CO2浓度升高对植物细根影响的研究进展

细根是调节生态系统C平衡的主要组分之一,大气CO2浓度升高对细根影响研究已成为当前全球变化背景下关注的热门课题之一,为此从以下几个方面就大气CO2浓度升高对细根的影响研究进展进行了综述:(1)CO2浓度升高对细根生长动态的影响;(2)CO2浓度升高对细根生理特性的影响;(3)CO2浓度升高对细根组分、分泌物、菌根的影响。由于细根生长受较多因素影响,使得研究结果也表现多样性,此外目前的研究技术和方法也存在一些缺陷,因此如何在非干扰环境条件下开展CO2浓度升高对细根影响的研究,是当前研究地下生态学过程面临的难题之一。     

高CO2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。     

CO2浓度升高与温度、干旱相互作用对植物生理生态过程的影响

从CO2浓度升高与温度、CO2浓度升高与干旱的相互作用以及三者协同作用3个方面,总结了近年来国内外关于全球变化对植物生理生态过程(包括光合作用、呼吸作用、水分利用率、化学成分以及生物量积累等方面)影响的研究进展,在此基础上指出未来全球变化背景下植物生理生态的研究应在分子水平上进一步深入,同时应加强CO2浓度升高与温度、土壤水分三者协同作用对植物影响的研究.     

CO2浓度与温度升高对谷子各生育期土壤微生物生物量的影响

为探究CO₂浓度升高、增温以及二者交互作用对谷子各生育期土壤微生物生物量的影响,采用盆栽试验,通过人工气候室控制环境CO₂浓度和温度,设置对照(400μmol·mol^-1 CO₂浓度和22℃环境温度,CK)、CO₂浓度升高(700μmol·mol^-1 CO₂浓度和22℃环境温度,EC)、 CO₂浓度升高和增温4℃(700μmol·mol^-1 CO₂浓度,26℃环境温度,EC+T)3种气候条件,且每个气候条件均设置充分供水（70.0%田间持水量）和轻度干旱（50.0%田间持水量）两种水分处理,分析CO₂浓度升高、增温4℃以及二者交互作用对谷子各生育期（开花期、开花后10 d、灌浆期、成熟期）土壤微生物生物量碳（MBC）、土壤微生物生物量氮（MBN）、土壤微生物生物量磷（MBP）的影响。结果表明:在充分供水条件下,CO₂浓度升高使...     

大气CO2浓度和温度升高对水稻籽粒充实度的影响

为了明确水稻籽粒充实度对未来大气CO_2浓度([CO_2])和温度相伴升高的响应,应用T-FACE(Temperature and Free Air CO_2 Enrichment)试验平台,以优质粳稻南粳9108为试材,研究[CO_2]升高(对照+200μmol·mol-1)和增温(对照+1℃)对水稻灌浆期和收获期不同粒位籽粒充实度和产量的影响。结果表明,与对照(Ambient)相比,高[CO_2]增加了水稻产量和有效穗数,高温的结果与之相反。[CO_2]和温度升高下,2015年和2016年水稻分别减产4.0%和14.0%,有效穗数相应减少3.5%和5.4%。强势粒千粒质量最大,比饱粒、中势粒和弱势粒千粒质量分别提高了8.0%～11.7%、10.5%～15.0%和38.8%～63.9%。与Ambient相比,[CO_2]和温度升高对饱粒、强势粒、弱势粒千粒质量无显著影响,但[CO_2]升高显著提高中势粒千粒质量(P0.05),增温极显著降低了中势粒千粒质量(P0.01)。收获期,[CO_2]升高增加了强、弱势粒穗粒质量,减少了单穗粒质量和中势粒穗粒质量;增温降低了强、中势粒穗粒质量;[CO_2]和温度升高降低了水稻单穗粒质量和中势粒穗粒质量。进一步分析,[CO_2]或温度升高水稻强、弱势粒占穗质量比例增加,中势粒占穗质量比例减少。[CO_2]和温度升高两年弱势粒占穗质量比例平均增加了33.1%,远高于强势粒占穗质量比例的增幅(12.4%),中势粒占穗质量比例平均减少了4.5%。收获期,强、中、弱势粒占穗质量比例分别为9.9%～15.9%、73.2%～84.8%、5.2%～10.6%。因此,中势粒穗粒质量及其比例的减少对产量的影响大于强势粒、弱势粒。2016年单穗粒质量和中势粒穗质量比2015年明显减少,导致2016年产量下降了17.3%～28.6%,增温加剧了产量的降幅,应与2016年水稻开花期高温、灌浆期多雨有关。综上所述,[CO_2]和温度升高下弱势粒占穗质量比例的增加及中势粒千粒质量、穗粒质量及其占穗质量比例的减少,导致[CO_2]升高不能弥补增温对产量的负效应。     

桑叶抗焦虑作用研究

目的：利用焦虑动物模型研究桑叶抗焦虑作用及其物质基础。方法：将小鼠随机分为空白对照组（蒸馏水0.375 mL）、地西泮对照组（0.0023 g/kg）、桑叶组（4.5 g/kg）、真空处理桑叶组（4.5 g/kg）,每组10只,雌雄各半,灌胃给药,1次/d,连续灌胃4 d后,依次采用自主活动仪、明暗箱、高架十字迷宫考察药物对小鼠的行为影响;高效液相色谱法（HPLC）检测行为学实验后小鼠脑神经递质含量。结果：与空白对照组比较,真空处理桑叶组可显著增加小鼠在明箱停留时间（P〈0.05）,并显著提高小鼠开臂滞留时间百分比（OT%）（P〈0.05）。小鼠脑内神经递质检测显示,真空处理桑叶组、桑叶组均可显著降低小鼠脑组织5-羟色胺（5-HT）浓度（P〈0.05）,去甲肾上腺素（NE）、多巴胺（DA）浓度也有降低,但无统计学差异。结论：桑叶具有抗焦虑作用,且其物质基础可能为γ-氨基丁酸（GABA）。     

CO2浓度升高对谷子干旱胁迫缓解的机制研究

为探究干旱胁迫条件下CO₂浓度升高对谷子抗旱性的影响机理,设置2个CO₂浓度(400 μmol/mol左右正常CO₂浓度和高CO₂浓度,600 μmol/mol)和2个水分(正常供水和干旱处理)处理,测定孕穗期谷子光合能力、光合色素积累、叶绿素荧光、抗氧化酶、渗透调节物质、激素、信号转导相关蛋白激酶和逆境相关基因表达量等指标。结果表明:干旱胁迫下高CO₂浓度(600 μmol/mol)处理显著提高谷子叶片水分利用效率(WUE)、净光合速率(P_n)、类胡萝卜素含量(Car)和类胡萝卜素/叶绿素(the ratio of carotenoids to chlorophyll);显著增加光化学淬灭系数(qP)、非光化学淬灭系数(NPQ),降低蒸腾速率(T_r);显著增加谷子叶片热休克蛋白(HSP-70)含量、脯氨酸(Pro)和脱落酸(ABA)含量及其相关基因表达量。干旱胁迫下高CO₂浓度(600 μmol/mol)处理可显著增加谷子叶片丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)含量及其相关基因表达量,过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽-S-转移酶(GST)活性也显著增加。综上,高CO₂浓度(600 μmol/mol)处理可通过缓解干旱胁迫下谷子叶片气孔导度和水分利用效率的降低、提高谷子渗透调节及信号转导能力,从而促进抗旱相关基因表达来提高谷子的抗旱能力。     

Growth response of 98 barley (Hordeum vulgare L.) genotypes to elevated CO2 and identification of related quantitative trait loci using genome‐wide association studies

Elevated CO₂ (eCO₂) concentrations can stimulate crop growth, but little is known about intraspecific variability in the response to eCO₂ and the underlying genetics in cereals. Field experiments over two years with 98 barley genotypes were conducted in open‐top chambers (OTCs) under ambient CO₂ (400 ppm) and eCO₂ (700 ppm) concentrations. At crop maturity, different fractions of aboveground biomass (AGB) were measured, and genome‐wide association studies (GWASs) were conducted to identify quantitative trait loci (QTL). Averaged across all genotypes, eCO₂ significantly enhanced AGB by 15%, while the increase in culm and ear biomass alone was not significant. The AGB response to eCO₂ of the individual genotypes ranged from c. ?36% to +95% compared with ambient CO₂ (aCO₂), showing a large variability of growth responses. In GWAS, 51 associations between SNP markers and the relative changes (eCO₂/aCO₂) in biomass were detected on different chromosomes. Loci potentially involved in biomass alterations under eCO₂ were identified. The wide range of variability in responses might be exploited by marker‐based breeding for climate‐resilient barley.     

Elevated atmospheric CO2 and the future of crop plants

Atmospheric CO₂ levels on Earth have risen steeply over the last 60 years and will continue to do so in future. CO₂ traps heat from earth's surface, which causes an increase in temperature and leads to other climatic changes. Crop plants are currently challenged by climate change. In general, elevated CO₂ increases photosynthetic rates, plant growth and the ability of plants to counteract stress. However, the effect of eCO₂ on respiration is not apparent. Plants growing at eCO₂ probably do not have sufficient respiratory ATP to drive cellular processes like nutrient uptake and transport, which impairs their nutritional quality. Here, we review how eCO₂ modulates growth and nutritional value of crop plants, emphasizing the contribution of photosynthesis and respiration. We highlight the mechanisms that modulate acclimation and adaptive responses of plants to eCO₂ and also discuss the ecological consequences. Finally, we project sorghum as a model for an eCO₂ ready crop.