荒漠植物红砂在持续干旱胁迫下的光保护机制研究

红砂（Reaumuria soogorica）是一种广泛分布于中国半荒漠地区的多年生半灌木,自然生境下具有很强的耐旱、耐高温和高辐射的能力。本实验在人为控制水分进行持续干旱胁迫的过程中,通过测定红砂的气体交换和叶绿素荧光参数的日变化来研究红砂干旱胁迫下的光保护机制。结果表明,土壤相对含水量下降的过程中,红砂叶片水势也相应地下降;净光合速率（Pn）的日变化由‘双峰型’逐渐趋向‘单峰型’;水分利用效率（WUE）随着干旱程度的增加而升高,植物接近休眠时下降;净光合速率 (Pn)、PSⅡ最大光化学效率 (Fv/Fm)和PSⅡ非循环式电子传递效率(ΦPSⅡ)在中午都明显降低;干旱胁迫下初始荧光(F0)出现明显的升高,日变化趋势为先上升后下降。说明红砂在干旱期间,采取了依赖于叶黄素循环的热能耗散和PSⅡ反应中心可逆失活两种光抑制的保护机制来度过干旱维持生存。     

干旱胁迫下不同地理种源蒙古沙拐枣(Calligomum mongolicum)光合及荧光特性比较

以3个地理种源(武威、张掖、酒泉)蒙古沙拐枣(Calligomum mongolicum)两年生苗木为试材,研究干旱胁迫对其光合及荧光参数的影响,并采用投影寻踪法对其进行了抗旱性评价。结果表明:干旱胁迫导致3个地理种源蒙古沙拐枣光合作用均有所下降,但下降幅度不同,尤其在张掖和酒泉种源间差异显著(p0.05)。在重度干旱时,3个种源的光合速率(Pn)酒泉武威张掖,蒸腾速率(Tr)张掖武威酒泉,气孔导度(Gs)酒泉武威张掖。干旱胁迫下,3个地理种源蒙古沙拐枣的荧光特性表现为初始荧光(Fo)和非光化学淬灭系数(qN)升高,最大光学效率(Fv/Fm)、实际光能转化效率(ФPSⅡ)和光化学淬灭系数(qP)降低。在重度胁迫下,3个种源的Fo和qP大小排序分别为张掖武威酒泉,Fv/Fm、ФPSⅡ和qN为酒泉武威张掖。以投影寻踪法对3个地理种源蒙古沙拐枣的抗旱性排序结果为酒泉武威张掖。     

土壤逐渐干旱对4种荒漠植物光合作用和海藻糖含量的影响

以腾格里沙漠东南缘4种优势植物红砂(Reaumuria soongorica Maxim)、珍珠(Salsola passerina Bge)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom)和油蒿(Artemisia ordosica Krasch)为对象,研究土壤逐渐干旱对叶片相对含水量、净光合速率(Pn)、叶绿素荧光参数及海藻糖含量的影响。结果表明:土壤逐渐干旱过程中,4种植物的叶片相对含水量、净光合速率(Pn)、光系统II(PSⅡ)最大光化学量子产量(Fv/Fm) 、光系统II表观电子传递速率(ETR)、光化学淬灭(qP)都随干旱程度的加剧而下降;非光化学淬灭(qN)和海藻糖含量随干旱程度的增加而升高。4种植物对干旱过程的响应差异明显,随着土壤干旱的加剧,相对于其他三种植物,柠条具有更高的抗逆保护能力。相关分析表明,土壤含水量显著影响着4种植物的光合作用和海藻糖累积,海藻糖含量与光合作用存在相关性。     

干旱对芦苇幼苗生长和叶绿素荧光的影响

盆栽试验研究了芦苇幼苗在不同土壤含水量条件下的形态结构、生物量动态、质膜透性、叶绿素含量和叶绿素荧光动力学参数.结果表明,芦苇幼苗高度、株高、基径、地上生物量随土壤含水量的减少而递减.芦苇幼苗通过个体变小、叶片数量和面积减少、生长速率减缓等适应性策略来降低蒸腾量,利用有限的可利用水分维持生命活动,达到了植物叶片水分含量与土壤可利用水分的平衡.不同强度干旱均使叶绿素含量降低,叶绿素a/b值随土壤含水量的降低而升高,减少了叶片对光能的捕获,降低光合机构遭受光氧化破坏的风险,是芦苇幼苗适应干旱的一种光保护调节机制.干旱还导致了芦苇叶片细胞膜脂过氧化,细胞质膜透性增加,重度干旱时细胞质膜透性达29.3%.PSII最大量子产量(Fv/Fm)、光化学荧光淬灭系数(qP)、PSII的非循环光合电子传递速率(ETR)下降,芦苇通过非光化学淬灭(qN)的上升保护PSII.     

水分胁迫及遮光处理对沙漠植物约书亚树(Yucca breviolia)幼苗光合特性的影响

以3年生约书亚树(Yucca brevi folia)幼苗为试材,选择不同水分胁迫(相对含水量≥75％(正常)、50％～60％(中度)和35％～45％(重度))及不同遮光处理(自然光、60％透光和20％透光)进行试验,对幼苗光合特性指标及叶绿素相对含量值(SPAD)进行研究.结果表明:(1)随着水分胁迫的加剧,约书亚树幼苗净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、水分利用效率(WUE)明显下降,但自然光下重度水分胁迫幼苗WUE值远高于其他处理.幼苗光饱和点(LSP)均表现为重度水分胁迫＞正常供水＞中度水分胁迫.(2)水分胁迫下,60％透光率处理的幼苗叶宽增加,Pn、蒸腾速率(Tr)及Gs明显提高,而20％透光率下幼苗各指标均显著降低.(3)相同光照条件下,随着水分胁迫的加剧,幼苗SPAD值明显下降;相同水分条件下,随着透光率的减小,幼苗SPAD值增大.因此,在约书亚树幼苗培育时,应适当增加水分胁迫以提高幼苗的水分利用效率及光饱和点,同时,适当的遮光环境(透光率在60％左右)也可提高幼苗的光合能力及SPAD值,确保约书亚树幼苗生长及在我国沙漠地区引种成功.     

干旱胁迫对莫莫格湿地芦苇叶片光合生理生态的影响机理研究

为了揭示干旱胁迫对芦苇(Phragmites australis)叶片光合生理生态的影响机理,利用LI-6400便携式光合仪和快速叶绿素荧光仪,对干旱胁迫条件下的芦苇叶片光合生理以及芦苇生长状态进行测量分析。结果表明,干旱5d后,芦苇叶片光合速率小幅下降,干旱15d后,其光合速率明显下降,芦苇生长受到显著抑制;干旱胁迫下,芦苇叶片叶绿素含量先增加后减少;芦苇叶片光系统II(PSII)对干旱胁迫反应较敏感,在干旱20d后,其光合电子传递能力和光合性能指数下降,热耗散增加。在干旱胁迫初期,芦苇叶片光合速率的下降以气孔限制为主;在干旱胁迫后期,非气孔限制与气孔限制都起作用,其中非气孔因素主要是指光系统II活性的下降,活性反应中心减少,电子传递能力下降,降低了光系统II的整体光化学性能,进而降低了芦苇叶片的光合速率,抑制了芦苇的生长。     

水分胁迫对东方百合光合特性、叶绿素荧光参数及干物质积累的影响

 以东方百合“索邦”为试材,在科尔沁沙地对其在不同水分胁迫下的光合特性、叶绿素荧光及干物质积累进行了研究。结果显示,随着水分胁迫的加剧,净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)明显下降。另外,水分胁迫下百合叶片发生了“光合午休”现象,气孔导度(gs)也呈下降的趋势,胞间二氧化碳浓度(Ci)先下降后升高,并且通过gs和Ci变化方向可以判断出,百合叶片净光合速率受气孔与非气孔两种因素的限制。百合叶片最小荧光(Fo)无明显变化,最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)和光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(Fv/Fm)下降较明显。百合总干重及各器官干重也随水分胁迫的加剧而明显下降。研究表明,水分胁迫降低了百合叶片净光合速率,抑制了PSⅡ的光化学活性,从而影响到了百合干物质的积累。因此,在科尔沁沙地,应该采取合理的灌溉技术来保证百合在生长过程中得到充足的水分,以此确保切花百合的品质。     

遮荫条件下蕺菜对基质水分变化的生理适应性研究

在遮荫条件下,对栽培基质设置重度干旱、中度干旱、轻度干旱、对照处理、轻度湿润、中度湿润、重度湿润和水淹共8种水分处理,研究湿生植物蕺菜(Houttuynia cordata)对基质水分条件的生理适应性。结果表明,在基质重度干旱处理下,蕺菜地上生物量、总生物量和茎叶含水量受到显著抑制;在水淹处理下,茎叶含水量显著增加;在轻度湿润处理下,蕺菜叶片叶绿素a和叶绿素b含量最高;在中度湿润处理下,蕺菜叶片叶绿素a与叶绿素b的比值最低;随着干旱和水渍胁迫的加剧,蕺菜叶片叶绿素a和叶绿素b合成都受到抑制;并且在干旱和水淹处理下,蕺菜叶片叶绿素a含量与叶绿素b含量的比值增大,相反,适度湿润能提高叶片叶绿素b含量,因此,叶绿素a含量与叶绿素b含量的比值减小。蕺菜叶片的脯氨酸积累与可溶性糖含量的调节作用具有补偿作用特征;适度干旱促进蕺菜根系活力,湿润环境下其根系活力降低,并通过糖耗补充能量维持根系活力;硝酸还原酶活性无显著变化,直观地反映了其对基质水分变化的适应性。遮荫条件下,蕺菜能适应轻度干旱至水淹的基质条件。     

不同潜水埋深下黄河三角洲柽柳光合作用参数变化规律研究

为了研究不同潜水埋深下,黄河三角洲柽柳(Tamarix chinensis)的光合作用参数变化规律,选择已生长3 a的柽柳幼苗,在盐水矿化度为20 g/L条件下,模拟设置0 m、0.3 m、0.6 m、0.9 m、1.2 m、1.5 m和1.8 m的潜水埋深,种植选择的柽柳幼苗;利用光合作用仪和叶绿素荧光成像系统,测算分析了柽柳幼苗的气体交换参数和叶绿素荧光参数等。研究结果表明,在盐水矿化度为20 g/L下,随着潜水埋深的增加,柽柳叶片净光合速率和光系统II的电子传递量子效率都呈单峰型变化,当潜水埋深为0.9 m时,其都达到最大值,柽柳光合效率最高;当潜水埋深≤0.3 m时,柽柳叶片净光合速率减小主要以气孔限制为主,而在其它潜水埋深下,主要以非气孔限制为主;当潜水埋深为0 m和0.3 m时,柽柳叶片光系统II开放的反应中心比例减小是导致其实际光化学效率减小的主要原因;当潜水埋深为1.8 m时,柽柳激发能捕获传递效率显著降低,导致其实际光化学效率减小;与潜水埋深为0.9 m相比,当潜水埋深为1.2 m、1.5 m和1.8 m时,柽柳叶片净光合速率下降幅度远大于电子传递量子效率的下降幅度,即在盐水矿化度为20 g/L下,中、高潜水埋深导致了柽柳光合暗反应功能降低。     

外源一氧化氮供体对盐胁迫下多裂骆驼蓬幼苗光合作用和叶黄素循环的影响

一氧化氮(NO)是植物体内新发现的一种活性分子。为了探讨外源NO对盐胁迫下荒漠植物光合生理响应的调节作用,以多裂骆驼蓬为试验材料,研究叶面喷施NO供体硝普钠(SNP)预处理对根施NaCl胁迫下叶片光合色素含量、气体交换参数、叶绿体Hill反应活力和ATPase活性、叶绿素荧光参数及叶黄素循环的影响。结果表明:①0.15 mmol·L-1SNP可显著缓解300 mmol·L-1NaCl胁迫下叶绿素a、b和类胡萝卜素含量及净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和气孔限制值(Ls)的下降和细胞间隙CO2浓度(Ci)的升高;②SNP处理减小了NaCl胁迫诱导的叶绿体Hill反应活力和Ca2+-ATPase、Mg2+-ATPase活性的下降幅度;③NaCl胁迫下叶绿体最大荧光(Fm)、PSⅡ潜在光化学效率(Fv/F0)、最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)和光化学猝灭系数(qP)显著降低,天线热耗散(D)略微下降,初始荧光(F0)和非光化学猝灭系数(NPQ)明显提高。SNP处理使NaCl胁迫下的F0显著降低,Fm、Fv/F0、Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP、NPQ和D明显提高;④NaCl胁迫引起叶黄素循环库(V+A+Z)显著降低和脱环氧化状态(A+Z)/(V+A+Z)明显提高,SNP处理使NaCl胁迫下的V+A+Z明显提高,(A+Z)/(V+A+Z)显著下降。由此表明,NO能够缓解盐胁迫下非气孔因素引起的光合速率的下降及光抑制对光合系统的破坏作用,而非光化学效率的提高和天线热耗散的增强可能是NO 保护光合系统并提高光合速率的重要机制之一。     

水分对科尔沁沙地差不嘎蒿气体交换特性的影响

 以科尔沁沙地优良固沙植物差不嘎蒿（Artemisia halodendron）为实验对象,研究了其在不同水分条件下的气体交换特性。结果表明,不同水分处理下差不嘎蒿的气体交换特性存在显著差异。在对照供水条件（当地降水平均值,123 mm）下,差不嘎蒿叶片具有最大的光合速率;少量供水（61.5 mm）下,差不嘎蒿叶片的气体交换能力下降,导致净光合速率减小,但水分利用率升高,显示出对干旱环境的强适应能力,净光合速率日变化曲线为双峰型,具有光合“午休”现象;大量供水（184.5 mm和246 mm）下,叶片气体交换能力增强,但净光合速率和水分利用率较小,净光合速率日变化曲线为单峰型,光合“午休”现象消失。根据Farquhar和Sharkey的观点,相对于对照处理,可以判定少量供水条件下影响差不嘎蒿净光合速率的因素以气孔因素为主,而充分供水条件下则以非气孔因素为主。     

塔里木河下游胡杨气体交换特性及其环境解释

结合塔里木河下游不同地下水埋深下胡杨的气体交换参数及其环境因子的实测结果,探讨地下水位及环境因子对胡杨光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(gs)、水分利用效率(WUE)等气体交换参数的影响规律。研究表明:随着地下水位下降,胡杨净光合速率和蒸腾速率日变化最大值提前,地下水埋深越深,净光合速率“双峰”曲线趋势越明显,地下水位4.37 m以上时,蒸腾速率呈“双峰”曲线,当地下水位下降到5.91 m时,蒸腾速率呈“单峰”曲线;低地下水埋深下,光合作用受抑制的主要原因是气孔限制;随着地下水位下降,光合抑制的主要原因则是非气孔限制;适度水分胁迫有利于提高胡杨水分利用效率\.同时,结果显示: 4 m为胡杨的合理生态水位,地下水位为4~5 m时,胡杨受到轻度水分胁迫,低于6 m,胡杨受水分胁迫加剧。     

荒漠绿洲过渡带柽柳和泡泡刺光合作用及水分代谢的生态适应性

对分布于荒漠绿洲过渡带的柽柳(Tamarix ramosissima)和泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)光合和水分代谢特性进行了比较研究。结果表明,柽柳和泡泡刺：①净光合速率与环境因子响应具“光合下调”现象,其曲线符合Gauss model。②净光合速率最大值分别为20.2 μmol CO2·m-2·s-1和23.8 μmol CO2·m-2·s-1;光补偿点和饱和点为244.62 μmol·m-2·s-1和1 180.31 μmol·m-2·s-1,73.67 μmol·m-2·s-1和1 467.85 μmol·m-2·s-1。③净光合速率近似双峰型抛物线;光能利用效率单峰曲线;柽柳蒸腾速率和水分利用效率为单峰旗形,泡泡刺波浪型。 ④泡泡刺利用较高的净光合速率、蒸腾、水分利用效率,柽柳通过高光能利用效率来适应荒漠生态环境。因此,光抑制所导致的“光合下调”现象是柽柳和泡泡刺对水分胁迫所产生的保护性机制,反映了荒漠植物在与环境协同进化过程中的生态适应性;较低的水分利用效率是荒漠植物对其环境响应的普遍适应机理。     

NaCl胁迫对甜瓜叶片气体交换和叶绿素荧光特性的影响

以两个变种甜瓜幼苗为材料,在人工控制条件下研究了NaCl胁迫对甜瓜叶片气体交换和叶绿素荧光特性的影响。结果表明,盐胁迫降低了甜瓜叶片光合色素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和PSⅡ最大光化学效率、PSⅡ潜在活性、PSⅡ电子传递量子效率和光化学猝灭系数,使非光化学猝灭系数升高。在≤50 mmol·L-1 NaCl胁迫下,甜瓜叶片光合速率降低主要由气孔因素引起,而在NaCl浓度≥100 mmol·L-1条件下则以非气孔限制因素为主。     

调亏灌溉下番茄叶片气体交换日变化和光响应特性

以原料番茄“里格尔87-5”为试验材料,设置正常灌水、轻度亏水和中度亏水3个水平,对水分亏缺条件下番茄果实膨大期光合作用日变化及光合速率对光强度的响应进行研究,以对原料番茄光合能力进行探讨并模拟适合亏水条件下光响应过程。结果表明:(1)轻度亏水条件下,番茄叶片气体交换特性与对照无显著差异,但中度亏水条件下净光合速率、气孔导度、蒸腾速率显著降低。(2)利用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数函数模型和直角双曲线修正模型,对表观量子效率、最大净光合速率、暗呼吸速率、光饱和点、光补偿点进行模拟,4个模型对光响应曲线的拟合程度较高,但直角双曲线修正模型拟合结果与实测值最符合。(3)不同水分条件下的表观量子效率、最大净光合速率与光合速率日均值显著相关,而光合速率日均值与产量显著正相关;中度亏水造成光合速率日均值显著降低,最终影响了产量;轻度亏水下番茄能够维持正常光合作用,在不显著降低产量的同时实现节水目标。     

不同水分条件下梭梭和多花柽柳苗期光合特性及抗旱性比较

在新疆墨玉县对不同水分条件下大田栽植的梭梭和多花柽柳苗期的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、水分利用效率(WUE)、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）等光合生理指标进行了测定,同时测定了不同灌水量下梭梭和多花柽柳在不同时刻的叶片水势,以及两树种叶片的稳定碳同位素比率。结果表明:①梭梭和多花柽柳的水势在一天中的变化趋势呈“V”字型,不同处理下多花柽柳的水势日平均值略大于梭梭。②不同灌水量对梭梭和多花柽柳的水分利用效率影响不显著,在相同处理下,梭梭的水分利用效率总是大于多花柽柳。③梭梭的δ13C值为-12.65‰～-13.39‰,多花柽柳的δ13C值为-26.85‰～-27.70‰。梭梭的δ13C值显著大于多花柽柳（P<0.05）,表明梭梭的长期水分利用效率较高。④运用隶属函数综合各个指标的比较结果来看,梭梭的抗旱性强于多花柽柳。     

绿洲与沙漠地带疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia.)光合生理特征的适应差异

光系统Ⅱ的电子传递、生物量积累和形态变化三个方面对比研究了新疆石河子地区绿洲和沙漠生境下疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap.)光合生理特征的适应特点,发现两地Pn(净光合速率)特征值表现出清晨高,午后低的节律变化。沙漠生境下疏叶骆驼刺具有光饱合点高、蒸腾速率低和高水分利用率的特点,而绿洲生境下疏叶骆驼刺则通过较高的蒸腾速率来维持其高的光合速率,表现出高蒸腾、高光合的特点。二个样点Pn都与gs,WUE相关显著,而受Fv/Fm和水势变化的影响较小。认为疏叶骆驼刺对新疆沙漠和绿洲二种生境具有良好的环境适应性,并形成了不同的光合生理的适应特点;沙漠环境虽然不利于种群繁殖,但不影响疏叶骆驼刺的个体生长。     

黑麦草幼苗对NaCl和NaHCO3胁迫的光合响应差异

 为了探讨牧草光合功能对盐、碱胁迫的响应差异,采用营养液砂培方法,分别研究了不同浓度（0、50、100、150、200 mmol·L-1）NaCl和NaHCO3胁迫对黑麦草幼苗生长、叶片光合色素含量、气体交换和叶绿素荧光参数、叶绿体Hill反应活力和ATPase活性的影响。结果表明:①随着处理浓度的增加,黑麦草幼苗全株干重、叶片叶绿素和类胡萝卜素含量、净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）明显下降。当NaCl浓度小于100 mmol·L-1时,胞间CO2浓度（Ci）显著降低,气孔限制值（Ls）明显增加,随着NaCl浓度进一步增大,Ci显著增加,Ls显著减小;NaHCO3胁迫下Ci随着处理浓度增大而显著增加,Ls则显著减小。但NaHCO3胁迫下各指标下降或增加的幅度大于NaCl胁迫。②随着NaCl和NaHCO3胁迫强度的增大,黑麦草幼苗荧光参数PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）、实际光化学效率（ΦPSⅡ）、光化学淬灭（qP）及叶绿体Hill反应和ATPase活性明显下降,非光化学淬灭（NPQ）显著提高,叶片吸收的光能中用于光化学反应的比例（P）显著减小,天线热耗散的比例（D）显著增大。在相同浓度下,NaHCO3胁迫的各荧光参数及Hill反应和ATPase活性的变幅大于NaCl胁迫,说明NaHCO3胁迫对幼苗的伤害程度大于NaCl胁迫。由此表明,黑麦草对碱的耐性低于盐,这可能与碱的高pH值更多引起光合色素含量下降和光合机构受到严重伤害有关。