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Tree Physiology | 臭氧污染和氮添加未改變光合溫度響應模式

來源:北京力高泰科技有限公司 發布時間:2020-05-20 10:10:17 點擊數:461 使用提問 咨詢價格

在工業化與城市化過程中,氮氧化物大量排放導致了對流層O3濃度升高和氮沉降加劇,因此植物同時暴露于高濃度臭氧和氮沉降的環境中。O3是一種對植物毒害作用最.大的強氧化劑,通過損傷植物葉片光合作用降低植物生產力。而氮沉降有助于提高土壤氮缺乏區域的植物生長。目前開展了大量模擬O3污染和氮添加對植物光合作用和抗氧化過程影響的研究。

環境溫度對葉片光合作用和植物生長過程具有重要影響。隨著全球變暖加劇,未來溫度升高如何影響植物光合作用已經成為了光合生理研究的熱點問題。而O3污染和氮添加影響植物光合溫度響應缺乏實驗證據。馮兆忠團隊近期在林學主流期刊Tree Physiology上發表了關于O3污染和氮添加對楊樹溫度響應過程的研究。

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在植物葉片尺度,環境溫度變化對葉片光合作用會產生影響。前期大量的研究已經表明光合速率與氣孔導度在不同環境溫度下呈現拋物線變化規律(圖1)。

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圖1 C3、C4和CAM植物的光合溫度響應 (Yamori et al., 2014)

通過整合來自全球光合-溫度響應實驗數據,揭示了植物的生長溫度決定了光合最適溫度(圖2)。但是目前缺乏了解環境脅迫(例如:干旱、鹽脅迫、CO2升高、氮沉降、O3污染等)對植物葉片光合溫度響應過程是否也存在影響。

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圖2 不同植物生長環境溫度與光合最適溫度的關系

 (Kumarathunge et al., 2019)

利用LI-6400XT和6400-40熒光葉室測量處理植物不同葉片溫度下的CO2響應曲線,結果表明O3污染和氮添加對光合速率、氣孔導度、最.大羧化速率和最.大電子傳遞速率的溫度響應沒有影響。但是考慮葉肉導度后影響了對最.大羧化速率和最.大電子傳遞速率的溫度響應函數的估算。提示在未來實驗和模型研究中需要重視葉肉導度的作用。

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圖3 O3污染和氮添加對光合溫度響應的影響

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圖4 O3污染和氮添加對最.大羧化速率和最.大電子傳遞速率的影響

上述研究中,在野外環境下將葉片溫度控制在了15-35℃之間。這對LI-6400XT光合儀具有極大的挑戰。LI-6400XT可在環境溫度±5oC范圍內做溫度控制。為此,控溫配件6400-88溫度控制擴展模塊發揮了大作用,利用該模塊將儀器控溫能力擴展到±10℃。

該模塊為兩個散熱片,將其安裝在在分析器頭部。利用小水泵配合可以加熱或者制冷的水浴鍋,循環冷水或者熱水進入控溫配件的方式實現溫度控制。

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圖5 6400-88控溫配件和水泵配合使用

此外,在高溫條件下,為了控制葉室內的VPD相對一致,采用了LI-610露點發生器。將發生器出氣口與LI-6400XT進氣口相連接,實現了VPD的精準控制。同時也避免了在低溫條件下葉室產生水汽凝結,導致儀器光路進水。

文章第.一作者為中國科學院生態環境研究中心博士生徐彥森,通訊作者為南京信息工程大學應用氣象學院馮兆忠教授。本研究得到國.家自然科學基金(41771034)、中國科學院前沿科學重點研究項目(QYZDB-SSW-DQC019)和中國-瑞典合作項目等經費的支持。

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參考文獻

Yamori, W., Hikosaka, K., & Way, D. A. (2014). Temperature response of photosynthesis in C 3, C 4, and CAM plants: temperature acclimation and temperature adaptation. Photosynthesis research, 119(1-2), 101-117.

Kumarathunge, D. P., Medlyn, B. E., Drake, J. E., Tjoelker, M. G., Aspinwall, M. J., Battaglia, M., ... & Chambers, J. Q. (2019). Acclimation and adaptation components of the temperature dependence of plant photosynthesis at the global scale. New Phytologist, 222(2), 768-784.

Xu, Y., Shang, B., Feng, Z., & Tarvainen, L. (2020). Effect of elevated ozone, nitrogen availability and mesophyll conductance on the temperature responses of leaf photosynthetic parameters in poplar. Tree Physiology.



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