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Tree Physiology | 臭氧污染和氮添加未改变光合温度响应模式

来源:北京力高泰科技有限公司 发布时间:2020-05-20 10:10:17 点击数:302 使用提问 咨询价格

在工业化与城市化过程中,氮氧化物大量排放导致了对流层O3浓度升高和氮沉降加剧,因此植物同时暴露于高浓度臭氧和氮沉降的环境中。O3是一种对植物毒害作用最.大的强氧化剂,通过损伤植物叶片光合作用降低植物生产力。而氮沉降有助于提高土壤氮缺乏区域的植物生长。目前开展了大量模拟O3污染和氮添加对植物光合作用和抗氧化过程影响的研究。

环境温度对叶片光合作用和植物生长过程具有重要影响。随着全球变暖加剧,未来温度升高如何影响植物光合作用已经成为了光合生理研究的热点问题。而O3污染和氮添加影响植物光合温度响应缺乏实验证据。冯兆忠团队近期在林学主流期刊Tree Physiology上发表了关于O3污染和氮添加对杨树温度响应过程的研究。

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在植物叶片尺度,环境温度变化对叶片光合作用会产生影响。前期大量的研究已经表明光合速率与气孔导度在不同环境温度下呈现抛物线变化规律(图1)。

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图1 C3、C4和CAM植物的光合温度响应 (Yamori et al., 2014)

通过整合来自全球光合-温度响应实验数据,揭示了植物的生长温度决定了光合最适温度(图2)。但是目前缺乏了解环境胁迫(例如:干旱、盐胁迫、CO2升高、氮沉降、O3污染等)对植物叶片光合温度响应过程是否也存在影响。

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图2 不同植物生长环境温度与光合最适温度的关系

 (Kumarathunge et al., 2019)

利用LI-6400XT和6400-40荧光叶室测量处理植物不同叶片温度下的CO2响应曲线,结果表明O3污染和氮添加对光合速率、气孔导度、最.大羧化速率和最.大电子传递速率的温度响应没有影响。但是考虑叶肉导度后影响了对最.大羧化速率和最.大电子传递速率的温度响应函数的估算。提示在未来实验和模型研究中需要重视叶肉导度的作用。

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图3 O3污染和氮添加对光合温度响应的影响

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图4 O3污染和氮添加对最.大羧化速率和最.大电子传递速率的影响

上述研究中,在野外环境下将叶片温度控制在了15-35℃之间。这对LI-6400XT光合仪具有极大的挑战。LI-6400XT可在环境温度±5oC范围内做温度控制。为此,控温配件6400-88温度控制扩展模块发挥了大作用,利用该模块将仪器控温能力扩展到±10℃。

该模块为两个散热片,将其安装在在分析器头部。利用小水泵配合可以加热或者制冷的水浴锅,循环冷水或者热水进入控温配件的方式实现温度控制。

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图5 6400-88控温配件和水泵配合使用

此外,在高温条件下,为了控制叶室内的VPD相对一致,采用了LI-610露点发生器。将发生器出气口与LI-6400XT进气口相连接,实现了VPD的精准控制。同时也避免了在低温条件下叶室产生水汽凝结,导致仪器光路进水。

文章第.一作者为中国科学院生态环境研究中心博士生徐彦森,通讯作者为南京信息工程大学应用气象学院冯兆忠教授。本研究得到国.家自然科学基金(41771034)、中国科学院前沿科学重点研究项目(QYZDB-SSW-DQC019)和中国-瑞典合作项目等经费的支持。

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参考文献

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.