全 文 ：第 32卷　第 6期
2008年 11月
　南京林业大学学报 (自然科学版)
　JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalSciencesEdition)
Vol.32, No.6
Nov., 2008
CO2 浓度倍增对元宝枫和刺槐光合特性的影响
刘娟娟 ,李吉跃＊
(北京林业大学林学院 ,北京　100083)
摘要:在 CO2浓度倍增条件下 , 研究了元宝枫和刺槐叶片光合特性的变化。结果表明:对元宝枫和刺槐培养 60d
和 90d,其平均光合速率分别为对照的 117.81%和 106.11%。 8月和 9月两树种在 CO2倍增条件下叶绿素初始
荧光(Fo)较对照升高 ,最大荧光(Fm)和可变荧光(Fv)较对照降低 , 但 10月和 11月这些指标呈相反的变化趋
势 , 光系统 II(PSII)的最大光化学效率(Fv/Fm)和潜在光化学活性(Fv/Fo)的相应值分别增大 0.008、0.012倍和
0.230、0.201倍 ,具有较高的 PSI原初光能转化效率。 CO2浓度倍增条件下 , 元宝枫和刺槐的蒸腾速率分别较对
照降低了 26.82%和 42.30%, 蒸腾速率的日变化为单峰型 , 而对照条件下呈现双峰型。
关键词:CO2浓度倍增;元宝枫;刺槐;光合特性
中图分类号:S718　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1000-2006(2008)06-0143-04
ThephotosyntheticinfluenceoftreesunderdoubledCO2 concentration
onAcertruncatumandRobiniapseudoacacia
LIUJuan-juan, LIJi-yue＊
(ForestryColegeofBeijingForestryUniversity, Beijing100083, China.)
Abstract:ThephotosyntheticcharactersofAcertruncatumandRobiniapseudoacaciaunderdoubledCO2 concentration
wereinvestigated.TheresultsshowedthattheaveragephotosyntheticrateofA.truncatumandR.pseudoacaciagrew
underdoubledCO2 concentrationafter60dand90 dwere117.81% and106.11% ofthosegrownundernormalCO2
concentration, respectively.UnderdoubledCO2 concentration, Fowasmorethanthecontrast, andFm, Fvwerelower
thanthecontrastinAugustandSeptember.However, thiswastheoppositeintheOctoberandNovember.TheFv/Fm
andFv/FoofPSIItimeswere0.008, 0.012 timesand0.230, 0.201 timesrespectively.Theirtranspirationrate
decreased26.82%and42.30%underdoubledCO2concentration.Thediurnalcurveoftranspirationratewasconvexin
doubledCO2concentrationandwasdoublepeakcurvesincontrast.
Keywords:DoubledCO2 concentration;Acertruncatum;Robiniapseudoacacia;Photosyntheticcharacter
　　收稿日期:2007-09-17　　　　修回日期:2008-03-20
　　基金项目:国家自然科学基金资助项目(30471370);教育部博士点基金资助项目(20050022003)
　　作者简介:刘娟娟(1981—),女 ,硕士。 ＊通讯作者:李吉跃 ,男,教授 ,主要研究方向为树木水分生理生态 , liujuanjuan323@sina.com。
　　引文格式:刘娟娟,李吉跃.CO2 浓度倍增对元宝枫和刺槐光合特性的影响[ J] .南京林业大学学报:自然科学版 , 2008, 32(6):143-146.
　　在高浓度 CO2条件下 ,植物光合特性的变化有不同的研究结果[ 1-3] 。一般认为 C3植物在 CO2浓度倍
增条件下光合作用提高 10% ～ 50%, C4植物提高的程度低于 10%或不增加 [ 4] 。值得注意的是 , C3植物从
低 CO2浓度(如 150μmol/mol)提高到目前 CO2浓度时光合作用升高的程度大于从目前 CO2浓度提高到
加倍(700μmol/mol)时光合作用升高的程度 [ 5-6] ,前者约为 70%,而后者为 27%;而 C4植物在不同的 CO2
浓度处理间几无差异 [ 6] 。许多实验发现 ,在适应长期高浓度 CO2后 ,植物的光合作用恢复到原来的水平甚
至下降 [ 7-9] 。因此 ,笔者在北京林业大学苗圃实地监测了 CO2浓度倍增(处理)和大气 CO2浓度(对照)条
件下 ,选择在前期已进行的水力结构模型研究中的主要供试树种刺槐(环孔材)、元宝枫(散孔材)的叶片
光合特性的情况 ,探讨 CO2浓度倍增后刺槐和元宝枫的适应性 。
1　材料与方法
1.1　供试苗木及处理
　　选择 2年生的苗木元宝枫(Acertruncatum)和刺槐(Robiniapseudoacacia)栽植在 33cm×28cm的白塑
料盆里定植成活 2个月后 ,分别放在 2个温室中培养 2个月。每一树种处理和对照各 10株 ,采用正常浇
水 ,正常管理 。
1.2　光合指标的选择
2005年 9至 11月 ,每月选择天气晴朗的 3d用英国 Hansatech公司制造的植物效能仪(PlantEficiency
Analyser)在早上 10:00测定叶绿素初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv),光系统 I(PSII)的潜在
光化学活性(Fv/Fo)、最大光化学效率(Fv/Fm),测定前叶片进行暗处理 30min;10至 11月每月选择天气
晴朗的 3d用 Li-6400便携式光合仪测定植物在早上 10:00的光合速率;10月选择天气晴朗的 3d用 Li
-6400稳态气孔计测定植物的蒸腾速率的日变化 。每个处理测定 3株重复 ,所得数值均为 3d平均值。
数据用 MicrosoftExcel和 SPSS13.0软件处理。
1.3　试验条件
由于温度的影响 ,用开顶式同化箱进行实验研究植物的水分生理反应时数据不可靠 ,故该实验设计成
一个密闭式控制环境装置 ,以铝合金做主体骨架 ,顶部覆盖采用透光率为 80%以上的 8 mmPC覆盖 ,侧面
覆盖采用 4mm厚透光率为 90%以上的浮法玻璃覆盖 , 4m(长)×2m(宽)×2m(高)的生长箱 2个 ,分别
进行对照(大气)和处理(现有 CO2摩尔分数 700μmol/mol)试验。生长箱的温度由空调进行控温 , 2个对
角线摆放的风扇进行空气流通 ,以及处理生长箱中通入的 CO2流量的均匀 。从 2005年 6月至 7月将供试
苗木置于生长箱 ,在室温自然条件下培育 2个月后进行高 CO2浓度下的培养 ,每一树种处理和对照各 10
株 ,采用正常浇水 ,正常管理。
1.4　CO2摩尔分数倍增效应的测定
对于处理生长箱中 CO2摩尔分数(700μmol/mol)采用 Li-7000密闭式红外线 CO2 /H2O分析仪(美
国)进行 24h的实时监测 ,每分钟采集数据 1个 ,同时采用 CO2控制装置(自制)进行控制。其设计制造的
原理是将 Li-7000输出的数据信号由 CO2控制装置中的电磁阀进行转化后 ,向处理生长箱中通入空气或
CO2气体 ,使得 CO2的摩尔分数能够达到(700±20)μmol/mol的要求 ,并由流量计将 CO2和空气的速度分
别控制在 300μm/s和 2.5L/s。
2　结果与分析
2.1　刺槐和元宝枫苗木光合速率的变化
表 1　CO2浓度倍增条件下刺槐和元宝枫光合速率的变化
　Table1　EffectsofdoubleelevatedCO2 onchlorophyl
fluorescence
树种
Treespecies
光合速率 Chlorophylfluorescence
60d 90d 平均值
刺槐 10.905±3.287 5.012±0.340 7.9585
10.771±0.053 4.23±0.523 7.500 5
元宝枫 11.769±0.044 3.038±0.421 7.403 5
10.288±1.557 2.281±0.534 6.284 5
　　注:横线上为处理 ,横线下为对照。
　　光合速率是植物在高 CO2浓度环境中响应最迅
速 、最直接的生理因子。在 CO2浓度倍增条件下培
养 60d和 90d后植物的光合速率变化如表 1。由表
1可见 ,刺槐和元宝枫在处理条件下培养 60 d(10
月)和 90d(11月)的净光合速率要明显高于对照 ,
平均值也明显提高 , 分别比对照增加了 1.24%、
18.49%和 14.40%、33.19%,这与林舜华等人的研
究结果一致 [ 10-12] 。
在生长箱内培养 3个月后 ,植物的光合作用高
于对照 ,并未发现光适应现象[ 13] ,这与王为民等人的研究不同[ 14-15] ,但是比处理 2个月时光合速率的增幅
小 ,也就是说随着处理时间的延长 ,光合速率的增长幅度降低 。这也与植物所处的生长季节有关 ,而且与
植物的叶龄有关 , 11月份阔叶树已经趋于停止生长随叶片衰老其叶绿素含量 ,叶绿体的发育等呈衰减状
态 [ 16] 。
2.2　刺槐和元宝枫苗木叶绿素荧光的变化
叶绿素初始荧光(Fo)与光合作用中光系统 II(PSII)的结构状态及叶绿素含量有关 ,与光合作用的光
化学反应无关;最大荧光(Fm)是 PSII反应中心完全关闭时的荧光产量 ,反映 PSI的电子传递情况;可变荧
光(Fv)则反映 PSI原初电子受体 QA的还原情况 ,与 PSI的原初电子受体的氧化还原状态密切相关 ,它的
强度愈大 , PSII的活性愈高 ,是 PSII反应中心光化学活性高低的标志 [ 17] 。
在 CO2浓度倍增处理下 ,刺槐和元宝枫叶绿素荧光的变化趋势见图 1A。由图 1A可知高浓度 CO2处
144 南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)　　　　　　　　　　　　第 32卷　
理下的元宝枫和刺槐有较高的 Fv值 ,说明它们 PSI的活性较高 。Fo较对照降低 , Fm较对照升高 , Fv较对
照升高 ,表明叶绿素荧光产量在 CO2浓度倍增下增加 。 8月和 9月 Fo较对照升高 , Fm较对照降低 , Fv较
对照降低 ,但是在 10月和 11月这些指标呈相反的变化趋势表明叶绿素荧光产量比 CO2浓度倍增下培养
前期增加。
CO2浓度倍增处理下元宝枫和刺槐的 Fv/Fo和 Fv/Fm均显著升高(图 1B),其中 Fv/Fo升高的幅度略
大于 Fv/Fm,元宝枫和刺槐处理的 Fv/Fm和 Fv/Fo的相应值分别增大 0.008、0.012倍和 0.230、0.201倍。
经高浓度 CO2处理的元宝枫和刺槐 Fv/Fm值较高 ,说明处理元宝枫和刺槐具有较高的 PSI原初光能转化
效率。 Fv/Fo与有活性的反应中心的数量成正比关系。高 CO2浓度处理下的元宝枫和刺槐 Fv/Fo明显高
于对照 ,说明 CO2浓度倍增下的元宝枫和刺槐具有较高的 PSI潜在光化学活性 ,有活性的反应中心的数
量较多 。
图 1　CO2浓度倍增条件下刺槐和元宝枫叶绿素荧光参数 Fo、Fm和 Fv及 Fv/Fm和 Fv/Fo的变化
Fig.1　ThevariationofdoubleelevatedCO
2
onchlorophylfluorescenceparametersFo, Fm, FvandFv/Fm, Fv/Fo
荧光动力学参数反映了 PSII反应中心的综合活力 ,高 CO2浓度处理下的植物活力大于对照 ,充分说
明进行高浓度 CO2处理的植物其光合作用旺盛 ,且光合作用的各个分过程有序的协调一致 ,最终导致光合
效率提高[ 18] 。
2.3　刺槐和元宝枫苗木蒸腾速率的变化
　图 2　CO2浓度倍增条件下刺槐和元宝枫蒸腾速率的
日变化
　Fig.2　 Diurnalvariationofthetranspirationrate
underdoubleelevatedCO2
不同方法测定苗木的蒸腾速率结果不同 ,如稳态
气孔计法测定值一般大于其他方法的测定结果和自
然蒸腾值 ,需要对其进行校正;但对不同时间段的蒸
腾动态趋势的测定 ,各种测定方法的结果是一致的。
该研究结果表明 ,随大气 CO2浓度升高 ,植物叶片蒸
腾速率有减小的趋势 。大气 CO2浓度在倍增处理下 ,
元宝枫和刺槐的蒸腾速率分别较对照降低了 26.82%
和 42.30%(图 2)。
树木的蒸腾速率日变化规律会因树种及年龄的
不同 ,以及环境条件的差异而发生一定的变化 ,但总
趋势是基本一致的[ 13, 19] ,处理条件下植物的蒸腾速率
变化趋势是随着太阳辐射的增强迅速增加 ,在 14:00
左右蒸腾速率达最大值 ,其日变化曲线为单峰型 ,而对照条件下的植物的蒸腾速率先在 10:00左右有 1个
小高峰 ,第 2次在 14:00左右蒸腾速率达最大值 ,其日变化曲线呈现双峰型。
3　结　论
(1)在生长箱内培养 3个月后 ,元宝枫和刺槐苗的光合作用高于对照 ,没有发现光适应现象 ,但随环境
高浓度 CO2持续时间的延长 ,其效应有递减的趋势。这与植物所处的生长季节以及植物的叶龄有关。
(2)CO2浓度倍增处理下 ,元宝枫和刺槐 8月和 9月的 Fo较对照升高 , Fm较对照降低 , Fv较对照降
145　第 6期　　　　　　　　　　刘娟娟 ,等:CO2浓度倍增对元宝枫和刺槐光合特性的影响
低 ,但 10月和 11月这些指标呈相反的变化趋势 ,表明叶绿素荧光产量比 CO2浓度倍增下培养前期增加 。
(3)CO2浓度倍增处理下 ,元宝枫和刺槐具有较高的 PSI原初光能转化效率和 PSI潜在光化学活性 ,
有活性的反应中心的数量较多 。荧光动力学参数反映了 PSII反应中心的综合活力 ,高 CO2浓度处理下的
植物活力大于对照 ,说明进行高浓度 CO2处理后植物的光合作用旺盛 ,最终导致光合效率提高。
(4)随大气 CO2浓度升高 ,元宝枫和刺槐的叶片蒸腾速率有减小的趋势 。 CO2浓度倍增时元宝枫和
刺槐的蒸腾速率日变化曲线为单峰型 ,正常大气 CO2浓度时其蒸腾速率日变化曲线则呈现双峰型 。
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(责任编辑　郑琰燚)
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