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分类号 密级
UDC 编号
中国科学院研究生院
博士学位论文
CO2和O3浓度升高的生理响应
付 士 磊
指导教师 何兴元研究员 中国科学院沈阳应用生态研究所 申请学位级别 理学博士 学科专业名称 生态学
论文提交日期 2007.04.20 论文答辩日期 2007.06.11
培养单位 中国科学院沈阳应用生态研究所
学位授予单位 中国科学院研究生院
答辩委员会主席 王庆礼研究员
博士学位论文
CO2和O3浓度升高的生理响应
国家自然科学基金重大研究计划重点项目
中国科学院沈阳应用生态所创新工程项目(SLYQY0414)
付士磊
指导教师
何兴元 研究员
中国科学院研究生院
2007年月
要
随着工业化和城市化的迅速发展,高浓度CO2和高浓度O3对植物影响的研究受到了广泛的重视,但二者交互作用对城市树木的生理及碳氧平衡的影响尚不清楚。银杏(Ginkgo biloba)、油松(Pinus tabulaeformis)是沈阳市城市森林的两种重要树种,对大气环境变化的响应具有代表性。本文采用开顶箱法研究了在高浓度CO2(700 μmol·mol-1)、O3(80 nmol·mol-1)及其复合作用条件下城市银杏、油松生长、光合、蒸腾以及呼吸作用的日动态、季节动态变化,揭示了银杏、油松光合对高浓度CO2、O3的适应机制及其本身环境效应的变化规律,为研究城市森林对全球变化的响应与反馈提供了重要基础。
得出的主要结果如下:
1. 短期(0-30 d)高浓度CO2处理提高了银杏、油松叶片/针叶细胞间CO2浓度、羧化效率和表观量子效率,从而提高了银杏、油松的净光合速率。
2. 长期(100 d)高浓度CO2处理促进了银杏、油松叶片/针叶的生长,提高了细胞渗透调节物质含量,增强了银杏、油松抵御逆境胁迫的潜能。银杏、油松日变化曲线趋向单峰曲线,缓解了中午的光抑制现象;固碳释氧量提高了近1倍,有助于减缓全球变化的速度。
银杏、油松的气孔导度和羧化效率的降低是发生光合适应的重要原因。
3. 高浓度O3处理可导致两树种的生理伤害,银杏叶片表现为褐斑型伤害,油松则为水锈型,叶片生长受到抑制。同时两树种可溶性蛋白、可溶性糖含量降低,电导率升高。
两树种叶绿素含量降低,净光合速率下降。银杏光合速率的降低前期表现为气孔限制,后期转为非气孔限制为主。油松光合速率下降则是两种限制因素共同作用的结果,难分主次,表明油松的气孔调节能力弱于银杏,更易受到O3的伤害。造成实验处理后期银杏、油松光合速率下降的非气孔因素是表观量子效率和羧化效率的降低。
高浓度O3处理使银杏、油松的光抑制现象加强,固碳释氧、降温增湿能力降低,且油松降低幅度大于银杏。
4. 高浓度CO2和O3复合处理提高了银杏油松的叶绿素含量,减轻了高浓度O3对叶片/针叶的伤害,促进了叶的生长。
与对照相比,复合处理提高了银杏、油松的净光合速率,降低了气孔导度和蒸腾速率,从而使水分利用效率和含水量得到提高。表观量子效率和羧化效率的提高是光合速率大幅度上升的重要因素;呼吸速率的提高则是后期光合速率增幅减小的重要原因。复合处理前期CO2主要是通过气孔调节来缓解O3对树木的伤害,高浓度CO2处理对光合作用的促进作用大于高浓度O3处理的抑制作用。
高浓度CO2和O3复合处理的银杏、油松的光呼吸速率、可溶性蛋白、可溶性糖的含量增加,电导率降低,提高了银杏、油松的抗逆性,这是高浓度CO2缓解O3胁迫对树木伤害的一个原因。复合处理同样缓解了银杏、油松光抑制现象,提高了固碳释氧量,但银杏降温增湿能力降低。
关键词:高浓度CO2和O3 油松 银杏 光合生理 开顶箱(OTC)
Physiological response of Ginkgo biloba and Pinus tabulaeformis to elevated CO2 and O3 concentration
Fu Shilei (Ecology)
Di
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