银杏、油松对CO2和O3浓度升高的生理响应

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. 一个生长季(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。

高浓度CO2 和O3对银杏、油松次生代谢的影响

本文采用开顶箱法研究了在连续两年高浓度CO2（700 μmol•mol-1）、O3（80 nmol•mol-1）及其复合作用条件下银杏和油松的生长、初生代谢产物和次生代谢产物含量的季节动态变化、年度动态变化，揭示了银杏、油松次生代谢对高浓度CO2、O3的适应机制及其对树木本身的影响，为研究城市森林对全球变化的响应与反馈提供了重要理论依据。 得出的主要结果如下： 1. CO2倍增处理在2006、2007两个生长季中都增加了银杏、油松叶片中淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白的含量；同时也显著增加了银杏叶片中单宁、萜类化合物和油松单宁、总酚的含量。但是在2007生长季中，这些物质的增幅相对2006生长季CO2处理减缓。高浓度CO2处理对银杏、油松叶可溶性蛋白含量和银杏叶中黄酮化合物含量的影响在两个生长季中变化不同：在2006生长季中高浓度CO2处理增加了银杏、油松叶可溶性蛋白含量，降低了银杏叶中黄酮化合物含量；在2007生长季中则降低了银杏、油松叶中可溶性蛋白含量，增加了银杏叶黄酮化合物含量。 2. O3倍增处理在2006、2007两个生长季中都有降低银杏、油松叶中淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白含量和银杏叶中单宁、黄酮化合物含量的趋势；同时， O3倍增处理在两个生长季上都增加了银杏叶中萜类化合物和油松单宁、总酚化合物的含量。这表明次生代谢物质对高浓度O3处理的响应由于次生代谢物质的种类和所属植物种类的不同而不同。 3. 高浓度CO2和O3复合处理在2006和2007生长季上对银杏、油松的影响与单因子CO2处理类似。在复合作用中，单因子O3带来的光合产物下降的现象消失，银杏和油松的初生代谢产物都高于对照水平；同时，复合作用下次生代谢物质的变化也与单因子CO2处理一致。这表明在复合作用对银杏、油松次生代谢产物的影响主要通过CO2抵消O3对光合作用的抑制来实现，同时也说明CO2对银杏、油松次生代谢的影响强于O3的影响。高浓度CO2能够保护植物免受高浓度O3的伤害。 4. CO2倍增处理和复合处理增加了银杏和油松叶次生代谢物质的含量，这不仅能够增强银杏和油松对环境因子的抵御能力，而且还会增加植物对碳的同化作用，从而增加其对大气CO2的吸收；同时，由于次生代谢物质的抗菌能力，银杏和油松叶内次生代谢物质的增加有可能会减缓其凋落物在土壤中的降解，从而增加土壤碳“汇”。

蒙古栎、华山松对O3和CO2浓度升高的光合生理响应

大气环境中O3和CO2浓度的升高已经引起了广泛关注，但二者交互作用对城市中树木光合生理的影响机制尚不清楚。蒙古栎（Quercus mongolica）、华山松（Pinus armandi）是沈阳市城市森林的两个重要树种，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O3（80 nmol•mol-1）、CO2（700 μmol•mol-1）及其复合作用下沈阳市蒙古栎、华山松生长、光合、蒸腾的日动态、季节动态变化，揭示了高浓度O3、CO2及其复合作用对两树种光合生理的影响机制，为研究城市森林对全球变化的响应提供重要理论基础。 得出的主要结果如下： 1. 高浓度O3处理后，蒙古栎叶片表现为棕斑型伤害，华山松针叶则为叶尖变黄，两树种光合“午休”程度加重，叶片生长受到抑制。同时，可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉含量降低。 两树种叶绿素含量降低，净光合速率下降。蒙古栎光合速率的降低前期主要表现为气孔限制，后期转为非气孔限制为主。华山松光合速率下降则主要受非气孔限制，表明其针叶气孔开闭对光合的影响要小于蒙古栎。造成两树种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。两树种光呼吸的升高是逆境下的一种保护机制。 在叶绿素荧光方面，两树种Fo、Fm、Fv/Fm、φPSII、ETR、qP降低，NPQ升高，表明高浓度O3作用下， PSII反应中心的开放程度降低、电子传递速率下降，用于光合光化学反应的光能减少，过剩能量增加，热耗散增加。 2. 高浓度CO2处理短期内提高了两树种叶片胞间CO2浓度、羧化效率、表观量子效率和光反应能力（φPSII、ETR和qP），从而提高了蒙古栎、华山松的净光合速率。一段时间后表现出光合下调的现象，羧化效率的降低和光反应能力（φPSII、ETR和qP）的下调可能是发生光合适应的主要原因。 高浓度CO2处理促进两树种叶片的生长，提高了可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉含量。日变化曲线趋向单峰曲线，缓解了光合“午休”现象。 3. 复合处理效应，高CO2处理缓解了高O3处理的不利影响，减轻了高浓度O3对叶片的伤害，与单因子O3处理相比较，Pn、AQY、CE、Fv/Fm、qP升高，NPQ降低。另外，在叶片代谢产物、叶绿体色素含量、以及叶生长量的变化上缓解作用均有体现。

高浓度CO2、O3对蒙古栎和华山松次生代谢的影响

本文以蒙古栎和华山松为对象，通过开顶箱法研究了在连续一年高浓度CO2（700 μmol•mol-1）、O3（80 nmol•mol-1）及二者复合处理条件下蒙古栎和华山松的次生代谢动态变化情况，阐明了高浓度CO2、O3对蒙古栎、华山松次生代谢的影响，为研究城市森林对全球变化的响应与反馈，城市森林适宜树种选择提供了重要理论依据。 得出的主要结果如下： 1． 高浓度CO2处理提高了蒙古栎叶片苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）两种酶活性且于生长季末期达差异显著，对蒙古栎（过氧化物酶）POD活性无显著影响；对华山松松针中PAL、PPO两种酶活性无显著影响，于生长季末显著提高了华山松POD活性。 2． 高浓度CO2处理增加了蒙古栎叶片中总酚、单宁、类黄酮、木质素和纤维素含量，并于生长季的不同时期达到差异显著，其中木质素和纤维素在生长季初期曾显著减少；显著增加了华山松松针中单宁和纤维素含量、显著减少了总酚和类黄酮含量，对木质素无显著影响。 3． 高浓度O3处理显著提高了蒙古栎叶片PAL、PPO两种酶活性，对蒙古栎POD活性无显著影响；显著提高了华山松松针中PAL和POD（于生长季中期曾显著降低）活性，降低了PPO活性。 4． 高浓度O3处理于生长季初期显著增加了蒙古栎叶片中总酚含量，于生长季末显著减少了类黄酮含量，于生长季初期显著增加末期显著减少了单宁含量，显著增加了木质素和纤维素含量；显著减少了华山松松针中总酚、单宁和类黄酮含量，对木质素含量无显著影响，于生长季初期显著增加后期显著减少纤维素含量。 5． 复合处理于生长季末期显著降低了蒙古栎叶片PAL活性，于生长季中期显著提高了POD活性，于生长季中期显著降低了华山松松针中PPO和POD活性。 6． 复合处理显著增加了蒙古栎叶片总酚和木质素含量，先显著增加后显著减少了单宁含量，先显著减少后显著增加了纤维素含量；先显著减少后显著增加了华山松松针中总酚、单宁和木质素含量，先显著增加后显著减少了纤维素含量，显著减少了类黄酮含量。 7． 使用DPPH法对蒙古栎叶片醇提物进行了总抗氧化能力的测定，结果表明高浓度CO2和O3及其复合处理均显著提高了蒙古栎总的抗氧化能力，但是不同处理分别于生长季的不同阶段达到差异显著水平。

O_3与CO_2浓度倍增对油松针叶抗氧化酶活性的影响

以4年生的油松幼苗为试材,采用开顶箱内气体熏蒸实验,对经高浓度O3(80nmol.mol-1)和CO2(700μmol.mol-1)单一及复合处理3年后,油松当年生针叶内丙二醛(MDA)含量、活性氧自由基和抗氧化酶等逆境生理指标进行了分析。结果表明:超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)和脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)活性经O3处理后显著升高,分别比对照上升了43.1%、18.9%、283.5%和142.6%,而CO2和复合处理仅对APX和CAT活性有明显的诱导作用,但均低于O3处理;O3处理导致MDA含量上升51.8%,而外加CO2则能有效逆转这一趋势;超氧阴离子(O2.-)产生速率和H2O2含量在所有处理组合间均无显著差异。上述结果说明,O3能有效地激活油松当年生针叶内的抗氧化酶系统,而CO2能缓解O3所带来的不利影响,但并非通过提高抗氧化酶活性这一途径。

大气中CO_2、O_3浓度升高对银杏成年叶片气孔数量特征的影响

利用开放式气室(OTC)持续观测了2个生长季(2005—2006年)。在每年9月30日停止供气后,采样1次。观测高浓度CO2和O3处理的银杏(Ginkgo biloba)成年叶片气孔数量的变化规律。结果表明:在700μmol.mol-1CO2处理条件下,叶片气孔的长度、宽度、周长和面积均明显高于对照(P<0.05);在80μmol.mol-1O3处理条件下,气孔的长度、宽度、周长和面积却显著低于对照(P<0.01);成年叶片气孔在高浓度CO2影响下,气孔密度略有升高(P>0.05),而气孔指数显著减少(P<0.05);大气O3浓度升高对气孔密度影响不大(P>0.05),气孔指数显著减少(P<0.05);银杏成年叶片气孔的长度、宽度与气孔比密度存在一定的负相关关系,可用一元二次曲线方程较好地描述。

连续两个生长季大气CO_2浓度升高对银杏希尔反应活力和叶绿体ATP酶活性的影响

近年来,随着温室气体浓度不断上升,有关CO2浓度升高对植物影响的研究已取得一定进展,但CO2浓度升高对植物光合作用的影响需要从生理生化水平上进一步深入的研究。以沈阳城市森林树种银杏(Ginkgobiloba L.)为研究对象,利用开顶式气室研究连续两个生长季大气CO2浓度升高对银杏光合特性的影响。结果表明,在大气CO2浓度为700μmol.mol-1条件下,与对照相比,第1个生长季CO2处理的银杏叶片净光合速率极显著增加(P<0.01),希尔反应活力极显著增大(P<0.01)、Ca2+/Mg2+-ATP酶活性显著(P<0.05)或极显著增强(P<0.01)、光合产物淀粉的含量极显著增多(P<0.01);第2生长季CO2处理的银杏叶片净光合速率显著增加(P<0.05),希尔反应活力在通气60d时极显著(P<0.01)增大,Ca2+/Mg2+-ATP酶活性在处理30d时显著降低(P<0.05),淀粉含量增多。与第1个生长季相比,第2个生长季CO2处理的银杏叶片净光合速率降低,希尔反应活力减小,Ca2+/Mg2+-ATP酶活性减弱,叶绿素含量增多,淀粉含量减少。试验中出现了光合适应现象。

红豆草与土壤氮含量对大气二氧化碳浓度升高的响应

在封闭的植物培养箱中,通过盆栽实验,研究了红豆草和土壤氮含量对CO2浓度增加的响应.结果表明,与正常CO2浓度(355~370μmol·mol-1)相比,CO2浓度升高(700μmol·mol-1),植物生物量增加25·1%(P<0·01),但植物体氮浓度降低25·3%(P<0·001),植物全氮没有显著的变化.经3个月盆栽实验后,与原始土壤相比,两种CO2浓度处理土壤全N、NO3--N和NH4+-N都有所降低,而土壤微生物氮则显著增加,这可能与植物生长有关.不同CO2浓度处理土壤NH4+-N浓度基本一致,但在高CO2浓度下,土壤NO3--N浓度显著降低,而微生物生物氮显著增加.对整个土壤-植物系统而言,盆栽实验后,整个系统全氮有少量增加,但变化不显著,特别是在高CO2浓度条件下,土壤-植物系统全氮最大,这可能与培养材料红豆草为豆科植物,而且在高CO2浓度下生物量增加,导致氮的固定量增加有关.

Poly[di-mu(3)-chloro-mu(2)-trans-1,2-di-4-pyridylethylene-dicopper(I)]: a two-dimensional organic-inorganic hybrid constructed from linear CuCl clusters and bridging ligands

The structure of the title compound, [Cu2Cl2(C12H10N2)](n), contains infinite CuCl staircase-like chains, which lie about inversion centres. The trans-1,2-di-4-pyrid-ylethyl-ene mol-ecules also lie about inversion centres and connect the CuCl chains through Cu-N coordination bonds into a two-dimensional organic-inorganic hybrid network. The planar sheets are stacked along the c axis and associated through weak C-H center dot center dot center dot Cl inter-actions. The results show a reliable structural motif with controllable separation of the CuCl chains by variation of the length of the ligand.

CO_2浓度对中肋骨条藻的光合无机碳吸收和胞外碳酸酐酶活性的影响

为探讨低光照(30 μmol·m-2·s-1)和高光照(210 μmol·m-2·s-1)条件下海水CO2浓度变化对海产硅藻中肋骨条藻(Skeletonema costatum)的生理影响,对该藻生长及其光合CO2吸收和胞外碳酸酐酶(CAext)活性进行了测定,结果表明,在低光条件下,CO2浓度变化(4～31μmol/L CO2)对该藻的生长和净光合速率的影响比高光条件大.CAext在12和31μmol/L CO2时没有检测出活性;但在4 μmol/L CO2时则有明显活性,且其高光条件下的活性是低光条件

CO_2质量浓度对沈阳市银杏生长及光合固碳能力的影响

以生长在沈阳市区内的银杏为试材,使用开顶箱模拟法对倍增CO2质量浓度(700μmol．mol-1)和正常空气CO2质量浓度(≈350μmol．mol-1)条件下,银杏生长参数、叶面积指数、不同天气中净光合速率日变化进行了初步研究,探讨了高质量浓度CO2对单株银杏光合固碳能力的影响。结果表明:CO2质量浓度增高可以显著提高银杏枝条的生长量和银杏的叶面积指数。经高质量浓度CO2处理后,银杏不同天气下光合速率日变化趋势与对照一致,即晴天为双峰曲线,多云天气为单峰曲线,但净光合速率显著高于对照(P<0．001)。由于净光合速率和叶面积指数升高,高质量浓度CO2也显著提高了单株银杏的固碳释氧能力(P<0．01),晴天比对照提高了119．5％,阴天提高了175．4％。

长白赤松和红松土壤微生物活性对高浓度CO_2的响应(英文)

研究了2003 年夏季长白赤松和红松土壤微生物活性对高浓度CO2的响应规律。结果表明,长白赤松和红松土壤细菌数量受高浓度CO2影响显著(p < 0.05)减少;与对照箱(350 μmol ·mol-1 CO2)和裸地(350 μmol ·mol-1 CO2)相比,红松土壤淀粉酶和转化酶活性降低,而长白赤松土壤淀粉酶和转化酶活性却表现为增加;同时发现受700 μmol ·mol-1 CO2处理的红松和长白赤松土壤微生物生物量碳均表现为显著降低。DGGE 结果表明:受高浓度CO2 的影响,长白赤松和红松土壤细菌群落结构发生了明显的变化。研究结果表明土壤微生物对高浓度CO2的响应规律与所研究的的树种有关。图2 表2 参29。

四个生长季高浓度CO_2处理长白松的气孔响应(英文)

在长白山站以开顶箱方式对4 年生长白松连续4 个生长季进行CO2 处理,包括700 和500 μmolmol-1 高浓度CO2,以及接受空气CO2的对照箱和不扣箱的裸露地条件(约350 μmolmol-1 CO2),通过测定气孔导度(gs),ci/ca比及气孔数量等指标评价气孔对高浓度CO2的响应。气孔导度及ci/ca比的转换实验表明,在各自生长CO2下和在相同测定CO2 下进行比较时,生长在高浓度CO2 下植株的气孔导度要高于空气CO2 下对照组植株的气孔导度(除700 μmol mol-1 CO2 下的植株在生长CO2 浓度下及在350 μmol mol-1 CO2 下测定时的气孔导度低于裸地植株外)。在各自生长CO2浓度下测定时,高浓度CO2下植株的ci/ca比低于对照组植株,但在相同测定CO2浓度下比较时,却是高浓度CO2下植株的ci/ca高于对照组植株的ci/ca比。高浓度CO2下植株与对照组植株在每单位长度气孔数量上无明显差异,但高浓度CO2通过降低气孔线数使长白松当年生针叶的总气孔数量降低,并且改变了气孔在针叶上、下表面的分配模式。表4 参18。

Acclimation of photosynthesis to elevated CO2 in onion (Allium cepa) grown at a range of temperatures

Onion (Allium cepa) was grown in the field within temperature gradient tunnels (providing about -2.5degreesC to +2.5degreesC from outside temperatures) maintained at either 374 or 532 mumol mol(-1) CO2. Plant leaf area was determined non-destructively at 7 day intervals until the time of bulbing in 12 combinations of temperature and CO2 concentration. Gas exchange was measured in each plot at the time of bulbing, and the carbohydrate content of the leaf (source) and bulb (sink) was determined. Maximum rate of leaf area expansion increased with mean temperature. Leaf area duration and maximum rate of leaf area expansion were not significantly affected by CO2. The light-saturated rates of leaf photosynthesis (A(sat)) were greater in plants grown at normal than at elevated CO2 concentrations at the same measurement CO2 concentration. Acclimation of photosynthesis decreased with an increase in growth temperature, and with an increase in leaf nitrogen content at elevated CO2. The ratio of intercellular to atmospheric CO2 (C-i/C-a ratio) was 7.4% less for plants grown at elevated compared with normal CO2. A(sat) in plants grown at elevated CO2 was less than in plants grown at normal CO2 when compared at the same C-i Hence, acclimation of photosynthesis was due both to stomatal acclimation and to limitations to biochemical CO2 fixation. Carbohydrate content of the onion bulbs was greater at elevated than at normal CO2. In contrast, carbohydrate content was less at elevated compared with normal CO2 in the leaf sections in which CO2 exchange was measured at the same developmental stage. Therefore, acclimation of photosynthesis in fully expanded onion leaves was detected despite the absence of localised carbohydrate accumulation in these field-grown crops.