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全球气候变化,必然引起荒漠地区成为全球生态系统中一个最积极的响应之一。因此,研究沙漠植物在未来气候下的生理生态响应和适应是十分必要的。
本文选取腾格里沙漠东南缘优势植物油蒿、柠条、雾冰藜和沙米进行盆栽实验,在人工气候箱中采用人工补充一定剂量的UV-B辐射,并设定三个水平:自然光、8.4KJ·m-2和12.6 KJ·m-2;同时增强CO2浓度,并设定三个CO2浓度水平:350μmol/mol、550μmol/mol和700μmol/mol,在两个土壤含水量10.1%和12.3%条件下分别研究UV-B辐射处理、CO2浓度处理以及UV-B辐射和CO2浓度交互作用对4种沙漠植物叶片光合作用、叶绿素荧光及叶绿素含量等生理特性的影响。主要结果如下:
1.UV-B辐射显著降低4种沙漠植物叶片光合效率,提高光呼吸能力,降低其原初光化学效率和PSⅡ反应中心的开放程度,增强了热耗散能力和水分利用效率;同时显著降低了4种沙漠植物叶绿素的含量。4种植物的比较表明,UV-B辐射增强更能引起C4草本植物雾冰藜和沙米光合作用的下降,引起C3灌木半灌木柠条和油蒿水分利用效率提高更大。
2.CO2浓度升高对4种沙漠植物叶片光合作用有明显地促进作用。CO2浓度升高引起叶片气孔阻力增加,蒸腾速率下降,水分利用效率提高,光呼吸作用降低。CO2浓度升高引起PsII反应中心开放程度和热耗散能力的增强,提高了叶片叶绿素a和总叶绿素的含量,而叶绿素b却因不同植物而产生不同的变化,油蒿和柠条的叶绿素b含量下降,而雾冰藜和沙米的叶绿素b含量却升高。4种植物的比较表明,CO2浓度升高对C3灌木和半灌木柠条和油蒿的光合作用提高更大,4种沙漠植物水分利用效率的提高大小为雾冰藜>沙米>油蒿>柠条。
3.UV-B辐射和CO2浓度交互作用可以改善由于单一UV-B辐射引起的4种沙漠植物的光合作用的下降;并且CO2浓度越高,这种改善越明显,而UV-B辐射越强,复合作用效果就越降低。复合作用提高4种植物的光合速率,降低气孔导度和蒸腾速率,提高水分利用效率和光呼吸。复合作用对PSⅡ活性的下降有所恢复,并提高热耗散的能力。同时复合作用提高了4种沙漠植物叶片叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素的含量。4种植物的比较表明,UV-B辐射和CO2浓度交互作用更能引起C3灌木和半灌木油蒿和柠条光合速率的提高,而对C4草本植物雾冰藜和沙米光合作用的作用较小。
4.两种土壤水分条件比较表明土壤含水量的增加可以缓解由于UV-B辐射增强对4种沙漠植物的影响,提高其光合作用能力,增强PSⅡ反应中心开放程度,并增加其叶绿素的含量。土壤含水量的提高可以增强植物气孔的开放程度,缓解4种沙漠植物对CO2浓度升高的敏感程度,并且增强4种沙漠植物对UV-B辐射和CO2浓度复合作用的响应。