青藏高原是陆地碳循环研究中的热点地区.在全球气候变化背景下,其总初级生产力(gross prima-ry production,GPP)在区域碳循环过程中发挥着重要作用.结合遥感数据使用模型模拟有助于了解青藏高原区域尺度上生态系统生产力的变化过程,以及预测其未来的变化趋势.本研究使用6种常见的遥感GPP产品(GLASS、MODIS MOD17A2、FLUXCOM、VODCA2、改进的EC-LUE数据及VPM数据),结合涡度协方差通量观测数据(海北灌丛、海北湿地和当雄)进行验证后,对青藏高原2001-2015年生态系统GPP空间分布格局及时间变化趋势进行分析.结果表明:不同生态遥感产品得到的青藏高原年平均GPP、区域年均GPP时空分布格局与变化趋势存在较大差异,6套产品得到的2001-2015年变化趋势分别-0.77 g C·m-2·a-1(GLASS)、3.63 g C·m-2·a-1(MOD17A2)、-1.21 g C·m-2·a-1(FLUXCOM)、1.53 g C·m-2·a-1(VODCA2)、4.73 g C·m-2·a-1(VPM)和-0.81 g C·m-2·a-1(改进的 EC-LUE);在空间分布上多年平均GPP总体呈现"东南高、西北低"的特点,区域差异较大;在青藏高原生态系统中,GLASS产品区域平均年GPP 最高(827.78 Tg C·a-1),MOD17A2 产品最低(484.04 Tg C·a-1),2001-2015 年青藏高原生态系统GPP变化程度分布区域基本相同,东南部最剧烈,而西部最为稳定;经过站点数据验证,MOD17A2在8天尺度上结果相对更好,而FLUXCOM数据集在月尺度上结果相对更好,结合在区域尺度上的表现,MOD17A2数据集更加适用于青藏高原地区.

植被吸收光合有效辐射(Absorbed Photosynthetically Active Radiation,APAR)是植被进行光合作用中实际吸收的太阳辐射量,是植被净第一性生产力的重要指标,也是生态系统的功能模型、作物生长模型、净初级生产力模型、气候模型等的重要参数.因此高空间分辨率和精确性的植被吸收光合有效辐射对于高精度的区域生产力及光能利用率的研究具有重要意义.对CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型进行了改进,利用 30 m×30 m的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)数据直接计算太阳辐射,从而将其作为CASA模型的输入参数.结合多源遥感数据、气象数据,研究 2015-2020 年江汉平原APAR的时空分布及其影响因素.顾及江汉平原的土地利用分布特点,着重分析了江汉平原农田APAR的时空特性,研究结果较好的反映了江汉平原APAR分布.实验结果表明:(1)2015-2020 年APAR年总值在 3.42×1013 MJ—3.73×1013 MJ之间,总体空间分布与植被类型的分布情况相符;(2)农田月均APAR值在 4 月、7 月高于其他月份,表现出"双峰"的特征;(3)在空间分布上,水田APAR表现出明显的纬度地带性,而旱地APAR正好相反,这可能源于种植结构重心转移;(4)通过借助地理探测器,着重考虑与植被生长相关的 12 个因子(包括≧10≧积温、年总日照时数、年均气温、年总降雨量、农田种植结构、年散射辐射、农田施肥、土壤类型、土壤质地(砂土、粉砂土、黏土))进行分析,结果表明这 12 个因素对APAR空间变异性都具有很明显的影响.对CASA的改进方法可以适用于大范围高空间精度的计算.

为深入研究闽楠幼苗在极弱光环境下的可塑性及生存策略,该文以2年生闽楠幼苗为试验材料,通过人工遮阴方式模拟不同光环境(100％、35％和10％透光率),测定不同处理下闽楠幼苗叶片表观形态、解剖结构和光合生理等参数,探讨幼苗形态、生理可塑性与光适应的内在联系.结果表明:(1)闽楠幼苗的叶长、叶宽、叶面积和比叶面积(SLA)均随着光强的减弱而增加,叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度和栅海比值(栅栏组织厚度/海绵组织厚度)等均以10％透光率下最小.(2)35％透光率的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、光能利用率(LUE)、光系统Ⅱ(PS Ⅱ)的光化学淬灭系数(qp)、非光化学淬灭系数(NPQ)、有效光合量子产量(Fv'/Fm')及潜在光化学效率(Fv/Fo)等均显著高于100％和10％透光率处理.(3)叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素总量及最大光化学效率(Fv/Fm)等均随着光强的减弱而增加,但叶绿素a/b随着光照强度的减弱而降低.(4)幼苗结构和生理表型可塑性指数显示,光合色素含量特征＞形态特征＞光合特征＞解剖结构特征＞叶绿素荧光参数特征,其中叶面积、SLA、Pn、Gs、LUE及光合色素含量的表型可塑性指数在0.455～0.755之间.综上所述,闽楠幼苗不适宜在全光照下生长,在35％左右的透光率下表现良好;在10％透光率下,闽楠叶片通过增加叶面积、SLA、Pn及光合色素含量来提高对光能的捕获;弱光下闽楠幼苗主要通过调节光合色素含量与形态的可塑性,协同解剖结构、光合生理及叶绿素荧光参数可塑性的变化来适应弱光环境.该研究可为今后闽楠栽培管理提供理论依据.

为探析乐昌含笑(Michelia chapensis)在不同光照强度下生长及光合能力的适应机制,以乐昌含笑2年生幼苗为试材,经100％(CK)、70％(T1)、50％(T2)、30％(T3)、10％(T4)全光照5个不同遮荫处理1年(3年生),进而对其生长及光合指标进行测定.结果表明,在70％全光照和100％全光照下,乐昌含笑幼苗存活率与株高、地径生长显著高于其他处理.净光合速率在70％光照强度处理时达最高值(8.553 μmol·m-2· s-1);随着遮荫胁迫的加重,净光合速率逐渐下降,在50％全光照下净光合速率下降主要由气孔限制导致,30％全光照和10％全光照下由非气孔限制导致.与其他遮荫处理相比,100％全光照和70％全光照下乐昌含笑叶片具有更高的最大净光合速率(8.166和8.735 μmol·m-2·s-1)、光饱和点(1215.956和1145.328μmol·m-2·s-1)和光补偿点(16.280和13.572 μmol·m-2·s-1).随着遮荫处理水平的提高,PSII反应中心实际光化学效率(ΦPSII)和光化学淬灭系数(qp)逐渐增加,非光化学猝灭系数(NPQ)逐渐下降;吸收光能中光化学反应耗散能量(P)的比例逐渐增大,天线热耗散能量(D)的光能比例逐渐减小;而所有遮荫处理并未对PSII反应中心的最大光化学效率(Fv/Fm)及潜在活性(Fv/F0)产生显著的影响.初步判断,70％全光照最有利于乐昌含笑生长,在中度和重度遮荫条件下乐昌含笑可降低光补偿点、光饱和点、净光合速率和暗呼吸速率,增加PSII反应中心开放程度、电子传递的活性和光能利用率,从而提高其在弱光环境下的生长能力.

为探究耐淹速生竹种水竹对不同程度水淹胁迫的光合生理响应,以一年生水竹(Phyllostachys het-eroclada)为试验材料,以正常浇水为对照组,测定根部全淹及根部半淹处理下水竹光合气体交换参数、光合色素及叶片资源利用效率随水淹时长产生的差异.结果表明:水淹胁迫第3天,半淹处理的水竹叶片净光合速率、光饱和点和蒸腾速率较对照均出现显著上升,而全淹胁迫下则无显著差异,其后均随胁迫时间的延长而下降,下降幅度与胁迫程度呈正相关;水淹胁迫处理第6天,水竹叶片气孔导度均显著高于对照组,后呈下降趋势;水淹胁迫导致水竹胞间CO2浓度呈现先下降后上升的趋势,至第9天与对照组的数据差异不显著,其恢复时长与胁迫程度呈正相关;暗呼吸速率及光补偿点则随胁迫时长的增加而上升;总光合色素呈现先下降后上升趋势,叶绿素与类胡萝卜素的比例仍保持在3∶1,而叶绿素a与叶绿素b的比例从3∶1下降至2∶1;叶片水分利用率呈现先下降后上升的趋势,而表观光能利用率与表观CO2利用率均呈现下降趋势,其下降幅度随水淹时长的延长而逐渐减小.研究表明,半淹胁迫短期内对水竹的光合作用表现出促进作用,但随胁迫时间的延长,光合各参数会逐渐下降至稳定水平,水竹通过调节光合色素比例及提高水分利用效率,适应水淹环境后,具有较好的耐淹能力.

为探讨红树植物光适应的生理生态机制,通过遮荫控制试验对无瓣海桑(Sonneratia apetala)、秋茄(Kandelia candel)、木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、老鼠簕(Acanthus ilicifolius)、卤蕨(Acrostichum aureum)、银叶树(Heritiera littoralis)、黄槿(Hibiscus tiliaceus)等8种红树植物的1 a生幼苗在不同生长光强(自然光强的100%、45%、30%、10%)下的叶绿素荧光参数进行了研究.结果表明,8 种红树植物在遮荫后光系统II最大光化学效率(Fv/Fm)和光系统II实际光化学效率(ΦPSII)总体呈上升趋势,而电子传递速率(ETR)则显著下降.无瓣海桑、秋茄、桐花树、银叶树和黄槿在全光照下表现出比其他3种植物更高的Fv/Fm,同时桐花树和银叶树的ΦPSII和ETR也显著高于木榄、老鼠簕和卤蕨.因此,无瓣海桑、秋茄、桐花树、银叶树和黄槿在高光辐射下具有更高的光能利用率,同时桐花树和银叶树能更好地利用高光并耗散过剩光能,适宜作为中上层树种或在郁闭度较低的林下种植.而木榄、老鼠簕和卤蕨在高光辐射下ΦPSII值均不足 0.2,ETR也仅为无瓣海桑等阳生物种的20%～33%,更适宜在光照条件较弱的林下种植.

草地覆盖全球陆地面积的40％左右,在全球碳循环中发挥着重要作用.近年来,人类活动,如化石燃料燃烧和畜牧业的发展显著增加了氮在全球环境中的沉积.草地管理方式(如刈割)在介导氮沉降对草地植物的影响方面具有重要作用.因此,筛选合适的模型对光响应过程进行拟合并计算相关参数对研究植物光合特性具有重要意义.依托6种氮添加(NH4NO3)梯度和两种草原管理方式(刈割和不刈割)交互处理的野外控制实验,利用Li-6400便携式光合作用系统测定上述实验平台的优势种羊草(Leyznus chinensis)的光合作用-光响应过程.采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型和直角双曲线修正模型4种光响应模型对羊草光响应曲线进行拟合,从参数拟合效果和模型拟合优度筛选氮添加和刈割条件下羊草的最佳拟合模型并分析羊草的光合特性.结果表明:指数模型对表观量子效率(a)、光饱和点(LSP)和最大净光合速率(Pnmax)具有较好的参数拟合效果,非直角双曲线模型的模型拟合优度最好.在所有处理中,羊草均未表现出明显的光抑制现象,具有一定的光合潜力和适应环境变化的能力.适度氮添加和刈割处理能提高羊草净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、Pnmax、α和LSP等,提升了羊草的光能利用率并拓宽了光强利用范围,但过度氮添加并不能进一步提高光合能力.综上,指数模型和非直角双曲线模型较适用于氮添加和刈割条件下羊草的光响应曲线拟合,施氮浓度为20 g N m-2 a-1并刈割是最有利于提高羊草光合能力的草原管理措施.探讨了不同氮添加浓度和刈割处理对优势种羊草的交互影响,从光合作用角度分析羊草的适应机制,将对未来全球氮沉降增加情况下的草地管理方案提供科学依据.

株高是影响玉米株型和种植密度的重要农艺性状,培育耐密植的矮秆/半矮秆新品种可为增产做贡献.但目前多数矮秆突变体单株产量损失较大,难以在育种中应用.因此,探究玉米株高的调控机制、挖掘株高基因的优良等位变异,从而改善玉米株型结构、提高群体光能利用率、增强群体对水肥的耐性,对提高玉米产量尤为重要.本文综述了目前挖掘到的株高数量性状位点,阐述了株高相关基因主要受植物激素、微管结合蛋白以及成花因子调节;概述了Brachytic2(Br2)基因在玉米矮秆育种研究中的应用及其局限性;最后展望了矮秆有利等位基因及其分子标记和现代生物技术在矮秆种质资源创制中的重要价值.本文将为玉米株高的遗传机制解析以及矮秆玉米分子育种奠定基础.

以澳洲青苹为对象,在2021年7-9月对澳洲青苹果树进行遮光处理(0、15％、25％、35％),测定不同遮光处理下的光合特性和荧光参数,探究遮光对澳洲青苹叶片光合特性的影响,为澳洲青苹引种栽培提供科学依据.结果表明:(1)15％的遮光处理增加了澳洲青苹叶绿素含量,25％以上的遮光处理明显降低叶绿素含量,叶绿素a/b随遮光程度的增加先下降后上升.(2)15％的遮光处理减弱了"光合午休"现象,25％以上的遮光处理使光合日变化由"双峰型"变为"单峰型",但35％的遮光使光合速率明显降低,对澳洲青苹适度遮光有利于叶片对光照的充分利用.(3)遮光提高澳洲青苹叶片光补偿点,降低光饱和点、暗呼吸速率以及量子效率.随着遮光程度的增加,澳洲青苹叶片最大荧光值升高;遮光提高了叶片对光能的吸收能力,但降低PSⅡ反应中心活性,抑制PSⅡ的QB还原能力而提高Qa还原能力;遮光提高了PSⅡ用于电子传递的量子比率,减低热耗散量子比率,以提高对光能利用率.

为揭示高山羊齿(Davallia mariesii)的光响应机制,对5种不同遮荫处理的盆栽高山羊齿的生长状态、光合特性和叶绿素荧光参数进行测定.结果表明,随着遮荫水平的增加,高山羊齿叶形不断变大、叶色不断加深.在70%遮荫下,高山羊齿生长势好,叶片硬脆有光泽,且产孢率低,孢子成熟延迟.叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b随遮荫水平的提高而增加,但在90%遮荫时下降;而叶绿素a/b、光饱和点、光补偿点和暗呼吸速率的变化则与之相反,且遮荫程度较深与无遮荫间的光饱和点有极显著差异.在5种遮荫处理下,70%时叶绿素荧光参数Fm、φPo、ψO、φEo、TRO/RC、ABS/RC、ETO/RC都达到最大.因此,70%遮荫的光抑制最小,光能利用率最大,光合能力最强,最有利于高山羊齿的生长.