摘要：本文以自然光气体熏蒸平台为实验设施，玉米叶片为实验材料，室内对照被系统设置(CK，实验过程中完全模仿室外环境)，系统考查了单独的高浓度二氧化碳、臭氧或者两者的结合对玉米叶片的净光合速率以及水分利用效率的影响。实验结果表明，二氧化碳处理后的叶片与CK相比，三个生长时期的净光合速率增幅比例分别为18.2%、11.1%和44.4%，臭氧处理后的叶片，三个生长时期的净光合速率下降比例约为34.5%、37.0%和83.3%，两者共同处理后的叶片，在拔节期和抽穗期的净光合速率没有明显变化，但是对灌浆期影响较大，下降比例达到了48%。二氧化碳处理的叶片在三个时期的水分利用效率都有所增加，而臭氧处理期间，叶片的水分利用效率都有所减小，尤其对灌浆期影响尤为显著。
关键词：熏蒸平台；二氧化碳；臭氧
中图分类号：S5 文献标识码：A
1实验方法
本实验所采用的熏蒸平台为分布式结构，是完全动态的，可最大限度的模拟自然界环境，通过控制温度、湿度以及布气系统实现动态模拟，使实验所用的条件与外界的差别维持在最小化。采用小型光合系统分析仪(LI-COR，USA)来测定玉米叶片在拔节期、抽穗期以及灌浆期的净光合速率(Pn)以及水分利用效率(WUE)。
2.1高浓度二氧化碳和臭氧对玉米叶片净光合速率(Pn)的影响
图1二氧化碳和臭氧浓度升高对玉米叶片不同生长时期叶片净光合速率(Pn)的影响，(a)拔节期；(b)抽穗期；(c)灌浆期
图1显示了高浓度二氧化碳和臭氧对玉米叶片净光合速率的影响。本实验所采用的玉米叶片在拔节期、抽穗期、灌浆期三个不同时期的Pn值分别为26 μmol·m-2s-1、25.5 μmol·m-2s-1和14.75 μmol·m-2s-1，这说明了Pn值是随着生长发育期的进行而减小。与CK值相比，二氧化碳的浓度升高使三个不同生长时期的Pn值都有所增加，增加比例大概为18.2%、11.1%和44.4%，从增加的比值来看，均已达到了显著提升的水准，同时也可以看出灌浆期的增幅比例要远远大于拔节期以及抽穗期。从图1我们也可以发现，臭氧浓度的升高对玉米叶片的光合作用起到了相反的作用，当玉米叶片遭遇高浓度臭氧时，其Pn值都呈现出下降趋势，下降的比例大约为34.5%、37.0%和83.3%，从下降比例来看均已达到极为显著的水准，灌浆期的下降比例要远远高于拔节期与抽穗期。当二氧化碳和臭氧浓度同时升高时，抽穗期的Pn值略微升高，增长比例约为3.7%，拔节期与灌浆期的Pn值都有所下降，这主要是由于臭氧浓度升高所致，这两个生长时期的下降比例约为5.5%和33.3%，抽穗期与拔节期均未到达显著水准，而灌浆期达到了极为显著水准。本实验证明，当二氧化碳浓度升高时，玉米叶片的Pn值增加幅度明显，增加幅度明显高于拔节期与抽穗期，大气中二氧化碳的浓度升高，会促进植物叶片的光合作用，从而使植物叶片的净光合速率加快，但是随着植物的生长，这种现象会出现明显的减弱现象，这就是我们通常所说的光合适应作用。与二氧化碳相反，臭氧浓度的升高对植物的光合作用起到抑制作用，随着生长期的继续，植物会逐渐衰老，这种现象也会越来越严重。
2.2高浓度二氧化碳和臭氧对玉米叶片水分利用效率(WUE)的影响
图2二氧化碳和臭氧浓度升高对玉米叶片不同生长时期叶片水分利用效率(WUE)的影响，(a)拔节期；(b)抽穗期；(c)灌浆期
图2显示了当二氧化碳和臭氧浓度升高后，玉米在各个生长期其叶片水分利用率的综合情况分析。本研究所用的玉米叶片在三个不同生长时期的平均水分利用效率为1.26、1.44和2.40，从中可以看出，随着生长期的逐渐推移，水分利用效率逐渐增加。与CK相比，当二氧化碳浓度增加后，拔节期的水分利用效率增幅达到45.5%，抽穗期以及灌浆期的增幅分别为29.6%和17.9%，从增加的数值可以看出，拔节期达到了极显著水准，抽穗期以及灌浆期为显著水准。与CK相比较，当臭氧浓度升高后，对玉米初期成长的水分利用效率没有影响，但是对玉米的中期和后期成长的水分利用效率有较大影响，在抽穗期阶段，水分利用效率下降了14.8%，达到了显著水准，在灌浆期阶段，水分利用效率下降达到了46.4%，为极显著水准。当二氧化碳和臭氧的浓度同时增加时，与CK相比，拔节期与抽穗期的水分利用效率增幅为13.6%和11.1%，而在叶片的生长后期，水分利用效率下降明显，下降幅度达到了28.6%。从以上结果可以看出，高浓度的二氧化碳对叶片的水分利用效率有显著效果，这一结果说明了大气中的二氧化碳对植物抵御干旱的能力是有增强作用的。而臭氧虽然对叶片的初期增长没有影响，但是它的含量增加在很大程度上影响了叶片的后期生长，它的增长促使叶片的抽穗期以及成熟期的水分利用效率下降，这与臭氧迫下净光合速率明显大于蒸腾速率有关。
3结论
空气中二氧化碳的增加可以增强玉米的光合能力以及水分利用效率，由于环境遭到破坏，空气中臭氧含量的增加，会使玉米的光合能力下降，对水分的利用能力也会随之下降。本研究是在熏蒸环境下进行的，实验条件尽量无限接近于自然条件，但实验结果是否适用于现实中农田耕作，还需要进一步的实验验证。
论文作者:张衡博
论文发表刊物:《科技中国》2017年3期
论文发表时间:2017/5/27
标签：叶片论文; 抽穗期论文; 臭氧论文; 水分论文; 玉米论文; 二氧化论文; 效率论文; 《科技中国》2017年3期论文;