陸生植物的光合作用速率受氣孔導(dǎo)度( gs )、葉肉導(dǎo)度(gm)和生化活性(羧化速率V cmax或光化學(xué)最大電子傳輸速率J max)的共同限制。
在光合作用進行碳同化之前,CO2需要首先從外界大氣經(jīng)過氣孔傳輸?shù)郊毎g隙,然后再依次經(jīng)過細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)、葉綠體膜和葉綠體基質(zhì)等阻力到達Rubisco酶(卡爾文循環(huán)的關(guān)鍵酶)的羧化位點。
CO2從細胞間隙到達Rubisco酶羧化位點的傳導(dǎo)度(阻力的倒數(shù))稱為葉肉導(dǎo)度, 是限制葉片葉綠體中二氧化碳濃度,進而影響葉片光合速率的重要生理參數(shù)。
提高葉肉導(dǎo)度可以同時提高葉片水分及光能利用效率,因此其成為光合作用改良的重要靶標(biāo)。在全球氣候變暖的背景下,研究葉肉導(dǎo)度對溫度的響應(yīng)規(guī)律及機理對于提高光合作用抗高溫能力具有重要的意義。
科學(xué)家以小麥和水稻為研究對象,發(fā)現(xiàn)小麥的葉片水勢隨著溫度的升高而降低,而水稻的葉片水勢對溫度相對不敏感。在兩個溫度下通過短期干旱脅迫建立葉肉導(dǎo)度與水勢的關(guān)系發(fā)現(xiàn),在相同的水勢下小麥的葉肉導(dǎo)度也隨著溫度的升高而升高。
這表明,不同作物之間葉片水勢對溫度的響應(yīng)差異會影響葉肉導(dǎo)度對溫度的響應(yīng)規(guī)律。最后,作者優(yōu)化了葉肉導(dǎo)度對溫度響應(yīng)的模型,系統(tǒng)闡明了影響葉肉導(dǎo)度溫度適應(yīng)性的因素和調(diào)控措施。
圖1 水稻和小麥的葉肉導(dǎo)度和葉片水勢對溫度的響應(yīng)規(guī)律
根據(jù)菲克定律,葉肉導(dǎo)度的計算公式:
其中,Ci是胞間CO2濃度,Cc羧化位點的CO2濃度,Γ *是CO2補償點,Rd是光呼吸速率,J是電子傳遞速率。
目前市場上能直接計算出gm、Cc、Γ*、Rd的儀器非常少,大部分都需要科研人員自己后期計算。iFL作為一款便攜式光合熒光復(fù)合測量系統(tǒng)可以直接計算出gm,無需后期計算。該儀器的特點如下:
可以直接得到gm、羧化位點的CO2濃度Cc、光呼吸Rd、CO2補償點Γ *、羧化速率V cmax、光化學(xué)最大電子傳輸速率J max
測量葉片實際光吸收率,確保測得準(zhǔn)確的電子傳遞速率J
每次測量自動匹配、自動調(diào)零
內(nèi)置自動后期數(shù)據(jù)處理協(xié)議:Laisk protocol, the Kok protocol, the Yin protocol
圖1、 現(xiàn)場測量圖片
下圖是光強PAR與光合作用速率A的關(guān)系:隨光強增大,光合速率增加。
下圖顯示光強PAR與胞間CO2濃度的關(guān)系:隨光強增大、胞間CO2濃度降低
下圖顯示光強PAR和葉肉導(dǎo)度Gm的關(guān)系:隨光強增大,葉肉導(dǎo)度增加。
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