LI-6800应用案例 | 【Plant Physiolog

原文以 Short- and long-term responses of leaf day respiration to elevated atmospheric CO2 为标题发表在Plant Physiology上

作者 | 孙嫣然 等

翻译 | 曹大伟

校对 | 子毅

植物呼吸作用是准确评估碳收支的关键。大气CO2浓度升高，叶片光合速率以及初级生产力会随之增加，这被称为“CO2施肥效应”，而植物呼吸作用对CO2的响应仍存在较大争议。

叶片呼吸过程在黑暗和光照条件下都会发生，这使呼吸作用变得复杂。叶片的日间（光照下）呼吸速率RL常会受到光照抑-制，低于相同温度黑暗条件下的暗呼吸速率RDk。

植物日间呼吸RL受哪些过程的调控？如何准确对其量化？这些都是需要回答的问题。

截至目前，关于RL对CO2浓度长期升高的响应还没有达成共识。一些研究表明，CO2浓度升高会促进RL，这可能与叶片中碳水化合物浓度升高有关；此外，CO2浓度升高时，叶肉细胞线粒体数量会增加，这也是RL升高的一个因素。然而也有一些研究报告了相反的结果。

例如有研究表明，CO2浓度升高，RL会降低，这可能与光呼吸有关。光呼吸在CO2浓度升高时会降低，这会导致RL的下降。使用Kok方法获得的结果表明，光呼吸与RL之间存在线性正相关关系，然而这种关系背后的机制尚不清楚。特别是，Kok效应本身，并非完全是由呼吸速率的变化所引起的。

RL的降低也可能与氮代谢有关。在许多FACE实验中观察到，CO2浓度升高会降低叶氮含量。通过光呼吸和硝酸盐同化之间的潜在关联，CO2浓度升高会抑-制叶片的氮同化。氮同化需要的能量减少，RL可能会因此下调。

此外，在短期CO2浓度升高实验中，RL可能会降低、增加或不受影响。由此可见，从CO2浓度瞬时升高的实验中得出的结论，与从CO2浓度长期升高的实验中得出的不具可比性。 

另一个不确定性源自测量方法。在目前评估RL的方法中，没有一种可以直接测量RL。Z常用的是Kok法，而Kok方法本身也存在问题。在A-Iinc光响应曲线上，Kok方法通常会忽略叶绿体CO2浓度Cc的变化，这会导致对RL的估算出现偏差；估算Cc需要量化叶肉导度gm，而gm很难被准确量化，特别是在低光照条件下。

总之，RL对CO2浓度升高的长、短期响应都没有定论，用于量化RL的方法也存在一定问题。在本研究中，研究者们试图回答以下两个问题: （1）短期、中期、长期CO2浓度升高对C3植物叶片RL的影响究竟是怎样的？（2）原始和修正的Kok方法得到的RL一致性如何？

研究者们以小麦（T. aestivum）和向日葵（H. annuus）为研究材料，使用LI-6800高级光合-荧光测量系统，测量叶片气体交换和叶绿素荧光参数，分别使用Kok、Kok-Phi和Kok-Cc方法计算RL。

数据表明，长期CO2浓度升高会导致RL和RDk降低，这可能与叶片氮代谢过程有关。该研究重新审视了Kok方法的理论基础，并提出了改进方法。在低光照条件下，Kok和Kok-Phi方法低估了RL，高估了光照对呼吸作用的抑-制。这些结果为完善植物呼吸速率碳循环模型提供了新思路。

当向日葵及小麦有4片完全展开的叶片时，使用LI-6800高级光合-荧光测量系统，测量叶片光合气体交换和叶绿素荧光参数。测试叶片为第二片完全展开叶。通过光响应曲线和叶绿素荧光参数估算RL。光强初始值为120μmol m−2 s−1，当气体交换速率达到稳定后，开始采集数据，之后光强梯度为100、80、60、40、20和0，单位是μmol m−2s−1。在光强为120、100、80、60、40时，记录当时光下的稳态荧光信号值FS，采用Multiphase Flash技术测量光下荧光信号F’m，进而计算光下实际光化学量子效率Φ2。光响应曲线在两个CO2浓度条件下测量：410ppm和820ppm。

在700μmol m−2s−1的光照强度下，测量CO2响应曲线，CO2浓度设置顺序为410、200、150、100、50、410、800、1600 ppm。在200、410、800和1600 ppm CO2浓度条件下，同步测量叶绿素荧光参数。

在所有气体交换测量中，叶片温度保持在25°C，因此在比较RL和RDK时，不需要进行温度校正。

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原文中的主要数据图表