生态学前沿讲座全球变化生态学幻灯片.ppt

生态学前沿讲座全球生态学前沿讲座全球变化生态学变化生态学第1页，共44页，编辑于2022年，星期日1.全球变化对植物生理生态的影响全球变化对植物生理生态的影响n n实验手段实验手段n n植物对植物对CO2浓度升高的生理反应浓度升高的生理反应n n辐射环境变化对植物生理生态的影响辐射环境变化对植物生理生态的影响第2页，共44页，编辑于2022年，星期日实验手段实验手段n n控制环境实验：野外，用透明材料如玻璃、塑料薄膜罩住，封闭，水控制环境实验：野外，用透明材料如玻璃、塑料薄膜罩住，封闭，水控制环境实验：野外，用透明材料如玻璃、塑料薄膜罩住，封闭，水控制环境实验：野外，用透明材料如玻璃、塑料薄膜罩住，封闭，水分、分、分、分、CO CO2 2浓度等内部环境可控，植物环境长期稳定。简单，浓度等内部环境可控，植物环境长期稳定。简单，浓度等内部环境可控，植物环境长期稳定。简单，浓度等内部环境可控，植物环境长期稳定。简单，易设重复。但气温、风速及地下环境难控。易设重复。但气温、风速及地下环境难控。易设重复。但气温、风速及地下环境难控。易设重复。但气温、风速及地下环境难控。n n开顶式同化箱：把某一空间内自然生长的植物群落从四周包围，开顶式同化箱：把某一空间内自然生长的植物群落从四周包围，开顶式同化箱：把某一空间内自然生长的植物群落从四周包围，开顶式同化箱：把某一空间内自然生长的植物群落从四周包围，只让顶部和大气相通，只让顶部和大气相通，只让顶部和大气相通，只让顶部和大气相通，“注射注射注射注射”CO”CO2 2气体控制气体控制气体控制气体控制COCO2 2浓度。隔离浓度。隔离浓度。隔离浓度。隔离导致光照、风速、病虫害状况的改变。导致光照、风速、病虫害状况的改变。导致光照、风速、病虫害状况的改变。导致光照、风速、病虫害状况的改变。n n自由自由自由自由COCO2 2施肥：在自然状态下直接通入高浓度的施肥：在自然状态下直接通入高浓度的施肥：在自然状态下直接通入高浓度的施肥：在自然状态下直接通入高浓度的COCO2 2，成本高。，成本高。，成本高。，成本高。n n移地实验：原状土体和植物移入具不同温度、降水或其他环境因移地实验：原状土体和植物移入具不同温度、降水或其他环境因移地实验：原状土体和植物移入具不同温度、降水或其他环境因移地实验：原状土体和植物移入具不同温度、降水或其他环境因子的地方，研究植物对气候变化的响应。子的地方，研究植物对气候变化的响应。子的地方，研究植物对气候变化的响应。子的地方，研究植物对气候变化的响应。第3页，共44页，编辑于2022年，星期日植物对植物对CO2浓度升高的生理反应：浓度升高的生理反应：光合作用光合作用n n光合作用的第一步，由光合作用的第一步，由光合作用的第一步，由光合作用的第一步，由1,5-1,5-二磷酸核酮糖羧化酶（二磷酸核酮糖羧化酶（二磷酸核酮糖羧化酶（二磷酸核酮糖羧化酶（RubiscoRubisco）固定）固定）固定）固定COCO2 2，故，故，故，故RubiscoRubisco与与与与COCO2 2的结合能力或亲和力是制约光合作用对的结合能力或亲和力是制约光合作用对的结合能力或亲和力是制约光合作用对的结合能力或亲和力是制约光合作用对COCO2 2浓度变化响应的第一要素。浓度变化响应的第一要素。浓度变化响应的第一要素。浓度变化响应的第一要素。n n但现在的大气但现在的大气但现在的大气但现在的大气COCO2 2浓度不足以使浓度不足以使浓度不足以使浓度不足以使RubiscoRubisco饱和，饱和，饱和，饱和，CO CO2 2浓度升高时浓度升高时浓度升高时浓度升高时RubiscoRubisco不会成为限制光合速率增加的主要因子。不会成为限制光合速率增加的主要因子。不会成为限制光合速率增加的主要因子。不会成为限制光合速率增加的主要因子。n nCOCO2 2升高时，光合作用的其他生化反应如光合磷酸化中升高时，光合作用的其他生化反应如光合磷酸化中升高时，光合作用的其他生化反应如光合磷酸化中升高时，光合作用的其他生化反应如光合磷酸化中P Pi i（磷酸根（磷酸根（磷酸根（磷酸根离子）的再生能力可成为光合作用的限制因子。离子）的再生能力可成为光合作用的限制因子。离子）的再生能力可成为光合作用的限制因子。离子）的再生能力可成为光合作用的限制因子。n nCOCO2 2 浓度上升对植物将起着肥效作用，大部分人工控制环境下浓度上升对植物将起着肥效作用，大部分人工控制环境下浓度上升对植物将起着肥效作用，大部分人工控制环境下浓度上升对植物将起着肥效作用，大部分人工控制环境下的模拟实验表明的模拟实验表明的模拟实验表明的模拟实验表明 ，植物生长加快。，植物生长加快。，植物生长加快。，植物生长加快。第4页，共44页，编辑于2022年，星期日CO2浓度升高，光浓度升高，光合色素叶绿素和类合色素叶绿素和类胡萝卜素含量提高，胡萝卜素含量提高，捕获光能的能力增捕获光能的能力增强。强。叶绿素叶绿素a/b比值降低，有利比值降低，有利于形成叶绿素于形成叶绿素b和捕光色和捕光色素蛋白复合体，增强对光素蛋白复合体，增强对光能的吸收；还能降低荧光能的吸收；还能降低荧光非光化学猝灭系数，减少非光化学猝灭系数，减少不能参与光反应的非辐射不能参与光反应的非辐射能量的耗散，有利于光能能量的耗散，有利于光能的有效利用。的有效利用。光系统活性及其原初光能转化效率和潜光系统活性及其原初光能转化效率和潜在光合作用量子转化效率提高，有助于在光合作用量子转化效率提高，有助于光能有效转化为生物化学能。光能有效转化为生物化学能。光合光合作用作用第5页，共44页，编辑于2022年，星期日对对CO2的的光合驯化光合驯化n n高浓度高浓度高浓度高浓度COCO2 2下，短期内许多植物的光合速率提高幅度较大，长时下，短期内许多植物的光合速率提高幅度较大，长时下，短期内许多植物的光合速率提高幅度较大，长时下，短期内许多植物的光合速率提高幅度较大，长时期则会产生适应性下降，提高幅度减小，有的甚至下降，回到原期则会产生适应性下降，提高幅度减小，有的甚至下降，回到原期则会产生适应性下降，提高幅度减小，有的甚至下降，回到原期则会产生适应性下降，提高幅度减小，有的甚至下降，回到原来来来来COCO2 2浓度下的水平。浓度下的水平。浓度下的水平。浓度下的水平。n n通过对通过对通过对通过对光合速率与光合速率与光合速率与光合速率与COCO2 2浓度的反应曲线（浓度的反应曲线（浓度的反应曲线（浓度的反应曲线（A A/C Ci i曲线），判断是否曲线），判断是否曲线），判断是否曲线），判断是否出现出现出现出现对对对对COCO2 2的的的的光合驯化，显著标志是光合驯化，显著标志是光合驯化，显著标志是光合驯化，显著标志是A A/C Ci i曲线斜率降低，并常伴随曲线斜率降低，并常伴随曲线斜率降低，并常伴随曲线斜率降低，并常伴随RubiscoRubisco含量及活性的下降、光合蛋白的变化及基因水平的调节。含量及活性的下降、光合蛋白的变化及基因水平的调节。含量及活性的下降、光合蛋白的变化及基因水平的调节。含量及活性的下降、光合蛋白的变化及基因水平的调节。第6页，共44页，编辑于2022年，星期日n n不同光合途径植物的响应：不同光合途径植物的响应：不同光合途径植物的响应：不同光合途径植物的响应：C C3 3植物植物植物植物COCO2 2补偿点低、光呼吸弱，净光合速补偿点低、光呼吸弱，净光合速补偿点低、光呼吸弱，净光合速补偿点低、光呼吸弱，净光合速率提高幅度较大；率提高幅度较大；率提高幅度较大；率提高幅度较大；C C4 4植物植物植物植物COCO2 2补偿点高、光呼吸强，净光合速率提高幅度较补偿点高、光呼吸强，净光合速率提高幅度较补偿点高、光呼吸强，净光合速率提高幅度较补偿点高、光呼吸强，净光合速率提高幅度较小。因此小。因此小。因此小。因此COCO2 2浓度升高，浓度升高，浓度升高，浓度升高，C C3 3植物首先表现出较强的光合速率升高。植物首先表现出较强的光合速率升高。植物首先表现出较强的光合速率升高。植物首先表现出较强的光合速率升高。第7页，共44页，编辑于2022年，星期日植物对植物对CO2浓度升高的生理反应：浓度升高的生理反应：呼吸作用呼吸作用n n短期：短期：短期：短期：1919世纪就已清楚，世纪就已清楚，世纪就已清楚，世纪就已清楚，COCO2 2浓度升高，保卫细胞收缩、气孔关闭、细胞内浓度升高，保卫细胞收缩、气孔关闭、细胞内浓度升高，保卫细胞收缩、气孔关闭、细胞内浓度升高，保卫细胞收缩、气孔关闭、细胞内氧分压降低、氧分压降低、氧分压降低、氧分压降低、CO CO2 2分压提高，抑制呼吸作用；但分压提高，抑制呼吸作用；但分压提高，抑制呼吸作用；但分压提高，抑制呼吸作用；但一些植物的呼吸速率随一些植物的呼吸速率随一些植物的呼吸速率随一些植物的呼吸速率随COCO2 2浓度升高而增加或不变，这和白天积累了较多光合产物有关。浓度升高而增加或不变，这和白天积累了较多光合产物有关。浓度升高而增加或不变，这和白天积累了较多光合产物有关。浓度升高而增加或不变，这和白天积累了较多光合产物有关。n n如生物圈如生物圈如生物圈如生物圈2 2号内长期较高浓度号内长期较高浓度号内长期较高浓度号内长期较高浓度COCO2 2下的下的下的下的1010种植物中，种植物中，种植物中，种植物中，C C3 3植物呼吸速率上升，植物呼吸速率上升，植物呼吸速率上升，植物呼吸速率上升，C C4 4植物呼吸速率变化不明显；低温植物呼吸速率变化不明显；低温植物呼吸速率变化不明显；低温植物呼吸速率变化不明显；低温(15-20)(15-20)下呼吸速率变化不明显，下呼吸速率变化不明显，下呼吸速率变化不明显，下呼吸速率变化不明显，高温高温高温高温(30-35)(30-35)下，多数呼吸速率显著增强。下，多数呼吸速率显著增强。下，多数呼吸速率显著增强。下，多数呼吸速率显著增强。COCO2 2浓度升高使介质浓度升高使介质浓度升高使介质浓度升高使介质pHpH值下值下值下值下降、温度上升，影响呼吸酶活性。降、温度上升，影响呼吸酶活性。降、温度上升，影响呼吸酶活性。降、温度上升，影响呼吸酶活性。n n长期：单位面积的呼吸量会随长期：单位面积的呼吸量会随长期：单位面积的呼吸量会随长期：单位面积的呼吸量会随COCO2 2浓度升高而提高，而按单位生物量计则可浓度升高而提高，而按单位生物量计则可浓度升高而提高，而按单位生物量计则可浓度升高而提高，而按单位生物量计则可能比对照环境下的植物减少。能比对照环境下的植物减少。能比对照环境下的植物减少。能比对照环境下的植物减少。第8页，共44页，编辑于2022年，星期日植物对植物对CO2浓度升高的生理反应：浓度升高的生理反应：气孔气孔导度导度n n现象：环境现象：环境现象：环境现象：环境COCO2 2浓度（浓度（浓度（浓度（C Ca a）升高导致胞间）升高导致胞间）升高导致胞间）升高导致胞间COCO2 2浓度（浓度（浓度（浓度（C Ci i）增加，）增加，）增加，）增加，植物有维持植物有维持植物有维持植物有维持C Ci i低于低于低于低于C Ca a而导致气孔张开度缩小或部分关闭的倾向，气而导致气孔张开度缩小或部分关闭的倾向，气而导致气孔张开度缩小或部分关闭的倾向，气而导致气孔张开度缩小或部分关闭的倾向，气孔导度降低。孔导度降低。孔导度降低。孔导度降低。n n生理机制：高浓度生理机制：高浓度生理机制：高浓度生理机制：高浓度COCO2 2下植物的光合产物增加，保卫细胞内多糖下植物的光合产物增加，保卫细胞内多糖下植物的光合产物增加，保卫细胞内多糖下植物的光合产物增加，保卫细胞内多糖浓度随之提高，细胞水势增加，吸水膨胀，从而使气孔关闭、气浓度随之提高，细胞水势增加，吸水膨胀，从而使气孔关闭、气浓度随之提高，细胞水势增加，吸水膨胀，从而使气孔关闭、气浓度随之提高，细胞水势增加，吸水膨胀，从而使气孔关闭、气孔导度降低。孔导度降低。孔导度降低。孔导度降低。n n高高高高COCO2 2浓度下气孔密度减少，也导致气孔导度降低。浓度下气孔密度减少，也导致气孔导度降低。浓度下气孔密度减少，也导致气孔导度降低。浓度下气孔密度减少，也导致气孔导度降低。第9页，共44页，编辑于2022年，星期日植物对植物对CO2浓度升高的生理反应：浓度升高的生理反应：水分利用效率水分利用效率n n如果气孔导度随如果气孔导度随如果气孔导度随如果气孔导度随COCO2 2浓度升高而降低，而光合作用提高的话，植浓度升高而降低，而光合作用提高的话，植浓度升高而降低，而光合作用提高的话，植浓度升高而降低，而光合作用提高的话，植物对水分的利用即物对水分的利用即物对水分的利用即物对水分的利用即水分利用效率（水分利用效率（水分利用效率（水分利用效率（WUEWUE，为，为，为，为净光合速率与蒸腾净光合速率与蒸腾净光合速率与蒸腾净光合速率与蒸腾速率的比值速率的比值速率的比值速率的比值）将增加。）将增加。）将增加。）将增加。n n机理：机理：机理：机理：气孔导度降低的直接影响是增加水分的扩散阻力，减气孔导度降低的直接影响是增加水分的扩散阻力，减气孔导度降低的直接影响是增加水分的扩散阻力，减气孔导度降低的直接影响是增加水分的扩散阻力，减少蒸腾量；而高浓度少蒸腾量；而高浓度少蒸腾量；而高浓度少蒸腾量；而高浓度COCO2 2环境会增加细胞内外环境会增加细胞内外环境会增加细胞内外环境会增加细胞内外COCO2 2浓度差，通浓度差，通浓度差，通浓度差，通常会增加光合速率，结果导致常会增加光合速率，结果导致常会增加光合速率，结果导致常会增加光合速率，结果导致WUEWUE提高。提高。提高。提高。n n不同类型的植物反应有差异。不同类型的植物反应有差异。不同类型的植物反应有差异。不同类型的植物反应有差异。第10页，共44页，编辑于2022年，星期日植物对植物对CO2浓度升高的生理反应：浓度升高的生理反应：植物化学成分植物化学成分植物植物植物植物化学化学化学化学N和可溶性蛋白质含和可溶性蛋白质含量下降，可溶性糖、量下降，可溶性糖、某些维生素、某些维生素、K和和P等等含量降低，淀粉、单含量降低，淀粉、单宁的含量上升。宁的含量上升。地上部分地上部分C/N值增加，值增加，地下部分地下部分C/N值降低。值降低。也影响次生代谢物质的形也影响次生代谢物质的形成和分泌，其影响是多方成和分泌，其影响是多方面的，且具有种间特异性。面的，且具有种间特异性。第11页，共44页，编辑于2022年，星期日植物对植物对CO2浓度升高的生理反应：浓度升高的生理反应：形态形态n n植物的冠幅、高度增大；植物的冠幅、高度增大；植物的冠幅、高度增大；植物的冠幅、高度增大；n n茎干中次生木质部的生长轮加宽，材积增大；茎干中次生木质部的生长轮加宽，材积增大；茎干中次生木质部的生长轮加宽，材积增大；茎干中次生木质部的生长轮加宽，材积增大；n n节间数、叶片数增多；节间数、叶片数增多；节间数、叶片数增多；节间数、叶片数增多；n n叶片厚度增加，栅栏组织层数增加，叶片厚度增加，栅栏组织层数增加，叶片厚度增加，栅栏组织层数增加，叶片厚度增加，栅栏组织层数增加，单位面积内表皮细胞和气孔数单位面积内表皮细胞和气孔数单位面积内表皮细胞和气孔数单位面积内表皮细胞和气孔数量减少；量减少；量减少；量减少；n n根系数量增多，根幅扩大；根系数量增多，根幅扩大；根系数量增多，根幅扩大；根系数量增多，根幅扩大；n n果实种子增大。果实种子增大。果实种子增大。果实种子增大。第12页，共44页，编辑于2022年，星期日植物对植物对CO2浓度升高的生理反应：浓度升高的生理反应：水热和营养环境改变的影响水热和营养环境改变的影响n nCOCO2 2与温度的复合作用：与温度的复合作用：与温度的复合作用：与温度的复合作用：CO CO2 2浓度升高伴随着温度升高。高浓度升高伴随着温度升高。高浓度升高伴随着温度升高。高浓度升高伴随着温度升高。高COCO2 2浓度下，浓度下，浓度下，浓度下，叶温升高导致光合对叶温升高导致光合对叶温升高导致光合对叶温升高导致光合对COCO2 2和和和和OO2 2不敏感，将发生对光合作用的反馈机制。不敏感，将发生对光合作用的反馈机制。不敏感，将发生对光合作用的反馈机制。不敏感，将发生对光合作用的反馈机制。n n干旱与干旱与干旱与干旱与COCO2 2浓度升高的复合影响：浓度升高的复合影响：浓度升高的复合影响：浓度升高的复合影响：CO CO2 2浓度升高的影响在干旱区表现的正浓度升高的影响在干旱区表现的正浓度升高的影响在干旱区表现的正浓度升高的影响在干旱区表现的正效应更大。效应更大。效应更大。效应更大。n n不同营养水平下对不同营养水平下对不同营养水平下对不同营养水平下对COCO2 2的响应：的响应：的响应：的响应：N N供应不足可通过产物积累，降低光合作供应不足可通过产物积累，降低光合作供应不足可通过产物积累，降低光合作供应不足可通过产物积累，降低光合作用有关酶的表达及限制蛋白质合成导致光合适应现象。用有关酶的表达及限制蛋白质合成导致光合适应现象。用有关酶的表达及限制蛋白质合成导致光合适应现象。用有关酶的表达及限制蛋白质合成导致光合适应现象。n n光抑制环境与高光抑制环境与高光抑制环境与高光抑制环境与高COCO2 2浓度下的响应：如果光合色素吸收的光能超过正常浓度下的响应：如果光合色素吸收的光能超过正常浓度下的响应：如果光合色素吸收的光能超过正常浓度下的响应：如果光合色素吸收的光能超过正常光化学途径及以热能和荧光的形式散失的能量，就会发生光抑制。高光化学途径及以热能和荧光的形式散失的能量，就会发生光抑制。高光化学途径及以热能和荧光的形式散失的能量，就会发生光抑制。高光化学途径及以热能和荧光的形式散失的能量，就会发生光抑制。高COCO2 2浓度不会降低电子传递的光能利用效率，甚至减缓田间植物光浓度不会降低电子传递的光能利用效率，甚至减缓田间植物光浓度不会降低电子传递的光能利用效率，甚至减缓田间植物光浓度不会降低电子传递的光能利用效率，甚至减缓田间植物光抑制。抑制。抑制。抑制。第13页，共44页，编辑于2022年，星期日辐射环境变化对植物生理生态的影响：辐射环境变化对植物生理生态的影响：光合辐射光合辐射减少减少n n全球变化中，可见光部分的太阳辐射可能减少，如大气全球变化中，可见光部分的太阳辐射可能减少，如大气全球变化中，可见光部分的太阳辐射可能减少，如大气全球变化中，可见光部分的太阳辐射可能减少，如大气污染物质、烟雾、气溶胶都可减少到达地面的可见光。污染物质、烟雾、气溶胶都可减少到达地面的可见光。污染物质、烟雾、气溶胶都可减少到达地面的可见光。污染物质、烟雾、气溶胶都可减少到达地面的可见光。n n光合有效辐射减少，碳同化量减少，生长速度减慢，尤光合有效辐射减少，碳同化量减少，生长速度减慢，尤光合有效辐射减少，碳同化量减少，生长速度减慢，尤光合有效辐射减少，碳同化量减少，生长速度减慢，尤其是林下植物；蒸腾作用减弱，这对干旱地区的植物可其是林下植物；蒸腾作用减弱，这对干旱地区的植物可其是林下植物；蒸腾作用减弱，这对干旱地区的植物可其是林下植物；蒸腾作用减弱，这对干旱地区的植物可能有利，但同时意味着植物体内的运输受到抑制。能有利，但同时意味着植物体内的运输受到抑制。能有利，但同时意味着植物体内的运输受到抑制。能有利，但同时意味着植物体内的运输受到抑制。第14页，共44页，编辑于2022年，星期日辐射环境变化对植物生理生态的影响：辐射环境变化对植物生理生态的影响：紫外辐射增强紫外辐射增强n n近年来广泛开展了近年来广泛开展了近年来广泛开展了近年来广泛开展了UVBUVB增强增强增强增强对植物影响的研究。对植物影响的研究。n n紫外辐射增强对植物的生态效应：紫外辐射增强对植物的生态效应：紫外辐射增强对植物的生态效应：紫外辐射增强对植物的生态效应：产量品质、开花结实、产量品质、开花结实、产量品质、开花结实、产量品质、开花结实、生长、种群结构、能量积累与流动、环境生长、种群结构、能量积累与流动、环境生长、种群结构、能量积累与流动、环境生长、种群结构、能量积累与流动、环境n n紫外辐射增强对植物的生理效应：紫外辐射增强对植物的生理效应：紫外辐射增强对植物的生理效应：紫外辐射增强对植物的生理效应：光合作用、水分代谢、光合作用、水分代谢、光合作用、水分代谢、光合作用、水分代谢、根系活力及根系活力及根系活力及根系活力及NRNR（硝酸还原酶）活性、细胞膜结构（硝酸还原酶）活性、细胞膜结构（硝酸还原酶）活性、细胞膜结构（硝酸还原酶）活性、细胞膜结构第15页，共44页，编辑于2022年，星期日紫外辐射增强紫外辐射增强对对植物植物产量品质的影响产量品质的影响n nTeramuraTeramura研究了研究了研究了研究了200200余种植物对紫外辐射增强的反应，发现余种植物对紫外辐射增强的反应，发现余种植物对紫外辐射增强的反应，发现余种植物对紫外辐射增强的反应，发现其中三分之二的生物量及经济产量有不同程度下降。其中三分之二的生物量及经济产量有不同程度下降。其中三分之二的生物量及经济产量有不同程度下降。其中三分之二的生物量及经济产量有不同程度下降。n n李元等的春小麦实验除验证了前者的观点外，还进一步发现，紫李元等的春小麦实验除验证了前者的观点外，还进一步发现，紫李元等的春小麦实验除验证了前者的观点外，还进一步发现，紫李元等的春小麦实验除验证了前者的观点外，还进一步发现，紫外辐射增强对春小麦品质具有明显影响：籽粒总糖含量增加，粗外辐射增强对春小麦品质具有明显影响：籽粒总糖含量增加，粗外辐射增强对春小麦品质具有明显影响：籽粒总糖含量增加，粗外辐射增强对春小麦品质具有明显影响：籽粒总糖含量增加，粗蛋白、总氨基酸和蛋白、总氨基酸和蛋白、总氨基酸和蛋白、总氨基酸和15 15 种氨基酸含量明显偏离对照植株同类生化物种氨基酸含量明显偏离对照植株同类生化物种氨基酸含量明显偏离对照植株同类生化物种氨基酸含量明显偏离对照植株同类生化物质的正常指标，其中，蛋氨酸、酪氨酸、脯氨酸和胱氨酸的降幅质的正常指标，其中，蛋氨酸、酪氨酸、脯氨酸和胱氨酸的降幅质的正常指标，其中，蛋氨酸、酪氨酸、脯氨酸和胱氨酸的降幅质的正常指标，其中，蛋氨酸、酪氨酸、脯氨酸和胱氨酸的降幅达达达达12.4%12.4%90%90%。n n紫外辐射增强胁迫下，植物体内上述生化物质变化是被动损伤紫外辐射增强胁迫下，植物体内上述生化物质变化是被动损伤紫外辐射增强胁迫下，植物体内上述生化物质变化是被动损伤紫外辐射增强胁迫下，植物体内上述生化物质变化是被动损伤的结果还是积极主动的适应呢的结果还是积极主动的适应呢的结果还是积极主动的适应呢的结果还是积极主动的适应呢?其生态学含义尚不明晰。其生态学含义尚不明晰。其生态学含义尚不明晰。其生态学含义尚不明晰。第16页，共44页，编辑于2022年，星期日紫外辐射增强紫外辐射增强对对植物开花结实植物开花结实的影响的影响n n在构成植物产量的诸要素中，开花、结实无疑是两个重要参数。在构成植物产量的诸要素中，开花、结实无疑是两个重要参数。在构成植物产量的诸要素中，开花、结实无疑是两个重要参数。在构成植物产量的诸要素中，开花、结实无疑是两个重要参数。n n对小麦的研究表明，与对照植株相比，对小麦的研究表明，与对照植株相比，对小麦的研究表明，与对照植株相比，对小麦的研究表明，与对照植株相比，在紫外辐射增强胁迫下，在紫外辐射增强胁迫下，在紫外辐射增强胁迫下，在紫外辐射增强胁迫下，小麦每穗粒数下降小麦每穗粒数下降小麦每穗粒数下降小麦每穗粒数下降 20.72%20.72%，开花延迟，每日开花数量、可孕小，开花延迟，每日开花数量、可孕小，开花延迟，每日开花数量、可孕小，开花延迟，每日开花数量、可孕小花数量（降低花数量（降低花数量（降低花数量（降低26.2%26.2%）均大幅下降，最终造成小麦每公顷经济）均大幅下降，最终造成小麦每公顷经济）均大幅下降，最终造成小麦每公顷经济）均大幅下降，最终造成小麦每公顷经济产量比对照组下降产量比对照组下降产量比对照组下降产量比对照组下降24%24%。n n一般而言，高产优质的物种，在种间竞争中往往占据较大的竞一般而言，高产优质的物种，在种间竞争中往往占据较大的竞一般而言，高产优质的物种，在种间竞争中往往占据较大的竞一般而言，高产优质的物种，在种间竞争中往往占据较大的竞 争争争争优势。所以，紫外辐射胁迫除对植物产量、品质构成直接优势。所以，紫外辐射胁迫除对植物产量、品质构成直接优势。所以，紫外辐射胁迫除对植物产量、品质构成直接优势。所以，紫外辐射胁迫除对植物产量、品质构成直接 伤害外，伤害外，伤害外，伤害外，还对物种间竞争平衡产生间接的伤害效应。还对物种间竞争平衡产生间接的伤害效应。还对物种间竞争平衡产生间接的伤害效应。还对物种间竞争平衡产生间接的伤害效应。第17页，共44页，编辑于2022年，星期日紫外辐射增强紫外辐射增强对对植物生长植物生长的影响的影响n n研究表明，紫外辐射增强胁迫下，小麦、野燕麦的株高、冠幅受到明研究表明，紫外辐射增强胁迫下，小麦、野燕麦的株高、冠幅受到明研究表明，紫外辐射增强胁迫下，小麦、野燕麦的株高、冠幅受到明研究表明，紫外辐射增强胁迫下，小麦、野燕麦的株高、冠幅受到明显抑制，水稻株高较对照下降显抑制，水稻株高较对照下降显抑制，水稻株高较对照下降显抑制，水稻株高较对照下降22.8%22.8%，大豆株高、叶面积比对照降低，大豆株高、叶面积比对照降低，大豆株高、叶面积比对照降低，大豆株高、叶面积比对照降低18.1%18.1%和和和和23.6%23.6%；春小麦根长、根系数量、根体积、株高、叶片数、；春小麦根长、根系数量、根体积、株高、叶片数、；春小麦根长、根系数量、根体积、株高、叶片数、；春小麦根长、根系数量、根体积、株高、叶片数、叶面积等生长指标皆低于对照植株，降幅达叶面积等生长指标皆低于对照植株，降幅达叶面积等生长指标皆低于对照植株，降幅达叶面积等生长指标皆低于对照植株，降幅达28.6%28.6%36.1%36.1%。n n显然，植物地上与地下器官生长的衰减，使植物地上、地下显然，植物地上与地下器官生长的衰减，使植物地上、地下显然，植物地上与地下器官生长的衰减，使植物地上、地下显然，植物地上与地下器官生长的衰减，使植物地上、地下两个层面的营养（空气营养、矿质营养）摄取减少。两个层面的营养（空气营养、矿质营养）摄取减少。两个层面的营养（空气营养、矿质营养）摄取减少。两个层面的营养（空气营养、矿质营养）摄取减少。第18页，共44页，编辑于2022年，星期日紫外辐射增强紫外辐射增强对对植物植物种群结构种群结构的影响的影响n n叶面积指数（叶面积指数（叶面积指数（叶面积指数（LAILAI）和叶面积垂直分布决定了种群光合作用面积与）和叶面积垂直分布决定了种群光合作用面积与）和叶面积垂直分布决定了种群光合作用面积与）和叶面积垂直分布决定了种群光合作用面积与光能利用率，是表征种群空间结构优劣的指标。光能利用率，是表征种群空间结构优劣的指标。光能利用率，是表征种群空间结构优劣的指标。光能利用率，是表征种群空间结构优劣的指标。n n研究发现，在孕穗期研究发现，在孕穗期研究发现，在孕穗期研究发现，在孕穗期开花期给予紫外辐射增强胁迫，小麦种群的叶开花期给予紫外辐射增强胁迫，小麦种群的叶开花期给予紫外辐射增强胁迫，小麦种群的叶开花期给予紫外辐射增强胁迫，小麦种群的叶面积指数较对照下降面积指数较对照下降面积指数较对照下降面积指数较对照下降19.1%19.1%和和和和11.6%11.6%。n n紫外辐射增强对小麦种群叶面积垂直分布的影响表现为，叶面紫外辐射增强对小麦种群叶面积垂直分布的影响表现为，叶面紫外辐射增强对小麦种群叶面积垂直分布的影响表现为，叶面紫外辐射增强对小麦种群叶面积垂直分布的影响表现为，叶面积的垂直分布向下偏移，即积的垂直分布向下偏移，即积的垂直分布向下偏移，即积的垂直分布向下偏移，即LAILAI重心下移，上层重心下移，上层重心下移，上层重心下移，上层LAI LAI 占总占总占总占总LAI LAI 的比例比对照种群降低的比例比对照种群降低的比例比对照种群降低的比例比对照种群降低10%10%15%15%，中层不变，下层，中层不变，下层，中层不变，下层，中层不变，下层LAI LAI 增加增加增加增加10%10%15%15%。n n由于种群上层叶片光合效率高，由于种群上层叶片光合效率高，由于种群上层叶片光合效率高，由于种群上层叶片光合效率高，LAI LAI 重心下移引起的种群空间结重心下移引起的种群空间结重心下移引起的种群空间结重心下移引起的种群空间结构趋劣，可能是引起种群生物量下降的一个重要原因。构趋劣，可能是引起种群生物量下降的一个重要原因。构趋劣，可能是引起种群生物量下降的一个重要原因。构趋劣，可能是引起种群生物量下降的一个重要原因。第19页，共44页，编辑于2022年，星期日紫外辐射增强对紫外辐射增强对能量积累与流动能量积累与流动的影响的影响n n紫外辐射增强使处于分蘖、拔节、扬花、成熟四期的春小麦种群的根、紫外辐射增强使处于分蘖、拔节、扬花、成熟四期的春小麦种群的根、紫外辐射增强使处于分蘖、拔节、扬花、成熟四期的春小麦种群的根、紫外辐射增强使处于分蘖、拔节、扬花、成熟四期的春小麦种群的根、茎、叶、穗各器官的生物量及总生物量均显著降低，其中总生物量分茎、叶、穗各器官的生物量及总生物量均显著降低，其中总生物量分茎、叶、穗各器官的生物量及总生物量均显著降低，其中总生物量分茎、叶、穗各器官的生物量及总生物量均显著降低，其中总生物量分别较对照小麦种群下降别较对照小麦种群下降别较对照小麦种群下降别较对照小麦种群下降42.66%42.66%、33.86%33.86%、40.62%40.62%和和和和45.37%45.37%。n n同样，上述四期春小麦根、茎、叶、穗各器官的能量累积（能量同样，上述四期春小麦根、茎、叶、穗各器官的能量累积（能量同样，上述四期春小麦根、茎、叶、穗各器官的能量累积（能量同样，上述四期春小麦根、茎、叶、穗各器官的能量累积（能量累积累积累积累积=热值热值热值热值 生物量）和总能量累积也明显降低。其中总能量累积生物量）和总能量累积也明显降低。其中总能量累积生物量）和总能量累积也明显降低。其中总能量累积生物量）和总能量累积也明显降低。其中总能量累积分别比对照小麦种群下降了分别比对照小麦种群下降了分别比对照小麦种群下降了分别比对照小麦种群下降了41.03%41.03%、30.77%30.77%、35.34%35.34%和和和和45.47%45.47%。n n紫外辐射胁迫增强降低春小麦种群能量积累，势必造成麦田紫外辐射胁迫增强降低春小麦种群能量积累，势必造成麦田紫外辐射胁迫增强降低春小麦种群能量积累，势必造成麦田紫外辐射胁迫增强降低春小麦种群能量积累，势必造成麦田生态系统中生产者的能量输出减少，最终导致麦田生态系统生态系统中生产者的能量输出减少，最终导致麦田生态系统生态系统中生产者的能量输出减少，最终导致麦田生态系统生态系统中生产者的能量输出减少，最终导致麦田生态系统能量流动功能下降。能量流动功能下降。能量流动功能下降。能量流动功能下降。第20页，共44页，编辑于2022年，星期日紫外辐射增强紫外辐射增强对对植物植物环境环境的影响的影响(1)对矿质营养影响对矿质营养影响(2)对水分亏缺的影响对水分亏缺的影响(3)对重金属污染影响对重金属污染影响(4)对对CO2 倍增的影响倍增的影响(5)对土壤微生物影响对土壤微生物影响第21页，共44页，编辑于2022年，星期日(1)对矿质营养影响n n氮、磷、铁是植物正常生长发育的必需元素。研究证实，紫外氮、磷、铁是植物正常生长发育的必需元素。研究证实，紫外氮、磷、铁是植物正常生长发育的必需元素。研究证实，紫外氮、磷、铁是植物正常生长发育的必需元素。研究证实，紫外辐射增强对这辐射增强对这辐射增强对这辐射增强对这3 3种元素在植物体内的积累及在植物种元素在植物体内的积累及在植物种元素在植物体内的积累及在植物种元素在植物体内的积累及在植物-土壤系统中土壤系统中土壤系统中土壤系统中的迁移均有影响。的迁移均有影响。的迁移均有影响。的迁移均有影响。n n在增强紫外辐射照射情况下，春小麦氮、磷元素总累积量较对照在增强紫外辐射照射情况下，春小麦氮、磷元素总累积量较对照在增强紫外辐射照射情况下，春小麦氮、磷元素总累积量较对照在增强紫外辐射照射情况下，春小麦氮、磷元素总累积量较对照植株下降植株下降植株下降植株下降17.68%17.68%和和和和28.89%28.89%，同时降低春小麦的氮、磷元素的输出，同时降低春小麦的氮、磷元素的输出，同时降低春小麦的氮、磷元素的输出，同时降低春小麦的氮、磷元素的输出。由于植物。由于植物。由于植物。由于植物-土壤系统中输入土壤系统中输入土壤系统中输入土壤系统中输入/输出平衡破坏，氮、磷循环功能下输出平衡破坏，氮、磷循环功能下输出平衡破坏，氮、磷循环功能下输出平衡破坏，氮、磷循环功能下降。降。降。降。n n紫外辐射增强对铁元素积累、迁移的影响同前述相似，虽然紫外辐射增强对铁元素积累、迁移的影响同前述相似，虽然紫外辐射增强对铁元素积累、迁移的影响同前述相似，虽然紫外辐射增强对铁元素积累、迁移的影响同前述相似，虽然在春小麦的不同生育期、不同部位的变化趋势不尽一致，但在春小麦的不同生育期、不同部位的变化趋势不尽一致，但在春小麦的不同生育期、不同部位的变化趋势不尽一致，但在春小麦的不同生育期、不同部位的变化趋势不尽一致，但其植株总积累量随紫外辐射增加而下降，降幅约为其植株总积累量随紫外辐射增加而下降，降幅约为其植株总积累量随紫外辐射增加而下降，降幅约为其植株总积累量随紫外辐射增加而下降，降幅约为40.54%40.54%，其结果同样是铁循环失衡。其结果同样是铁循环失衡。其结果同样是铁循环失衡。其结果同样是铁循环失衡。第22页，共44页，编辑于2022年，星期日(2)对水分亏缺的影响n n水分亏缺是影响植物生存的又一环境障碍，且水分亏缺的地域往水分亏缺是影响植物生存的又一环境障碍，且水分亏缺的地域往水分亏缺是影响植物生存的又一环境障碍，且水分亏缺的地域往水分亏缺是影响植物生存的又一环境障碍，且水分亏缺的地域往往伴随较强的紫外辐射。往伴随较强的紫外辐射。往伴随较强的紫外辐射。往伴随较强的紫外辐射。n n对大豆的研究表明，植物在水分亏缺情况下，同时给予紫外对大豆的研究表明，植物在水分亏缺情况下，同时给予紫外对大豆的研究表明，植物在水分亏缺情况下，同时给予紫外对大豆的研究表明，植物在水分亏缺情况下，同时给予紫外辐射胁迫，其株高、叶面积、干物重三项指标的降幅为辐射胁迫，其株高、叶面积、干物重三项指标的降幅为辐射胁迫，其株高、叶面积、干物重三项指标的降幅为辐射胁迫，其株高、叶面积、干物重三项指标的降幅为18.1%18.1%、23.6%23.6%、34.8%34.8%，低于正常水分与紫外辐射胁迫组，低于正常水分与紫外辐射胁迫组，低于正常水分与紫外辐射胁迫组，低于正常水分与紫外辐射胁迫组合的处理（降幅为合的处理（降幅为合的处理（降幅为合的处理（降幅为20.2%20.2%、32.7%32.7%和和和和41.7%41.7%）。）。）。）。n n说明紫外辐射增加对水分亏缺胁迫无促进作用，相反水分亏缺降低了说明紫外辐射增加对水分亏缺胁迫无促进作用，相反水分亏缺降低了说明紫外辐射增加对水分亏缺胁迫无促进作用，相反水分亏缺降低了说明紫外辐射增加对水分亏缺胁迫无促进作用，相反水分亏缺降低了紫外辐射对植物的伤害，两者表现为拮抗作用。紫外辐射对植物的伤害，两者表现为拮抗作用。紫外辐射对植物的伤害，两者表现为拮抗作用。紫外辐射对植物的伤害，两者表现为拮抗作用。n n类似的实验结果也出现在黄瓜、萝卜以及木本植物地中海松和类似的实验结果也出现在黄瓜、萝卜以及木本植物地中海松和类似的实验结果也出现在黄瓜