不同光照和 CO2 濃度對(duì)龍舌草光合參數(shù)的影響

植物檢測(cè)試劑廠家-齊一生物

作為水域生態(tài)系統(tǒng)和濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要要素之一，水生植物對(duì)于湖泊生產(chǎn)力建設(shè)以及地球化學(xué)循環(huán)具有極其重要的影響。沉水植物缺乏功能性氣孔，植物體 - 水體邊界存在著阻隔氣體擴(kuò)散的靜水層，使得沉水植物普遍受到低濃度無(wú)機(jī)碳的脅迫。為此，沉水植物進(jìn)化了一系列的碳濃縮機(jī)制（CCM），包括對(duì) HCO3- 的利用、C4 途徑和 CAM（景天酸代謝）途徑等。研究沉水植物的光合碳濃縮機(jī)制對(duì)更好地理解水生植物光合碳同化途徑的起源、進(jìn)化以及生態(tài)適應(yīng)性都具有重要意義。

龍舌草（Otia alismoides）是目前*發(fā)現(xiàn)的一種 HCO3- 的利用、C4 途徑和 CAM 途徑共存的一種水鱉科沉水植物。中國(guó)科學(xué)院武漢植物園碩士生邵會(huì)在研究員李偉和副研究員黃文敏的指導(dǎo)下，研究了龍舌草在不同時(shí)間尺度、不同光照強(qiáng)度和 CO2 條件下體內(nèi)光合碳濃縮機(jī)制的響應(yīng)與調(diào)控。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無(wú)論高、低 CO2 條件下，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）和 1-5 - 二磷酸核酮糖羧化酶（Rubisco）的比值 > 5，表明龍舌草運(yùn)行 C4 途徑。高光、低 CO2 處理下龍舌草的晝夜酸度差可高達(dá) 17-25 µequiv g-1 FW，而高 CO2 處理后的龍舌草無(wú)顯著的晝夜酸度差，表明低 CO2 處理后龍舌草被誘導(dǎo)出 CAM 途徑。在馴化和短期暴露實(shí)驗(yàn)中，即使在暗周期結(jié)束時(shí) PEPC 和 PPDK 都仍呈現(xiàn)出較高活性，這保證了夜間蘋(píng)果酸的持續(xù)累積以及白天的碳固定。龍舌草在光周期開(kāi)始時(shí)即以 2-3µequivg-1 FWh-1 的速率進(jìn)行脫羧反應(yīng)，且高光下的脫羧速率顯著高于低光條件；而經(jīng)過(guò)高碳的短期暴露（晝夜），其在白天仍進(jìn)行正常的脫羧反應(yīng)，表明龍舌草白天脫羧時(shí)不受外界高 CO2 濃度的影響。通過(guò)計(jì)算龍舌草 CAM 途徑固定濃縮的 CO2 對(duì)光合作用的貢獻(xiàn)，比率可達(dá) 21%；然而龍舌草夜間蘋(píng)果酸的積累合成所捕獲的 CO2 僅只有呼吸釋放 CO2 的 6%?？偨Y(jié)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，龍舌草碳濃縮機(jī)制對(duì)外界條件光、CO2 的變化呈現(xiàn)出不同的響應(yīng)特征；無(wú)論高、低碳環(huán)境，龍舌草都能運(yùn)行 C4 途徑；低碳下 CAM 途徑可被誘導(dǎo)產(chǎn)生，并且白天蘋(píng)果酸的脫羧速率受光照強(qiáng)度調(diào)節(jié)，夜間酸度的累積受環(huán)境中 CO2 濃度調(diào)節(jié)。