植物生理生态学第二次作业

如图1所示，随叶片生长期变化，35和70Pa两个CO2浓度下Amax均呈现先升高后下降的单峰曲线，从叶片大小为0起缓慢上升，在叶片大小约60%最大生长尺寸时均达到最大值，之后平缓下降并在叶片大小90%左右时快速下降；数值上，70Pa CO2浓度下Amax一直高于35Pa CO2浓度下的Amax。

Amax曲线呈现该变化规律的原因可以从以下两个方面进行分析：
1、叶龄。

从叶片发生到衰老凋萎，新形成的嫩叶由于组织发育不健全、叶绿体片层结构不发达、光合色素含量少、光合酶含量少、活性弱、气孔开度低、细胞间隙小、呼吸细胞旺盛等原因，导致光合速率很低，需要从其它功能叶片输入同化物。

随着叶片的成长，光合作用场所、色素、光合酶等条件适宜，光合速率不断提高。

当叶片伸展至叶面积最大和叶厚度最大时，光合速率达最大值。

通常将叶片充分展开后光合速率维持较高水平的功能期，功能期过后，随着叶片衰老，光合速率下降。

故Amax呈现先升高后下降的变化趋势。

2、CO2。

提高CO2浓度，可以增加RuBPCase羧化的底物，促进其活性，提高CO2与O2的比值，减少了O2对RuBP的竞争，抑制了RuBPOase活性，故光呼吸降低，净光合速率提高，故70Pa CO2浓度下光合速率较高。

如图1所示，随叶片大小由大到小变化，35和70Pa两种CO2浓度下Rubisco 酶的活性曲线均呈逐渐下降趋势。

35 Pa CO2浓度下Rubisco酶的活性曲线从叶片大小为0开始平缓下降，叶片大小约95%时快速下降；70PaCO2浓度下Rubisco 酶的活性曲线从叶片大小为60时起始，并快速下降。

数值上，以叶片大小80%为界，前期35 Pa CO2浓度下Rubisco酶的活性较70Pa CO2浓度下低，后期较较70Pa CO2浓度下高。

结合Rubisco酶的活性影响因素及叶片光合作用过程，分析原因如下：随CO2浓度的增加，底物增多，Rubisco催化下固定CO2产物大幅增加，对Rubisco羧化活性产生负反馈，降低CO2固定速率。

故高CO2浓度下，Rubisco酶的活性快速下降。

同时，当叶片大小达到70-80%时，功能期结束开始衰老，光合作用减弱至停止，故两种浓度下后期Rubisco酶的活性均下降。

如图2所示，随叶片生长期变化，35 Pa CO2浓度下叶绿素含量从叶片大小为0时呈上升趋势，当叶片大小为95%左右时达到最大值，随后呈下降趋势；70Pa
CO2浓度下叶绿素含量从叶片大小为0时呈上升趋势，当叶片大小为70%左右时达到最大值，随后不断下降。

数值上，35 Pa CO2浓度下叶绿素含量初始值为270，70Pa CO2浓度下叶绿素初始值为0，在叶片大小50-80%之间，70Pa CO2浓度下叶绿素含量较35 Pa CO2浓度下高，其他时期均低于35 Pa CO2浓度下叶绿素含量。

原因分析如下：70Pa 较高CO2浓度下，植物叶片生长到60%—80%最大生长尺寸时，作为“源”为植物其他组织结构提供光合产物，在较高CO2浓度下生长的植物，由于暗反应效率较高，CO2固定量逐渐增多，对叶绿素含量需求随着生长的需要表现出较大变化，生长期结束进入功能期时光合产物需求减少产生负反馈，降低叶绿素含量。

同时，后期叶片开始衰老，光合作用停止，两种CO2浓度下叶绿素均持续下降。

如图2所示，随叶片大小由大到小变化，35 Pa CO2浓度下果糖含量从叶片大小为0时大致呈直线上升趋势；70 Pa CO2浓度下果糖含量从叶片大小为60时初始，呈平缓上升趋势，至叶片大小约为90时快速上升。

数值上叶片大小60-80阶段，两浓度下大致相等，之后阶段70 Pa CO2浓度下果糖含量达到35 Pa CO2浓度下果糖含量的两倍。

原因可能是：较高CO2浓度下，可以增加RuBPCase羧化的底物，促进其活性，提高CO2与O2的比值，减少了O2对RuBP的竞争，抑制了RuBPOase活性，故光呼吸降低，净光合速率提高。

与此相反，RuBPOase活性随CO2浓度的增加而降低，RuBP加氧酶与羧化酶的活性比亦随之降低。

因此，光呼吸必然降低，植物暗反应效率较高，有利于光合产物的积累。

因此70 Pa CO2浓度下，作为光合产物的果糖含量明显升高。

参考文献及资料：
《CO2浓度对黄瓜叶片光合速率、RubisCO活性及呼吸速率的影响》、课件及网络资料。