大气二氧化碳浓度升高对植物生长的影响
大气二氧化碳浓度增加对植物生长和光合作用的影响
大气二氧化碳浓度增加对植物生长和光合作用的影响二氧化碳是在地球大气中常见的一种气体，其浓度直接决定着全球气候的变化趋势。
然而，我们也知道，二氧化碳还是植物生长过程所必需的一种元素。
在此基础上，本文将探讨大气二氧化碳浓度对植物生长和光合作用的影响。
一、二氧化碳浓度对植物生长的影响植物的生长过程需要二氧化碳参与光合作用，在二氧化碳浓度较低时，植物的生长速度也会相应减缓。
据研究表明，当前大气中二氧化碳浓度达到了419ppm（每百万分之四百一十九），而在过去一百年里，该数值已经增加了约120ppm，这意味着植物如今可以从大气中获得更多的二氧化碳，加速生长的速度。
具体而言，二氧化碳的浓度升高使得植物的光合作用更加有效，它们在同样的时间内可以制造出更多的有机物，从而提高整个生长过程的效率。
二、光合作用对二氧化碳浓度的依赖性除了影响植物生长的速度外，二氧化碳浓度的变化也会影响到其光合作用的效率。
光合作用是植物生长过程中最为关键的环节，它通过光能量将水和二氧化碳转化成为氧气和有机物，同时为植物提供能量。
然而，光合作用对二氧化碳浓度上升的适应能力却存在一定的限度。
研究表明，虽然二氧化碳的增加对光合作用有刺激作用，但当其浓度超过1000ppm时，植物对它们的吸收却降低了。
此时二氧化碳施肥并不能带来更高的收益，反而会对大气质量产生负面影响。
三、二氧化碳浓度上升对植物生态系统的全面影响最后，二氧化碳浓度提高对植物系统产生的影响并非局限于生长速度和光合作用效率方面。
它还会引发诸如土壤质量下降、水分利用率降低、气候变化、生物多样性下降等等诸多问题。
这些问题不仅会对单一植物产生影响，还会引发一整个生态系统的变化。
总而言之，虽然当前大气中的二氧化碳浓度上升可以带来一定的植物生长速度提高，但其对光合作用的依赖性也存在限度，并且其上升同时也会对植物生态系统产生广泛但负面的影响。
在未来的环境保护与气候调控工作中，需要更加重视大气中二氧化碳浓度的变化以及其对于地球生态系统的影响，探求合理的综合应对策略。
大气二氧化碳浓度升高对植被变化与碳循环影响考察
大气二氧化碳浓度升高对植被变化与碳循环影响考察近年来，大气中二氧化碳浓度的升高成为全球关注的焦点之一。
二氧化碳是一种温室气体，其增加被认为是全球气候变暖的主要原因之一。
然而，与气候变化相关的二氧化碳浓度升高对植被的影响以及与碳循环的关系仍存在许多争议。
本文将深入探讨大气二氧化碳浓度升高对植被变化与碳循环的影响，并总结相关研究结果。
首先，二氧化碳浓度的升高对植被的影响是复杂的。
一方面，高浓度二氧化碳可以促进光合作用，提供了植物所需的碳源，从而增加了植物生长速率和产量。
一些实验研究表明，二氧化碳浓度的升高可以增加作物的生长速度和产量，如小麦、水稻等。
此外，一些草原植物也表现出对高浓度二氧化碳的积极响应。
这种正向影响通常被称为“CO2肥效”。
然而，许多研究也发现，植物的生长响应在不同植物种类和生境条件下存在差异。
有些植物甚至对高浓度二氧化碳不敏感或者逆向响应，这引发了对植物适应能力和生态系统稳定性的担忧。
另一方面，二氧化碳浓度升高也可能对植被的生态系统功能产生负面影响。
高浓度二氧化碳下，植物可能在地下生物活动和养分循环方面遇到一些困扰。
例如，高浓度二氧化碳可能导致植物根系呼吸增加、土壤碳库分解加快等。
此外，由于植物物理结构和光合作用受到限制，高浓度二氧化碳可能导致植物的光合能力下降，进而对光合成效率产生负面影响。
大气二氧化碳浓度升高对碳循环的影响也备受关注。
目前，地球上约有三分之二的碳储存在陆地生态系统中。
二氧化碳通过植物的光合作用吸收，进而作为有机碳固定在植物体内。
然而，随着二氧化碳浓度升高，植物的固碳能力是否会增强仍存在争议。
有研究表明，大气二氧化碳浓度升高可以增加陆地生态系统中的碳吸收能力，促进植物对二氧化碳的吸收与固定，进而将更多的碳储存在植物和土壤中。
然而，也有研究指出，鉴于植物的生态适应能力和环境因素的综合作用，大气二氧化碳浓度升高并不一定能够促进陆地生态系统的碳吸收能力的增强。
此外，大气二氧化碳浓度升高对碳循环的影响还与土壤质地和微生物活动密切相关。
二氧化碳浓度升高对植物生长的影响研究
二氧化碳浓度升高对植物生长的影响研究近年来，二氧化碳浓度的快速增长成为了全球气候变化的重要信号，其影响波及经济、环境、社会等多个领域。
其中，二氧化碳浓度的上升也在影响着植物生长和发育。
本文将就二氧化碳浓度升高对植物生长的影响进行探讨。
一、二氧化碳浓度上升对植物生长影响的研究首先，科学家们对于二氧化碳浓度上升对于植物生长的长期研究表明：一定程度的二氧化碳浓度升高对植物生长的促进作用是存在的。
从CO2的浓度历史数据中可以发现，在一定程度上，二氧化碳的增加可促进植物的生长，从而产生更多的有机物质。
二、二氧化碳浓度上升与全球的植物生长另外，科学家们还通过更深入的研究，发现在一定程度上，二氧化碳浓度的上升也对全球的植物生长产生了影响。
科学家们进行了一个长期的实验，发现：在过去的几十年中，全球的植物群落增加了大约30％的绿色覆盖面积，这是因为把植物暴露在高浓度二氧化碳环境下时，它们可以吸收更多的CO2，使其变成“浓缩的食品”，随后生长和繁殖。
因此，二氧化碳浓度的上升对于植物生长的影响是客观存在的。
三、二氧化碳浓度上升对植物品质的影响除了对植物数量的影响外，二氧化碳浓度的升高还会对植物质量造成影响。
其中，很多研究表明CO2浓度增加可以增加某些农作物的营养素含量，如重要谷物的蛋白质和钙，以及莳萝和小麦的锌含量等。
同时，其它的一些研究表明，二氧化碳浓度的升高可能会降低一些农作物的营养素含量和口感质量。
四、结论总的来说，二氧化碳浓度的升高对植物生长是有积极影响的，但这并不意味着上升的二氧化碳浓度对于植物的长期生长和发展没有影响。
相反，在一定的情况下，高浓度的二氧化碳会削弱植物吸收其他调节因素、肥料和水分的能力，最终会对其生长状态产生重要影响。
因此，在研究二氧化碳浓度升高对植物影响的过程中，仍需要更加深入、详尽的数据来验证结论。
空气中二氧化碳浓度对植物生长的影响
空⽓中⼆氧化碳浓度对植物⽣长的影响植物是如何⽣长的？打个⽐⽅来说，动物要⽣存必须要吃⾷物，植物要⽣长也必须要有⾷物，植物⽣长的主⾷就是空⽓中的⼆氧化碳，⽽⽔分和矿物质可以认为是菜和作料。
植物通过吸收空⽓中的⼆氧化碳，利⽤太阳能将⼆氧化碳还原成碳元素，使⾃⼰⽣长出叶⼦，并使⾃⼰长⾼。
空⽓中的⼆氧化碳含量⼀般占体积的0.033％(即0.65mg／L，0℃，101kPa)，对植物的光合作⽤来说是⽐较低的。
如果⼆氧化碳浓度更低，光合速率急剧减慢。
光合作⽤减慢则不利于植物的⽣长发育。
所以，在植物⼯⼚内培育植物的过程中，我们可以适当增加⼆氧化碳的浓度以促进作物的光合作⽤。
但是⼆氧化碳浓度并不是越⾼越好。
⼆氧化碳浓度过⾼会带来以下影响：第⼀，⼤量研究表明，⼤⽓中CO2浓度增加，短期内会使植物光合作⽤速率上升，但经过较长⼀段时间后，光合作⽤速率将逐渐下降，这可能是CO2光合驯化的结果，导致植物体内Rubisco活⼒下降以及光合作⽤产物的“源-库”平衡受到破坏。
第⼆，环境中CO2浓度升⾼会导致植物⽓孔的关闭，从⽽使⽓孔导度降低。
第三，⾼浓度CO2条件下，随着光合速率提⾼，植物叶⽚中的淀粉、多糖增加（Finn，1982）。
⽽且⼤多数植物种⼦的核酸、蛋⽩质、氨基酸等含量都有不同程度的下降。
综上所述，⼆氧化碳浓度过⾼过低对植物的⽣长都是不利的。
经过调查研究发现，在温、光、⽔、肥等较为适宜的条件下，对⽣菜、空⼼菜等蔬菜作物来说，在苗期和定植期将⼆氧化碳浓度维持在0.05%--0.06%就可以进⾏⾼效率的光合作⽤。
在蔬菜成熟期，⼆氧化碳浓度达到0.08%-0.15%最为适宜，蔬菜产量的提⾼也最为明显。
那么，如何改善室内⼆氧化碳的浓度呢？下⾯主要介绍四种⽅法：1，通风换⽓法。
在设施内CO2浓度低于⼤⽓中CO2浓度时，强制通风或⾃然通风通风法可迅速补充CO2亏缺，使设施内CO2浓度增加⾄与⼤⽓CO2浓度相同。
2，⼟壤施肥法。
通过向⼟壤施⽤可产⽣CO2的各种肥料，利⽤其分解释放出的CO2持续不断地补充于设施内，供给植物⽣长发育的需要。
大气二氧化碳浓度变化对植物生长的影响
大气二氧化碳浓度变化对植物生长的影响气候变化已成为当今人类面临的最大挑战之一，而在该问题的前沿则是大气中的二氧化碳含量(CO2)。
作为随着人类工业化和燃烧化石燃料不断增加的化学物质，CO2的浓度已经超出了过去数百万年来的范围。
联合国气候变化框架公约指出：人类活动，尤其是化石燃料燃烧和土地利用变化，已经导致大气中二氧化碳浓度增加了约50%。
CO2浓度以及影响到植物的生长及其周围环境，这个主题涉及到了生态、环境、人类健康以及经济利益几大方面。
这篇文章将着重分析CO2浓度升高带来的植物生长影响。
一、植物对CO2的响应和反应植物通过光合作用将二氧化碳转化成碳水化合物以维持生命活动。
正常情况下，植物的二氧化碳吸收量主要受其周围环境中CO2浓度影响。
因此，当CO2浓度升高时，植物减少了与碳分子相互作用的成本，就能通过光合作用提高其生长率。
植物要达到最优的生长状态，其周围环境中的CO2浓度应该是在低于现在环境中的水平时此(280μmol/mol)。
二、CO2浓度升高和植物生长的关系CO2浓度上升确实能促进植物生长，有两个主要的原因：首先，较高空气中的CO2浓度提高了光合作用的效率，光合作用是植物对CO2的依赖性过程, 带来了更多的碳和能源来建筑植物细胞组织。
其次，由于较少的气孔开口，CO2透过植物表面更容易到达叶绿素，从而能在较少的水分丧失的情况下维持植物的生长。
这些好处在其它环境变量（如土壤养分）在适当情况下都能被提高更为显著。
三、CO2对植物和生态系统的影响CO2的浓度上升对于植物和生态系统的影响并非都为正面影响。
CO2的填充会造成土地荒漠化的增加、农业生产力下降等情况的发生。
此外，某些树种在较高CO2浓度的情况下不利于生长的情况也在逐渐显现出来。
仍有一些研究显示，植物在某些环境下需要较低的CO2浓度才能生长得到最佳。
一些昆虫、病害、干旱和气候变化也会给生态系统造成负面影响。
而有些植物，如诸如羽扇豆(Fabaceae)、花生(Arachis hypogaea)和玉米(Zea mays)等，相反，在高CO2在条件下生长效益显著。
空气中二氧化碳浓度的升高对农业生产的影响
空气中二氧化碳浓度的升高对农业生产的影响二氧化碳浓度的升高对农业生产产生了综合的影响，包括植物生长、作物产量、草原生态系统、土壤质量和水资源利用等方面。
本文将详细探讨这些影响。
首先，二氧化碳浓度的升高对植物生长有积极影响。
二氧化碳是植物光合作用中所需的原料之一，高浓度的二氧化碳会增加植物的光合速率，促进光合产物的积累。
这将导致植物生物量的增加和养分的累积，使植物更强壮、更能抵御病虫害。
因此，适度的二氧化碳浓度升高对农作物的生长发育有正向的促进作用。
然而，二氧化碳浓度升高也会对作物产量产生负面影响。
研究发现，当二氧化碳浓度升高到一定程度时，作物的产量增长速率会逐渐减缓，甚至出现饱和现象。
这是因为高浓度的二氧化碳会抑制植物的气孔开度，导致水分蒸发速率减慢，限制了植物的水分吸收。
此外，二氧化碳浓度升高还会影响作物的养分吸收和分配，导致作物的生理代谢出现异常，从而影响产量。
二氧化碳浓度升高还会影响草原生态系统的平衡。
草原是重要的畜牧业生产区和生态系统服务提供者，二氧化碳浓度的增加会改变草原植物的物种组成和植被结构。
一些C3植物（如芦苇、牧草）对二氧化碳浓度的增加呈现负响应，而C4植物（如玉米、高粱）对二氧化碳浓度的增加呈现正响应。
这将导致植被演替的改变，对牧草生态系统的草食动物的数量和质量形成影响。
此外，二氧化碳浓度的升高对土壤质量和水资源利用也会产生影响。
高浓度的二氧化碳会改变土壤微生物群落组成和活性，降低土壤有机质的分解速率，从而影响土壤养分的供应和循环。
同时，二氧化碳浓度升高会导致植物根系的生长减慢，减少土壤中的根系分泌，影响土壤结构的稳定性和保水能力。
这将进一步影响作物的生长发育和水分的有效利用率，增加农田的灌溉需求。
综上所述，二氧化碳浓度的升高对农业生产有着复杂的影响。
虽然适度的二氧化碳浓度升高可以促进植物生长和养分积累，但过高的浓度则会限制光合作用和水分的利用，影响作物产量和平衡生态系统。
为了更好地适应这种变化，农业生产需要结合栽培技术和管理措施，如合理调整种植密度、施肥方案、自动化水肥一体化等，以提高农作物的适应能力和产量稳定性。
大气二氧化碳浓度对植物生长发育的影响研究
大气二氧化碳浓度对植物生长发育的影响研究随着人类社会的快速发展，大气中的二氧化碳浓度不断增加，对于生态环境及人类社会都存在一定的影响。
其中，对于植物生长发育的影响备受关注。
本文将就此展开讨论。
一、大气二氧化碳浓度对植物生长的影响1. 光合作用增强大气中二氧化碳的增加能够直接促进光合作用的发生，更多的二氧化碳可以提高植物叶片的光合速率。
然而，这种增加对于所有植物来说，并不是都是好的（即适应性），是会有差异的，以农作物为例，有些作物如小麦可以因此产生丰收，但也有一些作物如柿子则会变得更难成长。
2. 水分利用效率提高植物的光合作用促进了二氧化碳的吸收，也意味着植物的水分利用效率将会得到提高。
在降低大气压力和水分压力的情况下，温室中的作物可以更有效地利用水分，提高水分利用效率。
3. 更长的生长季节大气中二氧化碳浓度的增加也可以延长植物的生长季节。
由于光合作用受到光的支配，使得植物在较强的光照下，可以继续进行生长，并比常规的生长速度更快。
二、对于不同植物的影响虽然二氧化碳增加对于绝大部分植物来说都是积极的影响，但是不同植物对此的反应是不尽相同的，其中有些植物会对此产生抵抗和适应性反应。
1. 水生植物水生植物在水中进行光合作用，其对于二氧化碳的需求量一般较小，如果太多反而会像杂草一样增生过度，导致水体营养物质的流失，从而进一步导致水体的富营养化。
2. 茶叶茶叶对于二氧化碳的反应是比较特殊的，因其对气候条件有严格的要求，且过量的二氧化碳对茶叶产量和品质都有不同程度的影响。
茶叶对于二氧化碳含量的反应也是一些研究人员关注的焦点之一。
3. 树木树木中的成分和生长历程都很复杂，也因此树木对于大气二氧化碳浓度的反应是多样化的。
有些树种会对此产生积极的反应，例如增加生长，促进光合作用等。
但也会有些树种受到影响而出现地上部分过度生长而根系缺乏发育的问题，从而产生失衡。
三、结语总的来说，二氧化碳增加对植物的影响对于各种植物来说是十分复杂的，并且存在多样化的反应，同样化的对策。
大气CO2浓度对植物生长的影响及调节机制
大气CO2浓度对植物生长的影响及调节机制随着全球工业化和能源消耗的快速增长，大气中二氧化碳（CO2）浓度不断上升，这给全球生态系统带来了很大的影响。
CO2是植物光合作用的重要原料，有机物的生成速率和数量都取决于CO2的浓度。
因此，CO2的浓度对植物的生长和发育有很大的影响，同时植物自身也有调节CO2浓度的机制。
一、CO2浓度对植物生长的影响1.影响植物生长发育CO2浓度的增加会促进植物生长发育。
生长在高CO2浓度下的植物的叶面积更大，根系统更发达，生长速度更快。
高CO2浓度下，植物的净光合作用速率增加，这是由于增加了CO2的浓度，导致固碳作用的速率增加，促进生物体内有机物的合成和蓄积。
同时，高CO2浓度下，植物的渗透压降低，可以减少水分蒸散，从而减少水分的损失，为植物的生长提供更好的生长环境。
2.影响植物的种类和地理分布CO2的浓度也影响了植物的种类和地理分布。
研究表明，随着CO2浓度的增加，冬小麦的产量增加了15%到20%，而玉米的生长速度也会提高5%到10%。
但同时，CO2浓度的增加对不同植物种类的影响也是不同的。
例如在一些高CO2浓度的环境下，某些种类的植物生长变差，例如很多森林树种的生长速度就被限制了。
在全球中高纬度的林区中，一些较为寒冷的森林树种的适应能力较差，因此CO2浓度的增加对它们的影响更明显。
二、植物调节CO2浓度的机制1.气孔调节机制气孔调节是植物调节CO2浓度的主要机制。
气孔是植物的气体交换管道，水分和气体在气孔中交换，生长在干旱和热带环境下的植物具有更大的气孔面积，可以通过气孔调节CO2的浓度和进入植物的水分量。
随着CO2浓度的上升，植物的需求也会下降，气孔会逐渐缩小，以保持适当的气体交换。
这项能力往往需要较长的时间来适应新的CO2浓度，需要植物经过多代的演化才能得到完善。
2.磷酸化调控机制磷酸化调节机制是一种新兴的调节机制，它是通过细胞内信号分子的磷酸化过程来调节体外环境，从而在高CO2浓度下保持植物正常生长。
大气二氧化碳浓度对植物生长影响评估
大气二氧化碳浓度对植物生长影响评估植物生长是地球生态系统的重要组成部分，其对大气二氧化碳浓度变化的响应具有重要的科学和环境意义。
本文将评估大气二氧化碳浓度对植物生长的影响，旨在帮助人们更好地理解和应对气候变化对生态系统的挑战。
首先，大气二氧化碳浓度的升高会对植物的光合作用产生显著影响。
光合作用是植物通过吸收光能将二氧化碳和水转化为有机物的重要过程，而二氧化碳是光合作用中的关键物质。
研究表明，当二氧化碳浓度从现有的约400 ppm（百万分之一）升高到未来预测的800 ppm时，大多数植物的光合速率会显著提高。
这是因为二氧化碳浓度的增加会增加光合细胞内二氧化碳的浓度，从而促进C3和C4植物的光合作用效率。
高二氧化碳浓度条件下，植物光合强度增加，导致生物量的积累速度提高。
其次，大气二氧化碳浓度对植物的水分利用效率也具有重要影响。
二氧化碳浓度的增加可以降低植物蒸腾速率，从而减少水分丧失。
相比于二氧化碳浓度较低的环境下，高二氧化碳浓度条件下的植物蒸腾速率更低，水分利用效率更高。
这对于干旱地区的植物生长尤为重要，因为它们能够更好地适应水分胁迫环境。
然而，值得注意的是，二氧化碳浓度的升高可能会加剧土壤中的水分蒸发速率，因而在特定的生态环境中，高二氧化碳浓度的益处可能会被降低。
此外，大气二氧化碳浓度的增加还可能对植物的养分利用造成影响。
植物对氮素和磷素等养分的吸收和利用能力受到二氧化碳浓度的调节。
研究表明，高浓度二氧化碳环境下，植物对氮素的需求减少，但对磷素的需求增加。
这意味着，随着大气中二氧化碳浓度的升高，植物的养分利用效率可能会发生变化，从而影响生态系统的营养循环。
最后，大气二氧化碳浓度升高还可能对植物的生态竞争产生影响。
如果二氧化碳浓度上升，某些C3植物可能会受益，而C4植物的优势可能会减弱。
这是因为C4植物已经通过进化适应了低CO2浓度的环境，在高二氧化碳环境中，它们的光合作用效率相对较低。
长期来看，植物群落结构的变化可能会对生态系统的稳定性产生重要影响。
大气二氧化碳浓度增加对植物光合作用影响
大气二氧化碳浓度增加对植物光合作用影响随着全球工业化进程的不断推进，大气中二氧化碳浓度的增加已成为一个严重的环境问题。
二氧化碳浓度的上升不仅对气候变化产生了重大影响，还对植物生态系统和生命活动产生了深远的影响。
本文将对大气二氧化碳浓度增加对植物光合作用的影响进行探讨。
首先，大气二氧化碳浓度的增加对植物光合作用具有一定的促进作用。
光合作用是植物通过光能将二氧化碳和水转化为有机物和氧气的过程。
二氧化碳是光合作用的重要原料之一，而在大气中的二氧化碳浓度增加可以提供更多的CO2供植物吸收和利用。
研究表明，适量的二氧化碳浓度升高可以提高植物进行光合作用的效率。
这是因为二氧化碳浓度的升高有助于提高光合作用的速度和产物的积累，从而促进植物的生长和发育。
然而，尽管二氧化碳浓度的增加可能会促进植物的光合作用，但长期高浓度的CO2暴露也会产生一系列负面影响。
首先，过高的二氧化碳浓度可能导致植物的氮限制。
通常情况下，植物的光合作用需要足够的氮素来合成蛋白质和其他有机物。
而在高浓度CO2环境下，植物吸收和转化氮素的速率会下降，导致植物生长受到限制。
其次，高浓度的二氧化碳对植物的产量和营养价值也会产生影响。
尽管植物在高浓度CO2环境下可以进行更高效的光合作用，但这并不意味着植物能够生长得更好。
研究发现，高浓度的二氧化碳可能导致植物的产量减少、根部生物量减少以及植物的生物量分配发生变化，这都会对农作物的产量和质量产生负面影响。
此外，高浓度CO2环境下植物的养分含量也可能发生变化，这可能会对植物的营养价值产生不利影响。
此外，大气二氧化碳浓度的增加还可能对植物与其他生物的互动产生影响。
植物和昆虫之间存在着复杂的相互关系，而改变了二氧化碳浓度可能会导致这种关系的改变。
例如，某些植物会通过释放化学物质来吸引天敌捕食害虫，这种互动对于植物的生长和进化非常重要。
然而，在高浓度CO2环境下，植物释放的化学物质可能会发生变化，从而影响害虫的行为模式和植物的防御策略。
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西北植物学报 2000, 20 (4) : 676—683 A cta B ot. B orea l. -O cciden t. S in.
文章编号: 1000240252(2000) 0420676208
大气二氧化碳浓度升高对植物生长的影响α
王为民1, 王 晨1, 李春俭2, 林伟宏3,
(1 西北大学生物系, 西安 710069; 2 中国农业大学植物营养系, 北京 100094; 3 中国科学院植物研究所, 北京 100093)
Effects of eleva ted a tm ospher ic CO 2 concen tra tion s on growth of plan ts
W AN G W ei2m in1,W AN G Chen1, L I p artm en t of B io logy, N o rthw est U n iversity, X iπan 710069, Ch ina; 2 D ep artm en t of P lan t N u trition, Ch ina A g ricu ltu ral U n iversity, Beijing 100094, Ch ina; 3 In stitu te of Bo tany, Ch inese A cadem y of Sci2 ences, Beijing 100093, Ch ina)
由于人类活动的增加, 大气中 CO 2 浓度正在逐年增加, 预计到下世纪中叶大气 CO 2 浓度将达到 700 Λm o l m o l[1]。CO 2 是植物进行光合作用的底物, 大气中 CO 2 浓度升高将 对植物生长发育及生物产量产生影响, 最终将影响人类的生存环境, 因而这一问题引起人 们的高度重视, 对其研究逐渐增多。目前研究植物对 CO 2 浓度升高反应的方法主要有: 开 放式 CO 2 气体施肥试验 (FA CE)、开顶式熏蒸室 (O TC)、枝条树袋法等。本文就近 10 年来 国内外研究大气 CO 2 浓度升高对植物生长影响的进展予以综述。
试验表明, 长期高浓度 CO 2 对植物光合速率的促进会随着时间的延长而渐渐消失, 这种现象称为植物对 CO 2 的光合适应现象 (p ho to syn thet ic acclim a t ion)。 光合适应现象 最为直观的证据是生长在高 CO 2 浓度下的植物在正常 CO 2 浓度下测定时, 其光合速率低 于正常 CO 2 浓度下生长的植物的光合速率[2]。发生光合适应的植物通常对 CO 2 的羧化能 力降低, 在其叶片中有淀粉和蔗糖的积累并伴有R ub isco 的含量下降[3, 5, 6]。通过对高等植 物基因表达调节的研究, 有一假设认为, 在光合适应过程中植物细胞内己糖浓度的变化是 一种信号, 经过己糖激酶 (HXK) 的传导而抑制 R bcS (R ub isco 的小亚基) 和其它与光合 有关的蛋白质基因的表达[3, 7]。 通过给叶片直接饲喂糖、抑制韧皮部的运输或降低叶柄温 度等方法增加叶片内糖含量可引起光合适应的试验支持上述假说[8]。 目前对植物发生光 合适应的解释有: (1) 单纯升高 CO 2 浓度, 短期内可促进光合作用, 若营养条件未变, 其它
对植物的根、茎、叶片、悬浮细胞、组织块和分离的线粒体所进行的试验表明, 在短期 CO 2 浓度加倍条件下, 植物的暗呼吸下降了大约 20%。 原因可能是高 CO 2 浓度抑制了线 粒体中呼吸链的关键酶细胞色素 C 氧化酶 (Cytox) 和琥珀酸脱氢酶 (SDH ) 的活性[3]。 小 麦的沙培试验结果也支持上述观点[14]。 在长期高 CO 2 浓度条件下, 植物叶片的暗呼吸率 下降并与叶片中氮的浓度和蛋白质的含量下降平行。对C3 植物如小麦的试验中已观察到 这种暗呼吸适应现象, 认为高 CO 2 浓度抑制线粒体中呼吸链的关键酶的活性, 如细胞色 素 C 氧化酶的活性降低是其原因。 对 C4 植物 S p a rtina p a tens 的试验中未观察到上述酶 活性降低的现象[15]。 需要强调的是植物的暗呼吸对高 CO 2 浓度的反应与温度密切相关, 不同种类植物由于测定温度的不同, 暗呼吸对 CO 2 浓度升高的反应有明显差异, 在高温 (30℃、35℃) 时高浓度 CO 2 显著促进暗呼吸, 而与物种 (C3 或 C4、草本和木本) 无关[16]。也 有报道植物的暗呼吸在 CO 2 浓度条件下升高、无变化等, 这可能与测定时的条件 (温度、 时间、离体或活体测定) 不一致有关[17]。 1. 3 植物生物量及农作物产量
α 收稿日期: 1999210212 基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (39870148)。 作者简介: 王为民 (1970—) , 男 (汉族) , 现为西北大学生物系硕士研究生。
4期
王为民等: 大气二氧化碳浓度升高对植物生长的影响
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h ib it ion induced by the im ba lance of sou rce2sink rela t ion sh ip; (2) T he decrea se of R ub is2 co con ten t and act ivity cau sed by sho rt of nu t rien t. U nder the eleva ted CO 2 concen t ra2 t ion, b ranches and num ber of roo t s, relea se of exuda tes, ab so rp t ion of nu t rien t elem en t s by roo t s, m yco rrh iza infect ion ra te and b iom a ss of p lan t s w ere increa sed. T he ab ility re2 sitan t to O 3 in ju ry of p lan t w a s inerea sed. T he a tm o sp heric tem p era tu re, n it rogen and p ho sp ho ru s supp ly from so il cou ld affect respon ses of p lan t s to the eleva ted CO 2 concen2 t ra t ion. Key words: eleva ted CO 2; p lan t; g row th; tem p era tu re; n it rogen; p ho sp ho ru s; ozone
Abstract: E leva ted a tm o sp heric CO 2 concen t ra t ion can st im u la te the g row th of p lan t s, es2 p ecia lly C3 p lan t s. P lan t p ho to syn thesis cou ld be st im u la ted under the sho rt2term CO 2 en richm en t, bu t decrea sed and accom p an ied by the p ho to syn thet ic acclim a t ion w hen ex2 po sed to long2term eleva ted CO 2 concen t ra t ion. T h is m ay be due to: (1) the feedback in2
的一种机制; (3) 体内氮资源再分配假说, 即体内蛋白质的再分配影响了光合作用的酶促 过程[1]。研究发现 CO 2 浓度升高主要引起老叶中 R ub isco 的含量和活性发生变化, 对幼叶 没有影响[11]。M iller[12]认为可能是 CO 2 浓度升高引起叶片个体发育在时间上发生改变导 致叶片早衰。M oo re[13]发现, R ub isco 蛋白含量的减少与 R bcS 在翻译水平上的减少程度 不相关, 表明植物发生光合适应时可能有其它未知的因素参与了对光合基因表达的调节。 此外, 植物生长的温度、光强、土壤水分、营养状况及植物的品种和发育的不同阶段期都影 响着植物光合作用对大气 CO 2 浓度升高的响应[1, 2 ]。 1. 2 呼吸作用
大量实验表明, 在大气 CO 2 浓度升高条件下, 植物生物量和农作物产量均得到增加。 但是不同光合途径植物的生物量增加的幅度不同, Poo ter[17] 认为: C3 植物的生物量将平 均提高 41% ; C4 植物提高 22% , CAM 植物提高 15%。 可能是由于研究者的试验条件不 同, 目 前 对 植 物 生 物 量 和 农 作 物 产 量 在 CO 2 浓 度 升 高 条 件 下 的 变 化 报 道 不 一 致。 Geo rge[18] 认为农作物的产量和生物量可分别平均增加 41% 和 30%。K im ba ll[11]认为植物 的生物量可增加 33% ±6% ; Cu re[19]认为农作物的产量可增加 41%。 由于未来大气 CO 2 浓度升高必然伴随着温度、降水的改变, 同时 CO 2 浓度升高对植物生物量和农作物产量 的影响还与矿质营养、干旱、盐碱等多种环境胁迫因子有关。 对一年生植物的模拟实验结 果表明, 只有在光照、水肥等条件充足时, 植物的生物量才会随大气 CO 2 浓度升高而增 加[1]。因此在考虑高 CO 2 浓度对植物生物量和农作物产量的促进作用时需要考虑其它环 境因子的影响。