13种常见裸子植物冬季挥发性有机物释放及光合特征

来源 :浙江农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:radeon0118
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植物挥发性有机物(Biogenic volatile organic compounds,BVOC)是一类由植物合成并释放到大气中的有机物,其在植物防御、信息传递以及大气化学循环和碳循环中均具有重要的意义。裸子植物作为常见的园林绿化物种,在园林设计及城市绿化中都有非常重要的作用。为了明确城市常见裸子植物BVOC释放及其组成,本研究选取了13种常见裸子植物(线柏(Chamaecyparis pisifera)、龙柏(Juniperus chinensis)、刺柏(Juniperus formosana)、侧柏(Platycladus orientalis)、圆柏(Sabina chinensis)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、江南油杉(Keteleeria fortune)、北美红杉(Scquoia sempervirens)、红豆杉(Taxus chinensis)、雪松(Cedrus deodara)、湿地松(Pinus elliottii)、日本五针松(Pinus parviflora)、罗汉松(Podocarpus macrophyllus))进行测定,结合冬季低温环境下树种BVOC释放,探究裸子植物单萜释放与植物科属、叶片类型、原生生长地及光合生产力的关系,进而为裸子植物BVOCs释放的研究提供基本理论依据,为未来的科学研究提供数据支持。结果发现:(1)13种裸子植物主要以单萜释放为主,相对比例占总BVOC释放的85.01%。低温环境下,除线柏的释放明显下降外,裸子植物的BVOC(单萜、香味物质、GLVs和其它化合物)释放速率较基础状态均无显著差异(P>0.05)。而裸子植物BVOC种类和释放速率存在着较大的差异,即裸子植物单萜化合物的释放有着明显的物种特异性。(2)冬季时大多数裸子植物的最大电子传递速率(Jmax)与Rubisco酶最大羧化速率(Vcmax)的比值处于较高水平,即此时大多数裸子植物Vcmax受到限制,而无法有效地对光能进行利用,在强光下表现为光能过剩,这可能是植物越冬时的一种自我保护策略。(3)冬季时,柏科(Cupressaceae)植物(基础状态:27.69±9.48nmol mg-1s-1;低温状态:19.47±5.18nmol mg-1s-1)、松科(Pinaceae)植物(基础状态:16.51±6.95nmol mg-1s-1;低温状态:18.80±8.57nmol mg-1s-1)以及杉科(Taxodiaceae)植物(基础状态:10.96±3.10nmol mg-1s-1;低温状态:13.53±4.88nmol mg-1s-1)在基础状态下单萜的释放与低温状态下相比均无显著性差异(P>0.05),但柏科植物在低温状态下的单萜的释放相比于基础状态下有所下降,而松科植物和杉科植物在低温状态下的单萜的释放相比于基础状态下则有所上升;但松科植物(7.56±1.09μmol g-1 s-1)和杉科植物(7.45±0.77μmol g-1 s-1)的净光合能力则显著高于柏科植物(4.80±0.42μmol g-1 s-1)(P<0.05)。(4)针形叶植物(基础状态:20.22±8.41nmol mg-1s-1;低温状态:23.02±10.42nmol mg-1s-1)、鳞形叶植物(基础状态:33.9±11.00nmol mg-1s-1;低温状态:19.47±5.18nmol mg-1s-1)以及条形叶植物(基础状态:8.04±2.38nmol mg-1s-1;低温状态:10.85±3.97nmol mg-1s-1)单萜的释放无显著性差异(P>0.05);同时3个叶片类型植物在基础状态下单萜的释放与低温状态下相比也无显著性差异(P>0.05),但鳞形叶植物在低温状态下的单萜的释放相比于基础状态下有所下降,而针形叶和条形叶植物在低温状态下的单萜的释放相比于基础状态下则有所上升;但针形叶植物(8.47±0.84μmol g-1 s-1)的净光合能力则显著高于鳞形叶植物(4.61±0.47μmol g-1 s-1)和条形叶植物(6.35±0.8μmol g-1 s-1)(P<0.05)。(5)本地物种冬季时无论是在基础状态(6.44±1.46nmol mg-1s-1)还是在低温状态(5.66±1.03nmol mg-1s-1)下,其单萜的释放均显著低于外来物种(基础状态:41.08±9.48nmol mg-1s-1;低温状态:30.49±8.08nmol mg-1s-1)(P<0.05),但无论本地物种还是外来物种,在基础状态下的单萜释放与低温状态下的单萜释放均无显著性差异(P>0.05);且其净光合速率(Pn)(本地物种:5.77±0.58μmol g-1 s-1;外来物种:7.09±0.88μmol g-1 s-1)则无显著性差异(P>0.05)。外来物种单萜(R2=0.403,P=0.009)、香味物质(R2=0.522,P=0.002)以及GLVs(R2=0.544,P=0.002)的释放与温度均为负相关关系;本地物种仅单萜(R2=0.278,P=0.017)的释放与温度为正相关关系,而香味物质与GLVs的释放则与温度没有相关性。(6)在一定范围内柏科植物的单萜释放速率随Pn的增加而下降(R2=0.217,P=0.013),松科植物的单萜释放速率随Pn的增加而呈现出先上升再下降的趋势(R2=0.760,P=0.003),而杉科植物的单萜释放速率随Pn的增加成线性下降的趋势(R2=0.376,P=0.012);13种裸子植物单萜释放速率随Pn的变化表现出与松科植物相似的规律(R2=0.299,P=9.115E-6)。综上所述,裸子植物通过光合系统中光合电子传递与暗呼吸对自身单萜的释放进行调节,满足自身生理需求外对不良环境起到一定的抵御作用。裸子植物BVOC的释放具有一定的特异性,即不同的裸子植物有着不同的BVOC释放。本地物种BVOC释放速率均处于较低水平,而外来物种的单萜释放则处于较高的水平,这可能是外来物种适应当前环境的一种体现。
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