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全球气候变化背景下,大气CO2浓度和近地层O3浓度持续上升。利用开顶箱方法,研究了高浓度O3(≈80 nmol mol-1)和高浓度C0O(≈700μmol mol-1)及其复合处理对蒙古栎(Quercus mongolica)和华山松(Pinus armandii)的影响。结果表明:
(1)在高浓度O3下,蒙古栎叶片光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)显著降低,但光合速率的下降不是源于气孔限制,因为细胞间隙CO2浓度没有降低。羧化效率的显著下降是导致光合速率降低的主要因为。臭氧处理的前45天,抗坏血酸(AsA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性增加,但增长的抗氧化能力并没有平衡活性氧的合成,导致过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量在第45天显著增加。在随后O3处理期间,叶片抗氧化酶活性和AsA含量显著降低,此外还有叶绿素损失、电解质外渗率(EL)增加和光系统Ⅱ最大光化学效率下降。
臭氧处理的第75天到试验结束,华山松去年生针叶超氧阴离子(O2-)产生速率、H2O2和MDA含量显著上升,表明发生了氧化胁迫。在此处理期间,AsA降低,但SOD和APX活性显著增加,这在一定程度上缓解氧化胁迫。高浓度O3没有影响松针EL,说明华山松对高浓度O3的抗性比蒙古栎强。
(2)在高浓度CO2下,蒙古栎和华山松叶片EL、H2O2和MDA含量没有变化。抗氧化酶活性和AsA含量也没有受到高浓度CO2的影响,只是蒙古栎叶片CAT活性在处理75天后显著下降。这说明蒙古栎和华山松抗氧化系统对高浓度CO2不敏感。
(3)高浓度CO2缓解了高浓度O3引起的蒙古栎叶片Pn的下降以及MDA含量和EL的上升。处理的前45天,CO2的保护作用并非来自于活性氧清除能力的增强,因为复合处理的叶片抗氧化防御能力低于O3处理的叶片。复合处理叶片气孔导度低于O3处理叶片,因此,进入叶片O3量较少,O3胁迫得以缓解。105天处理后,高浓度CO2避免了O3对抗氧化系统的消极影响,这在一定程度上有利于缓解O3的氧化胁迫。值得注意,复合处理105天后,叶片总酚含量增加显著,这可能对于缓解氧化胁迫起到重要作用。
高浓度CO2缓解了O3引起的华山松针叶O2-产生速率、H2O2和MDA含量的增加。相对于高浓度O3处理,复合处理的松针SOD和APX活性较低。因此CO2的保护作用不来自于活性氧清除能力的增强,可能是气孔导度减小限制了O3进入量的结果。复合处理的针叶AsA含量下降幅度小于高浓度O3处理的针叶,说明在抵御O3胁迫中消耗较少。
总之,高浓度CO2缓解了高浓度O3对蒙古栎和华山松的氧化胁迫。