2浓度升高对植物生长和N吸收及代谢的影响'> CO2浓度升高对植物生长和N吸收及代谢的影响
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摘要：指出了随着大气中的CO2浓度不断升高，对陆地生态系统造成一定的影响，从植物的生长、植物N素吸收、植物及代谢酶等方面详细地探讨了CO2浓度对植物的影响。
关键词：CO2浓度升高;生长 ;N素吸收;N代谢
中图分类号：文献标识码：B 文章编号：1674-9944（2011）08-0106-02
收稿日期：2011-07-22
基金项目：国家自然科学基金项目（编号：30671678）资助
作者简介：单莉莉（1984―），女,黑龙江人,东北林业大学林学院硕士研究生。
1 引言
CO2浓度升高影响植物生长、N吸收及代谢。多数研究表明CO2浓度升高可促进植物生长,对植物吸收N素的影响因植物种类及供N 形态不同而异,对N代谢酶的影响研究结论目前尚不一致。植物的生长、N吸收及代谢与土壤N素有效性密切相关,但co2浓度与N素形态共同作用对植物的影响还不清楚,有关这方面的研究还有待进一步开展。
自18世纪工业革命以来,大气中CO2浓度已经从250μmol・mol-1增加到20世纪末的365μmol・mol-1。2007年IPCC的评估表明,21世纪末大气中CO2浓度将增加到500～1 000μmol・mol-1。大气CO2浓度升高,对陆地生态系统有着巨大的影响。植物作为陆地生态系统的主体,必然对自身的生长、生理特性做出相应的调整。
2 CO2浓度对植物的影响分析
2.1 CO2浓度升高对植物生长的影响
CO2浓度升高对植物生长影响的研究较多。Ceulemans总结了CO2浓度升高对64个树种生物量的影响后得出,CO2浓度升高使针叶树、阔叶树生物量分别增长63%、38%［1］。Poorter研究认为,CO2浓度升高使C3、C4、CAM植物生物量分别增加47%、11%、21%［2］。因此,CO2浓度升高时,生物量变化与植物种类和C循环途径有关。
CO2浓度升高促进生物量增加的原因主要包括CO2浓度升高使光合作用增强,净光合速率提高,产量增加［3,4］;CO2浓度升高影响了植物的生理活动,从而影响了植物根、茎和叶等器官的生长发育,最终使得产量增加［5,6］。
2.2 CO2浓度升高对植物N素吸收的影响
大气CO2浓度升高会影响植物对N素营养的吸收,比如促进火炬松（Pimus taeda）、北美黄松 （Pimus ponderosa Dougl.）幼苗对N的吸收速率［7,8］。大气CO2浓度升高对植物吸收N素的影响与被吸收N 素的形态有关［9］。多数植物吸收的N 素主要是NH+4-N和NO-3-N,且对NH+4-N和NO3-N具有选择吸收的特性,会表现出明显的偏好性［10］。CO2浓度升高可能会改变植物对NH+4-N和NO3-N吸收的偏好性,如CO2浓度升高明显增加了火炬松、北美黄松、番茄（Lycopersicon esculentum）等对NO3-N的吸收速率,增加了红槭树（Acer rubrum）对NH+4-N的吸收速率。这可能与植物吸收NH+4-N,NO3-N 的机理有关,相比NH+4-N的吸收,NO3-N的吸收需要消耗更大的能量。CO2浓度升高促进根系碳水化合物积累［8］,所以有更多的能量用于NO-3的吸收。
CO2浓度升高对植物吸收N素的影响与植物N代谢酶关系密切,这些N代谢酶主要包括硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）。NR是NO-3同化步骤中的第1个酶,也是整个同化过程的限速酶,在植物N素代谢过程中起着关键的作用［11］。有关CO2浓度升高对NR活性影响的研究较少,且研究结论尚不一致。CO2浓度升高时,水稻和绿豆（Vigna radiata）叶片NR活性增强［12,13］,小麦叶片NR活性下降［14］。CO2浓度升高对NR活性影响与植物培养时间或生长时期有关,如绿豆叶片NR活性在催芽20d时明显低于正常CO2浓度处理,而在催芽后的第35d和50d,NR活性高于正常CO2浓度处理［15］。
GS是NH+4同化的关键酶,也是N代谢的中心酶。有关CO2浓度升高对植物GS活性影响的研究很少,GS活性受不同N素水平、形态的影响。高浓度的CO2 降低了低N 水平下水稻叶片GS的活性,而常N 水平下酶活性的下降趋势得到改变或缓解［16］。菠菜茎叶中GS活性随着营养液NH+4-N比例的增加而显著增加［17］。
3 结语
CO2 浓度升高可促进植物的生长和代谢,但植物的生长反应受土壤N素有效性的限制,土壤中N素有效性主要指无机氮（NH+4-N和NO3-N）的有效性。CO2浓度升高对植物NO3-N和NH+4-N吸收特性的改变具有重要的生态意义,它将影响到未来全球变化条件下的植物种间竞争及群落的物种组成。目前,CO2 浓度升高以及N素形态共同作用对植物影响的研究较少,仅见于李娟对番茄的报道［11］。因此,CO2浓度升高与N素形态共同对植物影响的研究将成为今后研究的热点。
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