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拟南芥有性生殖模式和叶片特性对大气CO_2浓度变化的响应

滕年军  
【摘要】: 预计到本世纪末,大气CO_2浓度将会增加到540~970ppm,大气CO_2浓度升高所引起的全球气候变化已经受到广泛的关注。植物生长依赖CO_2,并且对大气CO_2浓度升高在结构和生理上产生响应。目前已有大量报道,从生态系统、群落、种群、个体、器官、组织、生理以及生化等水平上研究高浓度CO_2所对植物产生的影响。但是有关高浓度CO_2对植物有性生殖影响的报道却很少,同时多数实验均建立在短期的生殖响应,忽视了植物在长期高CO_2浓度下具有的反馈作用和CO_2浓度变化对植物的驯化作用。植物有性生殖与其生态适应性和农作物籽粒产量的关系极为密切;同时,植物有性生殖特性的变化,也可作为预测植物对全球气候变化响应的重要指标之一。为此,利用高浓度CO_2对植物进行长期选择实验将很有必要。研究结果将为预测未来大气CO_2浓度增加的条件下陆地生态系统的演变趋势、全球变化对植物有性生殖响应的方式和机制提供新的思路和有效方法。 在本研究中,我们以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)作为实验材料,利用370和700ppm CO_2对其进行连续8个世代处理,首先研究高浓度CO_2对每一个世代的拟南芥有性生殖特性的影响,然后比较各个世代中各种生殖特性指标变化的规律,从细胞、组织和个体尺度上揭示拟南芥有性生殖对全球变化的响应模式。此外,在700ppm CO_2处理下,我们对拟南芥叶片生理、生化以及结构的变化进行了相关研究。两部分研究结果及主要结论如下: 首先,在每一个世代中,与370ppm CO_2相比较,700ppm CO_2处理显著促进了拟南芥开花,缩短生长周期,增加花、角果及种子等生殖的产量,降低种子N含量,提高种子C/N比、种子千粒重以及生殖生物量所占总生物量的比例等,而对种子萌发率、角果所含种子数目以及角果长度则无显著影响。但是,通过对相同CO_2浓度处理条件下,不同世代之间的研究结果比较发现,不同世代之间相关的生殖生物学指标并无显著差异。 其次,高浓度CO_2显著降低叶片气孔密度、气孔指数、气孔导度以及蒸腾速率。在高浓度CO_2处理下,叶肉细胞中叶绿体数目、叶绿体宽度和表观面积、淀粉粒大小和数量、叶片和细胞壁厚度等都显著增加,但是基粒内囊体膜的数量却显著下降。叶片中碳水化合物如可溶性总糖、淀粉以及纤维素含量在高浓


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