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IPCC第四次评估报告预测,至本世纪末大气CO2浓度将超过700μmol·mol-1;在未来50年～100年间,地球表面温度可能升高1.8℃-4.0℃。川西亚高山森林群落位于青藏高原东缘,其植物群落对全球气候变化的响应较敏感。本文采用封顶式生长控制室系统,研究川西亚高山缺苞箭竹(Fargesia denudata)气体交换、光合色素浓度、比叶面积、叶片养分含量、糖类以及可溶性蛋白含量等对大气CO2浓度升高(约700μmol·mol-1,EC)、温度升高(+2(±0.5)℃,ET)和两者同时升高(ECT)的响应(以生长室系统所在的环境背景为对照处理,CON),以期为大熊猫保护生物学研究提供基础数据,并为全球气候变暖态势下川西亚高山的植被保护和恢复提供理论依据。主要结果如下:
1)与对照处理相比,饱和光照强度下EC和ECT处理的缺苞箭竹净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(E)增加,水分利用效率(WUE)降低。ET处理使缺苞箭竹的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著下降,水分利用效率增加。缺苞箭竹的净光合速率对光和胞间CO2浓度响应曲线的研究表明,经EC、ET和ECT处理后均出现光合速率下调现象,但下调强度与对照差异不显著。缺苞箭竹的表观量子产量(AQY)大小为EC＞ECT＞CON＞ET。初始羧化速率(CE)、暗呼吸速率(Rd)和光呼吸速率(Rp)均比对照增加,且对光和胞间CO2浓度适应范围扩大。
2)EC、ET和ECT处理对缺苞箭竹叶片光合色素浓度有显著影响。EC处理的缺苞箭竹叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素(a+b)(Chl(a+b))以及类胡萝卜素的浓度均显著增加;ET处理的缺苞箭竹叶绿素a浓度增加,叶绿素b、叶绿素(a+b)和类胡萝卜素浓度降低;ECT处理的缺苞箭竹叶绿素a浓度与对照没有显著变化,叶绿素b、叶绿素(a+b)和类胡萝卜素浓度均有显著降低。与对照相比,EC、ET和ECT处理的缺苞箭竹叶绿素a与叶绿素b的比值(Chla/b)分别增加5.94％、19.48％和4.03％。
3)EC、ET和ECT处理对缺苞箭竹叶片的比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)和养分含量的影响并不一致。EC处理下比叶面积、叶氮和叶磷浓度升高,而叶干物质含量和全碳含量降低;ET和ECT处理下比叶面积、叶干物质含量和叶氮、叶磷浓度均增加,全碳含量则分别表现为显著升高和无显著变化。
4)EC、ET和ECT处理的缺苞箭竹叶片可溶性糖、淀粉、纤维素、葡萄糖、果糖和蔗糖含量均显著增加,其中淀粉浓度增加最大,其次为蔗糖。与对照相比,EC处理的缺苞箭竹叶片可溶性蛋白含量增加,差异不显著;ET和ECT处理的缺苞箭竹叶片可溶性蛋白含量显著降低。
生长在CO2浓度和温度升高下的缺苞箭竹对光和CO2浓度的适应范围增大,并伴随比叶面积和各种糖类物质含量的显著增加,但其气体交换、养分含量、光合色素浓度和可溶性蛋白含量变化对不同处理的响应存在一定的差异性。CO2浓度和温度升高对缺苞箭竹的光合生理特性的影响机理并不完全一致,二者同时升高时的作用机制更为复杂。