C3和C4植物暗呼吸作用对大气环境改变的响应

刘晓晓 ��

摘要：本文选取典型的C3植物（小麦）和C4植物（玉米），研究了大气温度以及CO2浓度改变对两类植物暗呼吸速率的影响，结果表明，温度和CO2浓度的升高使得两类植物的暗呼吸速率增大，二者对于温度的响应灵敏度前者大于后者，而对于CO2浓度的响应灵敏度则与温度有关。

关键词：C3植物；C4植物；温度；CO2浓度；响应灵敏度

近年来，随着人类频繁的工业活动，大气中CO2等温室气体的含量越来越多，而由温室气体引起的温室效应日益严重，大气环境的改变对植物的生长和代谢会产生影响，其中对于植物暗呼吸作用的影响日渐引起了研究人员的兴趣[1]。对于地球上的高等植物而言，有C3植物和C4植物的区别，这种区别主要是指CO2在植物光合作用時CO2固定后形成的化合物中含有C数目为3个还是4个，两种植物光合作用的途径以及吸收CO2的饱和点存在差异，因此对于大气环境中CO2浓度及温度变化响应机制也不同[2]。本文选取典型的C3植物（小麦）及C4植物（玉米），在不同CO2浓度及不同温度条件下，对两类植物的暗呼吸作用进行了研究，通过对比分析获得的结果为研究温室效应影响C3植物和C4植物生长代谢提供了参考。

1 实验方法

本文采用的植物幼苗均在实验室的植物园内进行培养，培养时间为30天，将培养好的植株进行筛选，选出长势基本一致的植株放于SPX400IC人工气候箱（上海）中，CO2浓度分别为300μmol·mol1和600μmol·mol1，不同浓度CO2条件下，温度分别控制在15℃，20℃，25℃，30℃和35℃，放置一段时间后，取出进行暗呼吸速率的测定。

进行暗呼吸速率测试的时候，首先将样品植株放于500ml锥形瓶中，避光，在锥形瓶的上方和下方留出出气和进气孔，采用水浴方式继续保持温度，通入的气体与培养时环境气体完全一致，采用QGD07型红外二

氧化碳分析仪（北京）对CO2浓度进行测试，记录测试时间。最终以μmolCO2·g1FW·min1表示暗呼吸速率。

2 实验结果

图1所示为C3植物小麦幼苗在不同CO2浓度下，对应于不同温度的暗呼吸速率。从图1可以看出，300μmol·mol-1和600μmol·mol-1CO2浓度下的小麦幼苗暗呼吸速率均随着温度的升高而增大； CO2的浓度增大一倍后，小麦幼苗暗呼吸速率增大，当温度小于20℃时，暗呼吸速率增大的幅度不明显，当温度在25℃到35℃时，增大CO2浓度对小麦幼苗暗呼吸速率的影响程度变大。

图2为C4物玉米幼苗在不同CO2浓度下，对应于不同温度的暗呼吸速率。图示可得玉米幼苗暗呼吸速率随CO2浓度和温度变化的趋势与C3植物小麦幼苗相似，即随着温度的升高，暗呼吸速率增大，CO2浓度升高，暗呼吸速率也随之增大。与图1对比，对于大气中CO2和温度的变化，C4植物玉米幼苗的响应程度低于C3植物小麦幼苗。

进一步研究温度对两类植物暗呼吸速率的影响，以300μmol·mol-1和600μmol·mol-1在15℃时的暗呼吸速率为基准，以暗呼吸速率的增长幅度为温度响应灵敏度，结果列于表1中，可以看出玉米（C4）的暗呼吸速率随着温度的变化幅度小于小麦（C3），说明C4植物对于大气温度改变的灵敏程度小于C3植物。

选定300μmol·mol-1各温度暗呼吸速率为基准，以600μmol·mol-1各温度暗呼吸速率的增长幅度为CO2浓度响应灵敏度，结果列于表2中，可以看出玉米（C4）的暗呼吸作用在小于20℃时对于CO2浓度变化的灵敏度大于小麦（C3），相反当温度大于20℃时则小于小麦（C3）。

3 结语

综上所述，大气环境中CO2浓度和温度的改变对于小麦（C3）和玉米（C4）的暗呼吸速率产生影响，两种植物的暗呼吸速率随CO2浓度和温度的增大而增大，对于温度的响应灵敏度前者大于后者，在温度小于20℃时前者对于CO2浓度的相应灵敏度小于后者，当温度大于20℃时则大于后者。

参考文献：

[1]张智胜，彭新湘.光呼吸的功能及其平衡调控[J].植物生理学报，2016，11：16921702.

[2]张树伟，王霞，马燕斌，等.植物光呼吸途径及其支路研究进展[J].山西农业大学学报（自然科学版），2016，36（12）： 885889.