二氧化碳的升高、气候变暖和降水的改变对中国北方草原的植物生长、光合作用和过氧化作用的研究外文翻译资料

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毕业论文

英文翻译

原文标题 Effects of elevated CO₂ , warming and precipitation change on plant growth, photosynthesis and peroxidation in dominant species from North China grassland

译文标题 二氧化碳的升高、气候变暖和降水的改变对中国北方草原的植物生长、光合作用和过氧化作用的研究

二氧化碳的升高、气候变暖和降水的改变对中国北方草原的植物生长、光合作用和过氧化作用的研究

Zhenzhu Xu · Hideyuki Shimizu · Shoko Ito · Yasumi Yagasaki · Chunjing Zou · Guangsheng Zhou · Yuanrun Zheng

摘要 ：气候变暖，水和大气二氧化碳浓度升高的影响已被广泛研究所证实；然而，它们对植物的综合影响还不清楚。在目前的研究中， 我们研究了三种优势种的植物生长和生理反应，从欧亚草原具有不同的功能特性，升高二氧化碳浓度、高温和四模拟降水模式。 在所有的温度和灌溉处理对C₃豆科灌木小叶锦鸡儿升高二氧化碳浓度会使促进植物生长10.8–41.7 %，对大针茅升高33.2–52.3 %。升高二氧化碳浓度不能影响C₄植物的植物生物量，糙隐子草，正常或增雨的情况下，在升高二氧化碳浓度和干旱条件下刺激生长20.0–69.7 %。促进C₃和C₄植物的生长是在气候变暖条件下的正常降水，但是严重干旱条件下急剧下降。 升高CO₂对叶片性状的影响，生物量分配和光合潜力显著依赖于物种。抑制光合活性，气候变暖和严重干旱的组合增强细胞过氧化作用，虽然通过升高二氧化碳浓度部分缓解，植物功能间的关系，讨论了气候变化的特点和生理活性及其对气候变化的响应。目前的研究结果表明，CO₂富集的响应可能强烈地依赖于在不同的模式下的降水特定物种的响应下，或者未进行增温，强调个人物种的多因素相关性必须在对气候变化的响应是陆地生态系统的影响。

关键词 C₃和C₄植物、气候变化、提高CO₂浓度、草地、多因素分析、光合速率、植物功能型、植物增长特征

缩略语表 Fv/Fm：光化学活性的最大效率 Jmax：最大电子传输速率

LARMR：叶面积和根生物量比 LMR：叶质量比

RGR ：相对增长率 MDA：丙二醛

PCA ：组成分分析 PSII ：光合作用II

RMR ：根质量比 SLA ：叶面积比

SSL ：比茎长 SMR：干质量比

Vc,max：最大羧化速率 times; ：组合或相互作用处理的符号

前言

IPCC（2012）指出：全球变暖将会继续持续，并且极端气候事件的频率和严重性越来越大。提高CO₂的浓度、升温和改变降水的浓度可以改变植物的生长产量，是由于改变植物的生理活性和生态系统结构，例如：光合作用、生长、生物物种和地理分布等等。植物的生长和生理过程响应气候的变化，在很多因素的影响下，不能实现某实验单方面的预测。因此，实验多因素的回应是非常急迫的一个状态。所以多因子的研究是一个更多的需要研究和提高的一个相关模型，近年来的研究表明，对红橡木苗进行提高二氧化碳浓度和降低水分含量就热量而言的是互相作用。目前的研究建立在典型的半干旱草地系统作物的生长和生理状况来响应升高二氧化碳浓度、升温和改变降水条件相结合。通过此次研究提供对全世界范围内的陆地生态系统含义的可能性。陆地生态系统中的物种的组成和植被的种类是通过气候变化引起的。在未来的气候变化基础之下，从草原到灌木生态系统仍存在一个不确定性。升高二氧化碳的浓度会促进C₃植物而抑制C₄植物的生长。这是由于C_3、C₄植物的光合作用途径有关；反之升温促进C₄植物通常在暖季节的正常生长。（Morgan et al. 2011）。在未来的气候变化中，对C₄植物的升温和升高二氧化碳的浓度对其有个积极的响应，预测未来C4植物会旺盛生长。(Morgan et al. 2011)然而，C4植物在气候变暖之后的干旱条件下二氧化碳的浓度升高是否提供补偿的影响也是未知的，并且还未有人证实过。（leakey et al.2006; Morgan et al. 2011; lobell et al. 2013)。干旱和半干旱大约占陆地表面积的40％，为国内畜牧业提供一个主要的饲料食品供应 (WRI2013)。在这样一个比较好控制的实验环境中，深入研究植物的生长、生物量分配、植物冠层光合生理活性的大小，和过三种优势植物中，具有不同的功能特点，从中国北方草原到欧亚草原，近几十年来生态系统严重退化，主要是由于不利的气候条件或者是过度放牧造成的。 (Bai et al. 2004; Xu and Zhou 2011)四次实验证实以下四点：（1）未来气候条件可能更更有利于C₃植物比起C₄。（2）未来草地物种是否转向灌木物种可能取决于气候变化的综合和影响。（3）升高二氧化碳浓度促进C₃植物的生长，升温有利于C₄植物的生长。CO₂海拔和气候变暖,气候变暖干旱可能产生拮抗作用,而CO₂海拔和干旱可能产生协同影响;物种可能在这些强度,起到至关重要的作用磨碎的应。

2.材料与方法

作物栽培 三种代表性物种：小叶锦鸡儿、大针茅和糙隐子草keng等从2008—2009研究典型半干旱的欧亚大陆草地，小叶锦鸡儿代表典型的C₃植物，并且生长过程中干扰会比较大，比如:过度放牧和水分不足以及草地生态系统转化为沙地生态系统。大针茅是我国典型的半干旱地上生长的C3植物。C.草多年生丛生草，往往是退化草地上生长的C4植物。(Bai et al. 2004)本研究的种子是从中国内蒙锡林浩特市（44°08”N, 117^。05Prime;E)当地去年取的样品。该地区是陆地温带气候，冬季干冷、夏季暖湿的气候特点，过去30a年平均温度和年平均降水量分别为2.6℃和266mm。实验地的土壤性质为混合性土壤：肥料、河沙和人工砂(Marufuji ltd., toyota city, aichi, Japan)含量为21.6、28.4（直径≦0.05mm）分别为(0.05–0.250 mm)、(0.250–1.000 mm),从而模仿内蒙自然草原。种子播种在塑料棚（高11.2cm）每一种种在一个棚内并且含有0.55公斤的土壤，所有的壶最初被放置在一个自然照明的温室（白天夜间温度分别为24-2618-20）直到第三片叶子出现(即：播种过三周之后)然后进入人工气候室环境的增长，(HD,Koito co. ltd., tokyo,Japan)光照时间为12小时（6:00-18:00），进行RH为50％/70％进行四周的试验，除了治疗变量在集约化人工气候室，其他的试验条件正常。基于气象因素的每日和每月的变化规律进行测定，从而模仿的地方草原环境。每三天五点用喷雾器在土壤表面灌一次水。光照条件为冷白开荧光灯，具有光合光子通量的巢穴—密度（PPFD）约600mu;摩尔光子mminus;2minus;1顶部植物，并进行日常维护比较恒定的水平。CO 2浓度调节和维持使用红外气体分析仪（zrhidzy1 oazyy，富士电—东京电力公司，日本）。

3.实验设计

对于每一个物种，本实验设计三因素：两种CO2浓度（环境浓度为白天/夜晚400/500；增加浓度800/900 mu;mol m ^minus;2 s ^minus;1），两种温度（日常温度：白天/夜晚25/15；高温白天/夜晚31/21℃）和四种降水模式：（1）当地平均30年自然降水量 33％（2）当地平均降水量（3）中度干旱（当地平均降水量-33％），（4）严重干旱（当地平均降水量-67％）；大概降水量为120、90、60和30mm四个人工气候室被用作主要情节的四个温度和CO₂的组合(2*2)每个点进行不同程度的灌溉，进行15个重复。这些壶每天5：00搬到随机人工气候室，是为了避免环境的不均匀分布的影响变量，比如：辐射强度、CO₂、温度、相对湿度、自动控制和准确的维护所有的植物在相似条件下的光照条件或者或所需的处理水平，实验变量隔半个小时整个实验过程中被记录下在一个控制面板上，(HD system, Koito co. ltd.; Zheng et al. 2005)温度和CO2在一个相对较小的变化范围内（CVlt;2％）。对于光照条件，更换旧的新灯和调节距离从植物冠层上保持所需的水平。

光合参数的测量

对幼小的完全生长的叶片进行光合作用的测量，采用开放式土壤呼吸测量仪(LI-6400,Li-Cor, lincoln, NE,USA)与同时向一个荧光叶室(LI-6400-40, Li-Cor Inc.)每日8：30-17：30六周后播在人工气候箱曲线的光饱和水平下产生的900mu;mol m^{minus;2minus;}s^-1 PPFD，估计从光合作用光响应曲线进行了提前下相似实验条件。CO₂梯度曲线包括400，300，200，100，50 / 400，0，400，600，800、1000mu;molm^minus;2s^minus;1水平。值得注意的是连续400秒后的最低水平值是故意给予足够的恢复时间。C₃植物最低值用50而C₄植物用0，模型的修订是由 Farquhar 等进行的（1980）；鉴于C₄植物，曲线参数的计算是由C₄植物冯问-梅勒和非班克（1999），使用约束的非线性回归分析，基于逐步迭代法SPSS 17.0统计软件。利用相关模型功能以及罗斯贝波常数，由于在体内的测定，在蒸汽压亏缺（VPD）情况下，即试管在1.5～3 kPa，在人工气候室反应实际环境条件(aranjuelo et al.2011)。一种用于气体交换测定相同的叶子完全暗适应时间在黎明前测定叶绿素荧光，最小荧光产量（F 0）的测定使用调制光是足够低（1mu;mol m^minus;2s^minus;1）是为了我不起任何显著的光合反应，而最大荧光产量（F M）是由0.8的饱和脉冲在8000mu;mol mminus;2minus;1对暗适应叶决定。最大效率的PSII光化学效率表示为F V / F m =（F Mminus;F 0）/ F M（麦斯威尔和约翰逊）。

植作物

植物分为四个部分：茎、根、绿叶和枯叶，在每种实验处理开始和结束，和干恒重的80℃然后称重。浓度升高的刺激被表示为与升高的CO₂的生物量增加的百分比，相关环境CO₂在实验结束时，各温度下或浇水处理， 在干燥前，Li-3000叶面积仪测定叶面积测定光合作用的部分（LI-COR，Inc.）

作物生长分析

植物生长分析建立在pooter报告的基础上（1999），生物量分配特征，叶重比（RMR），干物质比（SMR）和根质量比，被表示为叶的百分比，植物总质量的茎和根质量，分别为：植物/叶的形态和结构特征，比叶面积(SLA, m ² kg ^minus;1 )叶质量比（LAR, m ² kg ^minus;1 ）比茎长(SSL, cm ² g ^minus;1） 叶面积和根质量比(LARMR, m ² kg ^minus;1 ) 表示为叶面积/它的质量，叶面积/总植物量，茎长/它的质量， 叶面积/根质量。相对生长率是由 (ln w 2 minus; ln w 1 )/(t 2

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