气候变暖对华北平原玉米叶片形态结构和气体交换过程的影响

摘要

未来全球变暖对农田生态系统产生的影响不仅可能改变整个陆地生态系统的碳平衡状态,更重要的是还关系到全球的粮食安全问题.然而,目前有关农作物对全球变暖响应和适应性机理的研究还很少见,尤其是缺少通过农田原位增温实验探讨作物叶片形态结构及其气体交换过程对增温的响应和适应性机理的研究.利用典型农田生态系统的实验增温平台,研究了未来全球气候变暖对我国华北平原重要农作物玉米叶片的形态、结构特征(解剖及亚显微结构)以及气体交换参数所可能产生的影响.研究结果显示,实验增温分别使玉米叶片的宽度和厚度减少了4％ (P=0.017)和10％(P＜0.001).然而,实验增温却导致叶绿体长度和宽度显著增加46％ (P＜0.001)和50％ (P＜0.001),从而使叶绿体的剖面面积显著增加了141％ (P＜0.001).另外,研究结果还显示,实验增温分别增加了玉米叶片的净光合速率52％ (P=0.019)、气孔导度163％(P=0.001)以及蒸腾速率81％ (P=0.017);同时,实验增温使玉米叶片的暗呼吸速率显著降低了24％ (P=0.006),但却并没有对细胞间CO2浓度和水分利用效率产生显著的影响.因此,研究结果表明,未来气候变暖不仅会直接改变玉米叶片的形态和结构特征,同时还可能对玉米叶片的功能(例如光合和呼吸等关键生理生化过程)产生显著的影响.