C3和C4植物暗呼吸作用對大氣環境改變的響應

劉曉曉 ??

摘要：本文選取典型的C3植物（小麥）和C4植物（玉米），研究了大氣溫度以及CO2濃度改變對兩類植物暗呼吸速率的影響，結果表明，溫度和CO2濃度的升高使得兩類植物的暗呼吸速率增大，二者對于溫度的響應靈敏度前者大于后者，而對于CO2濃度的響應靈敏度則與溫度有關。

關鍵詞：C3植物；C4植物；溫度；CO2濃度；響應靈敏度

近年來，隨著人類頻繁的工業活動，大氣中CO2等溫室氣體的含量越來越多，而由溫室氣體引起的溫室效應日益嚴重，大氣環境的改變對植物的生長和代謝會產生影響，其中對于植物暗呼吸作用的影響日漸引起了研究人員的興趣[1]。對于地球上的高等植物而言，有C3植物和C4植物的區別，這種區別主要是指CO2在植物光合作用時CO2固定后形成的化合物中含有C數目為3個還是4個，兩種植物光合作用的途徑以及吸收CO2的飽和點存在差異，因此對于大氣環境中CO2濃度及溫度變化響應機制也不同[2]。本文選取典型的C3植物（小麥）及C4植物（玉米），在不同CO2濃度及不同溫度條件下，對兩類植物的暗呼吸作用進行了研究，通過對比分析獲得的結果為研究溫室效應影響C3植物和C4植物生長代謝提供了參考。

1 實驗方法

本文采用的植物幼苗均在實驗室的植物園內進行培養，培養時間為30天，將培養好的植株進行篩選，選出長勢基本一致的植株放于SPX400IC人工氣候箱（上海）中，CO2濃度分別為300μmol·mol1和600μmol·mol1，不同濃度CO2條件下，溫度分別控制在15℃，20℃，25℃，30℃和35℃，放置一段時間后，取出進行暗呼吸速率的測定。

進行暗呼吸速率測試的時候，首先將樣品植株放于500ml錐形瓶中，避光，在錐形瓶的上方和下方留出出氣和進氣孔，采用水浴方式繼續保持溫度，通入的氣體與培養時環境氣體完全一致，采用QGD07型紅外二

氧化碳分析儀（北京）對CO2濃度進行測試，記錄測試時間。最終以μmolCO2·g1FW·min1表示暗呼吸速率。

2 實驗結果

圖1所示為C3植物小麥幼苗在不同CO2濃度下，對應于不同溫度的暗呼吸速率。從圖1可以看出，300μmol·mol-1和600μmol·mol-1CO2濃度下的小麥幼苗暗呼吸速率均隨著溫度的升高而增大； CO2的濃度增大一倍后，小麥幼苗暗呼吸速率增大，當溫度小于20℃時，暗呼吸速率增大的幅度不明顯，當溫度在25℃到35℃時，增大CO2濃度對小麥幼苗暗呼吸速率的影響程度變大。

圖2為C4物玉米幼苗在不同CO2濃度下，對應于不同溫度的暗呼吸速率。圖示可得玉米幼苗暗呼吸速率隨CO2濃度和溫度變化的趨勢與C3植物小麥幼苗相似，即隨著溫度的升高，暗呼吸速率增大，CO2濃度升高，暗呼吸速率也隨之增大。與圖1對比，對于大氣中CO2和溫度的變化，C4植物玉米幼苗的響應程度低于C3植物小麥幼苗。

進一步研究溫度對兩類植物暗呼吸速率的影響，以300μmol·mol-1和600μmol·mol-1在15℃時的暗呼吸速率為基準，以暗呼吸速率的增長幅度為溫度響應靈敏度，結果列于表1中，可以看出玉米（C4）的暗呼吸速率隨著溫度的變化幅度小于小麥（C3），說明C4植物對于大氣溫度改變的靈敏程度小于C3植物。

選定300μmol·mol-1各溫度暗呼吸速率為基準，以600μmol·mol-1各溫度暗呼吸速率的增長幅度為CO2濃度響應靈敏度，結果列于表2中，可以看出玉米（C4）的暗呼吸作用在小于20℃時對于CO2濃度變化的靈敏度大于小麥（C3），相反當溫度大于20℃時則小于小麥（C3）。

3 結語

綜上所述，大氣環境中CO2濃度和溫度的改變對于小麥（C3）和玉米（C4）的暗呼吸速率產生影響，兩種植物的暗呼吸速率隨CO2濃度和溫度的增大而增大，對于溫度的響應靈敏度前者大于后者，在溫度小于20℃時前者對于CO2濃度的相應靈敏度小于后者，當溫度大于20℃時則大于后者。

參考文獻：

[1]張智勝，彭新湘.光呼吸的功能及其平衡調控[J].植物生理學報，2016，11：16921702.

[2]張樹偉，王霞，馬燕斌，等.植物光呼吸途徑及其支路研究進展[J].山西農業大學學報（自然科學版），2016，36（12）： 885889.