Response of underwater photosynthesis to light, CO2, temperature, and submergence time of Taxodium distichum, a flood-tolerant tree  

耐洪樹種落羽杉水下光合作用對光照、CO2、溫度和淹沒時間的響應  

來源：Front. Plant Sci. 15:1355729  

《植物科學前沿》第15卷，文章編號1355729  

 

摘要內容：  

研究探討了耐洪樹種落羽杉（Taxodium distichum）在水下光合作用的響應機制。通過30天的完全淹沒實驗，測量了其水下凈光合速率（PN）、針葉疏水性、氣膜厚度、葉綠素濃度及解剖結構變化，并構建了水下PN對CO2、光照和溫度的響應曲線。研究發現，盡管氣膜厚度和葉綠素濃度隨淹沒時間顯著下降導致PN降低，但即使淹沒30天后仍保留部分光合能力。氣膜的保留（初始厚度35μm）可提升2倍光合速率，但長期淹沒導致氣膜消失，同時針葉柵欄組織降解。  

 

研究目的：  

揭示落羽杉在水下環境中的光合適應機制  

明確氣膜、葉綠素及解剖結構對水下光合作用的影響  

解析光照、CO2、溫度對水下光合效率的調控  

 

研究思路：  

通過控制實驗模擬長期淹沒條件，系統監測生理指標（PN、氣膜、葉綠素）和形態變化（解剖結構），結合環境因子（光、CO2、溫度）的梯度實驗構建響應模型，分析耐淹機制。  

 

測量數據及意義（來源圖表）：  

水下PN的CO2響應曲線（圖2B，表1）：  

 

 

 

數據：CO2補償點37.43 mmol/m3，飽和點2334 mmol/m3  

 

意義：量化CO2對光合的限制效應，顯示氣膜對CO2擴散的增強作用  

光響應曲線（圖2C，表1）：  

 

數據：光補償點65.38 μmol/m2/s，飽和光強1666.67 μmol/m2/s  

 

意義：明確水下光合的光能利用效率，反映低光環境的適應性  

溫度響應曲線（圖2D）：  

 

數據：最適溫度25°C，Q10=1.84  

 

意義：揭示溫度對酶活性和氣體擴散的雙重影響  

氣膜厚度與PN相關性（圖4B-C）：  

 

數據：氣膜厚度與PN呈正相關（r=0.83）  

 

意義：驗證氣膜對氣體交換的關鍵作用  

長期淹沒的葉綠素與解剖變化（圖5B-E）：  

 

 

數據：葉綠素下降50%，柵欄組織降解  

 

意義：解釋光合能力衰退的結構基礎  

 

結論：  

落羽杉通過氣膜保留實現高效水下光合，但長期淹沒導致氣膜消失和葉綠素降解  

水下光合受CO2擴散限制，氣膜可緩解該限制  

解剖退化（如柵欄組織損失）是長期耐淹的重要特征  

 

Unisense電極數據的意義：  

使用丹麥Unisense氧電極（OPTO-MR）測量的溶解氧數據（圖2A-J，圖3K，圖5C）直接量化了水下凈光合速率（PN）。通過監測密閉玻璃瓶中O2濃度的變化（公式：ΔO2/時間/葉面積），該數據：  

驗證氣膜功能：圖3K顯示氣膜使PN提升2.1倍，證明其增強氣體交換的機制  

 

 

解析環境調控：圖2B-D的數據揭示CO2、光、溫度對PN的調控閾值，為濕地管理提供參數  

評估耐淹能力：圖5C中PN隨淹沒時間呈指數衰減（半衰期1.85天），說明長期淹沒下光合維持的極限  

這些數據為理解植物水下代謝的氧平衡及耐淹策略提供了關鍵實驗證據。