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

耐洪树种落羽杉水下光合作用对光照、CO2、温度和淹没时间的响应  

来源：Front. Plant Sci. 15:1355729  

《植物科学前沿》第15卷，文章编号1355729  

 

摘要内容：  

研究探讨了耐洪树种落羽杉（Taxodium distichum）在水下光合作用的响应机制。通过30天的完全淹没实验，测量了其水下净光合速率（PN）、针叶疏水性、气膜厚度、叶绿素浓度及解剖结构变化，并构建了水下PN对CO2、光照和温度的响应曲线。研究发现，尽管气膜厚度和叶绿素浓度随淹没时间显著下降导致PN降低，但即使淹没30天后仍保留部分光合能力。气膜的保留（初始厚度35μm）可提升2倍光合速率，但长期淹没导致气膜消失，同时针叶栅栏组织降解。  

 

研究目的：  

揭示落羽杉在水下环境中的光合适应机制  

明确气膜、叶绿素及解剖结构对水下光合作用的影响  

解析光照、CO2、温度对水下光合效率的调控  

 

研究思路：  

通过控制实验模拟长期淹没条件，系统监测生理指标（PN、气膜、叶绿素）和形态变化（解剖结构），结合环境因子（光、CO2、温度）的梯度实验构建响应模型，分析耐淹机制。  

 

测量数据及意义（来源图表）：  

水下PN的CO2响应曲线（图2B，表1）：  

 

 

 

数据：CO2补偿点37.43 mmol/m³，饱和点2334 mmol/m³  

 

意义：量化CO2对光合的限制效应，显示气膜对CO2扩散的增强作用  

光响应曲线（图2C，表1）：  

 

数据：光补偿点65.38 μmol/m²/s，饱和光强1666.67 μmol/m²/s  

 

意义：明确水下光合的光能利用效率，反映低光环境的适应性  

温度响应曲线（图2D）：  

 

数据：最适温度25°C，Q10=1.84  

 

意义：揭示温度对酶活性和气体扩散的双重影响  

气膜厚度与PN相关性（图4B-C）：  

 

数据：气膜厚度与PN呈正相关（r=0.83）  

 

意义：验证气膜对气体交换的关键作用  

长期淹没的叶绿素与解剖变化（图5B-E）：  

 

 

数据：叶绿素下降50%，栅栏组织降解  

 

意义：解释光合能力衰退的结构基础  

 

结论：  

落羽杉通过气膜保留实现高效水下光合，但长期淹没导致气膜消失和叶绿素降解  

水下光合受CO2扩散限制，气膜可缓解该限制  

解剖退化（如栅栏组织损失）是长期耐淹的重要特征  

 

Unisense电极数据的意义：  

使用丹麦Unisense氧电极（OPTO-MR）测量的溶解氧数据（图2A-J，图3K，图5C）直接量化了水下净光合速率（PN）。通过监测密闭玻璃瓶中O2浓度的变化（公式：ΔO2/时间/叶面积），该数据：  

验证气膜功能：图3K显示气膜使PN提升2.1倍，证明其增强气体交换的机制  

 

 

解析环境调控：图2B-D的数据揭示CO2、光、温度对PN的调控阈值，为湿地管理提供参数  

评估耐淹能力：图5C中PN随淹没时间呈指数衰减（半衰期1.85天），说明长期淹没下光合维持的极限  

这些数据为理解植物水下代谢的氧平衡及耐淹策略提供了关键实验证据。