大气CO2 浓度变化对C3植物电子传递与同化比率(ETR/A)的影响机制及其生态意义

本研究针对植物光合作用中电子传递与碳同化平衡的关键科学问题，通过控制实验和荟萃分析揭示了短期和长期CO2 变化对C3植物ETR/A的差异化调控规律。研究发现：短期CO2 升高通过降低光呼吸显著减少ETR/A，而长期CO2 升高使A增加21%但ETR不变，导致ETR/A系统性降低。该成果挑战了现有ETR/A阈值的普适性认知，为预测气候变化下植物光合适应机制提供了新见解。

　　

随着大气CO₂
浓度持续升高，理解植物光合机构的适应机制成为全球变化生态学的核心问题。在光合作用这个"绿色引擎"中，电子传递速率(ETR)与CO₂
同化速率(A)的比值(ETR/A)被视为评估植物生理状态的"晴雨表"。然而这个重要指标面临两大谜题：现有7.5-10.5的经验阈值是否普适？CO₂
浓度变化会如何打破ETR与A的平衡？福建师范大学的研究团队通过创新性的多尺度研究，在《Journal of Plant Ecology》发表成果，揭开了这些问题的答案。

研究采用向日葵和豇豆的控温实验，结合全球52个C3植物物种的506组数据荟萃分析。关键技术包括：LI-6800光合仪同步测定气体交换与叶绿素荧光参数、可变J法计算叶肉导度(g_m
)、非光呼吸条件(2% O₂
)下的电子传递验证、以及基于自然对数响应比(LnRR)的荟萃分析方法。

短期CO₂
响应揭示光呼吸的关键作用
在Rubisco限制阶段(C_i
<200μmol mol^-1
)，CO₂
升高使ETR和PSII光化学效率(Φ₂
)显著增加，但ETR/A从31.1骤降至12.3。当C_i

300μmol mol^-1
进入电子传递限制阶段时，ETR/A稳定在5.1-7.7。非光呼吸条件下ETR/A变幅更小，证实光呼吸是调节ETR/A敏感性的"分子开关"。

长期CO₂
升高引发光合资源配置失衡
荟萃分析显示，长期CO₂
升高使A平均增加22%，但ETR保持稳定，导致ETR/A降低21%。木本植物(常绿13.32→11.40，落叶12.25→8.57)比草本(8.82→7.71)变化更显著。标准化响应系数β分析证实，β_A
为0.37而β_ETR
接近零，揭示A与ETR的解耦机制。

功能群差异挑战现有阈值适用性
研究发现常绿和落叶木本的ETR/A(13.32和12.25)已超出7.5-10.5的推荐阈值，草本则接近下限。通过Γ^*
(CO₂
补偿点)的温度敏感性分析，推测ETR/A的CO₂
响应还可能受环境温度调控。

这项研究建立了CO₂
-光呼吸-ETR/A的调控框架，证明电子传递正在成为高CO₂
环境下光合作用的限制因子。Yan Qiaoyu和Wang Xuming等作者指出，忽视CO₂
效应可能导致ETR/A的误判——例如将木本植物正常状态误诊为胁迫。研究为改进光合模型参数化、选育适应未来气候的作物品种提供了理论依据，同时呼吁建立CO₂
依赖的动态ETR/A评估体系。这些发现对准确预测陆地碳汇功能具有重要启示。