CO2浓度升高对植物碳，氮和水关系的影响——来自FACE实验的6重要经验总结摘要：植物对估计将来CO2的水平的反映是在持续几天到几周的短期实验中第一次被描述的但是，较长期的对CO 2浓度升高的驯化反映逐渐被觉得在拟定植物和生态系统功能时是非常重要的在有农作物的状况下，自由空气中增长CO2浓度（FACE）的实验是评估CO2浓度升高对植物在多种季节，以及其整个生命周期的影响的巅峰之作 FACE被用于在完全开放的条件下把植被暴露在升高的大气CO 2浓度的状况已有20近年了本文综述了某些在这些实验中长期投入所获得的经验总结第一，CO2浓度升高增进了光合碳的增益以及在Rubisco 酶活性削弱的状况下，长期的净初级生产力的增长第二，CO2浓度升高提高了氮肥运用效率第三，在两个叶片和冠层尺度减少了水的使用第四，CO2浓度升高，通过代谢的转录重新编程增进暗呼吸第五，CO2浓度升高并不能直接增进C4光合伙用，但可以间接增进时间和干旱地区的碳收获最后，高浓度CO2对作物物种产量的增进是远远不不小于预期的虽然在作物系统中已有诸多这样的结论被清晰的表白，但是所有的经验总结对自然生态系统具有重要意义核心词：气候变化，大气CO2浓度升高，开放式空气二氧化碳浓度增高（FACE），Rubisco背景综述在工业革命开始之前，大气CO2浓度（[CO2]）稳定在-270lmol/mol1已经至少10了。
自那时以来，自那时以来，CO2已逐渐在全球大气中的加速步伐在的今天，CO2浓度为384 lmol/mol1--40％，比过去万年的任何时候都高（Pagani等，1999; Pearson和Palmer，）到本世纪（CO2），中间估计到本世纪结束时超越550lmol/mol1和最多时候的700 lmol/mol1（ Prenticeet）近期观测到的全球CO2浓度增长是明显快于预期的政府间气候变化专门委员会（IPCC）第四次评估报告（AR4）（Dyson，; Canadellet，; Hanson等人，）这样的成果被觉得是为了经济迅速增长的中国和印度通过新燃煤电厂而靠有限的行动使排放量增长，以及发达经济体限制其排放所导致的尽管在京都议定书的规定下所采用了某些最初的措施，但是全球还是踏上看一条似乎超过最高IPCC排放情景（A1FI）的途径，从而也许导致CO2浓度增长因此，在不断增长的CO2浓度水平[CO2]以及不拟定后果的状况下，这预示着无论是自然的还是人为的生态系统都将面临自中新世初期（Pearson和Palmer，）陆地植被尚未经历的将来根据已有的植物是如何响应CO2浓度的迅速变化的，加上她们的适应能力的理解，从而理解全球变化的多重因素互相作用的一种重要的初始环节（如干旱，温度，臭氧）将对陆地生态系统的全面影响。
这些生态系统的亲达斯服务时，我们依赖于食品，燃料，纤维，清新的空气和淡水巨额已经理解了植物对不同种类在过去的三十年里进行的圈地研究[CO2]这些预测将来的水平如何应对随着科学的理解和先进的底层机制被揭示，需要真正的露天野外条件下测试的成果和假设变得越来越明显，导致了一种新的技术，开放式空气二氧化碳浓度增高（FACE）的发展（Lewinet1992，1994; Hendrey和Miglietta，）目前有已经15个重要的FACE实验在地球上不同地区不同生态系统上运用较大的土地面积（> 100平方米）进行反复(n>3)实验，从而得出某些重要的结论从FACE中呈现出来的以及未呈现出来的有关CO2浓度升高对植物碳、氮、水关系的6个重要的经验小结的证据将在这篇文章中进行论述Lesson 1：尽管光合能力增强了适应性，但是碳吸取还是通过升高CO2浓度得到提高来自于最新的一种有关C3植物在CO2浓度升高的背景下所作出的反映的FACE实验中表白，光合碳吸取（A）会升高[CO2]虽然光合能力驯化有所提高光合驯化最常测量的Rubisco（维生素C，max）和最大电子传递速率，导致核酮糖-1,5-二磷酸（RUBP）再生（Jmax的）（在Long等人评论的下降最大羧化速率，;诺瓦克等人，;安斯沃思和龙，，安斯沃思和Rogers，）。
而在受控环境花盆种植C3植物的初期研究表白，光合能力适应也许否认某些物种的增进（在阿尔普，1991审查;斯蒂特，1991;贤者，1994年），近来的证据FACE实验却表白，尽管在VC，max和Jmax的，光合碳吸取的光饱和率小的跌幅（ASAT）显着增进了在高CO2浓度生长的C3植物（安斯沃思和Rogers，）然而，从FACE部experi发言：证据也表白，A的增进限度物种和实验条件的不同而不同（Nowaket人，; Ainsworth的和龙，）什么因素决定在C3植物中的碳吸取在升高[CO 2]生长使用从FACE部的实验数据的增进限度，在物种和官能团的放大倍率，突地增进的差别由该有限AATA予以细胞间的过程进行了阐明（CO2）（CI）（安斯沃思和Rogers，）THEA/次响应曲线，从光合伙用的C3叶模型预测（夸尔等，1980），示出了A至次一双相反映（图1）作为次是从最小浓度的增长，变化在A的速率是很大的，并通过Rubisco的（维生素C的最大值）随着进一步增长INCI的活性测定中，有一种拐点，以增长在任何位置的 RubP率较低再生能力（Jmax）的限制（Bernacchi，）在物种和官能团（即基团的植物共享具有或不具有亲缘关系的烦躁，如C4或豆类功能特性）与光合能力的Rubisco限制在升高[CO 2]，有一种的增进更大潜力由于升高CO2浓度增长双方的Rubisco羧化速率和减少光呼吸速率（Longet，;。
安斯沃思和Rogers，）因此，树和草，这是由Rubisco的能力在提高CO2浓度的限制，体现出了更大的增进相比，豆类，灌木和非豆科C3作物被擦呈现-化能力在提高CO2浓度限制（安斯沃思和Rogers，）当由RUBP再生能力，增长A 导致几乎完全从光呼吸的克制限制（Longet，）在环境CO2浓度生长的这个解释（;365lmol mol1）和高温（CO2）（;600lmol mol1）春运期间（5月）和秋季（10月）在Eschikon，瑞士的瑞士FACE阵列（改编自安斯沃思等由牛津大学出版社样的权限band转载）体内（维生素C的最大值）的RuBP最大饱和的价格从各曲线的初始斜率估计，并且在拐点之后用点估计电子传播的最大体内率有助于RUBP再生（Jmax）黑虚线表达的供应功能和由此产生的光合速率为十月测定植物，而灰色虚线表达的供应功能和由此产生的光合速率为五月测定植物提供了比平均增进在一种观测在树木（46％）和草（37％）在升高的[CO 2]生长相比，灌木（21％），C 3作物（13％）和豆类更大（19％一种机械的基本）然而，虽然是在官能团，环境和遗传因素也影响的光合能力驯化的幅度，并且增进A的吸取。
一般状况下，环境，实验，或者遗传基因限制了库强的发展从而使植物的光合能力适应性增强，减轻A在高CO2浓度环境下增进生长（以阿尔普，1991审查;斯蒂特，1991; Long等人，; Ainsworth的和Rogers，）这体目前不同大小的花盆，其中下沉的力量生长在受控环境中的植物被铲除量（ARP，1991;托马斯和应变，1991）的限制实地研究具有自证明，从环境，遗传或管理措施减少或局限性水槽容量导致增长在叶面碳水化合物，以及随后的向下调节的光合能力（在Longet的综述，; Rogers和Ainsworth的，; Ainsworth的与罗杰斯，）例如，在一种管理黑麦草黑麦草和三叶草草地暴露在高温（CO2）了十年，这两个季节（安斯沃思等人，b）和收获的做法（Rogers等人，1998年（鲁谢尔等人，；Isopp等，;安斯沃思等人，a）在拟定L黑麦草和T的光合伙用反映中发挥了重要作用三叶到升高CO2浓度 （在阿尔普，1991审查;斯蒂特，1991;龙等人，;安斯沃思和Rogers，）这体目前不同大小的花盆，其中下沉的力量生长在受控环境中的植物被铲除量（ARP，1991;托马斯和应变，1991）的限制。
实地研究具有自证明，从环境，遗传或管理措施减少或局限性水槽容量导致增长在叶面碳水化合物，以及随后的向下调节的光合能力（在Longet的综述，; Rogers和Ainsworth的，; Ainsworth的与罗杰斯，）例如，在一种管理黑麦草黑麦草和三叶草草地暴露在高温CO2浓度为十年（鲁谢尔等人，），这两个季节（安斯沃思等人，b）和收获的做法（Rogers等，1998年，Isopp等，;安斯沃思等人，a）在拟定L. 黑麦草和的光合反映发挥了重要作用三叶到升高CO2浓度今年春天，当一天的长度和辐射较高，增长OFT 三叶草是迅速的，植物是不也许水槽的限制，并且有在环境温度和升高[CO 2]生长的植物之间在正题能力没有差别（圆形符号在图1;安斯沃思等人，b）继供应函数（灰色的虚线图1线）从西娅/次曲线，它们轴阐明了A的增进;40％的在高CO2浓度的增长在矿井春天此外，在秋季，白三叶草地增长明显低于春季和受低温和定期的夜间霜冻这些环境的条件导致秋季明显下调两个VC，max和Jmax的在升高CO2浓度（图1中的三角形符号）如下供应功能（黑色图的虚线1）到y轴为10月的A /次曲线表白增进AWAS基本上减半至仅22％，在秋天（Ainsworthet，b）。
除了环境因素变化库容，地上的组织也变化源代码的定期收获下沉平衡，在瑞士FACE实验（鲁谢尔等人，）在黑麦草，有在光合能力没有变化立即在周期性收获清除源组织（Rogerset，1998 Ainsworthet，），但明显减少INVC，max和Jmax的3周后开发的大体如下收获时，叶片完全展开和来源的能力在提高CO2浓度傲然挺立库容（安斯沃思等人，）瑞士FACE实验提供了一种清晰的演示了如何既环保（季）和实验（收获政权）的因素变化源到信宿的平衡，光合能力适应升高的CO2浓度，因此学位碳吸取的增进遗传因素也可在升高的CO2浓度的光合反映中发挥重要作用这是每HAPS最清晰地显示迅速增长的胡杨树木（杨树）暴露在高温CO2浓度在最新的FACE实验（Scarascia-Mugnozza等，）生长矮林杨树持续AAT中的55％升高的增进，由于她们对淀粉合成和碳输出大容量CO2浓度（Bernacchi等，）Davey等人，）杨树白天导出>90％的光合产物，并存储在溢出光合淀粉的其他部分（Daveyet人，），这使该树以避免光合势的驯化，保持A的最大增进在升高[二氧化碳]在类似的实验在阿斯彭面对北美种植的品种，白杨（颤杨）和桦木（白桦叶楮），又没有在第一年的实验中观测到光合伙用的驯化，A的增进是最大的（Karnoskyet人。
植物对高温[CO 2]的荟萃分析表白，当光合CAPAC-性的驯化的确发生波及的Rubisco的选择性损失相比参与光能转化蛋白，体现为在维生素C，最大的比例减少以Jmax的（龙等人，;安斯沃思和龙，）然而，该电位偏移INVC，最大值：根据所使用的内部[CO 2]（次），用于光合生理参数的计算，而不是叶绿体[CO 2]（抄送）数据Jmaxis尚有，前，该成果将不考虑任何变化的限制光合伙用在叶肉导电位变化强加（SinGSaas等人，），CO 2的叶片内的空气空间和站点之间的反式FER容量羧化在叶绿体的（夸尔和夏基，1982; Flexaset人，）有证据表白，生长在高CO2浓度变化叶肉导大豆（大豆）甲FACE研究表白，叶肉导不是由在升高[CO 2]的生长变化（Bernacchi等人，）;然而，SinGSaas等 （）在林下树木在高温CO2浓度变化叶肉导人发现的物种和环境有关的 Flexas等 （）也报道了大量减少叶肉导叶时暴露于高温CO2浓度为分钟，尽管这种迅速变化的物质基本是很难理解因此，虽然某些证据。