基于FvCB模型的盐胁迫下紫花苜蓿幼苗光合特性的研究

]探讨盐胁迫下紫花苜蓿幼苗叶片光合生理特性,可为改善紫花苜蓿生长,修复生态环境,推动牧草产业快速发展奠定基础。本研究以‘阿迪娜’为试验材料,设0mmol·L~(-1)(CK)、40mmol·L~(-1)、80mmol·L~(-1)、120 mmol·L~(-1)和160 mmol·L~(-1)共5个NaCl水平,使用Li-6400XT光合仪测定不同盐胁迫下紫花苜蓿幼苗光响应-CO_2曲线,利用FvCB模型分析盐胁迫对紫花苜蓿幼苗光合特性的影响。结果表明:1)不同NaCl胁迫下叶片净光合速率(P_n)随NaCl浓度的增加而降低,与CK相比,4个NaCl胁迫下分别降低1.44%、3.85%、7.21%和7.90%,均达显著性水平(P0.05);随光合有效辐射的增加均呈迅速上升趋势, CK的P_n增长速度显著高于其他处理。2)与CK相比, 40 mmol·L~(-1)和80 mmol·L~(-1) NaCl胁迫增加了紫花苜蓿幼苗叶片的最大羧化速率(V_(cmax))和最大电子传递速率(J_(max)),但120 mmol·L~(-1)和160 mmol·L~(-1)NaCl胁迫显著降低了V_(cmax)和J_(max)。3)叶肉导度(g_m)和暗呼吸速率(R_d)随NaCl胁迫水平的增加呈降低趋势;与CK相比,40mmol·L~(-1)和80mmol·L~(-1) NaCl胁迫的g_m变化不显著,但R_d显著降低。120mmol·L~(-1)和160mmol·L~(-1) NaCl胁迫显著降低了g_m和R_d,且与CK、40 mmol·L~(-1)和80mmol·L~(-1) NaCl胁迫间呈显著性差异。4)验证FvCB模型中子模型估算植物叶片光合的精确度,发现FvCB模型对不同胁迫处理下P_n拟合时,引入g_m模型模拟精度高,平均绝对误差低。5)紫花苜蓿幼苗耐盐临界值为80～120 mmol·L~(-1),随NaCl浓度的增加,光合限制因素由叶肉因素转变为光合机构受损。该研究可为我国西北地区盐碱地制定有效的调控措施以提高植物耐盐能力提供科学参考。     

水稻黄叶突变体光合特性的日变化

对水稻黄叶突变体黄玉B及其亲本龙特甫B孕穗期的光合速率和叶绿素荧光参数的日变化所进行的研究表明:(1)在自然日照条件下,当光强上升到1043.4μmol/m2.s时,野生型出现光饱和点并表现出光抑制现象,而突变体没有出现光饱和点;(2)在野生型出现光抑制阶段(12:00—14:00),突变体的光合速率(Pn)、PSⅡ原初光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ光量子效率(фPSⅡ)、非循环光合电子传递速率(ETR)和热耗散(NPQ)均高于野生型。突变体在强光条件下(PFD>1149.2μmol/m2.s)能有效利用光能并耗散过剩光能,其对强光光响应能力优于野生型亲本。     

辣椒幼苗叶片光合特性对低温、弱光及盐胁迫3重逆境的响应

以"中椒4号"辣椒为试材,研究了低温(18℃/10℃,昼/夜)、弱光(80μmol·m-2·s-1)及盐胁迫(70mmol·L-1NaCl)3重逆境对辣椒幼苗叶片光合参数、需光特性及CO2需求特性等指标的影响。低温、弱光、盐胁迫单一及复合逆境均导致辣椒叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)下降,低温盐胁迫处理的上述各指标降低幅度较大,处理后15d净光合速率比对照降低71.28%。各逆境导致净光合速率下降的限制因子不同。弱光处理提高了辣椒叶片表观量子效率(AQY),其他逆境处理均导致辣椒叶片光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、AQY及光饱和时的光合速率降低;低温弱光处理辣椒幼苗的CO2补偿点(CCP)高于对照,其他逆境处理辣椒幼苗的CCP、CO2饱和点(CSP)、羧化效率(CE)及RuBP最大再生速率均有所降低;低温盐胁迫处理辣椒叶片上述各指标降低幅度最大,其次为低温弱光及盐胁迫处理。说明低温、弱光及盐胁迫3重逆境下辣椒叶片光合特性的响应机制与单一或双重逆境下有所差异,弱光在一定程度上可缓解低温盐胁迫复合逆境处理引起的辣椒叶片光合能力的降低。     

冬小麦光合特性对CO2浓度与土壤含水量的响应机制

光合作用是衡量植物对环境响应的重要指标,通过光响应曲线拟合量化光合特征,可从生理机制方面揭示出植物在不同生长环境下自身的调节与适应机制。本文利用Li-6400便携式光合仪测定了冬小麦在4种不同处理条件下灌浆期旗叶的光响应曲线,采用直角双曲线模型(RHM)、非直角双曲线模型(NRHM)、直角双曲线修正模型(RHMM)、指数模型(EM)和指数改进模型(MEM)对光响应数据进行拟合,分析了不同CO_2浓度和土壤含水量对冬小麦光合特征的影响。结果表明,直角双曲线修正模型对各处理下冬小麦光响应曲线和光响应曲线参数的拟合值都与实测值较为接近,拟合效果最好;随着CO_2浓度升高,各水分处理下冬小麦表观量子效率(α)、光饱和点(LSP)和最大净光合速率(P_(nmax))增大,光补偿点(LCP)和暗呼吸(R_d)降低,即CO_2浓度升高能有效增加冬小麦的光能转化率和光能利用范围,提高冬小麦的光合能力;随着土壤含水量的降低,冬小麦光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(R_d)升高,但表观量子效率(α)、光饱和点(LSP)和最大净光合速率(Pnmax)降低,即冬小麦虽然能通过提高初始光合效率抵消一部分干旱胁迫的影响,但干旱胁迫仍会降低冬小麦光合能力;此外,CO_2浓度的增加能抵消部分冬小麦因干旱胁迫引起的光合能力降低。     

干旱和盐胁迫对花生干物质积累及光合特性的影响

为明确干旱和盐胁迫对花生生长发育及光合特性的影响,以花育25为试验材料,采用盆栽试验,设置正常供水(75%田间最大持水量,CK)、中度干旱胁迫(45%田间最大持水量,D)、盐胁迫(75%田间最大持水量,土壤含盐量0.3%,S)、旱盐胁迫(45%田间最大持水量,含盐量0.3%,DS)4个处理,研究开花期干旱和盐胁迫对花生光合特性和干物质积累的影响。结果表明,与CK相比,中度干旱胁迫降低了花生叶片的相对含水量、净光合速率(Pn),增加了叶片的SPAD值、光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd);盐胁迫降低了花生叶片的相对含水量、Pn和SPAD值,增加了LCP和Rd;随着胁迫时间的延长,DS处理的叶片相对含水量、Pn、SPAD值、LCP和Rd的变化趋势与盐胁迫基本一致。干旱胁迫结束复水10 d后,D处理的各项指标与CK无显著差异;但旱盐胁迫与盐胁迫间差异显著,干旱胁迫结束复水10 d时,旱盐胁迫的叶片相对含水量和Pn分别较盐胁迫降低1.57%、16.67%,LCP和Rd较盐胁迫分别升高78.07%、45.78%。旱盐胁迫降低了花生主茎高、侧枝长和植株干重的V_max(最大生长速率)和T_m(V_max出现时间),单株荚果产量较CK降低41.10%。干旱和盐胁迫对花生单株产量和出米率存在显著的交互作用,旱盐互作加剧了盐胁迫对花生植株生长的危害,因此盐胁迫下种植花生应在开花期及时灌水、防止盐分和干旱双重胁迫。本试验结果为盐碱地花生种植的合理灌溉和高产稳产提供了理论指导。     

水淹胁迫下绣球光合响应机制的研究

为探究绣球对水淹胁迫的光合响应及适应机制,以盆栽的绣球品种无尽夏新娘和银边为试验材料,利用浸盆法进行水淹处理30 d,测定其比叶质量、光合参数和叶绿素荧光参数。结果表明,水淹胁迫后,2个绣球品种的暗呼吸速率(Rd)和光补偿点(LCP)均有所提高,而净光合速率(Pn)、光饱和点(LSP)、胞间CO₂浓度(Ci)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均下降;表明水淹胁迫导致绣球叶片气孔关闭,光合能力降低,呼吸能耗加强,不利于有机物积累;无尽夏新娘的表观量子效率、光化学效率和电子传递速率均降低,尤其是电子传递速率降低超过69%,表明非气孔限制因素是其Pn降低的主要原因;但无尽夏新娘比叶质量升高约44%,提高了资源利用效率,且其光化学反应耗能降低69%,将叶片吸收光能向热耗散等光系统Ⅱ(PSⅡ)调节性能量耗散途径分配的比例提高,削弱过剩激发能在反应中心的积累,从而保护光合机构免受破坏;银边的电子传递速率有所降低,约31.5%,但其表观量子效率和光化学效率均无明显变化,说明其PSⅡ反应中心未受损,Pn降低主要是气孔限制因素,且其叶片吸收光能主要向非光化学反应耗散途径分配,升高约26.5%,这可能是其通过PSⅡ循环电子传递消耗了过剩光能,从而保证了光合机构的正常运行。本研究结果为绣球的园林应用提供了新思路。     

灌浆初期不同时长高温胁迫对早稻叶片光合和荧光参数的影响

以江西早稻"五优157"为材料,于2012年3-7月在南京信息工程大学人工气候箱内进行灌浆初期3d、6d、9d的高温胁迫试验(35℃/28℃,昼/夜),并以适宜温度条件为对照(30℃/25℃,昼/夜),选择早稻上3叶(剑叶、倒1叶、倒2叶)测定其不同时长高温处理光响应曲线,于胁迫解除后第1、3、6、9和12d测定其光合速率和荧光参数,以探讨不同时长高温胁迫对早稻光合特性的影响。结果表明:(1)早稻上3叶叶绿素含量、净光合速率(Pn)、光饱和点(LSP)、PSⅡ最大光能转化效率(Fv/Fm)和PSⅡ实际量子产量(ΔF/Fm')均随胁迫天数的增加而下降。(2)HT3d、HT6d、HT9d处理早稻上3叶的光能利用效率分别比对照降低47.29%、71.21%和79.72%。(3)水稻经过HT6d、HT9d处理后,经12d适宜温度环境下恢复,叶片最大光合速率仅为对照的63.28%和32.04%,而Fv/Fm仅为对照的86.64%和62.57%。研究表明高温(35℃/28℃)胁迫小于6d时,早稻可在适宜温度环境下逐渐恢复光合能力;而高温胁迫达到或超过6d,则会对早稻叶片光合系统造成严重伤害。     

盐胁迫下添加外源硅提高水稻抗氧化酶活性与钠钾平衡相关基因表达

  【目的】  盐胁迫是影响全球作物生长的主要非生物胁迫之一，添加外源硅可有效提高植物对盐胁迫的抗性。本研究通过水培试验，分析硅对盐胁迫下水稻生长、光合系统、钠钾含量、抗氧化酶活性和钠钾平衡关键基因表达量的影响，以探究硅缓解水稻盐胁迫的机制。  【方法】  供试材料为日本晴水稻 (Oryza sativa L. cv. Nipponbare)，设置NaCl 0 (CK)、50 (Na1) 和100 mmol/L (Na2) 3个盐胁迫浓度与Na₂SiO₃ 0 (Si0)、0.5 (Si1) 和1.5 mmol/L (Si2) 3个硅浓度，共9个处理。处理5天后，测定水稻长度与生物量、光合与蒸腾速率、氧化伤害、钠钾含量。结果表明，在100 mmol/L NaCl与1.5 mmol/L硅处理下，硅盐互作效果最显著，据此进一步测定了该处理下水稻的抗氧化酶活性与钠钾转运关键基因表达量。  【结果】  盐胁迫显著降低了水稻地上部与地下部的长度与干重，同时显著降低了光合速率、蒸腾速率和叶绿素含量，并明显促进丙二醛的累积。盐胁迫下，外源硅显著增加了水稻地上部高度与干重，但对地下部长度与干重无显著影响；盐胁迫下添加硅显著提高了叶片光合速率和叶绿素含量，显著降低了丙二醛含量，但对蒸腾速率无显著影响。盐胁迫均引起地上部与地下部钠含量显著上升与钾含量显著下降，盐胁迫下添加外源硅可显著降低地上部钠含量，但是对钾含量没有显著影响，并且硅对根系钠钾含量均无显著影响。总体而言，100 mmol/L NaCl处理在水稻中造成的生长抑制、氧化伤害与钠钾失衡等胁迫伤害比50 mmol/L NaCl处理更为严重，而添加1.5 mmol/L的硅对盐胁迫的缓解效果优于添加0.5 mmol/L的硅。在100 mmol/L NaCl处理下，添加1.5 mmol/L的硅显著提高了SOD、CAT、APX的活性，但是对POD的活性无显著影响；同时，添加1.5 mmol/L硅显著提高了盐胁迫下水稻钾吸收基因 (OsHAK1、OsHAK7、OsHAK11与OsHAK12)、钠外排基因 (OsSOS1) 与钠区隔化基因 (OsNHX1、OsNHX3与OsNHX5) 的表达。  【结论】  营养液中添加1.5 mmol/L的硅比0.5 mmol/L的硅对盐胁迫下水稻的生长、光合系统和离子平衡调控效果更好，能更有效地缓解水稻盐胁迫。硅可通过调控SOD、CAT、APX等抗氧化酶活性与钾吸收、钠外排和钠区隔化等钠钾平衡关键基因的表达，从而缓解水稻盐胁迫。     

不同浓度的NO_3~-对黄瓜幼苗光合特性的影响

水培条件下,不同浓度的NO_3~-处理黄瓜幼苗7d.测定了黄瓜幼苗光合速率及相关参数的变化,揭示了黄瓜幼苗光合作用功能对高浓度NO_3~-胁迫响应机理。结果表明.营养液中NO_3~-浓度在较低范围(14～98 mmol/L)内时,适当增加NO_3~-有利于净光合速率的提高,光饱和点的升高,羧化效率增大,淀粉粒增加,叶面积增加,有利于黄瓜幼苗光合物质的积累及植株的生长;营养液中NO_3~-浓度进一步增加(>98 mmoL/L)时,黄瓜幼苗叶绿素的含量降低,净光合速率显著降低,光饱和点、羧化效率均降低;182 mmoL/L NO_3~-的处理,叶绿体的结构受到损伤,基粒数、基粒片层数、淀粉粒均减少,且淀粉粒变小,干重和叶面积均降低。所以,NO_3~-浓度过高时,黄瓜幼苗利用强光、弱光、CO_2的能力减弱,叶肉细胞被损伤,非气孔限制造成光合速率降低,不利于黄瓜幼苗的生长。     

黄土高原高塬沟壑区坡面表层土壤水分研究

在黄土高寒区,通过人工控制土壤水分的方法,利用Li-6400便携式光合测定系统对银水牛果和沙棘苗木叶片的气体交换参数因子的光响应进行研究。结果表明,2种灌木的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率随着光强的增大而增强,而随着光强进一步增大,净光合速率、水分利用效率却出现下降的趋势,蒸腾速率仍继续增大。随着土壤含水量的增加,2种灌木的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度逐渐增大,水分利用效率先上升,在轻度水分胁迫下达到最大值后下降。在相同土壤含水量下,银水牛果光补偿点明显小于沙棘,光饱和点大于沙棘,光能利用率高于沙棘;银水牛果的表观量子效率大于沙棘,在低光强下的光合能力较高。在水分胁迫下,2种灌木相比,沙棘比银水牛果更易受强光胁迫;银水牛果对弱光的利用能力高于沙棘,水分利用效率高于沙棘,耐旱生产力较高。     

旱涝交替胁迫条件下粳稻叶片光合特性

为研究分蘖期和拔节期旱涝交替胁迫对粳稻叶片光合特性和产量的影响,于2013年进行盆栽试验,分别在粳稻分蘖期(tillering stage,T)和拔节期(jointing stage,S)设置涝-轻旱(light drought,LD)和涝-重旱(sever drought,HD)共4个旱涝交替胁迫处理,其中分蘖期涝保持水深10 cm,拔节期涝保持水深15 cm,同时以浅水勤灌(CK)为对照,测定叶片净光合速率、气孔导度、潜在水分利用效率和胞间二氧化碳浓度以及最终产量等。结果表明,胁迫结束时,T-HD处理净光合速率极显著低于CK和T-LD处理(P0.01);T-LD和T-HD处理气孔导度和胞间二氧化碳浓度均极显著低于CK(P0.01);S-HD处理净光合速率极显著低于CK(P0.01),且气孔导度比CK低62.73%(P0.01);S-LD和S-HD处理胞间二氧化碳浓度呈升高趋势,且S-LD和S-HD处理潜在水分利用效率均低于CK。复水至10月10日,各处理净光合速率、气孔导度和胞间二氧化碳浓度均显著高于CK(P0.05)。相同光强下,各处理净光合速率低于CK,但光补偿点、光饱和点和暗呼吸速率均高于CK,并且提高了水稻CO_2响应曲线的净光合速率。但各处理最终产量均显著低于CK(P0.05)。研究结果可为分析水稻干物质积累、灌溉水利用效率等提供依据。     

外源一氧化氮对NaCl胁迫下番茄幼苗光合特性的影响

在100.mmol/L.NaCl胁迫下,研究了外源NO供体硝普钠(SNP)处理对番茄(Lycos.641.2..persicon.esculentum.Mill.)幼苗光合作用光响应曲线、CO2响应曲线等光合特性的影响。结果表明,在NaCl胁迫下,外源NO显著提高了番茄幼苗叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs),降低了胞间CO2浓度(Ci);显著提高了光饱和点(LSP)、光饱和光合速率、表观量子效率(AQY)、CO2饱和点(CSP)、羧化效率(CE)、RuBP最大再生速率;显著降低了光补偿点(LCP)、CO2补偿点(CCP);同时提高了叶片叶绿素含量。以上结果表明,外源NO能改善番茄幼苗NaCl胁迫下的光合作用,从而增强植株的耐盐性。     

干旱胁迫和复水对夏蜡梅幼苗光合生理特性的影响

以盆栽二年生夏蜡梅(Sinocalycanthus.chinensis)实生苗为材料,分对照、轻度胁迫、中度胁迫和重度胁迫4组,研究了不同程度干旱胁迫和复水对夏蜡梅光合特性的影响。结果表明,在干旱胁迫下,夏蜡梅的光合日变化曲线由典型的双峰型转变为峰值很小的单峰型。在较高强度的干旱胁迫下,夏蜡梅光补偿点、CO2补偿点和气孔阻力升高,光饱和点、表观量子效率、最大净光合速率、羧化效率、Fv/Fm和蒸腾速率下降;而暗呼吸速率先升后降、胞间CO2浓度先降后升。轻度和中度干旱胁迫下光合能力的下降主要由气孔限制引起,而在重度胁迫下则由非气孔限制起主要作用。重度胁迫复水3d后,夏蜡梅的光合能力恢复很弱。过分干旱胁迫对夏蜡梅造成一定伤害。     

外源EBR对NaCl胁迫下紫花苜蓿幼苗微量元素 吸收及叶绿素荧光动力学参数的影响

为明确外源2,4-表油菜素内酯(2,4-epibrassinolide,EBR)诱导紫花苜蓿(Medicago sativa L.)幼苗抗盐性的效果及其可能的生理调节机制,采用营养液水培法,以紫花苜蓿品种‘中苜3号’和‘陇中苜蓿’为材料,研究Na Cl胁迫下施用外源EBR对紫花苜蓿幼苗微量元素吸收及叶片PSⅡ功能、电子传递速率和光能分配的影响。结果表明:150 mmol·L~(-1) Na Cl胁迫下,苜蓿幼苗不同器官(叶片、茎秆、根系)中的Cu~(2+)含量显著升高,Fe~(2+)、Mn~(2+)、Zn~(2+)含量和Fe~(2+)/Na+、Mn~(2+)/Na+、Cu~(2+)/Na+、Zn~(2+)/Na+显著降低,无机离子的吸收、运输和分配等代谢平衡被打破;同时Na Cl胁迫造成苜蓿幼苗叶片PSⅡ反应中心受损,天线耗散、反应中心耗散增加,光合能力下降。Na Cl胁迫下,施用0.1μmol·L~(-1)外源EBR后,苜蓿幼苗不同器官(叶片、茎秆、根系)中的Cu~(2+)含量显著降低,Fe~(2+)、Mn~(2+)、Zn~(2+)含量及Fe~(2+)/Na+、Mn~(2+)/Na+、Cu~(2+)/Na+、Zn~(2+)/Na+显著升高,幼苗体内无机离子的吸收、运输得到有效调控,Na+和Fe~(2+)、Mn~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)等阳离子间的拮抗作用减小;苜蓿幼苗叶片的F_0、NPQ显著降低,F_m、F_v/F_0、F_v/F_m、ФPSⅡ、F_v′/F_m′、q P和ETR显著升高,苜蓿幼苗叶片吸收的光能用于光化学反应部分(P)增加、天线色素耗散部分(D)和反应中心过剩光能部分(E)降低。说明外源EBR能够促进Na Cl胁迫下苜蓿幼苗对无机离子的选择性吸收、运输和分配,维持体内的离子代谢平衡,通过提高光合电子传递效率,降低天线热耗散和反应中心过剩光能,维持较高的PSⅡ光化学活性,进而平衡激发能在PSⅠ、PSⅡ之间的分配,降低Na Cl胁迫对PSⅡ反应中心的损伤程度,有效缓解Na Cl胁迫对苜蓿幼苗所造成的伤害。     

外源硫化氢对盐胁迫下加工番茄幼苗光合参数及叶绿素荧光特性的影响

为探究外源硫化氢(H_2S)对盐胁迫下加工番茄幼苗光合作用和光合荧光参数的影响,以耐盐性不同的2个加工番茄KT-7(耐盐性强)和KT-32(耐盐性弱)为材料,采用分光光度法、CIRAS-3型光合仪和Imaging-PAM调制荧光成像系统分别测定光合色素含量、光合参数和叶绿素荧光参数。结果表明,外源H_2S提高了盐胁迫下加工番茄幼苗的生长及叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素含量、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、叶片蒸腾速率(Tr)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)和PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ);降低了胞间CO_2浓度(Ci)、PSⅡ调节性能量耗散的量子产额[Y(NPQ)]和非光化学猝灭系数(NPQ);而PSⅡ非调节性能量耗散的量子产额[Y(NO)]稳定在较低水平。此外,外源H_2S对KT-32的缓解效应强于KT-7。综上所述,外源H_2S通过提高加工番茄幼苗叶片的光合色素量和光合电子传递效率,有效地缓解盐胁迫对加工番茄叶片PSⅡ的伤害。本研究结果为探究外源H_2S增强加工番茄耐盐性研究提供了科学依据。     

高温胁迫下外源褪黑素对黄瓜幼苗光合作用及叶绿素荧光的影响

以"津春4号"黄瓜品种为试验材料,采用喷施外源褪黑素(melatonin,MT)的方法,研究了MT对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片光合作用和叶绿素荧光参数的影响.结果表明:高温处理后黄瓜幼苗叶片净光合速率(Pn)降低,气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)却增大,但随外源MT处理浓度的增加,黄瓜幼苗叶片内P...