低温胁迫下植物光合作用的研究进展

低温是影响植物正常生长的主要非生物胁迫因子之一,严重威胁农作物的产量形成。植物的光合作用对低温十分敏感,就低温胁迫对植物光合作用的影响进行综述,包括细胞器叶绿体、光合色素、净光合效率(A)、气孔导度(Gs)、光化学反应、光合产物的运转与分配,以及植物光合作用的防御机制,为解决低温对植物光合作用的伤害问题提供理论依据。     

低温胁迫转CBF3基因烟草生理生化响应

为研究低温胁迫对转基因烟草的影响,进行了转CBF3基因烟草幼苗及对照(未转基因烟草)在15℃和4℃低温胁迫8h试验,结果表明:可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸、丙二醛(MDA)含量以及过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性均增加,在4℃低温下比15℃下的增加幅度大,转基因烟草的可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸、MDA含量以及POD、SOD活性与对照存在极显著差异(P0.01)。说明转基因烟草幼苗获得了一定的抗寒能力。     

低温胁迫后恢复生长期间玉米光合作用的变化规律

零上低温胁迫使光合作用下降,并对其机制进行了广泛的研究.但低温解除后,光合作用变化规律,尚无报道,本试验对此进行了初步研究.4月26日盆栽播种玉米(丹玉13号),盆钵直径34cm,高30cm.分别在孕穗期和灌浆期(抽雄后20天)用E-15型人工气候箱对植株进行低温胁迫5天:温度10℃,光照强度20 000Lx,光周期12/12小时,相对湿度(白天/昼夜)60%/90%.对照处理除温度(25℃)外,其余条件同上.处理结束后,置于自然条件下恢复生长,分别在第5天、15天和35天对     

棉花花铃期低温对叶片PSI和PSII光抑制的影响

选用陆地棉(Gossypium hirsutum L.)品种新陆早45号,在室外盆栽至开花结铃期后,移至人工气候室,模拟新疆棉花花铃期易出现的低温逆境条件,设置处理T(16℃/10℃,昼/夜),以常温(30℃/18℃,昼/夜)处理作为对照,采用叶绿素荧光和P700同步测定技术,研究低温对棉花花铃期叶片光合机构PSII能量分配、PSI氧化还原状态及环式电子传递流的影响。结果表明,与对照相比,低温处理显著降低了棉花叶片PSII光适应状态下最大光化学量子产量(F_v'/F_m')、光化学猝灭系数(qP)和PSII有效光化学量子产量[Y(II)],并使PSII非调节性能量耗散[Y(NO)]和调节性能量耗散[Y(NPQ)]量子产量显著升高,诱导PSII发生光抑制。低温引起棉花叶片光合机构PSI受体侧限制[Y(NA)]显著下降和供体侧限制[Y(ND)]显著升高,但未引起有效的PSI复合体含量(P_m)显著降低,表明与PSII相比,棉花叶片PSI对低温不敏感。此外,低温引起环式电子传递量子产量[Y(CEF)]以及与PSII实际量子产量比率的[Y(CEF)/Y(II)]显著升高,进一步表明在低温下,光破坏防御机制中环式电子传递流对棉花PSI、PSII起着重要的保护作用,是主要的光破坏防御机制。非光化学热耗散(NPQ)和调节性非光化学热耗散[Y(NPQ)]与[Y(CEF)]具有显著的正相关关系,表明低温引起棉花花铃期叶片PSII反应中心过度关闭产生过剩的激发能,造成了PSII可逆的光抑制,环式电子传递流的响应及较高的调节性能量耗散共同保护了棉花叶片PSI和PSII免受光抑制的损伤,这可能是棉花叶片PSI对低温不敏感的重要原因。     

田间小麦叶片光合作用的光抑制和光呼吸的防御作用

小麦叶片在晴天的表观量子效率（ＡＱＹ）和光系统Ⅱ光化学效率有明显的日变化，中香前后降低，表明小麦叶片在田间条件下发生了光抑制。ＡＱＹ和Ｆｖ／Ｆｍ在下午光照减弱后很快恢复的事实说明，光抑制发生的主要机理可能是非辐射能量耗散的增加，中有后光呼吸速率（Ｐｒ）的增加，既削弱了净光合，也降低了光合效率。在强光下连续抑制光呼吸３小时，会明显地降低净光合速率，加重光合净光合，也降低了光合效率，在强光下连续抑制光     

低温对不同虫态烟草甲的影响

利用低温处理方法,对不同虫态烟草甲进行处理。研究结果表明,各虫态烟草甲耐低温的顺序从高到低依次是:幼虫、成虫、卵。-20℃处理,各虫态烟草甲死亡率都为100%;-10℃低温条件下,处理1h以上,烟草甲卵和成虫全部死亡,处理72h以上,烟草甲幼虫全部死亡;5℃处理72h以上,烟草甲卵不再孵化,5℃处理20d不能使烟草甲幼虫和成虫完全致死,但影响幼虫化蛹和成虫产卵。各温度处理中烟草甲幼虫最终羽化率为0,成虫单雌产卵量为0。0℃,5℃卵最高孵化率均为41.67%。对照中幼虫最终羽化率为77%、卵最终孵化率为52%。     

低温和长期储藏对烟草种子萌发的影响

以贮藏15年的种子和当年收获的烟草品种红花大金元裸种为材料,研究了16℃低温对种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,当年收获的种子在25℃下萌发率最高,为95.9%,长时间贮藏(15年)的种子在16℃下萌发率最低,为67.8%。长时间贮藏和低温均显著降低种子的发芽势、发芽指数和活力指数,抑制幼苗的根系和下胚轴生长。由此可见,低温和长时间贮藏都会抑制种子的萌发和生长。     

低温对烟草种子萌发的影响

用烤烟常规栽培品种K326种子为试验材料,分别在8℃、10℃、12℃、14℃、28℃（适温对照）条件下进行发芽试验。结果表明：烟草裸种在温度低于12℃时前14d不会发芽,随着温度的降低,烟草种子发芽所需时间延长,当温度低至8℃时,烟草裸种发芽时间需要37d;同时结果也表明随着温度的降低,烟草种子发芽指数也降低。烟草包衣种发芽时间比裸种更晚,当温度低至8℃时,烟草包衣种不会发芽。     

低温胁迫下聚糖萘合剂对玉米幼苗光合作用和抗氧化酶活性的影响

采用盆栽试验, 以郑单958和丰单3号为材料, 研究了低温胁迫对玉米幼苗光合作用、叶绿素、叶绿素荧光参数和抗氧化酶活性的影响, 以及聚糠萘合剂(PKN)的调控效果。结果表明, 低温胁迫下, 玉米幼苗的光合作用和光系统II光化学最大效率受到抑制; 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性降低; 过氧化氢、超氧阴离子的产生速率及丙二醛(MDA)含量显著升高。PKN处理提高了低温胁迫下玉米幼苗净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、光系统II光化学的最大效率(F_v/F_m)、叶绿素含量(Chl a+Chl b)。低温处理7 d, ZDTR和FDTR的P_n、G_s、F_v/F_m、Chl a+Chl b分别比各自的对照提高了88.95%和61.11%、593.33%和1 741.67%、111.50%和145.16%、36.61%和54.03%; PKN处理延缓了SOD、POD、CAT活性的降低, 低温胁迫7 d, PKN处理使郑单958和丰单3的SOD、POD、CAT活性分别比对照高了292.59%和632.98%、295.07%和360.54%、254.55%和265.45%; 同时降低了过氧化氢、超氧阴离子的产生速率及MDA的含量。表明PKN处理有利于提高玉米幼苗的抗冷性。     

生长温度对不同生育期烟草叶片光合作用及质体色素代谢的影响

为了解不同生长温度对烟草叶片光合速率及质体色素代谢的影响,以‘云烟87’为材料,通过人工气候室模拟云南江川、贵州遵义和河南襄县的气温条件,在烟草移栽—团棵、团棵—现蕾及成熟期进行温度处理,研究不同生长温度对烟叶光合速率、质体色素含量、代谢相关酶活性及相关基因表达的影响。结果表明,在模拟3个地区的生长温度处理下,随烟株生长发育阶段的推进,烟叶光合速率、叶绿素含量和类胡萝卜素含量及代谢相关酶活性变化规律基本一致,呈前低、中高、后期又逐渐降低的抛物线型。总体而言,不同生长温度对不同生育期的烟草叶片光合速率、质体色素含量及代谢相关酶活性和基因表达都有不同程度的影响。相比其他生育期,成熟期温度对烟叶光合速率、叶绿素含量和类胡萝卜素含量的影响最大。具有相对较高生长温度条件的河南襄县更有利于烟叶光合作用的进行和质体色素的积累。贵州遵义地区的气温条件有利于类胡萝卜素的积累。这些研究结果在一定程度上从光合作用及质体色素代谢角度解释3个地区烟草香型风格有较大区别的原因。     

转PuP5CS基因烟草对低温胁迫的生理响应

以朝鲜碱茅PuP5CS基因(HQ637435)为目的基因,构建了PuP5CS基因的正义表达载体和反义表达载体,通过农杆菌介导的叶盘法转化烟草,研究了PuP5CS基因对烟草耐寒性的影响。结果显示,低温胁迫下,正义转基因烟草体内可溶性糖、脯氨酸、叶绿素a和叶绿素b的含量均显著高于野生型烟草,丙二醛含量增幅显著低于野生型烟草,提高了转基因烟草的抗寒性,而反义转基因烟草体内各项生理指标变化不明显。     

Electrolyte Leakage, ATP Content in Leaves and Intensity of Net Photosynthesis in Maize Seedlings at Permanent or Different Daily Exposure to Low Temperatures

Changes were determined in electrolyte leakage (EL), ATP content in leaves and intensity of net photosynthesis (FJ in maize seedlings as a result of continued exposure to low temperatures for several days or, after a cold night (5 °C, 9 h), alternating application of 5 °C and 20 °C temperatures during the lit phase of the day (h of chilling during day/night: 0/9, 5/9, 10/9, 15/9).
At continuous exposure to low temperatures, permanent reduction of ATP content occurred between days 7 and 10, while EL increased significantly between days 4 to 7 (depending on experimental conditions). Of three leaves differing in age, most injuries were found in the oldest leaf. An increased intensity of irradiation from 150 to 500 μE. m⁻².s⁻¹ caused an earlier decrease in the ATP content and a further increase in electrolyte leakage. ATP content showed a 24 h rhythm, it increased at the end of the night and decreased at the end of the day. The rhythm was particularly noticeable in the control plants (20 °C), as well as, however to a lesser extent, in plants exposed to daily fluctuating chilling temperatures. It has also been observed that higher temperatures occurring in day time may diminish electrolyte leakage induced by previous low temperatures
The intensity of F_n determined at 20 °C, 4 h after withdrawal of chilling, decreased with the prolongation of the chilling period during the day.
Thus, it may be assumed that the EL and F_n values as indicators of the plants' sensitivity are in better agreement with the induced chill doses than the ATP content in leaves, which to a greater extent depends on the interaction between chilling and other experimental factors, such as irradiation intensity or the sequence of light and darkness.     

低温胁迫对茄子幼苗叶片光合特性的影响

以茄子702幼苗为试材,研究了低温胁迫对茄子幼苗光合特性的影响.结果表明,低温胁迫下,茄子幼苗的叶绿素含量、叶绿素a/b、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、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)和RuBP最大再生速率均下降;光补偿点(LCP)、CO2补偿点(CCP)均上升;胞间CO2浓度(Ci)先降低后升高.以上结果表明,低温胁迫伤害了茄子幼苗的光合机构.     

铝胁迫对烟草叶片光能利用、光保护系统及活性氧代谢的影响

为了揭示烟草叶片光能利用和光保护系统在铝诱导的活性氧代谢中的作用机理,以2个不同耐铝性的烟草品种云烟100(耐铝)和云烟105(敏感)为材料,采用水培法研究了不同铝浓度(0,50,100,200μmol/L)对烟草植株生长、叶片活性氧含量、光合特性、叶绿素荧光参数、光呼吸、超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的影响。结果表明,铝浓度的升高显著降低了烟草叶片叶绿素含量、净光合速率(Pn)、最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ光合电子传递量子效率(ΦPSⅡ)和光化学猝灭系数(q P),提高了反应中心PSⅡ过剩激发能,从而导致叶片O_2-·和H2O_2含量升高,植株生物量下降,其中对云烟105影响大于云烟100。随铝处理浓度的升高,烟草叶片非光化学猝灭系数(NPQ)、光呼吸速率、SOD和APX活性呈先升后降的趋势。与敏感品种云烟105相比,耐铝品种云烟100在不同铝浓度胁迫下表现出更高的ΦPSⅡ、q P、NPQ、光呼吸速率以及SOD和APX活性,说明低浓度铝胁迫下烟草叶片可通过提高光化学反应能力、热耗散、光呼吸以及抗氧化酶活性等途径来降低反应中心PSⅡ过剩激发能,防止或清除活性氧的积累,从而增强其对铝的耐性。     

低温胁迫下丛枝菌根真菌对玉米幼苗形态、生长和光合的影响

为了解丛枝菌根真菌对玉米抗寒性的作用及其机理,利用盆栽试验,研究了低温胁迫下丛枝菌根（ AM）真菌接种处理对玉米幼苗形态、生长和光合特征的影响。研究显示,低温胁迫下,与非AM真菌接种处理玉米相比,接种玉米具有更大的叶片大小和更高的地上生物量。低温胁迫降低了玉米叶片净光合速率（ Pn）、气孔导度（ Gs）和蒸腾速率（Tr）,增加了叶片胞间CO2浓度（Ci）。接种丛枝菌根真菌的玉米Pn、Gs和Tr高于不接种植株,而Ci低于不接种植株。低温胁迫下,玉米叶片初始荧光（Fo）升高,而可变荧光（Fv）、最大荧光（Fm）、最大光化学效率（Fm／Fv）和潜在光化学效率（ Fv／Fo）均下降。无论常温或低温,接种AM真菌玉米叶片Fm和Fv高于非接种植株,同时,接种真菌玉米的叶片Fm／Fv和Fv／Fo也均高于不接种植株。研究结果表明,低温能够对玉米幼苗的生长和光合生理造成严重伤害;低温胁迫下,接种AM真菌能够通过其对玉米植株的保护和促进作用改善玉米的生长,以及对叶片光合系统的保护作用提高玉米的光合能力,增强玉米幼苗的抗寒能力。     

低温对玉米光合作用、超氧物歧化酶活性和籽粒产量的影响

玉米在孕穗期和灌浆期,尤其是在孕穗期遇低温逆境会导致光合速率下降,光合有效叶面积降低,叶片和雌穗(或籽粒)超氧物歧化酶(SOD)活性下降、丙二醛含量剧增和相对电导率提高,造成低温冷害。孕穗期低温处理主要抑制了雌穗分化和发育,减少了穗粒数,灌浆期低温逆境主要影响了籽粒灌浆,致使百粒重下降,引起产量降低。     

不同草莓品种对温度的光合响应研究

通过测定温室中不同温度条件下3个草莓品种的光响应曲线,研究温度与光照条件对草莓光合特征的影响。以草莓品种‘晶瑶’、‘红颊’和‘公四莓一号’为材料,比较25、30、35℃条件下其光合特征参数的差异。结果表明：（1）同一温度条件下,随着光合有效辐射的提高,净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均呈先升后降的趋势,而胞间CO2浓度呈明显下降趋势;（2）在25~35℃范围内,随着温度的上升,‘晶瑶’、‘红颊’的光饱和点、表观量子效率、光饱和光合速率提高,而光补偿点降低;在25~30℃范围内,‘公四莓一号’的光饱和点、表观量子效率、光饱和光合速率在30℃时最高,而光补偿点最低;（3）‘晶瑶’、‘红颊’在温度35℃时,光合有效辐射为1050 μmol/(m2?s)条件下具最高光合速率;公四莓一号在30℃,光合有效辐射为1200 μmol/(m2?s)条件下具最高光合速率。