瓜類(lèi)作物對(duì)溫、光環(huán)境變化的響應(yīng)：光能利用與活性氧代謝.pdf

1、強(qiáng)光下許多植物會(huì)發(fā)生光抑制現(xiàn)象，與此同時(shí)，植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成了一系列的耗散過(guò)量光能的機(jī)制來(lái)避免過(guò)量光能引起的傷害，但是，目前我們對(duì)這種物種間在耗散機(jī)制上的差異知之甚少；根際亞低溫或亞高溫是設(shè)施園藝發(fā)展中常常遇到的影響作物生產(chǎn)的逆境脅迫，不同種類(lèi)的植物的耐性存在很大的差異，對(duì)于造成這種差異的生理機(jī)制有必要做進(jìn)一步的研究。因此，本試驗(yàn)以溫度敏感性不同的瓜類(lèi)作物為材料，研究了夏季自然條件下不同物種間在耗散過(guò)量光能的主要機(jī)制差異；探討了它

2、們對(duì)不同根際溫度在根系活性氧代謝及地上部光合作用等方面的牛理響應(yīng)差異，所取得的豐要結(jié)果如下： 1、在夏季晴天條件下，三種溫度敏感性不同的瓜類(lèi)作物：喜溫的黃瓜，耐熱性的絲瓜與熱敏感的黑籽南瓜在氣體交換、葉綠素?zé)晒?、光能分配及光合電子流?duì)一天中溫度與光照環(huán)境變化的響應(yīng)上存在物種間差異和日變化特征。黃瓜與絲瓜在凈二氧化碳同化速率(P<,N>)、光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)量子效率(ф<,PSⅡ>)、光化學(xué)猝火系數(shù)(q<,p>)、開(kāi)放的光系統(tǒng)Ⅱ中心激

3、發(fā)能捕獲效率(Fv’/Fm’)、不依賴(lài)于光的熱能與熒光耗散光能(J<,f,D>)、PSⅡ總的光合電子流量(J<,PSⅡ>)及廠玎于光合碳還原的電子流量(Jc)等參數(shù)上均表現(xiàn)出比黑籽南瓜更高的數(shù)值。絲瓜的非光化學(xué)猝火系數(shù)(NPO)在三種瓜類(lèi)作物中最低，但用于光呼吸碳氧化的電子流量(Jo)最高。 依賴(lài)于光的熱能耗散的光能(J<,NPQ>)在三種瓜類(lèi)作物中表現(xiàn)出與光強(qiáng)變化相一致的趨勢(shì)，且在黑籽南瓜上表現(xiàn)最高值，絲瓜上表現(xiàn)最低。這些結(jié)果

4、農(nóng)明：不耐熱的黑籽南瓜在夏季主要依靠熱耗散這條途徑來(lái)耗散過(guò)剩的光能，而耐熱的絲瓜具有較高的光呼吸速率可能對(duì)其在高溫高光強(qiáng)環(huán)境的生長(zhǎng)比具有較低光呼吸速率的黃瓜與南瓜更有優(yōu)勢(shì)。 2、根際亞低溫(14℃)對(duì)黃瓜和黑籽南瓜根系活性氧代謝、呼吸作朋與根系生活力的影響有顯著的不同。低溫條件下，黃瓜的生長(zhǎng)明顯差于黑籽南瓜，同時(shí)根系表現(xiàn)出更高的超氧化物陰離子(O<,2><'->)產(chǎn)生速率、過(guò)氧化氫(H<,2>O<,2>)與膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛(

5、MDA)含量以及抗氧化酶活性。14℃根溫并未引起兩種作物根系的呼吸速率(vt)發(fā)生變化，但卻引起黃瓜根系的交替途徑呼吸速率(Valt)與細(xì)胞色素途徑呼吸速率(Vcyt)的顯著變化，表現(xiàn)為低溫下Valt的上調(diào)而Vcyt的下降。同時(shí)，低根溫也引起黃瓜根尖更多的細(xì)胞死亡，而在黑籽南瓜中未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，低根溫引起黃瓜根系活性氧的大量產(chǎn)生是引起黃瓜生長(zhǎng)受到抑制的牛理原因之一。 3、為了探究植物生長(zhǎng)與活性氧代謝對(duì)根際溫度變化的響應(yīng)，

6、以六種溫度敏感性不同的瓜類(lèi)作物為試材(組Ⅰ，黑籽南瓜與美洲南瓜，耐冷但熱敏感型；組Ⅱ，黃瓜與甜瓜，冷敏感與熱敏感型；組Ⅲ，苦瓜與冬瓜，冷敏感但耐熱型)，分別將其根系置于不同的溫度環(huán)境中,低(14℃)、中(24℃)與高(34℃)三種溫度條件下，而地上部保持與外界空氣相同的溫度(23-33℃)環(huán)境中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，組Ⅰ、組Ⅱ與組Ⅲ的作物根系分別在14、24與24-34℃條件下表現(xiàn)出最大的生物量與最低的丙二醛(MDA)含量。超氧化物歧化酶(SOD

7、)的活性在適宜的根際溫度下表現(xiàn)最低；而過(guò)氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)及愈創(chuàng)木酚過(guò)氧化物酶(G-POD)等幾種抗氧化酶則以一種協(xié)同而復(fù)雜的方式防止活性氧(ROS)在細(xì)胞內(nèi)的積累。同時(shí)，這三組植物也通過(guò)合成較多的還原型抗壞血酸(AsA)與谷胱甘肽(GSH)以抵御不適宜的根際溫度帶米的傷害，并且這兩種抗氧化物質(zhì)的氧化還原比率在逆境根際溫度下也呈下降趨勢(shì)。 4、上述六種溫度敏感性不同的瓜類(lèi)作物中，組Ⅰ(黑籽南瓜與美洲

8、南瓜)在低根際溫度下表現(xiàn)了最大的生物量、光飽和二氧化碳同化速率(P<,Nsat>)與氣孔導(dǎo)度(g<,s>)，其次為中根際溫度處理植株，以高根際溫度處理植株表現(xiàn)最低。在組Ⅲ(苦瓜與冬瓜)中，14℃根際溫度處理植株卻表現(xiàn)出比24℃與34℃處理植株更低的生物量、P<,Nsat>與g<,s>。與這兩組植物表現(xiàn)不同的是，組Ⅱ(黃瓜與甜瓜)是在中溫處理的24℃時(shí)顯示出其最大的生物量、P<,Nsat>與g<,s>。P<,Nsat>的變化主要是緣于g<