低溫脅迫對雜4紅掌光合作用及葉綠素?zé)晒獾挠绊?共11頁)

1、學(xué)生(xu sheng)綜合性課題論文(lnwn)題目(tm)：低溫脅迫對雜4紅掌光合作用及葉綠素?zé)晒獾挠绊懶彰?薛花蘭 學(xué)號2012132128專業(yè) 生物技術(shù) 班級 123班指導(dǎo)教師及職稱 魏愛麗 實(shí)驗(yàn)學(xué)期 2014-2015學(xué)年 二 學(xué)期太原師范學(xué)院教務(wù)處編印低溫(dwn)脅迫對雜4紅掌光合作用及葉綠素?zé)晒?ynggung)的影響 （太原(ti yun)師范學(xué)院 薛花蘭 2012132128）摘 要: 溫度是植物生長和發(fā)育的必要條件之一，低溫是影響許多植物的產(chǎn)量和地理分布的一個(gè)主要環(huán)境因素。光合系統(tǒng)對低溫脅迫非常敏感，實(shí)驗(yàn)采用低溫脅迫的方法,利用光合儀測定技術(shù)和葉綠素?zé)晒饧夹g(shù),研究在低溫脅

2、迫下紅掌的光合生理變化。本實(shí)驗(yàn)以雜4紅掌為試材,培養(yǎng)條件：光周期12/12h，溫度25/18，光強(qiáng)6200 0lx培養(yǎng)。分別轉(zhuǎn)入低溫弱光( 3/3,光周期12/12h，光強(qiáng)62000lx)和偏低溫弱光( 10/10，光周期12/12h，光強(qiáng)62000lx)下分別脅迫22h, 然后用光合儀和葉綠素?zé)晒鈨x對其葉片進(jìn)行測定，研究其光合速率及葉綠素?zé)晒馓匦缘淖兓?。結(jié)果表明，與對照組CK 相比,10的低溫脅迫使雜4紅掌葉片的凈光合速率(Pn)降低，最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、PS實(shí)際光化學(xué)效率（PS）。研究發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫會(huì)直接損傷光合機(jī)構(gòu)，使PS反應(yīng)中心失活，引起其光能原初捕捉能力和光能同化率減弱，

3、增加了通過熱輻射消耗的光能比例，最終導(dǎo)致粉冠軍光合作用能力減弱。 關(guān)鍵詞:雜4紅掌;低溫脅迫;光合作用;葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)引言：近年來， 葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)應(yīng)用于光合作用機(jī)理、 植物抗逆生理等方面的研究已取得一定進(jìn)展， 由于其可以快速、 靈敏和無損傷地研究和探測完整植株在脅迫下的光合作用， 所以經(jīng)常用來探測植物的生長、 病害及受脅迫的生理狀況1 。光合作用是植物最重要的合成代謝途徑之一， 是植物合成有機(jī)物和獲取能源的根本途徑， 直接關(guān)系著植物的生長狀況和最終產(chǎn)量。而低溫脅迫對植物的光合作用產(chǎn)生多方面的影響，也是植物受低溫脅迫影響最明顯的生理過程之一2 。研究植物在低溫脅迫下的光合作用有助于了

4、解植物對低溫的生理適應(yīng)機(jī)制， 可為育種、引種和篩選耐低溫品種提供科學(xué)依據(jù)， 為抗性栽培提供理論指導(dǎo)。紅掌， HYPERLINK /view/370087.htm t _blank 天南星科， HYPERLINK /view/576682.htm t _blank 花燭屬。性喜溫?zé)岫酀穸峙潘己玫沫h(huán)境，怕干旱和強(qiáng)光暴曬。其適宜生長晝溫為2632，夜溫為2132。所能忍受的最高溫為35，可忍受的低溫為14。光強(qiáng)以1600020000 lx為宜，空氣相對濕度(RH)以70%80%為佳。四季開花。原產(chǎn)于 HYPERLINK /view/3225.htm t _blank 南美洲熱帶雨林潮濕、半陰的溝

5、谷地帶，通過引種改良和用光、溫、水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的大棚栽培，現(xiàn)世界各國均有栽培。1 材料和方法1.1 材料雜4紅掌1.2 所用儀器 TPS1光合儀，F(xiàn)MS2熒光儀，培養(yǎng)箱，燈泡（作光源用）或者室外陽光1.3 方法1.3.1材料培養(yǎng)將從農(nóng)科院園藝所溫室中購買(gumi)的粉冠軍培養(yǎng)于17日在人工氣候箱（光照培養(yǎng)箱）培養(yǎng)。培養(yǎng)條件為：對照（CK）：光周期為12/12小時(shí)，溫度為25/18，光強(qiáng)6200/0Lux，18日上午進(jìn)行低溫處理(chl)：光周期為12/12小時(shí)，溫度為3/3，光強(qiáng)6200/0Lux1.3.2低溫(dwn)脅迫處理一天后把人工氣候箱中的部分正常培養(yǎng)材料（光周期為12/12小時(shí)，溫度

6、為25/18，光強(qiáng)6200/0Lux ）放在培養(yǎng)箱中3/3處理23小時(shí)，處理完后進(jìn)行測定。1.3.3光合特性參數(shù)的測定選擇并標(biāo)記長勢相同的三片葉子，直接測定凈光合速率。將TPS1光合儀與葉室連接，打開主機(jī)電源進(jìn)行設(shè)定。夾上葉片，C02下降穩(wěn)定后記錄測定結(jié)果。以人工氣候箱中培養(yǎng)的粉冠軍為對照組，低溫處理的粉冠軍為實(shí)驗(yàn)組，設(shè)置兩個(gè)重復(fù)。測定結(jié)束，將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，記錄分析結(jié)果。 1.3.4葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定 用FMS2熒光儀測定各項(xiàng)熒光參數(shù), 測定葉片的部位與光合作用相同, 測定前先暗適應(yīng)20min, 測定時(shí)調(diào)整葉片使其受光量盡量一致, 以減少誤差。測定暗適應(yīng)下初始熒光產(chǎn)量(

7、F0)、最大熒光產(chǎn)量(Fm )、可變熒光產(chǎn)量(Fv=Fm -F0 ),暗反應(yīng)下PS(電子傳遞速率)反應(yīng)中心完全開放的最大光化學(xué)速率（Fv/Fm)，以及光適應(yīng)下同一發(fā)育階段的葉片的初始熒光產(chǎn)量(F0)、最大熒光產(chǎn)量(Fm )、可變熒光產(chǎn)量(F v = Fm-F 0 )、光反應(yīng)下PS反應(yīng)中心完全開放的最大光化學(xué)速率（Fv/Fm)、穩(wěn)態(tài)熒光產(chǎn)量（Ft或Fs）。公式為:實(shí)際光化學(xué)效率PS=( Fm- F s)/ Fm;光化學(xué)猝滅系數(shù)qP=(Fm - F s ) /(Fm - F 0)；1-qP表示PS反應(yīng)中心的關(guān)閉程度；非光化學(xué)猝滅系數(shù)qNP=(Fm - Fm) /(Fm - F 0)；ETR= PS

8、*absorbedPFD*0.5。1 4. 3 測定項(xiàng)目及方法選定植株的主要功能葉片進(jìn)行光合作用及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定， 25恒溫預(yù)處理 1 d 后，先測定各參數(shù)作為初始值;低溫脅迫處理后開始每天進(jìn)行各參數(shù)的測定。每株測 5 片顏色均勻的葉片， 每處理重復(fù) 3 次， 取平均值作為觀察值。1 5 數(shù)據(jù)分析所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及相關(guān)分析、 制圖、 制表和顯著性差異檢驗(yàn)使用 Excel 和 dps 軟件完成2 結(jié)果與分析2 1 低溫脅迫對雜4紅掌葉片光合作用的影響2 1 1 對雜4紅掌葉片 Pn 的影響Pn 是指單位時(shí)間內(nèi)單位面積同化的二氧化碳的量與葉片呼吸作用釋放的 CO 2 的量之差， 表示葉片在單

9、位時(shí)間內(nèi)所得的凈光合產(chǎn)物 10 。由圖 一、圖二可知， 低溫脅迫下， 雜4紅掌葉片的 Pn呈下降趨勢。光合速率PnCK3.82.287101.351.06271.651.768 圖一 圖二恢復(fù)2小時(shí)后對雜4紅掌葉片(ypin) Pn 的影響由圖 一、圖二可知， 恢復(fù)(huf)2小時(shí)后，老葉Pn比CK高，新葉則降低?；謴?fù)2h老葉的Pn恢復(fù)2h新葉的PnCK000.1670.289100.0250.09600 圖三 圖四2.1.2對雜4紅掌葉片(ypin) Tr 的影響低溫脅迫下， 雜4紅掌的 Tr 隨脅迫時(shí)間的延長呈下降趨勢(圖 2)。 蒸騰速率TrCK0.7370.542100.020.028

10、270.110.014 圖5 圖6恢復(fù)(huf)2小時(shí)紅掌葉片(ypin)Tr的影響由圖 7、圖8可知， 恢復(fù)2小時(shí)(xiosh)后，老葉Tr比CK高，新葉則降低。老葉恢復(fù)2小時(shí)蒸騰速率Tr新葉恢復(fù)2小時(shí)蒸騰速率TrCK0.0250.0260.0360.097270.350.0340.2670.041 圖7 圖821.3 對雜4紅掌葉片 Gs 的影響低溫脅迫下，雜4紅掌的葉片 Gs隨脅迫時(shí)間的延長呈下降趨勢。氣孔導(dǎo)度GsCK29.66722.234100.50.7072730 圖9 圖10恢復(fù)(huf)2小時(shí)后，老葉Gs比CK低，新葉則相反。老葉恢復(fù)2小時(shí)氣孔導(dǎo)度過Gs新葉恢復(fù)2小時(shí)氣孔導(dǎo)度過

11、GsCK6.3330.5779.3333.214108.5171 圖11 圖122 2 4 對雜4紅掌葉片(ypin) Ci 的影響Ci 是指細(xì)胞間未參與光合作用部分的 CO 2濃度(nngd)， 通常該值越大， 說明被光合作用同化的CO 2 越少 10 。胞間隔CO2濃度CiCK228.667198.67710002797137.179 圖13 圖14恢復(fù)(huf)2h后，老葉Ci比CK低，新葉則相反?；謴?fù)2h后老葉Ci恢復(fù)2h后新葉CiCK39410.536396.33334.7751039119.114405.66710.017 圖15 圖162 2溫脅迫(xip)對雜4紅掌葉綠素?zé)晒?

12、ynggung)的影響22. 1對雜4紅掌葉片 Fv/Fm 的影響Fv/Fm 反映了 PS反應(yīng)中心光能轉(zhuǎn)化效率，是 PS受到傷害的重要指標(biāo)， 對逆境脅迫較為敏感11 ， Fv/Fm 下降越多， 表明 PS損傷越大 12 。Fv/Fm 的變化可反映低溫脅迫下 PS受傷害的程度。由圖 17、18低溫脅迫下，雜4紅掌葉片的 Fv/Fm下降。老葉Fv/Fm新葉Fv/FmCK0.7660.0080.7760.033100.7440.0120.7380.041270.7490.0180.7690.037 圖17 圖182 3 4 對雜4紅掌葉片(ypin) PS的影響(yngxing)PS表示(biosh

13、) PS反應(yīng)中心在部分關(guān)閉狀態(tài)下的實(shí)際光化學(xué)效率， 可作為植物光合電子傳遞速率快慢的指標(biāo) 15 老葉PS上升，新葉下降。老葉PS新葉 PSCK0.4610.0310.5280.006100.5350.080.5010.055270.4240.0360.4950.05 圖19 圖20結(jié)果表明， 低溫脅迫損害了雜4紅掌葉片的光合系統(tǒng)， 因此導(dǎo)致植物光合電子傳遞效率顯著下降。2.3 分析光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧的過程。影響光合作用有兩大因素：外部因素和內(nèi)部因素。外部因素主要為光照，溫度，濕度和CO2濃度；內(nèi)部因素有葉齡和葉的生育期

14、等。溫度會(huì)影響其光合作用的整個(gè)過程。低溫對植物造成的傷害,表現(xiàn)為膜脂的相態(tài)發(fā)生改變,膜的通透性增加,體內(nèi)的活性氧和自由基含量增加,一些次生代謝物質(zhì)積累等【4】。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)主要是由于低溫對植物細(xì)胞膜系統(tǒng)的破壞,導(dǎo)致參與生命活動(dòng)的各種酶的結(jié)構(gòu)被破壞,活性降低,從而使細(xì)胞的代謝系統(tǒng)紊亂。光是光合作用的能量來源，所以光強(qiáng)度對光合作用影響極大。CO2 是光合作用的原料，所以CO2濃度對光合作用也有極大的影響。溫度對光合作用的影響比較復(fù)雜。因?yàn)楣夂献饔梅譃楣夥磻?yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)部分，而光反應(yīng)與溫度無關(guān)。暗反應(yīng)是一系列復(fù)雜的酶促反應(yīng)與溫度關(guān)系很大【5】。為了研究溫度對光合作用的影響，實(shí)驗(yàn)中要控制光照強(qiáng)度與C

15、O2濃度保持一致，低溫脅迫紅掌，進(jìn)而使其光合作用與葉綠素?zé)晒獍l(fā)生變化。由上兩表中數(shù)據(jù)(shj)可分析，10的低溫脅迫(xip)與對照組CK相比：雜4紅掌光合速率(sl)(Pn)降低，最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)降低，PS實(shí)際光化學(xué)效率（PS）降低低溫脅迫導(dǎo)致雜4紅掌能力減弱的原因是：氣孔和非氣孔因素, 判定依據(jù)主要是根據(jù)Ci 和Ls 的變化方向, 即Ci 降低和Ls 升高, Ci 升高和Ls 降低【6】。低溫脅迫導(dǎo)致光合作用時(shí)的氣孔抑制，使氣孔導(dǎo)度下降，蒸騰失水減弱造成光合作用減弱外，還會(huì)直接損傷光合機(jī)構(gòu)，降低PS潛在活性及光化學(xué)效率，使PS反應(yīng)中心失活，引起其光能原初捕捉能力和光能同化率減弱

16、，吸收的光能但不能推動(dòng)電子傳遞，增加了通過熱輻射消耗的光能比例，最終導(dǎo)致粉冠軍光合作用能力減弱。再者，由于光合作用的暗反應(yīng)是由酶催化的化學(xué)反應(yīng)，低溫抑制光合的原因是低溫導(dǎo)致膜脂相變，葉綠體超微結(jié)構(gòu)破壞以及酶的活性。溫度對光合機(jī)構(gòu)的影響涉及到葉綠體膜的穩(wěn)定性，而膜的穩(wěn)定性與膜脂脂肪酸組成有關(guān)，膜脂不飽和脂肪酸的比例隨生長溫度的提高而降低。低溫(3 ) 脅迫使粉冠軍的Pn 下降,脅迫時(shí)間越長下降幅度越大,影響光合作用的效率。另外，植物遭受環(huán)境脅迫，其光合作用必然受到影響，最終影響植物的生長，低溫下植物的光合能力有不同程度降低，低溫對光合作用的影響也較為復(fù)雜，其還涉及到植物本身的基因型差異、生長發(fā)育

17、狀況、土肥條件、生長環(huán)境和脅迫處理程度等因素的影響。低溫脅迫導(dǎo)致粉冠軍細(xì)胞膜受損,膜脂過氧化加劇,根系活力降低,光合作用下降,蛋白質(zhì)降解加速,活性氧代謝紊亂。粉冠軍經(jīng)低溫脅迫后,葉片相對細(xì)胞膜透性、根系活力、葉片丙二醛含量、超氧陰離子含量和蛋白質(zhì)含量的變化均與溫度顯著相關(guān),可作為阿本森耐熱性鑒定的生理生化指標(biāo)。紅掌對溫度較敏感，適宜生長溫度14-35，最適溫度19-25，晝夜溫差3-6，即最好白天21-25，夜間19左右，在這樣的溫度下，有利于紅掌養(yǎng)分的吸收和積累，對生長開花極為有利。對紅掌葉片進(jìn)行3、10低溫脅迫，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)不同數(shù)值，對紅掌CO2 下降值與標(biāo)準(zhǔn)溫度下CO2 下降值在10低

18、溫脅迫下有明顯差異，而3低溫脅迫下有極顯著差異【7】。主要原因是光合系統(tǒng)對低溫脅迫非常敏感,在低溫脅迫條件下活性氧的大量積累,導(dǎo)致光合機(jī)構(gòu)因受到氧化脅迫而受到傷害,捕光能力、光化學(xué)效率等都不同程度地降低,同時(shí)催化光合暗反應(yīng)的酶活性也因低溫而降低,最終表現(xiàn)為光合速率的降低，且溫度越低對光合速率的影響就越大，最終導(dǎo)致植物的生長受到抑制【5】。因此研究溫度對光合作用的影響，從而有效人工控制其生長條件，對提高農(nóng)作物的產(chǎn)量具有極其重要的意義。3 討論(toln)逆境條件對植物最直接的影響就是(jish)引起其形態(tài)特征的變化， 故最能反映植株受傷害的程度16 17 。導(dǎo)致(dozh) Pn 下降的因素，

19、既有氣孔因素， 也有非氣孔因素。其中， 當(dāng) Gs 和 Pn 下降， 而 Ci 上升時(shí)， Pn 下降主要是由非氣孔限制因素引起。本研究中， 低溫條件下， 雜4紅掌葉片的 Pn、 Gs 和 Tr 均呈下降趨勢， 而Ci 隨脅迫時(shí)間的延長呈增加趨勢。由此表明， 在低溫脅迫下， 雜4紅掌葉片的 Pn 下降的原因是非氣孔限制因素。PSII 反應(yīng)中心是光合系統(tǒng)的重要組成部分， 在光合作用的光能轉(zhuǎn)化過程中起重要作用， 因此 Pn 下降可能與 PSII 活性下降有關(guān)系?？勺儫晒馀c最大熒光的比值(Fv/Fm)反映了 PSII 反應(yīng)中心的最大光化學(xué)效率。在低溫脅迫下， Fv/Fm 會(huì)明顯下降， 因此可作為低溫脅迫

20、程度的指針和探針 18 ;PSII 表示的是 PSII 反應(yīng)中心的實(shí)際光化學(xué)效率， 常用來表示植物光合作用中電子傳遞的量子產(chǎn)額， 可用來表明電子傳遞速度的快慢 19 。本研究中， 低溫脅迫下， 雜4紅掌品種的 Fv/Fm 和 PSII 均有不同程度下降， 即產(chǎn)生了光抑制， 說明 PSII 的結(jié)構(gòu)受到低溫脅迫的傷害。關(guān)于 Fv/Fm 下降的原因， 可能是低溫脅迫下， 葉片同化 CO 2 的能力下降， 導(dǎo)致植物對葉綠體中的 ATP 和 NADPH的需求量下降， 引發(fā)對 PSII 反饋氧化還原作用的發(fā)生， 進(jìn)而導(dǎo)致光能過剩， 引起 Fv/Fm 下降;而 PSII 下降可能與 QA QB 的電子傳遞過

21、程受到抑制有關(guān)。4 小結(jié)隨著低溫脅迫時(shí)間的延長， 3 個(gè)品種的雜4紅掌光合作用參數(shù)變化一致， Pn， Gs， Tr， Fv/Fm，PS呈下降趨勢， 而 Ci 則隨低溫脅迫時(shí)間的延長呈上升趨勢。低溫脅迫降低光合速率， PS反應(yīng)中心受到損傷， 植株通過調(diào)節(jié)自身的 Gs， Tr， Ci 和增加NPQ 的自我保護(hù)機(jī)制進(jìn)行自我調(diào)控。研究結(jié)果表明， 在低溫脅迫下， 雜4紅掌品種的光合指標(biāo)和葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)的變化均有一定規(guī)律， 且具相似性， 但品種間差異顯著。此結(jié)論對雜4紅掌新品種的培育和抗逆栽培都有一定的意義。參考文獻(xiàn):1 低溫脅迫對甜椒光合作用和葉綠素?zé)晒獾挠绊?園藝學(xué)報(bào),2001/06,中國期刊全文數(shù)據(jù)

22、庫2 低溫脅迫對不同辣椒品種苗期光合作用的影響.江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2006/02,中國期刊全文數(shù)據(jù)庫.3李曉， 馮偉， 曾曉春 葉綠素?zé)晒?ynggung)分析技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)展J 西北植物學(xué)報(bào)， 2006， 26(10):2186 21964 Yak ir D, Rudich J, Bravdo B. Photo acoustic and fluorescence Measurements of the chilling response and theirelationship to carbon dioxide uptake in tomato plants.Planta, 1985, 164:

23、 345- 3535 Jung SY, Steffen KL. Influence of photosynthetic photon flux densities before and during long term chilling onxanthophll cycle and chlorophyll fluorescence quenchingin leaves of tomato ( Lycopersicon hirsutum ) . PlantPhysiology, 1997, 100: 958- 9666 BrggemannW, van derKooijThomasAW, vanH

24、asse lt Philip R. Long2term chilling of young tomato p lants under low light and subsequent recovery: Growth, deve lop2ment and photosynthesis. P lanta, 1992, 186: 172- 1787 西北植物學(xué)報(bào) 2.6年03期 干旱(gnhn)和高溫對植物光合作用的影響機(jī)制研究進(jìn)展 HYPERLINK /Search/Search.aspx?Query=%e4%ba%91%e5%bb%ba%e8%8b%b1 o 云建英 云建英 , HYPERLI

25、NK /Search/Search.aspx?Query=%e6%9d%a8%e7%94%b2%e5%ae%9a o 楊甲定 楊甲定 , HYPERLINK /Search/Search.aspx?Query=%e8%b5%b5%e5%93%88%e6%9e%97 o 趙哈林 趙哈林植物(zhw)生理學(xué)通訊，1988，5：57-58.10 鄭宇， 何天友， 陳凌艷， 等 高溫脅迫對西洋杜鵑光合作用和葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的影響J 福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版， 2012， 41(6):608 61511 Jiang CD， Gao HY， Zhou Q Characteristics of the photosyn-thetic apparatus in Mn- starved leavesJ Photosynthetica，2002， 40:209 21312 Guo YP， Zhou HF， Zha