溫室切花百合對干旱脅迫響應的葉綠素熒光診斷研究.pdf

1、水分是影響植物生長發(fā)育的關鍵因子之一。光合作用是作物產(chǎn)量和品質形成的基礎，而干旱脅迫則通過氣孔限制和非氣孔限制直接影響光合作用。由于溫室內(nèi)光環(huán)境復雜，適用于大田作物干旱脅迫的遙感等檢測方法在溫室作物干旱脅迫檢測方面受到限制。葉綠素熒光技術利用主動光源，從電子傳遞鏈中能量平衡的角度反映葉片光系統(tǒng)的運轉狀況，從而成為檢測光合作用的探針。為了探索應用葉綠素熒光技術檢測干旱脅迫的可能性，本研究以東方百合‘索邦’(Lilium spp.‘Sorb

2、onne’)為試驗材料，于2009年12月～2011年5月在南京市農(nóng)科所PC連棟溫室內(nèi)進行了不同水分梯度(CK:-4～-10 kPa、T1:-10～-15 kPa、T2:-15～-20 kPa、T3:-20～-30 kPa、T4:-30～-40kPa)的栽培試驗，建立了環(huán)境光溫背景對葉綠素熒光參數(shù)測值影響的的校訂函數(shù);通過比較和分析脅迫處理期間及復水后葉綠素熒光參數(shù)和光合速率的變化規(guī)律，明確了葉綠素熒光診斷參數(shù)，提出了干旱脅迫葉綠素熒光

3、診斷思路;利用FvCB擴展模型，確定了干旱脅迫下光合速率和葉綠素熒光參數(shù)的關系，初步探討了基于葉綠素熒光參數(shù)的干旱脅迫診斷方法。具體結果如下:
　　 (1)葉綠素熒光參數(shù)環(huán)境背景光溫校訂函數(shù)的確定。利用不同定植期無干旱脅迫的栽培試驗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了葉綠素熒光參數(shù)隨測量時環(huán)境光溫背景的變化規(guī)律。結果表明，在光合作用的最適溫度范圍內(nèi)，額定PAR下測定的各個葉綠素熒光參數(shù)相對穩(wěn)定;隨著入射光合有效輻射(PAR)的增加，量子利用效率(Φ

4、2)呈指數(shù)下降，可調節(jié)性能量耗散（ΦNPQ）呈線性上升，非調節(jié)性能量耗散（ΦNO）保持穩(wěn)定。在光合作用的最適溫度范圍之外，葉綠素熒光參數(shù)會由于光合電子傳遞鏈受到抑制而發(fā)生變化，表現(xiàn)為Φ2和基于Lake模型計算出的光化學淬滅系數(shù)(qL)隨著溫度的降低或升高呈正弦下降，ΦNPQ呈正弦上升，變化幅度隨著PAR的增加而增大，ΦNO仍然保持穩(wěn)定。潛在最大光能利用效率(Fv/Fm)對環(huán)境光溫背景不敏感。在此基礎上，進一步建立了Φ2、qL、ΦNPQ的

5、光溫校訂函數(shù)。利用獨立的試驗資料對校訂函數(shù)的校訂效果進行檢驗，結果表明，校訂函數(shù)的Φ2、qL、ΦNPQ計算值和實測值之間的決定系數(shù)(r2)和相對回歸估計標準誤（rRMSE）分別為0.96、0.87、0.96和3.19％、6.12％、10.9％。
　　 (2)葉綠素熒光參數(shù)對干旱脅迫的響應及葉綠素熒光診斷參數(shù)的確定。利用干旱脅迫處理期間及恢復正常供水的試驗數(shù)據(jù)，分析復水前后葉綠素熒光參數(shù)值的變化規(guī)律，結果表明，脅迫后可恢復的葉綠素

6、熒光參數(shù)為Φ2、qL、ΦNPQ和ΦNO，不可恢復的葉綠素熒光參數(shù)為Fv/Fm。其中，復水后處理的Φ2和ΦNO與對照差異顯著，而qL和ΦNPQ與對照差異不顯著。Φ2與光合速率關系最佳，同時是使用FvCB擴展模型估算光合速率的必要因子;ΦNO對光溫背景不敏感，而對干旱脅迫比Fv/Fm更加敏感，且復水后略有回復，因此可作為預防脅迫發(fā)生的指標;充分暗適應下Fv/Fm一旦下降不可恢復，可用來衡量生理脅迫，其下降程度帶表永久損傷的光合器官所占的比例

7、。因此，干旱脅迫的葉綠素熒光診斷參數(shù)確定為Φ2、ΦNO和Fv/Fm。
　　 (3)基于葉綠素熒光參數(shù)的干旱脅迫診斷方法初探。根據(jù)復水前后電子傳遞限制條件下光合速率(Aj)和Φ2的試驗觀測數(shù)據(jù)，利用FvCB擴展模型，確定了干旱脅迫下光合速率和葉綠素熒光參數(shù)的關系。結果表明，在光照限制條件下，復水前后的Aj與Φ2均呈線性相關，擬合直線的斜率s代表單位電子的碳同化能力，截距Rd代表呼吸作用。s和Rd均隨著脅迫程度的增加而降低;復水前后

8、，兩條基于Aj與Φ2的擬合直線的斜率s的差距代表干旱脅迫下氣孔限制對光合作用的影響所占的比例。由于光合速率受氣孔限制影響很大，而葉綠素熒光參數(shù)則因多種電子途徑的存在而對氣孔限制敏感性較低。因此，復水后Aj和Φ2的關系和復水前葉綠素熒光診斷參數(shù)的變化均能反映植株是否受到生理損傷及損傷程度。
　　 本研究明確了溫室切花百合干旱脅迫的葉綠素熒光診斷參數(shù)，并利用FvCB擴展模型，確定了干旱脅迫下光合速率和葉綠素熒光參數(shù)的關系。研究結果為