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杂交酸模Rumex K-1叶片光合作用启动过程中的系统调控

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杂交酸模Rumex K-1叶片光合作用启动过程中的系统调控

作者：侯飞山东农业大学

学位级别：硕士

光合启动过程是指植物叶片在暗适应状态下受到光照时，净光合速率逐渐上升并最终达到最大值的过程。光合启动过程的快慢是植物对短暂光照能否充分利用的至关重要的因素。植物位于冠层下方的叶片由于受到外层叶片的遮挡，往往处在长时间... 详细信息

光合启动过程是指植物叶片在暗适应状态下受到光照时，净光合速率逐渐上升并最终达到最大值的过程。光合启动过程的快慢是植物对短暂光照能否充分利用的至关重要的因素。植物位于冠层下方的叶片由于受到外层叶片的遮挡，往往处在长时间遮阴的状态中，只能利用由外层叶片间隙投射进来的少量光能来进行光合作用，积累有机产物。而这部分光能通常持续时间较短，光强较弱，因此，这些长期处在遮阴状态的叶片必须具备快速的光合启动速率以充分得利用这些短暂而珍贵的光能资源。以往关于这些生长在群落下方植物叶片光合启动速率的研究主要针对单独的叶片，而没有人将叶片与植物体其他部分进行联系。而事实上，高等植物的各器官之间在长期进化过程中形成了非常复杂高效的信息交流机制，并不是彼此孤立的。植物为了适应外界环境的变化，它们在长期进化的过程中形成了一套复杂完善的调控机制，即：当植物体部分器官受到某种刺激时，该部分器官/组织会对同一植株尚未受到该刺激的部分发出信号，使后者提前表现出与该环境刺激相适应的状态，这种调节被称为系统调控(systemic signaling)。系统调控作为一种植物生长发育与生理代谢的重要的调节机制，如今受到了越来越多学者的关注，已成为当今植物学研究的热点之一。然而，以往关于系统调控的研究多集中在植物体生长发育与逆境抗性方面，迄今为止，还尚未有研究报道关于光合作用启动过程与系统调控之间的关系。因此，本实验以杂交酸模(Rumex K-1)为材料，通过不同光强处理植株上不同数量、不同位置的叶片(系统叶)，系统地研究了照光叶片对未预先照光叶片(目标叶)光合启动过程的影响。并探讨了该系统调控的可能机制及信号传递的可能途径。主要结果如下： (1)当系统叶片照光后，目标叶片光合启动速率显著加快，目标叶片光合作用启动达到最大光合速率50%水平的时间缩短约29%，而达到最大光合速率90%水平所用的时间缩短约38%。这导致在光合启动的前10分钟内光合启动的速率大幅度增加，目标叶片在该时间段内的累计光合对对照叶片增加了76%。而随着照光时间延长，与对照叶片相比，目标叶片累计光合的增加比例有所下降，但是在光合启动的前25分钟内，目标叶片的累积光合仍比对照叶片高29%。而到目标叶片光合启动第30分钟时，目标叶片的累计光合仅比对照叶片高10%，这表明，光照对光合启动的这种系统调控机制使目标叶片能够在尽可能短的时间内最大程度地完成光合启动。 (2)一片系统叶预照光与二片或三片系统叶预照光后，目标叶片光合启动速率均受到了显著的促进，一片系统叶预照光后，目标叶片光合作用启动达到最大光合速率50%水平的时间缩短约30%，而达到最大光合速率90%水平所用的时间缩短约37%;二片系统叶预照光后，，目标叶片光合作用启动达到最大光合速率50%水平的时间缩短约32%，而达到最大光合速率90%水平所用的时间缩短约41%,而三片系统叶预照光后，目标叶片光合作用启动达到最大光合速率50%水平的时间缩短约31%，而达到最大光合速率90%所用的时间缩短约39%，而不同数量系统叶照光后，目标叶片光合启动的T50和T90之间并没有显著性差异;光系统II(PSII)实际光化学效率达到最大值的时间均缩短约80%。这说明，一片系统叶或者二、三片系统叶片预照光后，对目标叶片光合启动速率的促进程度无显著性差异。这说明系统叶片受到光照后，能够产生系统信号，诱导同一植株上其它未预先照光叶片光合启动速率加快。而这种调控作用并没有明显受到系统叶片数量增加的影响，说明这种调控是不存在叶片数量方面的计量效应的，较少系统叶即可产生与较多系统叶相同的促进作用。 (3)以100μmol ms，400μmol ms与1000μmol msPPFD照射系统叶片后，目标叶的光合启动速率均显著加快，以100μmol ms处理目标叶片后，目标叶片光合速率达到最大光合水平50%所用的时间缩短约37%，达到最大光合水平90%所用的时间缩短约35%;以400μmol ms处理目标叶片后，目标叶片光合速率达到最大光合水平50%所用的时间缩短约36%，达到最大光合水平90%所用的时间缩短约39%。PSII实际光化学效率达到最大水平所用的时间缩短均约80%;以30μmol msPPFD处理系统叶片后，目标叶片的光合启动并没有受到显著促进。而100μmol ms，400μmol ms与1000μmol msPPFD这三种不同光强对目标叶片光合启动速率的促进效果之间并没有显著性差异。这说明，系统叶片在受到高于某一阈值的光照时才会产生有效的系统信号，而在作用光高于这一阈值后，系统信号的强度并不会随光强的升高而增大。这说明这种系统信号同样不具备光强的计量效应。 (4)将上位叶片作为系统叶片进行预光照处理后，分别以上位叶片以及下位叶片作为目标叶进行测定，我们发现无论上位叶

关键词：光合启动系统调控气孔导度光化学效率韧皮部环割

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高灌蓝莓光合作用对若干环境因子的响应

园艺学报 2007年第1期34卷 67-70页

作者：孙山李鹏民刘庆忠高辉远山东农业大学生命科学学院山东泰安271018 山东省果树研究所山东泰安271000

研究了4个高灌蓝莓品种（‘泽西’、‘日出’、‘乔治亚吉姆’和‘里维尔’）的光合作用启动过程，及其光合作用对环境因子的响应。结果表明：4个品种的光合启动时间均较长（46～75min），其中‘里维尔’的光合启动最快，‘日出’最慢。... 详细信息

研究了4个高灌蓝莓品种（‘泽西’、‘日出’、‘乔治亚吉姆’和‘里维尔’）的光合作用启动过程，及其光合作用对环境因子的响应。结果表明：4个品种的光合启动时间均较长（46～75min），其中‘里维尔’的光合启动最快，‘日出’最慢。这4种蓝莓的CO2补偿点均较高（89～121μmol·mol^-1），是典型的C3植物。相对南高灌蓝莓品种，北高灌品种‘日出’和‘泽西’具有较高的光合能力、羧化效率、PSⅡ最大光化学效率和饱和光强，‘日出’的光补偿点最低（18．22μmol·mol^-2·s^-1），具备耐阴生树种的特征。北高灌品种的光合最适温度较低，范围也较窄（23～25℃），不适宜在南方高温地区种植；相比之下，南高灌品种‘里维尔’具有较高和较宽的光合最适温范围（23～35℃），适宜引种的区域范围较宽。

关键词：蓝莓光合作用光合启动表观量子效率羧化效率

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番茄叶片动态光合的光响应特性研究

番茄叶片动态光合的光响应特性研究

作者：边江河北农业大学

学位级别：硕士

番茄是茄果类蔬菜中非常重要的一种蔬菜,也是我省目前蔬菜种植业中的主要栽培作物之一。随着人们消费水平的提高和对无公害蔬菜需求量的增加,利用设施栽培解决蔬菜淡季供应成为重要措施之一。但是,设施栽培的出现必将导致蔬菜植物生长... 详细信息

番茄是茄果类蔬菜中非常重要的一种蔬菜,也是我省目前蔬菜种植业中的主要栽培作物之一。随着人们消费水平的提高和对无公害蔬菜需求量的增加,利用设施栽培解决蔬菜淡季供应成为重要措施之一。但是,设施栽培的出现必将导致蔬菜植物生长的小气候环境因子(光强、温度、湿度和CO2浓度)发生显著性的改变,对于本身喜光喜温特性显著的温室番茄生产更是如此。然而,有关番茄的研究多数集中在种子生理、生长发育生理、开花结实生理、壮苗生理、嫁接生理、矿质营养生理等方面。其中也涉及到一些的番茄光合特性测试报道,而且主要是环境因子对稳态光合响应特性的影响,对露地和设施番茄生产有着重要的指导意义。我们知道,无论是露地还是设施内,小气候因子会呈现连续性或骤然性的变化,植物叶片的光合系统也会跟随响应,即呈现瞬态响应对植物的光合作用产生显著的影响。因此研究中以瑞士先正达公司‘保罗塔’番茄为试材采用CIRAS-2光合测试系统和QE65000光纤光谱仪同步测试分析了番茄叶片光合系统各个参数的动态响应。分析了动态的光环境对番茄叶片光合作用的影响探索了动态光环境下限制光合作用的原因。主要结果如下:1.光强发生阶跃升高时在光强起点相同均为200μmol?m-2?s-1时,光强阶点为1000μmol?m-2?s-1时,Pn增加的最多Ci减少的最多,Gs展开程度最好。在光强阶点相同均为1000μmol?m-2?s-1时,光强起点为200μmol?m-2?s-1时,Pn增加的最多Ci下降的最多Gs展开程度最好。2.光强发生阶跃升高时,在光强起点相同均为200μmol?m-2?s-1时,光强阶点为1000μmol?m-2?s-1时,光强阶点相同均为1000μmol?m-2?s-1时,光强起点为200μmol?m-2?s-1时发现Pn初响应斜率K最大,羧化速率CE和气孔限制值Ls也最大,都是随着阶差的增加而增大。3.光强发生阶跃升高时,同步测得的叶绿素荧光F680和F735动态进程发现光强阶跃阶阶差越大,F680和F735越大光强阶跃时非饱和激发光下的实际光化学效率Y(II)’也越大并且在阶差为600μmol?m-2?s-1,800μmol?m-2?s-1时会有有一定的振颤现象。4.光强发生反阶跃下降时,在光强起点相同均为1000μmol?m-2?s-1时,落点点为800μmol?m-2?s-1时;在光强落点相同均为200μmol?m-2?s-1时,起点为400μmol?m-2?s-1时光强阶跃变化的阶差越小,气孔张开的程度越充分胞间二氧化碳浓度越少,光合作用反应受到的影响越小净光合速率减少的越少。5.光强发生反阶跃下降时光强起点相同均为1000μmol?m-2?s-1时,落点点为200μmol?m-2?s-1时,在光强落点相同均为200μmol?m-2?s-1时,起点为1000μmol?m-2?s-1时, Pn初响应斜率K最大,羧化速率CE和气孔限制值LS也最小,都是随着阶差的增加而变小。6.光强发生反阶跃下降时,同步测得的叶绿素荧光F680和F735动态进程发现,光强阶跃阶阶差越大F680和F735下降的越多无振颤现象。7.在相同的脉冲光光强1000μmol?m-2?s-1下,各个处理的Pn的峰值相差不多,但是在初始光强为200μmol?m-2?s-1,脉冲光持续的时间为60 S,峰值最明显说明脉冲光强和初始光强相差越多脉冲光持续的时间越长光合作用进行的越充分。而同步测得的番茄叶片的叶绿素荧光F680和F735在非饱和激发光下的实际光化学效率Y(II)’在初始光强为200μmol?m-2?s-1最大,说明初始光强和脉冲光强相差的越多Y(II)’越大另外在脉冲光持续时间为10 S的时候Y(II)’最大。8.在相同的初始光光强200μmol?m-2?s-1下,脉冲光强为1000μmol?m-2?s-1脉冲光持续的时间为60 S,峰值最明显同步测得的番茄叶片的叶绿素荧光F680和F735在非饱和激发光下的实际光化学效率Y(II)在脉冲光强为1000μmol?m-2?s-1最大,说明初始光强和脉冲光强相差的越多,Y(II)越大,另外在脉冲光持续时间为10 S的时候Y(II)最大。9.在相同的暗适应时间下,暗适应后的启动光强为1000μmol?m-2?s-1时Pn的增加的最多,K也最大;而在暗适应后的启动光强下,暗适应越长,Pn的峰值越小,但是Pn的增量越大,说明暗适应时间越长,对光合作用影响越大。

关键词：番茄动态光合光强阶跃光强脉冲光合启动

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设施草莓高效人工补光策略研究

设施草莓高效人工补光策略研究

作者：刘泰祎沈阳农业大学

学位级别：硕士

我国草莓主要以秋冬季温室内生产为主,而秋冬季温室内光照强度、光照时长往往无法满足草莓正常的生长发育需求。此外,草莓在经过一夜的黑暗条件后需要一段时间才能达到光合稳态,缩短了草莓光合稳态的持续时间。以上这些问题严重制约了... 详细信息

我国草莓主要以秋冬季温室内生产为主,而秋冬季温室内光照强度、光照时长往往无法满足草莓正常的生长发育需求。此外,草莓在经过一夜的黑暗条件后需要一段时间才能达到光合稳态,缩短了草莓光合稳态的持续时间。以上这些问题严重制约了草莓同化物的产生,降低了草莓果实的品质及产量,因而需要人工补光。但目前对于草莓补光缺乏科学系统的研究,且草莓全生命周期的补光成本极高,不同阶段的补光效果差异也较大。故需明确适宜草莓补光的发育阶段及科学系统的补光方法。本试验以常见品种‘红颜’为供试材料,首先设置三个不同发育时期(幼苗期、开花期、结果期)的补光处理组及对照组,补光方式为延时补光2 h,通过测定不同处理补光后叶片淀粉含量、植株同化物含量来确定草莓不同发育阶段的源-库关系,以源-库关系及补光效果确定适宜草莓补光的发育阶段;再通过设置不同温度处理、光质处理及光强处理,测定光合作用达到稳态的时间、净光合速率以及气孔导度等指标来确定能够缩短草莓光合启动时间的最适温度和光质、最低光照强度以及最短诱导时长,进而明确能够缩短草莓光合启动时间的补光方法;最后通过测定草莓对不同光质的吸收比例来确定补光光质,再通过测定不同温度下草莓的光响应曲线,计算草莓叶片在不同温度、不同光强下的光合速率,找到净光合速率增长最快的光强、温度区间,以外界温光环境来确定补光的起止点及补光光强。本试验主要结论如下:1.草莓在幼苗期会受到库限制,补光并不会促进同化物的产生和积累;在结果期会受到源限制,补光能够促进同化物的产生,并向最大的库器官果实分配积累,以提高果实品质。故当植株处于幼苗期时,不建议补光;当进入结果期时,需进行补光。2.草莓植株处于一定时间的黑暗条件后再经过强光照射时,草莓的光合启动主要受到气孔因素限制。在植株未见光前35 min,采用40μmol/m·s的红光对草莓植株进行照射,可促进气孔打开,当植株进行正常光合作用时能够在5 min内达到高水平的稳定状态,可以缩短30 min的光合启动时间。3.草莓叶片吸收不同光质的比例为:402±2 nm,7%;473±1 nm,7.6%;534±2 nm,23.7%;587±1 nm,7.5%;609±1 nm,11.1%;680±2 nm,43.1%,以此可作为草莓补光灯光质的参考数据。草莓在光强为100～200μmol/m·s的弱光条件下,净光合速率依旧可以达到5～10μmol/m·s,故对于见光后的草莓,在黑暗条件下补光即延时补光更为高效,能够延长草莓的光合作用时间,补光光强为100μmol/m·s为宜,补光时环境温度在12～21℃最为高效。综上,可以得到一个科学系统的补光策略:当草莓处于结果期时,清晨植株见光前35 min,采用40μmol/m·s的红光对草莓植株进行照射,待植株处于黑暗条件后,当温度在12～21℃时采用100μmol/m·s的LED(光质比例参考:402±2 nm,7%;473±1nm,7.6%;534±2 nm,23.7%;587±1 nm,7.5%;609±1 nm,11.1%;680±2 nm,43.1%)进行补光。

关键词：温室草莓源库平衡光合启动补光