频闪光下番茄叶片光合动态响应研究

摘要

面对21世纪全球人口剧增带来的粮食危机，如何改善植物叶片的光合速率、提高光合机构的光能利用效率、实现光合机构的高效运转成为了现代光合生理研究的焦点。改善作物的光合效率成为第二次绿色革命的核心问题，其潜力主要在碳同化阶段。本实验室采用单次光强阶跃与反阶跃处理，初步研究了番茄叶片光合机构的响应动态。在此基础上，本研究以“繁荣872”番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)叶片为试材，采用625 nm红光LED频闪光在低频闪光频率、占空比、脉冲光强和强弱频闪光照射下，测定了光合机构各光合参数的动态变化，分析了频闪光下番茄叶片光合机构的动态响应特征与RuBP池缓冲性能的关系，探索了频闪光下光合机构的动态响应机制，充实了频闪光下的动态光合作用研究，以期进一步提高作物的光能利用效率并挖掘作物高产潜力。所得试验结果如下:
　　1.随着闪光频率从0.01 Hz向10.00 Hz增加，Pn振荡幅度减小，至0.25 Hz以上Pn振荡幅度不显著;光合光能转化效率LCE'逐渐上升至0.25 Hz以上达最大;频闪光的光期气孔导度Gs始终维持在较高水平，对外界CO2进入胞间的二氧化碳Ci无显著影响。而频闪光的Light On→Off期间的光后光合碳吸收衰减或Light Off→On期间的暗后光合碳吸收再启动过程的相对同化负荷变化量△AGr在0.10 Hz以上衰减趋0，暗示着核酮糖-1，5-二磷酸(ribulose-1，5-bisphosphate，RuBP)的消耗与再生趋于平衡状态，而RuBP的再生与消耗相对速率VPn on/off先增加后呈现等于或大于1并趋稳的趋势，呈现出较强的RuBP池缓冲能力。频闪光下RuBP池呈现出的缓冲能力，对光后暗期或暗后光期RuBP的持续再生或再生恢复均有维持效应;从而，增加闪光频率即相应缩短暗期和光期的弛豫时程，致使光合碳吸收Pn的暗期下降幅度减小和光期上升幅度减少，呈现Pn振荡幅度减小至趋稳的现象。
　　2.0.04 Hz的10％～100％占空比频闪光照射下，会呈现光合再启动升高趋势和光后光合衰减趋势的弛豫时程，从而表现出光合振荡现象，且光合振荡的峰值和谷值随占空比的增加而增加。100％占空比（连续光）时Pn'达最大。随占空比增加，光合光能转化效率LCE'呈现迅速上升至60％占空比趋饱和的趋势。可是，占空比（50％以下）越小，0.40 Hz的LCE'比0.04 Hz的LCE'增加的效应越大。0.40 Hz40％～50％占空比时的LCE'较100％占空比（连续光）增加12％～15％。在0.04 Hz30％～40％占空比频闪光下发生光合Pn振荡时，相对同化负荷变化量△ACr达最大值，且VPn on/off接近于1。在频闪光下光合振荡的稳定性会与RuBP池的缓冲性能密切关联。而频闪光的闪光频率和占空比会影响着RuBP的消耗/再生的相对量和相对速率，从而关联着RuBP池的缓冲性能。
　　3.0.04 Hz和0.40 Hz频闪光各脉冲光强下，Pn分别呈现显著峰-谷振荡和非显著峰-谷振荡现象;在各脉冲光强下，连续光的平均碳吸收速率(Pn')＞0.40 Hz的Pn'＞0.04 Hz的Pn'。然而，脉冲光强小于500μmol·m-2·s-1时，连续光的光合光能转化效率LCE'较高;脉冲光强大于500μmol·m-2· s-1时，0.40 Hz频闪光的光合光能转化效率LCE'较高。在0.04 Hz频闪光下发生光合Pn振荡时，600μmol·m-2· s-1脉冲光强下RuBP的再生与消耗相对速率VPn on/off小于1（即暗示着RuBP的再生速率＜消耗速率）且处于最小值，但RuBP池中与RuBP的消耗量有关的相对同化负荷变化量△ACr处于中等水平;300～400μmol·m-2·s-1脉冲光强时△ACr较小，而VPn on/off＞1（即暗示着RuBP的再生速率＞消耗速率）;900～1500μmol·m-2·s-1脉冲光强时VPnon/off仍然小于1或接近于1，可是△ACr逐渐增大。频闪光的闪光频率和脉冲光强会影响着RuBP再生与消耗的相对量和相对速率，成为RuBP再生的脉冲式驱动力，从而关联着RuBP池的缓冲性能和存贮量，进而关联着频闪光下光合振荡的稳定性和光能转化效率的高低。
　　4.0.04 Hz强弱频闪光下Pn呈现峰-谷振荡，且随着弱光时程内PAR的增加，Pn振荡幅度降低;而0.40 Hz下Pn无显著峰-谷振荡现象。随着弱光时程内PAR的增加，各强弱频闪光下的平均光合速率Pn'均呈现迅速增加至接近于连续光Pn'的趋势，0.04 Hz或0.40 Hz的强弱频闪光的光合光能转化效率LCE'较连续光显著增加，分别为10.83％～27.82％或39.40％～66.62％。随弱光时程内PAR的增加，△ACr迅速下降趋0，而VPn on/off＜1，表现出RuBP池较弱的缓冲性能。可见，强弱频闪光的闪光频率和强弱照光时程的脉冲光强影响着LCE'的变化和RuBP池的缓冲性能，而且二者适宜组合的强弱频闪光照射下会显著提高番茄叶片光合光能转化效率。

目录

声明

摘要

英文缩写及中英文对照表

1 引言

1．1 植物光能利用效率研究的重要意义及现状

1．2 光斑光诱导和光斑利用效率研究现状

1．3 频闪光下的光合研究现状

1．4 动态光合研究进展

1．5 研究的目的和意义

2 材料与方法

2．1 试材培养与频闪光处理

2．1．1 试材培养

2．1．2 频闪光处理

2．2 测定项目与方法

2．2．1 光源光照强度信号测定

2．2．2 番茄叶片光吸收率测定

2．2．3 光合参数测定与计算

3 结果与分析

3．1 频闪光闪光频率对番茄叶片光合动态响应的影响

3．1．1 闪光频率对番茄叶片光合碳吸收速率动态的影响

3．1．2 闪光频率对番茄叶片光合振荡和平均光合速率的影响

3．1．3 闪光频率对番茄叶片光合光能转化效率的影响

3．1．4 闪光频率对番茄叶片气孔导度和胞间二氧化碳浓度的影响

3．1．5 闪光频率对番茄叶片相对同化负荷变化量和相对碳吸收变化速率的影响

3．2 频闪光占空比对番茄叶片光合动态响应的影响

3．2．1 占空比对番茄叶片光合碳吸收速率动态的影响

3．2．2 占空比对番茄叶片光合振荡和平均光合速率的影响

3．2．3 占空比对番茄叶片光合光能转化效率的影响

3．2．4 占空比对番茄叶片相对同化负荷变化量和相对碳吸收变化速率的影响

3．3 频闪光脉冲光强对番茄叶片光合动态响应的影响

3．3．1 脉冲光强对番茄叶片光合碳吸收速率动态的影响

3．3．2 脉冲光强光对番茄叶片平均光合速率和光合振荡的影响

3．3．3 脉冲光强对番茄叶片光合光能转化效率的影响

3．3．4 脉冲光强对番茄叶片相对同化负荷变化量和相对碳吸收变化速率的影响

3．4 强弱频闪光对番茄叶片光合动态响应的影响

3．4．1 强弱频闪光对番茄叶片光合碳吸收速率动态的影响

3．4．2 强弱频闪光对番茄叶片光合振荡和平均光合速率的影响

3．4．3 强弱频闪光对番茄叶片光合光能转化效率的影响

3．4．4 强弱频闪光对番茄叶片相对同化负荷变化量和相对碳吸收变化速率的影响

4 讨论

4．1 频闪光照射时的光合振荡与振荡幅度

4．1．1 光暗频闪光照射时的光合振荡与振荡幅度

4．1．2 强弱频闪光照射时的光合振荡与振荡幅度

4．2 频闪光下光合能力及光能驱动效能的评价

4．2．1 频闪光对植物生长和干物质累积的影响

4．2．2 频闪光对植物光合速率的影响

4．2．3 频闪光下的光能驱动效能

4．3 频闪光下RuBP池的缓冲性能

5 结论

参考文献

在读期间发表论文

作者简历

致谢