UV-B辐射增强与O3胁迫单因子及其复合作用下冬小麦光合能力变化研究

摘要

在未来环境变化背景下,地表O3浓度和UV-B辐射强度均呈持续增加趋势,而UV-B和O3对对作物的生长发育及代谢过程都有强烈的负效应,直接威胁粮食作物的安全。本文在8个完全相同的开项式气室(OTC)内设置了8组试验处理(CK:对照组,自然大气UV-B强度及O3浓度；U1:UV-B辐射强度相对CK增加10％～10.9％；U2:UV-B辐射强度相对CK增加18.9％～20.6％；T1:调控O3浓度为100±9 nmol·mol-1；T2:调控O3浓度为150±11 nmol·mol-1；T1+U1:T1与Ul的复合试验；T1+U2:T1与U2的复合试验；T2+U1:T2与U1的复合试验)。在大田OTC试验的基础上,借助气体交换和叶绿素荧光动力学的测量,较为系统地研究了单因子UV—B和O3胁迫及其复合作用对冬小麦的光合作用的影响机制,并就开顶式气室内外不同环境条件下冬小麦光合特性的差异进行了比较研究。主要结论如下:
　　 (1)单因子UV—B辐射增加和O3胁迫及其复合作用均显著降低了冬小麦的净光合速率、最大光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率和半饱和光强等,导致作物的气体交换能力、最大潜在光合能力和对强光的耐受性显著下降,但这两个因子对冬小麦的气体交换没有表现出明显的复合胁迫效应。在复合处理的两个因素中,O3对作物净光合速率的下降起了主导作用,而UV—B对作物的气孔开放和蒸腾作用的调节起了主导作用；UV-B对气孔的严重抑制作用限制了进入植物体内的O3的AOT40累积总量,一定程度上缓解了复合作用的伤害。此外,冬小麦O3损伤的临界值小于100 nl·L-1,而且短期的中等浓度O3熏气(100±9nl·L-1)对冬小麦的光合速率无明显影响,反而会刺激气孔开放,促进作物蒸腾,从而保护作物光合系统。
　　 (2)UV-B辐射增加和O3胁迫及其复合作用均显著降低了冬小麦的光合色素含量、原初光能捕获效率和光合活性,损伤了PS II的光保护机制,促进了光能向调节性和非调节性能量耗散方向分配,但更多是向非调节性能量耗散方面的分配。冬小麦对UV-B和O3胁迫的响应方式有所区别,单因子O3胁迫对冬小麦Chla的负效应大于Chlb,而UV-B对Chlb的生物合成抑制作用更强；O3倾向于降低PS II的光合活性,而UV-B主要倾向于损伤PS II的光保护机制。UV—B和O3对光系统的能量耗散和光保护机制存在明显的复合胁迫效应,但复合胁迫的负效应小于两因子各自负效应的简单累加。
　　 (3)气室内外环境条件下冬小麦的净光合速率无显著差异,但OTC室壁对自然UV-B辐射的阻挡和过滤作用导致气室内冬小麦叶片叶绿素含量、最大潜在光合速率、原初光能捕获效率、对强光的耐受性和PS II光保护能力显著增强,气室内冬小麦的气孔导度也显著大于气室外的。此外,开顶式气室对作物的生育期产生了明显的滞后效应。而气室内外冬小麦的实际光化学量子产量、内禀光能转化效率等方面并无显著差异。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 UV-B辐射与O3胁迫对作物光合作用的影响

1.2.2 UV-B辐射与O3复合胁迫对作物影响的研究

1.2.3 研究中存在的不足

1.3 研究目标和主要内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

第二章 材料与方法

2.1 试验材料

2.2 试验设计

2.3 OTC设计及适用性分析

2.4 测量项目和方法

2.4.1 气体交换参数

2.4.2 光响应曲线测定

2.4.3 荧光动力学参数测定

2.4.4 光合色素含量测定

2.5 数据统计分析

第三章 UV-B和O3胁迫对冬小麦气体交换和光响应能力的影响

3.1 结果与分析

3.1.1 UV-B对冬小麦气体交换能力的影响

3.1.2 UV-B对冬小麦光响应能力的影响

3.1.3 O3胁迫对冬小麦气体交换能力的影响

3.1.4 O3胁迫对冬小麦光响应能力的影响

3.1.5 UV-B和O3胁迫复合对冬小麦气体交换能力的影响

3.1.6 UV-B和O3胁迫复合对冬小麦光响应能力的影响

3.1.7 气室内外环境条件下冬小麦气体交换能力的对比研究

3.1.8 气室内外环境条件下冬小麦光响应能力的对比研究

3.2 讨论

3.2.1 UV-B辐射增强对冬小麦气体交换能力的影响

3.2.2 O3胁迫对冬小麦气体交换能力的影响

3.2.3 UV-B和O3胁迫复合对冬小麦气体交换能力的影响

3.2.4 开顶式气室对冬小麦气体交换能力的影响

3.2 小结

第四章 UV-B和O3及其复合胁迫对冬小麦叶绿素荧光特征的影响

4.1 结果与分析

4.1.1 O3胁迫和UV-B复合对冬小麦叶绿素含量的影响

4.1.2 O3胁迫和UV-B复合对冬小麦光响应能力的影响

4.1.3 O3胁迫和UV-B复合对PS Ⅱ光合活性的影响

4.1.4 O3胁迫和UV-B复合对PS Ⅱ光保护机制和光能分配的影响

4.1.5 气室内外环境条件下对冬小麦光合色素含量对比研究

4.1.6 气室内外环境条件下对冬小麦光响应能力对比研究

4.1.7 气室内外环境条件下PS Ⅱ光合活性对比研究

4.1.8 气室内外环境条件下PS Ⅱ光保护机制和光能分配对比研究

4.2 讨论

4.2.1 O3和UV-B及其复合胁迫对冬小麦叶绿素含量的影响

4.2.2 O3和UV-B及其复合胁迫对冬小麦快速光响应能力的影响

4.2.3 O3和UV-B及其复合胁迫对PS Ⅱ光合活性的影响

4.2.4 O3和UV-B及其复合胁迫对PS Ⅱ光保护能力的影响

4.2.5 O3和UV-B及其复合胁迫对PS Ⅱ光能分配的影响

4.2.6 开顶式气室内对冬小麦叶绿素荧光特征的影响

4.3 小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.1.1 单因子UV-B和O3胁迫及复合对冬小麦气体交换能力的影响

5.1.2 单因子UV-B和O3胁迫及复合对冬小麦叶绿素荧光特征的影响

5.1.3 开顶式气室对冬小麦影响的比较研究

5.2 特色和创新之处

5.3 不足及研究展望

参考文献

致谢

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