臭氧胁迫叠加温光逆境对葡萄叶片光合性能的影响

摘要

随着工业废气和汽车尾气排放量不断增多，环境臭氧(O3)浓度逐渐升高，臭氧胁迫已经成为威胁作物产量和品质的环境指标之一。臭氧在强光协同下形成的光氧化对葡萄这类敏感作物造成的伤害呈加重趋势。在生长季节葡萄往往面临 O3、强光以及高温的叠加胁迫，引起光合作用的光抑制，甚至造成光合机构的不可逆破坏，但是高浓度臭氧叠加高温和强光逆境对葡萄叶片光合性能的影响机理仍不是十分清楚。因此，研究臭氧叠加强光和高温逆境因子在葡萄叶片上发生的胁迫机制有明显的学术价值，研究应对臭氧胁迫的缓解措施对于提高葡萄植株耐胁迫能力，保证葡萄正常生长和发育有着重要的实践意义。本文比较了田间五个葡萄品种对臭氧的敏感性以及臭氧伤害叶片的组织解剖学差异，并以一年生赤霞珠（Vitis vinifera L. cv. Cabernet Sauvigon）葡萄为试材，分析了光系统Ⅱ活性在强光、高温叠加下对臭氧胁迫的响应，并初步探讨了浇施褪黑素(melatonin，MT)对臭氧胁迫的缓解作用。主要结果如下： （1）葡萄园环境长时间低浓度O3胁迫导致敏感葡萄品种的叶片发生严重的光抑制，五个品种对臭氧的敏感性顺序为阿白＞贝克＞福客＞红地球＞摩尔多瓦。环境低浓度O3长时间胁迫下，五个品种叶片表观出现伤害症状的与未出现症状的叶片相比净光合速率显著下降了50%~30% ；叶绿素a含量显著下降了56%~37%。 （2）葡萄园环境长时间低浓度O3的光氧化胁迫导致臭氧敏感葡萄品种贝克的叶片组织结构和叶绿体超微结构发生严重伤害，随着伤害的加深，叶片表观的棕褐色斑点数量增多并出现失水干枯现象，严重的叶片出现大面积坏死；叶片内部间隙逐渐增大，叶肉细胞细胞壁逐渐变薄，细胞中内膜系统解体；叶绿体减少并且变形，叶绿体膜开始溶解，叶绿体数、叶绿体基粒数和基粒片层数下降。 （3）臭氧与光照双因子胁迫研究表明，在 50 ~ 150 nL · L-1臭氧浓度和 800 ~ 1600 μmol·m-2·s-1的光照强度范围内，PSII最大光化学效率（Y）与臭氧浓度（A）和光照强度（B）的关系符合回归方程:Y=＋0.73－0.034*A－0.022*B－0.018*A*B－5.162E－003*A2＋8.375E－004*B2。当叶片Fv/Fm值为0.711（叶片开始出现胁迫症状前的最大光化学效率值）时，临界光照强度为1222.93μmol·m-2·s-1，臭氧浓度为117.43 nL ·L-1，当光照强度或O3浓度单独或同时升高，都会造成PSII最大光化学效率值下降。 （4） 臭氧叠加高温、强光三因素胁迫研究表明，1600 μmol·m-2·s-1的强光和 40 ℃的高温均加剧了120 ± 20 nL ·L-1的O3胁迫对PSII造成的伤害，40 ℃的高温下最大光 化学效率值Fv/Fm和电子传递速率ETR分别下降了10.3%和17.6%，强光影响程度更显著，Fv/Fm和ETR分别下降了38.8%和37.5%；当强光和高温同时存在时，O3胁迫对PSII的伤害最明显，Fv/Fm和ETR分别下降了54.8%和62.5%。 （5）根系浇施100 nmol ·L-1的褪黑素显著缓解120 nL ·L-1急性高浓度O3胁迫对植物生长的抑制，减缓光合色素含量和Fv/Fm的下降，减轻电子传递和PSⅡ活性的抑制程度，与单纯O3胁迫相比，施用褪黑素处理的Pn升高133.3%，叶绿素a和叶绿素b分别升高了14.4%、10.6%。

目录

声明

符号说明

1.引言

1.1臭氧对植物的为害

1.2光氧化对植物的为害

1.3高温对植物的伤害

1.4本研究的目的及意义

2. 材料与方法

2.1臭氧熏蒸系统

2.2试验设计及所用材料

2.3测定指标及方法

2.4数据分析

3. 结果与分析

3.1葡萄园环境臭氧状况与葡萄品种的敏感性

3.2环境臭氧对葡萄叶片组织结构的为害

3.3 基于响应面法分析光照和臭氧交互作用对‘赤霞珠’葡萄叶绿素荧光特性的影响

3.4臭氧/光照互作对葡萄叶片光合功能的影响

3.5臭氧叠加高温强光三因素胁迫对葡萄叶片PSII光化学活性的响应

3.6外源褪黑素对臭氧胁迫下‘赤霞珠’葡萄叶片光合作用的影响

4. 讨论

4.1葡萄对臭氧胁迫敏感的生物学原因

4.2强光、高温加剧臭氧对葡萄伤害的机理

4.3外源褪黑素对臭氧胁迫的缓解作用

5. 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文