膜下滴灌棉花苞叶光合特性及光破坏防御作用对土壤水分的响应

摘要

作物叶片通常被认为是主要的光合器官，但许多作物的非叶绿色器官或组织，也能形成或含有叶绿素，并具有实际或潜在的光合能力，对产量形成具有一定的贡献。本研究针对轻度水分胁迫下棉花叶片与苞叶光抑制、光合电子流分配、光破坏防御机制及苞叶光合作用对棉花产量形成的贡献等不同角度入手，较系统的研究了花后轻度水分胁迫下棉花叶片与苞叶的光合特性，揭示了轻度水分胁迫下苞叶光合作用对棉花产量的重要作用及苞叶的光破坏防御机制。研究结果对进一步挖掘棉花产量潜力提供了理论基础，为棉花抗逆高产品种选育和抗逆栽培提供了理论依据。本研究主要内容包括：
　　⑴棉花开花后苞叶及叶片在高温强光下实际光化学效率（ΦPSⅡ）显著降低，发生明显的光抑制现象，但苞叶的光抑制程度较叶片轻；与正常滴灌量相比，节水滴灌条件下棉花水分亏缺，叶片净光合速率（Pn）、ΦPSⅡ、光化学猝灭系数（qP）降低，非光化学猝灭系数（NPQ）升高，叶片光抑制程度加重，而苞叶 Pn、ΦPSⅡ、qP、NPQ变化不大，较正常滴灌量处理相比光抑制程度无显著差异。高温强光下，棉花节水滴灌对叶片PSⅡ量子产量的转化与分配影响显著，但对苞叶的影响不显著；苞叶非调节性能量耗散的量子产量（Y（NPQ））高于叶片，因此能有效地将PSⅡ的过剩光能以热的形式耗散。
　　⑵苞叶光呼吸速率与光合速率的比值（Pr/Pn）显著高于叶片；滴灌节水条件下棉花适度水分亏缺对苞叶光呼吸（Pr）及 Pr/Pn无显著影响。强光高温轻度水分胁迫下苞叶具有较高的氧化电子传递速率（Jo）和Pr/Pn，同时较稳定的羧化电子传递速率与氧化电子传递速率比值（Jc/Jo），这些结果均表明与叶片相比，苞叶对轻度水分亏缺不敏感，是棉花适应干旱逆境较强的器官，苞叶光呼吸作用对光破坏防御具有重要意义。
　　⑶在棉铃生长发育过程中，高温强光下，苞叶具有较高的最大电子传递速率与最大羧化速率的比值（Jmax/Vcmax）比值和较低的气孔导度（Gs），能适应棉铃呼吸所形成的较高浓度 CO2的微环境。在棉花生长发育后期，苞叶的面积、叶绿素含量、Rubisco含量、含水量、ΦPSⅡ与Pn显著低于叶片，但随着生长发育进程苞叶下降的幅度显著低于叶片。与正常滴灌量相比，节水滴灌条件下棉花叶片含水量下降程度显著高于苞叶；叶片叶绿素含量、Rubisco含量与Pn显著降低，而苞叶叶绿素含量、Rubisco含量与Pn变化不显著，同时节水滴灌下苞叶在棉花生育后期苞叶面积、叶绿素含量、Rubisco含量、含水量、ΦPSⅡ与Pn的稳定性高于叶片。这表明苞叶对水分的敏感性低于叶片，棉花生育后期叶片衰老，苞叶能仍然保持较高的光合活性。随着生育时期的推进，苞叶的光合能力对棉株光合能力的贡献逐渐增大，生育后期达到9.93％-10.44%在节水滴灌下甚至能达到12.91%-15.47%。在生育后期，棉花苞叶对棉株整体光合能力具有重要的贡献，特别是在节水条件下。

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缩略词表

第一章 前言

1 研究进展

1.1非叶绿色器官的光合特性及对产量形成的影响

1.2 植物的光破坏防御机制

1.3 非叶绿色器官的光合抗逆性

2本文的研究目的和意义

第二章 棉花苞叶光抑制和PSII热耗散对土壤水分的响应

1 材料与方法

1.1 试验概况

1.2器官含水量的测定

1.3气体交换参数的测定

1.4 叶绿素荧光参数的测定

1.5 数据分析

2 结果与分析

2.1 器官含水量的变化

2.2 气体交换参数的变化

2.3 最大光化学效率（Fv/Fm）和实际光化学效率（ΦPSII）的变化

2.4 PSII能量耗散的量子产量分配的变化

3 讨论

4 结论

第三章 棉花苞叶光合电子分配及光呼吸与抗旱性关系的研究

1 材料与方法

1.1试验概况

1.2气体交换参数的测定

1.3叶绿素荧光参数的测定

1.4乙醛酸氧化酶活性的测定

1.5 光合电子分配的计算

1.6 数据分析

2 结果与分析

2.1器官含水量的变化

2.2光合作用总电子传递速率的动态变化

2.3光合电子分配的动态变化

2.4 光呼吸（Pr）及其关键酶的动态变化

2.5叶片和苞叶Pr/Pn与Jc/Jo的动态变化

3 讨论

3.1棉花叶片与苞叶电子分配的差异

3.2水分胁迫下苞叶光呼吸和其抗旱性之间的关系

4 结论

第四章 棉花生育后期叶片与苞叶光合能力的差异及对土壤水分的响应

1 材料与方法

1.1 材料和方法

1.2叶片和苞叶面积、光合色素及叶片含水量的测定

1.3气体交换参数的测定

1.4 Jmax/Vcmax及Rubisco含量的计算

1.5 数据分析

2 结果与分析

2.1光合面积的变化

2.2 叶绿素的动态变化

2.3 器官含水量的动态变化

2.4气孔导度的动态变化

2.5叶片与苞叶光合速率的变化

2.6 最大羧化速率与最大电子传递速率的动态变化

2.7 Rubisco含量的动态变化

3 讨论

3.1 叶片和苞叶光合能力的变化及对土壤水分响应的分析

3.2生育后期苞叶光合作用对产量形成的贡献

4 结论

第五章 结论与展望

1 研究结论

1.1棉花苞叶光合能力对其产量形成的重要作用

1.2棉花苞叶光抑制和PSII热耗散对土壤水分的响应

1.3大田节水滴灌下棉花苞叶光合电子分配及光呼吸与抗旱性关系的研究

2 研究展望

参考文献

致谢

作 者 简 介

石河子大学硕士研究生学位论文导师评阅表