海岛棉叶片光合特性调控机制及与物质生产的关系

发布时间：2020-04-18 14:02

【摘要】：海岛棉作为重要的经济作物,其纤维品质优良,但产量较低。在海岛棉种植面积不断萎缩的压力下,提高单位面积的产量是解决海岛棉生产的主要途径。生物量作为作物产量的物质基础,90%以上来源于光合作用过程形成的光合物质。因此,提高海岛棉叶片的光合效率是提高产量的主要途径之一。叶片是进行光合物质生产的主要器官,其光合特性存在一定的异质性。海岛棉叶片存在明显的翘曲,其不同方位叶片及叶片沿主脉两侧接受的光能存在差异,加剧了叶片光合性能的异质性。本研究首先从海岛棉不同方位叶片以及同一叶片不同部位接受光能的差异入手,研究了叶片形态结构和光合特征的异质性,确定了对海岛棉叶片光合性能进行测定时选取叶片的标准;通过模拟试验探究了叶片异质性可能存在的调控机制。在此基础上,研究了不同海岛棉资源的光合特性和物质生产能力,初步明确了海岛棉光合特性的自然遗传变异度,揭示了光合能力的影响因素,探讨了光合能力与物质生产的关系。研究结果可为培育优质高产海岛棉品种奠定理论基础。主要研究内容和结果如下:1)研究了海岛棉叶片接受光能的异质性及与光合特性的关系,测定了不同方位叶片以及同一叶片沿主脉两侧部分的光能以及光合特性。结果表明,海岛棉不同方位叶片以及同一方位叶片主脉两侧接受的光能均存在异质性。南向叶片接受的光能最高,东西向叶次之,北向叶最低。叶片翘曲导致东西向叶片主脉两侧部分接受的光能存在较强的异质性,而南北向叶片的异质性较弱。在光照异质性条件下,东西向叶片处于低光环境部分的叶片面积和比叶重显著小于光能截获较多一侧;而南北向叶片主脉两侧部分的叶片面积和比叶重均无显著差异。进一步分析光合色素发现,同一叶片处于低光环境部分的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总含量及类胡萝卜素含量均显著高于光能截获较多一侧,叶绿素a/b的比值显著低于光能截获较多一侧。叶片处于低光环境部分通过提高捕获光能的能力,以适应自身所处的低光环境。在解剖结构和色素等因素的共同影响下,东西向叶片主脉两侧处于低光环境的叶片净光合速率均显著低于强光环境,而南北向叶片主脉两侧无显著差异。因此,在进行叶片光合性能等相关研究时,在考虑相同叶位的同时,还必须充分考虑到取样时叶片的方位以及同一方位叶片的不同部位的差异,以增加试验结果的可比性和可靠性。2)研究了海岛棉同一叶片光合特性异质性的系统调控,通过对同一叶片主脉两侧部分进行遮荫处理,测定了两部分的形态结构和光合特性。结果表明,处于光照异质性条件下,海岛棉叶片主脉两侧部分的最大净光合速率、光饱和点、光补偿点、叶片厚度、叶片面积及比叶重指标均存在异质性。通过比较沿主脉一测未遮荫叶片与发现,沿主脉一测未遮荫叶片的光合能力、叶片厚度以及光合色素等均显著低于整个未遮荫叶片。这表明,海岛棉叶片遮荫部分对未遮荫部分的形态结构与光合特性具有负调控作用。此外,叶片处于弱光环境一侧部分的光合机构受到光环境的胁迫,也抑制了光合作用的进行。同时,海岛棉叶片遮荫部分对未遮荫部分的形态结构与光合特性具有负调控作用。此外,研究不同遮荫方式对海岛棉叶片形态与结构的影响,结果表明:对海岛棉叶片进行不同遮荫方式处理时,其系统调控方式不同。整株遮荫的海岛棉叶片变大变薄,以捕获更多的光能以适应整个植株的弱光环境;而单个叶片或叶片部分处于低光环境中,低光部分叶片面积变小变薄。通过减少光合能力较弱叶片面积的同时,减弱其对下部叶片的遮荫,有利于维持植株的正常生长。3)研究了海岛棉叶片的光合能力及与光合物质生产之间的关系,测定了叶片的气体交换参数以及生物量等。结果表明,光合速率与气孔导度及叶肉导度之间均存在正相关性,说明气孔导度和叶肉导度两者均是影响海岛棉品种(系)间光合速率的因素。同时,光呼吸速率与叶肉导度之间存在显著的正相关关系,而与气孔导度之间无显著相关性。进一步分析发现,叶片的光合能力与生物量积累均存在较大的自然遗传变异度,其中光呼吸速率自然变异度最大,且与生物量积累之间呈显著的正相关关系。这可能是在新疆较高的光温环境下,较高的光呼吸不但有利于减轻光抑制,而且可以促进氮的转化,从而有利于光合物质的生产,促进了生物量的累积。
【图文】：

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图 1-1 海岛棉叶片翘曲示意图Fig. 1-1 The picture of leaf cupping of pima cotton.的测定携式光合仪测定系统和6400-02 LED红蓝不同部位进行测定。首先分别测定各方向叶的气体交换参数，光强设定为 2000μmol m定为 400μmol m-2s-1，控制温度在 32±2℃理重复 4 次。各方向叶片主脉两侧部分叶片中部的光响应200、300、500、800、1000、1200、1500定为 400 μmol m-2s-1，其他测定条件同上。软件对测得的光响应曲线进行拟合，并计算最大光合速率（Pmax）和表观量子效益（定打孔器分别在各方向海岛棉叶片主脉两侧具塞试管中，，用 10mL 80%的丙酮提取。将

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图 2-1 不同方向海岛棉叶片主脉两侧的光合有效辐射和叶片温度日变化rnal time course of photosyntheticlly active radiation and leaf temperature on vein of pima cotton leaves in different orientations.向叶，W 为西向叶，S 为南向叶，N 为北向叶，L 为叶片主脉左侧，R 为叶片主脉stern leaf, W is Western leaf, S is southern leaf, N is northern leaf, L is the left side of thee right side of the main leaf vein. The same as below.
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S562

【参考文献】