氮素水平对烟草幼苗叶片光合特性的影响

发布时间：2020-07-07 20:53

【摘要】：光合作用是产量形成的基础,提高作物光合作用效率是增加产量、缓解粮食危机有效措施。作物的光合作用速率受到作物品种、生态因子、水分和养分有效性等多种因素影响,其中氮素是光合作用最关键的矿质元素,施氮是农业生产上提高产量的重要方式。光合作用对氮素的响应机制,是提高氮素利用效率、增加单位面积产量的依据。烟草是重要的经济作物,其产量和品质受到施氮水平的显著影响。本研究以烟草(Nicotiana Tabacum.L)为材料,研究了氮素水平通过影响光合作用对植株生物量/产量的影响,通过研究光合作用的光能捕获、电子传递和羧化反应过程,探讨了氮素水平影响烟草叶片光合性能的生理机制。得到以下结果:(1)烟草幼苗新生叶叶绿素总量、净光合速率在处理当天8h呈现氮水平处理间差异,稳定差异出现在处理后9d;成熟功能叶叶绿素出现显著差异的时间为处理后4h到3d,净光合速率在处理后9d出现显著差异,地上部生物量产生稳定差异的时间是处理后9d,根系呈现稳定差异的时间是处理后6d。由此可见,烟草幼苗生物量及光合生理特性呈现稳定差异的时间为处理后9d。对烟草幼苗对系列氮水平的响应研究发现,适宜根系和叶片生物量积累的氮水平范围为4-6 mmol/L;适宜茎生物量积累的氮水平为4 mmol/L,8-14 mmol/L的氮水平次之;叶绿素总量和叶绿素a含量在0.8-1.6 mmol/L、2.4-12 mmol/L、14-20 mmol/L的氮水平范围之间呈现显著差异。根据各响应指标对氮水平变化的敏感性,通过分类分析得到适宜烟草幼苗生物量积累的氮水平范围为2.4-8 mmol/L,显著抑制生长的低氮范围1.6 mmol/L、高氮范围12 mmol/L。(2)高氮(HN)和低氮(LN)处理的烟草幼苗根系、茎、叶生物量均显著低于对照组(MN),LN处理显著低于HN处理。叶片净光合速率在不同氮水平之间有明显差异,中低光下净光合速率HNMNLN,强光下MNHNLN。HN处理的叶片表观量子效率较高、光补偿点较低说明HN处理能够有效利用弱光。HN处理叶片气孔限制值Ls显著加高,LN处理的叶片羧化效率显著较低,说明HN处理有明显的气孔限制,而LN处理有明显的叶肉限制。LN处理的叶片光能捕获能力、天线转化效率、PSII光化学效率和羧化速率均显著低于MN,是净光合速率较低的原因;HN处理的天线转化效率和PSII光化学效率较低,是光合速率受限制的原因。HN处理的叶片氮素在捕光系统的分配比例PNp约为MN的1.2倍,而在电子传递系统的分配比例PNe为MN的50%左右,在羧化系统的分配比例PNc也显著低于MN。PNp 比MN提高了36.7%,而PNe和PNc分别降低了44.3%和20.9%。(3)HN处理叶片叶绿素含量显著升高,但增加了叶绿素b的合成量,而叶绿素a含量与MN无显著差异。LN处理叶片叶绿素总量显著降低,叶绿素a含量降低幅度较大,叶绿素b含量略有上升。Hem A1表达量与叶绿素总量密切相关,并且随氮水平提高而增加;而HN和LN的CAO1的表达量均显著提高,导致叶绿素b 比例提高。(4)田间条件下叶片最大光合速率、植株生物量均随施氮水平提高而增加,叶片中PNc与施氮水平呈正相关,而PNe在施氮水平间无明显差异,说明田间施氮水平未产生生长抑制。本研究为氮水平影响烟草光合作用的生理机理提供了依据,为烟草氮素使用和田间管理提供参考。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士后
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S572
【图文】：

谷氨酰胺合成酶,基因调控,亚硝酸,硝酸还原酶

逦第１章绪论逦逡逑ｅｔ邋ａｌ．邋１９９２，邋Ｖｉｎｃｅｎｔｚ邋ｅｔ邋ａｌ．邋１９９３）的影响。谷氨憸胺和天冬酿胺的体内积逡逑累能够对ＮＲ基因表达产生负调节作用。ＮＲ的活性调节是通过ＮＲ的磷逡逑酸化／去磷酸化实现的（Ｃｈａｍｐｉｇｎｙ邋１９９５，刘丽等．２００４），受到＞＞１0３－逡逑（Ｌｉｌｌｏ邋１９９４，邋Ｌｏｑｕ６邋ｅｔ邋ａｌ．邋２００３）、光照（Ｌｉｌｌｏ邋１９９４，邋Ｃｈａｍｐｉｇｎｙ邋１９９５）、0２逡逑浓度（Ｇｌａａｂ邋ａｎｄ邋Ｋａｉｓｅｒ邋１９９３）、ｐＨ邋（Ｂｏｔｒｅｌ邋ａｎｄ邋Ｋａｉｓｅｒ邋１９９７）和温度（刘丽逡逑等．２００４）等因素的影响。谷氨酰胺合成酶（ＧＳ）、谷氨酸合酶（ＧＯＧＡＴ）逡逑ＧＳ／ＧＯＧＡＴ循环作为氨同化的主要途径，在氮代谢过程中扮演极为重逡逑要的角色，也是无机氮转化成有机氮的关键环节，对含氮有机物的合成逡逑起着至关重要的作用，目前已有大量的研究报道。ＧＳ／ＧＯＧＡＴ循环需要逡逑有一个Ｇｌｕ分子和ａ－酮戊二酸参与，最后生成两个Ｇｌｕ分子。由此可见，逡逑植物体内Ｎ０３＿、ＮＨ４＋、Ｇｌｕ含量，以及ＮＲ的含量和活性能够表征植物体逡逑内氮代谢过程的强弱。逡逑Ｉ邋Ｎ0３－邋１逡逑

路线图,路线,研究技术

图２．邋１研究技术路线逡逑

空间分布,叶绿素荧光参数,烟草叶片,叶面

图３．邋１烟草叶片最大光合能力的叶面空间分布逡逑３．３．７叶绿素荧光参数测定逡逑叶绿素荧光参数测定采用光纤荧光仪（ＰＡＭ－２５００；邋Ｗａｌｚ，邋Ｅｆｆｅｌｔｒｉｃｈ，逡逑ｅｒｍａｎｙ）。环境条件控制在３０°Ｃ，５５－６５％的相对湿度。初始荧光（Ｆ。）逡逑用充分暗适应叶片在弱调制光下诱导产生的，此时ＰＳ邋ＩＩ反应中心全逡逑处于开放状态。在Ｆｏ之后用强饱和脉冲光（３５００（ｉｍｏｌｐｈｏｔｏｎｍ＿２ｓ－逡逑激发，使原初电子受体全部处于还原状态，测得最大荧光值（Ｆｍ）。逡逑此可分别按照下式计算暗适应下光系统ＩＩ邋（ＰＳＩＩ）的最大光化学效率逡逑Ｆｖ／Ｆｍ）邋（Ｍａｘｗｅｌｌ邋ａｎｄ邋Ｊｏｈｎｓｏｎ邋２０００）：逡逑Ｆｖ／Ｆｍ＝邋（Ｆｍ－Ｆ0）邋／Ｆｍ逡逑将叶片放在８６０邋ｐｍｏｌ邋ｐｈｏｔｏｎｓ邋ｎｒ２邋ｓ邋１的活化光下活化后，用一个０．８ｓ逡逑饱和脉冲光照射，测得光下最大荧光产量（Ｆｍ）和稳态荧光产量（Ｆｓ），逡逑算天线转化效率（Ｆ’ｖ／Ｆ’ｍ）光系统ＩＩ实际光化学效率（ｃｐＰＳＩＩ）：逡逑

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