波动光下棉花叶片光合特性的调控机制研究

发布时间：2020-07-15 08:51

【摘要】：光是植物进行光合作用的能量来源。在自然环境中,由于太阳高度角和云层的变化,植物叶片一直处在波动光的环境下。波动光通常持续可能只有几秒钟到几分钟,但它占叶片接受总太阳光能的20%-80%,这部分能量能被叶片有效利用来进行生长。为了适应这种光条件,植物通常需要调整叶片结构和功能。因此,在波动光下,植物的生长发育及光合性能的变化有待于进一步研究。棉花具有喜光特性,然而未见针对波动光下棉花光合作用的研究工作。本文针对波动光下棉花光合生理机制的变化,研究了波动光下棉花叶片结构及生理特征的变化,揭示了波动光下棉花光合特征的适应机制。在此基础上,研究了波动光下棉花光合机构的光化学活性及光保护机制,初步明确了波动光影响棉花的光吸收,光化学活性及热耗散的能力,并进一步解释了波动光下热耗散受限的原因。除此以外,通过对波动光下棉花气体交换参数变化的监测及光诱导,提出气孔导度诱导过程是波动光下棉花光合速率和水分利用效率的限制因素。研究结果将丰富棉花光能利用理论,为进一步提高棉花的光能利用和水分利用效率奠定理论基础。主要研究内容和结果如下:1)研究了波动光下棉花光合能力的调控机制,测定了叶片的气体交换参数、比叶重,叶片厚度、叶片面积、生物量的变化。研究结果表明:与恒定光下生长的植株相比,波动光下生长的棉花比叶重,单叶面积和生物量均显著降低。恒定光处理下单位叶片面积净CO_2同化速率、饱和净CO_2同化速率和最大CO_2同化速率均显著高于波动光条件下的叶片,但不同光处理下单位叶片质量净CO_2同化速率无明显差异。此外,通过从CO_2响应曲线中估计的较低的最大电子传递速率,表明在波动光下生长的植物受到更大的RuBP再生限制,而恒定光下植株表现出更高的胞间CO_2浓度和更高的表观叶肉导度。本研究表明,波动光抑制了棉花的光合能力,导致其光合物质生产能力降低,同时降低叶片比叶重来调控波动光下棉花的光合能力。2)研究了波动光下棉花光合机构的光化学活性及光保护机制。通过对棉花叶片叶绿素含量和光合荧光的稳态测定,结果表明:棉花叶片在恒定光下的叶绿素含量增加,而波动光导致叶绿素a和叶绿素b含量降低,叶绿素a/b比值升高;波动光中生长的植物的光合机构的实际光化学效率和光合电子传递速率较低,其光合机构光系统II反应中心开放的比例也较低。随着波动光程度的增加,棉花的类胡萝卜素含量逐渐减少,玉米黄质含量逐渐升高,说明叶黄素循环过程未受限制,但环式电子流并未促进跨膜质子梯度的形成。因此,本研究表明,波动光降低了棉花的光吸收、光合机构的光化学活性及光保护的能力。3)研究了非稳态下波动光对棉花水分利用效率的调控机制。通过对波动光下棉花气体交换参数变化的监测,研究表明,波动光下叶片光合对光强的变化能够瞬间响应,且与光强变化的趋势一致,但气孔导度对光强变化的响应总是延迟,且在高光照状态下气孔导度呈现出高度震荡状态。本研究发现,在高光诱导过程中,波动光处理下棉花的水分利用效率与恒定光下的几乎没有差异,表明波动光下棉花的气孔导度和蒸腾速率降低,从而限制了净CO_2同化速率,使得植株内在水分利用效率未发生变化。气孔导控制着植物的蒸腾作用,这可能进一步表明波动光下棉花主要通过改变气孔特性来维持正常生长。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S562
【图文】：

波动光下棉花叶片光合特性的调控机制研究

不同处理下棉花叶片的A-Q响应曲线及单位叶片质量净CO2同化速率（Amass）响应曲线（平均值±标准差，n=3-4）

波动光下棉花叶片光合特性的调控机制研究

不同处理下棉花叶片在100和1000μmolm-2s-1的光强下的单位叶片面积净CO2同化速率A、单位叶片质量净CO2同化速率Amass、气孔导度gs及单位叶片质量气孔导度gsmass（平均值±标准差，n=3-4）

波动光下棉花叶片光合特性的调控机制研究

不同处理下棉花叶片的CO2响应曲线及单位叶片质量净CO2同化速率（Amass）响应曲线

【参考文献】