花生低磷胁迫的光合障碍规律及其钙素调控

发布时间：2020-10-11 14:40

　　 耕地缺磷是世界范围内普遍存在的问题,严重制约农业生产。生产磷肥的磷矿作为不可再生资源,在农业生产中具有非常重要的地位。随着磷矿资源的减少,农业生产成本将不断上升。花生(Arachis hypogaea L.)是一种典型的喜磷喜钙作物。磷直接参与花生光合机构建成及光合碳同化过程,对于花生产量及品质形成具有举足轻重的作用。外源磷素变化对喜磷喜钙作物(花生)影响是多方面的。其中光合作用对养分环境变化极为敏感。植物在遭受养分胁迫时往往会发生光抑制,引起光损伤。合理的措施可以提升叶片自身光保护能力,减少光抑制的伤害。因此,探明花生磷素、钙素养分亚适宜(高、低)条件下的光合障碍发生机制及其钙素互作调控规律,对于最终提出花生合理施肥技术体系和指导花生专用新型肥料的研发都具有重要理论意义。本试验以大果型花生品种“丰花1号”和小果型品种“丰花2号”为试验材料,采用人工气候室水培精量模拟外源磷素、钙素供给匮缺条件的田间实际情况,研究花生生长发育及功能叶片光合作用规律,筛选出花生生长适宜的磷、钙浓度。并在此基础上,深入研究花生亚适宜低磷胁迫下的光合障碍发生规律,并采用本课题组前期筛选的适宜的外源钙及钙抑制剂(EGTA)进行调控,探讨外源钙缓解亚适宜低磷胁迫下花生光合障碍的机制。主要研究结果如下:1.明确了花生生长发育及其光化学活性对外源磷素的响应规律。花生生长的营养液最适磷浓度为28 mg·L~(-1)。磷浓度在11-28 mg·L~(-1)和28-54 mg·L~(-1)范围内可以分别认定为花生生长亚适宜低磷和亚适宜高磷浓度,亚适宜P光抑制主要发生在PSII;磷浓度极低和极高(即超出亚适宜浓度范围)时,属于花生生长极不适宜磷浓度,光抑制发生在PSII和PSI,对花生造成的胁迫伤害难以逆转和恢复。不适宜磷浓度下,花生光合产物积累下降的原因一方面是叶面积的减少,另一方面是自身光合能力的下降,单位面积碳同化率降低。花生光合能力的下降,是非气孔限制占主导地位;PSII量子产量下降,主要是由于关闭态PSII增多;PSI量子产量下降,主要是由于供体侧限制Y(ND)。2.明确了花生光化学活性对外源钙素的响应规律。花生生长的营养液最适钙浓度为120 mg·L~(-1)。钙浓度过高或过低会引起花生叶面积降低、植株干重、鲜重的下降,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用率下降。花生光合能力下降非气孔限制占主导地位。不适宜钙浓度下,花生光合产物积累下降的原因一方面是叶面积的减少,另一方面是自身光合能力的下降,单位面积碳同化降低。PSII光合量子产量下降的主要原因是自身调节耗散量子产量升高;PSI光合量子产量下降的主要原因是供体侧限制Y(ND)升高,这与磷素亚适宜规律相似。3.明确了外源钙可以显著缓解亚低磷胁迫引起的花生光合障碍。外源钙素增加了亚适宜磷浓度花生植株的鲜重和干重,以及0.5-1 mm直径范围内的根长、根表面积、根体积和根尖数。外源钙调控提高了花生叶片的光合能力、叶绿素含量、光合磷利用效率(PPUE)和光合氮利用效率(PNUE)。亚适宜低磷使PSII发生光抑制,主要表现在:(1)PSII发生光抑制,光合量子产量降低的原因是供体侧(OEC)受损伤,受体侧(Q_A~-到Q_B的电子传递)受阻。(2)PSI光合量子产量下降,主要原因是供体侧限制[Y(ND)]增加,这与PSII对PSI的保护机制有关。(3)花生叶片光系统耐强光能力下降,电子传递速率下降,PQ库减小。外源钙调控促进光保护机制,减轻光抑制引发的光损伤,主要表现在:(1)外源钙调控使叶片的类黄酮数量升高,增强抗氧化能力,减轻活性氧的伤害,(2)外源钙调控加快了环式电子传递,减轻光系统电子传递的压力,保护PSII和PSI。(3)外源钙调控提高了玉米黄质的积累,维持了类囊体膜较高的完整度和ATP酶活性,减轻膜的过度酸化。
【学位单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S565.2
【部分图文】：

为植物第二信使，广泛参与调节细胞的各种生理活动和逆境胁成、细胞分裂与伸长以及其对逆境的响应，对维持细胞壁和细胞用（Kader and Lindberg, 2010; Torrecilla et al, 2000）。Ca2+参与植低温（Zhangetal, 2014; 梁颖与王三根,2001）、高温（Sharkeyandt al, 2000）、干旱（Zou et al, 2015）、强光（Yang et al, 2013）、弱迫应答中都起着非常重要的调节作用。钙一般以三种形式存在于、共价结合态的钙以及松散结合态的钙（Ge andTian, 2007）。外主要作用在 Ca2+的信号调节作用（Hochmal et al, 2015）。信号对光合作用的调控明，植物叶绿体中往往含有大量的 Ca2+（15-25 mM），被认为是或者钙调素在植物叶绿体中充当结构性、功能性组分的角色。叶化会影响细胞质钙离子与蛋白结合的功能并且可调节 PSII 氧气物光合膜上的电子传递（Hochmal et al, 2015）（图 2）。叶绿体又。钙离子结合蛋白是植物逆境信号的感知器，可以与钙离子结合迫环境（Webb, 2013）。
【参考文献】

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3 熊路;曾红远;吴佳宝;邱柳;徐娟;刘登望;李林;;花生钙素营养研究进展[J];中国农学通报;2012年12期

4 兰忠明;林新坚;张伟光;张辉;吴一群;;缺磷对紫云英根系分泌物产生及难溶性磷活化的影响[J];中国农业科学;2012年08期

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8 李燕婷;李秀英;肖艳;赵秉强;王丽霞;;叶面肥的营养机理及应用研究进展[J];中国农业科学;2009年01期

9 任海红;刘学义;李贵全;;大豆耐低磷胁迫研究进展[J];分子植物育种;2008年02期

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本文编号：2836726