长三角地区设施作物逆境条件下叶绿素荧光特性研究

发布时间：2018-01-02 00:20

  本文关键词：长三角地区设施作物逆境条件下叶绿素荧光特性研究　出处：《南京农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：我国长三角地区的设施农业十分发达,是我国设施农业的重要组成部分。但是,由于其特殊的地理位置,使得该地区的设施农业生产面临着不同的环境逆境问题。针对这些问题(冬季持续低温弱光、夏初梅雨、夏季高温且设施土壤盐渍化问题严重),以温室甜椒为研究对象,采用叶绿素荧光诱导分析技术,通过分析荧光特性参数,研究了不同环境逆境对作物生长发育和光合作用能力的影响,并通过延时补光等措施,证实了针对不同的设施环境逆境,改善作物光环境等,可以有效缓解相应逆境对作物造成的生长抑制和光合抑制,研究可为长三角地区的温室逆境生产提供防护参考。1.研究了长三角地区冬季温室逆境对作物的影响,发现低温弱光环境显著抑制了作物株高的伸长和茎粗的生长(p 0.05);作物的叶绿素荧光参数中有效光电子转移速率ETR显著降低(p0.05);其他叶绿素荧光参数并无显著变化,但是,在试验过程中作物叶片的实际光合量子产量Y(Ⅱ)、有效光电子转移速率ETR、光化学猝灭系数qL、非光化学猝灭系数NPQ和最大光化学量子产量Fv/Fm均呈现先升高后降低的趋势,说明作物对逆境存在着一定的适应机制,可以在短时间内维持自身的光合作用能力,而当长期受到环境逆境影响时,作物的光合作用能力将会受到抑制,光合作用速率降低。针对冬季温室低温弱光的环境特点,设计了 LED弱光(65μmol m-2s-1)补光试验,研究LED补光对温室逆境下作物生长的影响,试验采用高亮度红色(R,波长660nm)和蓝色(B,波长460nm) LED灯珠为补光光源,选取红蓝混合A光质(6R3B)、B光质(8R1B)两种LED组合方式,设置不同的延时补光模式,对冬季持续低温弱光逆境生长条件下的辣椒进行延时补光。结果表明,补光可以促进逆境下辣椒的生长,提高产量,维持辣椒叶片的光合作用能力稳定,增强辣椒叶片的光合作用速率;不同的LED光质对辣椒的影响是不同的,采用B光质补光有利于促进辣椒株高、茎和叶的增长,采用A光质补光有利于促进辣椒产量的增加和光合作用效率的提高,A光质补光6小时(A1),果实鲜重和干重分别比不补光对照组高出303.3 %和501.3 %,实际光合量子产量Y(Ⅱ)、有效光电子转移速率ETR以及光化学猝灭系数qL均为最大,分别比不补光对照组高114.38%、114.52 %和211.65%,非光化学猝灭系数NPQ值为最小,说明对冬季温室作物进行合理的弱光补光,可以有效的缓解低温弱光逆境所造成的作物生长缓慢的问题,并保护作物叶片光合作用的有效进行。2.研究了长三角地区夏初温室梅雨逆境对作物的影响,试验发现,直接暴露在温室梅雨逆境环境下的辣椒,其株高和冠层幅宽生长明显(p 0.05),而茎粗并无显著变化,表明辣椒出现了徒长现象;而辣椒的叶绿素荧光参数:实际光合量子产量Y(Ⅱ)、有效光电子转移速率ETR、光化学猝灭系数qL、非光化学猝灭系数NPQ和最大光化学量子产量Fv/Fm均随着试验的进行呈缓慢下降的趋势,其中ETR在试验后期明显下降(p 0.05),说明温室梅雨逆境会抑制辣椒叶片的光合作用能力,显著降低叶片的光合作用速率。根据温室梅雨逆境的特点,对温室辣椒进行了补光试验,研究采用了高亮度红色(R,波长660nm)和蓝色(B,波长460nm) LED灯珠作为补光光源,选取红蓝混合L1光质(6R3B)和L2光质(8R1B)两种LED组合方式,补光强度为150 μmol m-2 s-1,通过设置不同的补光模式,对处于梅雨季节生长环境下甜椒的生长发育和光合作用能力进行了试验研究。结果表明,补光可以促进叶片叶绿素含量的增加,缓解温室梅雨逆境对辣椒叶片光合作用的抑制;两种补光光质对辣椒的促进作用不同,采用L2光质补光更有利于促进辣椒株高、茎和叶的增长,但是由于作物已经出现徒长趋势,所以不建议采用L2光质对作物进行补光:采用L1光质补光有利于促进辣椒产量的增加和光合作用效率的提高,L1光质补光2小时(L1-1),辣椒的果数、果实干重和果实干重比分别比不补光对照组高出7.84 %,47.69 %和3.57 %;L1光质补光4小时(L1-2),实际光合量子产量Y (Ⅱ)、电子转移速率ETR以及光合猝灭系数qL均为最大,分别比不补光对照组高25.53 %,23.73 %和44.12 %,说明了,对梅雨季节的温室作物进行适当的补光可以维持作物光合作用能力的稳定。3.针对我国长三角地区夏季温室作物生产所面临的持续高温和Ca(N03)2盐分双重逆境问题,结合叶绿素荧光诱导分析技术,以开花期甜椒为试材,研究了温室内高温环境下不同浓度外源Ca(N03)2处理(OmM,50mM, 100mM, 150mM, 200mM)对甜椒生长、前期产量和光合作用能力的影响。结果表明:50mMCa(NO3)2处理下甜椒的单株果重和单株坐果数显著高于其他处理组,分别比对照组高出了 55.85 %和12.90%。胁迫21d后,OmM,150mM和200mM盐分处理下的Fv/Fm显著降低,Fo显著升高,作物叶片PSⅡ系统受到损坏;50mM和100mM Ca (N03)2处理组甜椒的Fv/Fm始终保持稳定。50mMCa(NO3)2处理组甜椒的Y(Ⅱ),qL,ETR均优于其他处理组,35d后分别高于对照组15.22 %、12.36%、50.00%; NPQ低于其他处理组,35d后比对照组低14.08%。说明在高温盐分双重影响下,低浓度Ca(N03)2可以有效维持甜椒叶片光合结构稳定,确保光合作用有效进行;浓度过高则会加重高温逆境对甜椒生长、产量和光合作用能力的抑制。研究认为0-50mM的外源Ca(N03)2浓度范围为最优盐阈,最高不宜超过100mM,并且可以通过检测甜椒叶片的Y(Ⅱ)、ETR、qL和Fv/Fm值,判断实际生产中营养液Ca(N03)2含量的合理性,指导营养液灌溉。4.针对以上试验中发现的利用叶绿素荧光仪测定作物的荧光诱导参数耗时较长的问题,依据叶绿素荧光图像获取具有快速、便捷、直观等优点,研究尝试通过自行搭建的叶绿素荧光图像采集平台,在获取荧光图像的基础上,拟运用支持向量机(SVM)算法快速预测叶绿素荧光诱导参数。该平台通过配有460-480 nm滤光片的CCD相机获取荧光图像,激发光源为473nm LED的蓝紫光,激发强度为9.5 mW,相机的曝光时间为200 ms,相机与光源距离载物台的高度为20 cm。研究对MINI-PAM Ⅱ测得辣椒的叶绿素荧光诱导参数与该叶绿素荧光图像采集平台获取的相应位置的荧光图像分量进行建模分析,结果表明:以RGB和GRAY作为输入,SVM算法对Y(Ⅱ)、ETR、qL、NPQ和Fv/Fm预测结果较好,优于以HSV和GRAY作为输入时的效果,其中以RGB和GRAY作为输入时Y(Ⅱ)、ETR、qL、NPQ和Fv/Fm的预测值与实测值之间的相关系数 R 为:0.935、0.941、0.994、0.987 和 0.991,均方根误差 RMSE 为:0.100、0.036、0.013、0.025和0.023,说明设想具有一定的可行性。
[Abstract]:In this paper , the effects of different environmental adverse conditions on crop growth and photosynthetic inhibition were studied . The effects of different environment stress on crop growth and photosynthetic inhibition were studied . In this paper , the effects of photosynthetic quantum yield Y ( 鈪，

本文编号：1366873