温室切花百合对干旱胁迫响应的叶绿素荧光诊断研究

论文摘要

水分是影响植物生长发育的关键因子之一。光合作用是作物产量和品质形成的基础,而干旱胁迫则通过气孔限制和非气孔限制直接影响光合作用。由于温室内光环境复杂,适用于大田作物干旱胁迫的遥感等检测方法在温室作物干旱胁迫检测方面受到限制。叶绿素荧光技术利用主动光源,从电子传递链中能量平衡的角度反映叶片光系统的运转状况,从而成为检测光合作用的探针。为了探索应用叶绿素荧光技术检测干旱胁迫的可能性,本研究以东方百合‘索邦’（Lilium spp.’Sorbonne’）为试验材料,于2009年12月～2011年5月在南京市农科所PC连栋温室内进行了不同水分梯度（CK:-4～-10kPa、T1:-10～-15kPa.T2:-15～-20kPa.T3:20～-30kPa、T4:-30～-40kPa）的栽培试验,建立了环境光温背景对叶绿素荧光参数测值影响的的校订函数；通过比较和分析胁迫处理期间及复水后叶绿素荧光参数和光合速率的变化规律,明确了叶绿素荧光诊断参数,提出了干旱胁迫叶绿素荧光诊断思路；利用FvCB扩展模型,确定了干旱胁迫下光合速率和叶绿素荧光参数的关系,初步探讨了基于叶绿素荧光参数的干旱胁迫诊断方法。具体结果如下：（1）叶绿素荧光参数环境背景光温校订函数的确定。利用不同定植期无干旱胁迫的栽培试验数据,系统分析了叶绿素荧光参数随测量时环境光温背景的变化规律。结果表明,在光合作用的最适温度范围内,额定PAR下测定的各个叶绿素荧光参数相对稳定；随着入射光合有效辐射（PAR）的增加,量子利用效率（Φ2）呈指数下降,可调节性能量耗散（ΦNPQ）呈线性上升,非调节性能量耗散（ΦNO）保持稳定。在光合作用的最适温度范围之外,叶绿素荧光参数会由于光合电子传递链受到抑制而发生变化,表现为Φ2和基于Lake模型计算出的光化学淬灭系数（qL）随着温度的降低或升高呈正弦下降,ΦNPQ呈正弦上升,变化幅度随着PAR的增加而增大,ΦNO。仍然保持稳定。潜在最大光能利用效率（Fv/Fm）对环境光温背景不敏感。在此基础上,进一步建立了Φ2、qL、ΦNPQ的光温校订函数。利用独立的试验资料对校订函数的校订效果进行检验,结果表明,校订函数的Φ2、qL、ΦNPQ计算值和实测值之问的决定系数（r2）和相对回归估计标准误（rRMSE）分别为0.96、0.87、0.96和3.19%、6.12%、10.9%。（2）叶绿素荧光参数对干旱胁迫的响应及叶绿素荧光诊断参数的确定。利用干旱胁迫处理期间及恢复正常供水的试验数据,分析复水前后叶绿素荧光参数值的变化规律,结果表明,胁迫后可恢复的叶绿素荧光参数为Φ2、qL、ΦNPQ和ΦNO,不可恢复的叶绿素荧光参数为Fv/Fm.其中,复水后处理的Φ2和ΦNO与对照差异显著,而qL和ΦNPQ与对照差异不显著。Φ2与光合速率关系最佳,同时是使用FvCB扩展模型估算光合速率的必要因子；ΦNO对光温背景不敏感,而对干旱胁迫比Fv/Fm更加敏感,且复水后略有回复,因此可作为预防胁迫发生的指标；充分暗适应下Fv/Fm一旦下降不可恢复,可用来衡量生理胁迫,其下降程度带表永久损伤的光合器官所占的比例。因此,干旱胁迫的叶绿素荧光诊断参数确定为Φ2、ΦNO和Fv/Fm.（3）基于叶绿素荧光参数的干旱胁迫诊断方法初探。根据复水前后电子传递限制条件下光合速率（Aj）和Φ2的试验观测数据,利用FvCB扩展模型,确定了干旱胁迫下光合速率和叶绿素荧光参数的关系。结果表明,在光照限制条件下,复水前后的Aj与Φ2均呈线性相关,拟合直线的斜率s代表单位电子的碳同化能力,截距Rd代表呼吸作用。s和Rd均随着胁迫程度的增加而降低；复水前后,两条基于Aj与Φ2的拟合直线的斜率s的差距代表干旱胁迫下气孔限制对光合作用的影响所占的比例。由于光合速率受气孔限制影响很大,而叶绿素荧光参数则因多种电子途径的存在而对气孔限制敏感性较低。因此,复水后Aj和Φ2的关系和复水前叶绿素荧光诊断参数的变化均能反映植株是否受到生理损伤及损伤程度。本研究明确了温室切花百合干旱胁迫的叶绿素荧光诊断参数,并利用FvCB扩展模型,确定了干旱胁迫下光合速率和叶绿素荧光参数的关系。研究结果为今后进一步建立基于叶绿素荧光参数的水分胁迫诊断模型奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1 研究背景
• 2 植物的水分生理及其胁迫诊断
• 2.1 植物水分生理
• 2.2 干旱胁迫诊断存方法及在问题
• 3 叶绿素荧光研究进展及应用价值
• 3.1 叶绿素荧光产生的基本假设与存在问题
• 3.2 常见的叶绿素荧光参数算法及其生物学意义
• 3.3 叶绿素荧光参数的使用
• 3.4 电子传递链中能量平衡关系及PSⅡ的结构假说
• 3.5 干早胁迫对叶绿素荧光参数的影响
• 4 偶联光合荧光
• 5 本研究的目的和意义
• 参考文献
• 第二章 环境光温背景对叶绿素荧光参数影响及校正
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料与试验设计
• 1.2 观测项目及测定方法
• 2 结果分析
• 2.1 光温背景对叶绿素荧光参数的影响
• 2.2 光温背景对叶绿素荧光参数影响的校订
• 2.3 校订效果的检验
• 3 讨论与结论
• 参考文献
• 第三章 叶绿素荧光诊断参数的确定及诊断方法初探
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料与设计
• 1.2 测定项目及方法
• 2 结果分析
• 2.1 基于叶绿素荧光的胁迫诊断思路
• 2.2 叶绿素荧光诊断参数的确定
• 2.3 基于叶绿素荧光的干旱胁迫诊断方法初探
• 3 讨论与结论
• 参考文献
• 第四章 讨论与结论
• 1 讨论
• 1.1 叶绿素荧光参数对环境光温背景的响应
• 1.2 叶绿素荧光参数对干旱胁迫的响应
• 1.3 复水前后光合速率和叶绿素荧光参数的关系
• 2 结论
• 3 本研究创新之处
• 4 今后发展方向
• 参考文献
• 致谢