光合作用.doc

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低温胁迫对红掌（粉冠军）光合特性与叶绿素荧光的影响

摘要：

温度是植物生长和发育的必要条件之一，低温是影响许多植物的产量和地理分布的一个主要环境因素。

光合系统对低温胁迫非常敏感，实验采用低温胁迫的方法,利用光合仪测定技术和叶绿素荧光技术,研究在低温胁迫下红掌的光合生理变化。

本实验以红掌（粉冠军）为试材,培养条件：

光周期12/12h，温度25/18℃，光强62000lx培养。

分别转入低温弱光（3/3℃,光周期12/12h，光强62000lx）和偏低温弱光（10/10℃，光周期12/12h，光强62000lx）下分别胁迫22h,然后用光合仪和叶绿素荧光仪对其叶片进行测定，研究其光合速率及叶绿素荧光特性的变化【1】。

结果表明，与对照组CK相比,4℃的低温胁迫使红掌（粉冠军）叶片的净光合速率（Pn）降低，最大光化学效率（Fv/Fm）、PSⅡ实际光化学效率（ΦPSⅡ）、光合电子传递速率（ETR）也均同时下降。

研究发现，低温胁迫会直接损伤光合机构，使PSⅡ反应中心失活，引起其光能原初捕捉能力和光能同化率减弱，增加了通过热辐射消耗的光能比例，最终导致粉冠军光合作用能力减弱。

Abstract:

theGongZhang（powderchampions）astestmaterials,cultureconditions:

lightcycle12/12,25/18℃temperatureh,lightintensitylx6200/0training.Temperatureandweaklightintorespectively（3/3℃,lightcycle12/12h,lightintensitylx）andpartial62000temperatureandweaklight（10/10℃,lightcycle12/12h,lightintensitylx62000）,then22hrespectivelystressinphotosyntheticinstrumentandapparatustoitsleafchlorophyllfluorescenceweredetermined,andstudythephotosyntheticrateandthechangeofchlorophyllfluorescenceproperties.Theresultsshowthat,comparedwiththecontrolgroup,3℃CKthelowtemperaturestressmakeGongZhang（powderchampions）theleavesofthenetphotosyntheticrate（thePn）reduce,thebiggestphotochemicalefficiency（Fv/Fm）,PSⅡactualphotochemicalefficiency（ΦPSⅡ）,photosyntheticelectronictransferrate（ETR）alsoarealsodown.Researchfoundthatlowtemperaturestresswilldirectdamagephotosyntheticinstitutions,makePSⅡresponsecenter,causethedeactivationlightoriginalcatchabilityandlightenergyassimilationrateisabate,increasetheproportionoflightenergyconsumptionbyheatradiation,eventuallyleadingtopowderchampionsphotosynthesisdecreasedability.

关键词：

粉冠军红掌低温胁迫光合作用

植物的生长发育主要是依靠其进行光合作用，光合作用是地球上最重要的生命现象，是唯一能把太阳能转化为稳定的化学能贮存在有机物中的过程，是农作物产量形成的决定性因素，因此，提高光合作用对于提高农作物产量具有重要意义。

在影响光合作用的各种因素中，温度历来受到很大重视.。

随着全球变化的加剧，温度的影响越来越突出.。

因此，研究温度对植物的影响在理论和生产实践上均有重要意义。

光合作用对温度非常敏感，轻度的温度变化就会使植物的光合速率变化，甚至有时生长受到明显的抑制【2】。

低温对植物光合作用的抑制已经进行了深入探讨，但仍有许多不足。

红掌，天南星科，花烛属。

性喜温热多湿而又排水良好的环境，怕干旱和强光暴晒。

其适宜生长昼温为26～32℃，夜温为21～32℃。

所能忍受的最高温为35℃，可忍受的低温为14℃。

光强以16000～20000lx为宜，空气相对湿度（RH）以70%～80%为佳。

四季开花。

原产于南美洲热带雨林潮湿、半阴的沟谷地带，通过引种改良和用光、温、水调节系统的大棚栽培，现世界各国均有栽培。

植物光合作用的方法有两种，其一是开放式测定法，该法步骤简单，测定过程对植物的干扰相对较小，但此法需要CO2分析仪有较高的灵敏度【3】。

其二是封闭式测定法，要求严格密闭不能漏气，否则无法测定，且要经常更换CaCl2【2】。

荧光是研究光能分配的探针，通过调节PSⅡ反应中心的开放程度干涉荧光的发射，根据不同情况下荧光的变化来分析光和机构运行情况。

荧光发射与原出光化学活动、热耗散过程是相互竞争的一种关系。

因此，荧光产量的变化反映了光化学效率和热耗散能力的变化[3]。

目前有关喜温植物在低温处理对光合速率及叶绿素荧光特性的变化研究仅在黄瓜、番茄和茄子等少数作物上有相关报道，胁迫后对红掌等观赏植物叶片光合特性的研究较少，在红掌上还未见相关报道.光合作用是植物最基本的生命活动,是植物合成有机质和获取能量的来源,而光合器官又是植物的冷敏感部位,低温可直接影响光合机构的性能和活性叶绿素a荧与光合作用中各种反应密切相关,包含了许多光合作用信息,逆境因子对植物光合作用的影响也可通过它反映出来。

为此,本试验模拟偏低温和低温两种逆境条件,以我国观赏植物红掌（粉冠军）为试材研究这两种低温胁迫对粉冠军光合作用和叶叶绿素荧光特性的影响。

探讨低温胁迫对粉冠军光合机构的影响机理,为寻找缓解观赏植物低温逆境障碍、指导栽培技术体系的建立提供理论依据。

1材料和方法

1.1材料

红掌（粉冠军）

1.2所用仪器

TPS—1光合仪，FMS—2荧光仪，培养箱，灯泡（作光源用）或者室外阳光

1.3方法

1.3.1材料培养

将从农科院园艺所温室中购买的粉冠军培养于17日在人工气候箱（光照培养箱）培养。

培养条件为：

对照（CK）：

光周期为12/12小时，温度为25/18℃，光强6200/0Lux，18日上午进行低温处理：

光周期为12/12小时，温度为3/3℃，光强6200/0Lux

1.3.2低温胁迫处理

一天后把人工气候箱中的部分正常培养材料（光周期为12/12小时，温度为25/18℃，光强6200/0Lux）放在培养箱中3/3℃处理2－3小时，处理完后进行测定。

1.3.3光合特性参数的测定

选择并标记长势相同的三片叶子，直接测定净光合速率。

将TPS—1光合仪与叶室连接，打开主机电源进行设定。

夹上叶片，C02下降稳定后记录测定结果。

以人工气候箱中培养的粉冠军为对照组，低温处理的粉冠军为实验组，设置两个重复。

测定结束，将数据导出，记录分析结果。

1.3.4叶片叶绿素荧光参数的测定

叶绿素荧光参数的测定用FMS—2荧光仪测定各项荧光参数,测定叶片的部位与光合作用相同,测定前先暗适应20min,测定时调整叶片使其受光量尽量一致,以减少误差。

测定暗适应下初始荧光产量（F0）、最大荧光产量（Fm）、可变荧光产量（Fv=Fm-F0）,暗反应下PSⅡ（电子传递速率）反应中心完全开放的最大光化学速率（Fv/Fm），以及光适应下同一发育阶段的叶片的初始荧光产量（F0’）、最大荧光产量（Fm’）、可变荧光产量（Fv’=Fm’-F0’）、光反应下PSⅡ反应中心完全开放的最大光化学速率（Fv’/Fm’）、稳态荧光产量（Ft或Fs）。

公式为:

实际光化学效率ΦPSⅡ=（Fm’-Fs’）/Fm’;光化学猝灭系数qP=（Fm’-Fs’）/（Fm’-F0’）；1-qP表示PSⅡ反应中心的关闭程度；非光化学猝灭系数qNP=（Fm-Fm’）/（Fm-F0’）；ETR=PSⅡ*absorbedPFD*0.5。

2结果和分析

2.1低温胁迫对红掌光合作用的影响

表一：

低温胁迫下红掌光合作用参数数据记录

C02ref

C02diff

PAR

Evap

Gs

Pn

Cint

粉冠军ck

粉冠军4℃

408.8

414.7

-2.4

-1.3

224

111

0.24

0.38

18.25

17.25

0.24

0.28

371.62

374.75

（表中数据均为平均值）

由表一得：

与CK时比，两种低温弱光胁迫处理均降低了叶片的净光合速率（Pn），即表现出明显的胁迫剂量效应。

低温弱光处理的气孔导度（Gs）前期与对照差异不显著,后期迅速下降,低温处理的Gs则逐步降低.低温弱光处理的Pn、Gs始终低于偏低温处理,且均远低于对照。

表二：

低温胁迫下红掌叶片荧光参数数据记录

F0

Fm

Fv

Fv/Fm

Fs

ΦPSⅡ

ETR

粉冠军ck

粉冠4℃

245

238

981

916

736

818

0.748

0.775

272.57

238.62

0.5178

0.3990

1.1080

0.9691

（表中数据均为平均值）

由表二得：

Fo和Fv/FmFv/Fm反映PSⅡ反应中心最大光能转换效率,其变化程度可用来鉴别植物抵抗逆境胁迫的能力。

粉冠军叶片的净光合速率（Pn）降低，Fv/Fm降低，PSⅡ实际光化学效率（ΦPSⅡ）降低，光合电子传递速率（ETR）降低，即低温胁迫导致粉冠军光合作用能力减弱。

从上表的可知光合系统对低温胁迫非常敏感,低温胁迫导致光合作用时的气孔抑制，使气孔导度下降，蒸腾失水减弱造成光合作用减弱外，还会直接损伤光合机构，降低PSⅡ潜在活性及光化学效率，使PSⅡ反应中心失活，引起其光能原初捕捉能力和光能同化率减弱，吸收的光能但不能推动电子传递，增加了通过热辐射消耗的光能比例，最终导致粉冠军光合作用能力减弱。

而红掌为景天科作物，白天主要进行呼吸作用，夜间主要进行光合作用。

因此白天测量其光合作用参数较为困难所测得数据也均有所偏差。

3结果分析

光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。

影响光合作用有两大因素：

外部因素和内部因素。

外部因素主要为光照，温度，湿度和CO2浓度；内部因素有叶龄和叶的生育