淹水脅迫對植物光合熒光特性的影響

監(jiān)測背景

高等植物是需氧有機(jī)體，需要氧氣（O2）才能完成支持其生命的氧化反應(yīng)。淹水導(dǎo)致根區(qū)的O2缺乏，缺氧導(dǎo)致有氧呼吸停止，導(dǎo)致植物體內(nèi)的能量缺乏，繼而對根系活動和光合代謝產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

據(jù)文獻(xiàn)報道，許多遭受非生物脅迫的農(nóng)作物的根大小與生物學(xué)性能之間存在密切相關(guān)性。葉綠素?zé)晒馐枪庖蕾囆怨夂献饔眠^程的定量和定性指標(biāo)，已被用作鷹嘴豆和硬質(zhì)小麥的耐熱性，大麥的耐旱性或某些豆科和谷類作物的耐鹽性的篩選方法。 葉綠素?zé)晒夂腿~片氣體交換的組合測量已被用來描述暴露于遮蔭菌株下的地下三葉草基因型的適應(yīng)性和植物衰老模式。

系統(tǒng)布設(shè)

意大利卡塔尼亞大學(xué)農(nóng)學(xué)部Rosario 和Michele等人于2018年通過測量水培番茄的葉綠素?zé)晒�，光合速率，葉片電解質(zhì)滲漏和植物生長變量，研究番茄對根區(qū)O2濃度變化的響應(yīng)。在控制箱中，通過氣泵進(jìn)行連續(xù)的通風(fēng)，將O2含量（以下稱為Ox）保持在飽和水平。在低氧（Ox-）處理中，僅當(dāng)根部呼吸將營養(yǎng)液中的O2含量降低至2 mg L-1時才開始通氣，而當(dāng)濃度達(dá)到3 mg L-1時再次停止通氣。 

在缺氧處理開始后30天，使用美國Opti公司OS1p葉綠素?zé)晒鈨x測量了光系統(tǒng)II（PSII）的效率。使用英國ADC公司的LCiT便攜式光合作用系統(tǒng)對完全展開的葉子進(jìn)行了氣體交換測量。在中午左右（當(dāng)?shù)貢r間）測量葉片凈光合速率An、蒸騰速率E、氣孔導(dǎo)度Gs和胞間CO2濃度Ci。

監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖1是觀測過程中根區(qū)O2濃度的控制水平
 

圖1 脅迫處理期間根區(qū)O2濃度變化

研究結(jié)果顯示，在大多數(shù)情況下，根水平O2濃度低的條件下，F(xiàn)o最小葉綠素?zé)晒庾兇�，而Fv可變?nèi)~綠素?zé)晒�、Fm最大葉綠素?zé)晒�，F(xiàn)v/Fm最大光化學(xué)效率都呈現(xiàn)下降趨勢。

葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和根生物量也都表現(xiàn)出降低的趨勢。在缺氧條件下，根系的水力特性降低，隨后氣孔導(dǎo)度降低，導(dǎo)致葉片二氧化碳的利用度降低。
 

圖2 根際缺氧條件下，葉綠素?zé)晒鈪��?shù)、氣體交換和植物生物量的變化

本實驗中，測量葉綠素?zé)晒馍婕暗氖敲绹鳲pti公司生產(chǎn)的OS1p葉綠素?zé)晒鈨x，該儀器的特點如下：

1、內(nèi)置閉環(huán)回路反饋系統(tǒng)，保持長時間測量光強(qiáng)輸出的穩(wěn)定

2、多相飽和光閃Fm’校正協(xié)議，即使較弱的光化光強(qiáng)，也可以測得可靠的Y(II)、ETR和RLC（快速光曲線），降低頻繁使用強(qiáng)飽和光閃對植物光合器官造成損傷。

3、采用25ms內(nèi)8點滾動平均的算法計算最大葉綠素?zé)晒釬m。

4、自動設(shè)置調(diào)制光強(qiáng)，減少手動調(diào)節(jié)的誤差。

參考文獻(xiàn)

Chlorophyll Fluorescence, Photosynthesis and Growth of Tomato Plants as Affected by Long-Term Oxygen Root Zone Deprivation and Grafting

Rosario Paolo Mauro* , Michele Agnello, Miriam Distefano, Leo Sabatino,Alberto San Bautista Primo, Cherubino Leonardi and Francesco Giuffrida

Published:  www.mdpi.com/journal/agronomy  Agronomy 2020, 10, 137;