不同弱光耐受性甘薯在弱光下的光合和荧光特性分析.pdf

江苏农业学报 张小红 鄢 铮 魏广彪 不同弱光耐受性甘薯在弱光下的光合和荧光特性分析 江苏农业学报 不同弱光耐受性甘薯在弱光下的光合和荧光特性分析 张小红 鄢 铮 魏广彪 福州市农业科学研究所 福建福州 收稿日期 基金项目 福建省科技厅引导性项目 作者简介 张小红 女 福建厦门人 硕士 副研究员 主要从 事作物良种选育与栽培生理 配套技术研究 摘要 本研究以耐弱光品种榕薯 和不耐弱光品种榕薯 为材料 采用自然光照 和遮光 处理 遮光 后测定甘薯叶片的光合作用和叶绿素荧光特性相关指标 结果表明 遮光 处理的 个甘薯品种净光 合速率 最大净光合速率 光饱和点 光补偿点 均显著低于对照 自然光照和遮 光 处理榕薯 的 均高于榕薯 暗呼吸速率 低于榕薯 自然光照和遮光 处理 个甘薯品种对 响应情况不同 榕薯 的最大羧化速率 最大电子传递速率 均高于榕薯 补偿点 低于榕薯 光合诱导过程中 个甘薯品种对高光诱导的响应存在差异 榕薯 反应 速度较快 遮光 处理 个甘薯品种非光化学淬灭系数 均显著高于对照 暗适应下最大光化 学量子效率 光适应下 最大光化学量子效率 表观电子传递速率 显著低于对照 自然光照和遮光 处理榕薯 的 均不低于榕薯 遮光 处理 个 甘薯品种的 实际光化学效率 均显著低于对照 非光化学淬灭耗散比例 荧光耗散比例 显 著高于对照 遮光 处理榕薯 产量下降幅度低于榕薯 综上所述 耐弱光品种榕薯 对弱光适应性 更强 在弱光胁迫下能维持较高水平的净光合速率 光诱导反应速度和非光化学热耗散能力 产量下降幅度较小 关键词 甘薯 弱光耐受性 遮光处理 光合特性 叶绿素荧光 产量 中图分类号 文献标识码 文章编号 甘薯是中国 大粮食作物之一 年种植面 积占全球总面积的 总产量占全球总产量 的 甘薯是一种短日照作物 甘薯植株 内部的叶片分布紧凑 通风 透光和透气性差 导致 甘薯光能利用率较低 生产上 山地阴面种植 大棚 设施栽培 与高秆作物套种时 甘薯都不同程度地受 到弱光胁迫 因此 选育高光效 耐弱光的甘薯新品 种 以及研究弱光胁迫对甘薯生长发育 光合效能的 影响具有重要意义 前人已研究了弱光胁迫对甘薯农艺性状 产量 品质 光合作用及抗氧化防御系统等的影响 遮阴 处理会导致甘薯蔓长与节间数变长 叶面积指数增 大 茎变细 分枝数减少 根长缩短 以及块 根产量 品质和干物质率降低 耐弱光甘薯品种的相 应指标则下降幅度较小 赵习武等 研究了遮 阴处理对甘薯的光响应曲线 净光合速率 气孔导 度 胞间 浓度等光合特性指标的影响 侯夫云 等 研究了遮阴处理对甘薯的过氧化物酶 超氧化物歧化酶 过氧化氢酶 丙二 醛 等抗逆性指标的影响 目前国内外关于弱光胁迫对作物光合作用影响 的研究主要集中在马铃薯 大豆 玉 米 小麦 花生 魔芋 等作物 关于甘 薯的研究鲜见报道 在本试验前期 进行了遮阴处 理对 个甘薯品种生长 产量和品质的影响 以及 不同遮光率 遮阴持续时间 对甘薯生长的影响对比试验 从 中筛选出榕薯 耐弱光 和榕薯 不耐弱光 个不同弱光耐受性的甘薯品种作为试验材料 本 研究分析了遮光 处理的不同弱光耐受性甘薯 的叶绿素荧光特性 光合特性及产量差异 为耐弱光 甘薯新品种选育以及弱光环境栽培的甘薯品种选择 提供理论依据 材料与方法 试验材料 供试甘薯品种为榕薯 耐弱光 和榕薯 不耐弱光 均为福州市农业科学研究所自主选育 的品种 遮阳网为黑色聚乙烯遮阳网 遮光率为 试验方法 年在福州市农业科学研究所试验田 开展试验 试验田土质为乌泥土 土层 值为 碱解氮含量为 速效磷含量为 速效钾含量为 有机质含量 为 试验采用双因素随机区组排列设计 第 一因素为光照 设置自然光照 和遮光 处 理 第二因素为甘薯品种 个甘薯品种为榕薯 耐弱光 和榕薯 不耐弱光 设置 次重 复 每个小区种植两行 每行种植 株 行距 株距 小区面积 月上旬将薯苗 栽插定植 待薯苗成活后 搭建拱棚 拱棚上全覆盖 遮阳网 全生育期拱棚四周封闭遮阴 肥水和病虫 害防治按照常规田间管理进行 测定指标及方法 遮阴 后 于 月上旬采用 便携 式光合测定仪 美国 公司产品 测定各项参 数 选择生长正常的植株顶端往下第 张功能叶进 江苏农业学报 年第 卷第 期 行测定 各项指标均重复测定 次 光合作用气体交换参数测定 在天气晴朗 的上午 测定净光合速率 气孔导 度 胞间二氧化碳浓度 蒸腾速率 水 汽压亏缺 光响应曲线 采用 注入系统 控制叶室内的 浓度为 采用红蓝光源设置光合有效 辐射的梯度为 根据 等 的方 法拟合 光响应曲线 计算出最大净光合速 率 光饱和点 光补偿点 暗呼吸速 率 表观量子产额 响应曲线 参比室的 浓度梯度设置 为 光 合有效辐射为 参考许大 全 的方法 将 响应曲线的直线部分进行拟 合 拟合后计算出羧化效率 补偿 点 最大羧化速率 最大电子传递速 率 光合诱导曲线 测定的前 先将待测叶片 用黑布包裹 遮光处理 测定时 设置光合有效辐射 为 参考 等 的方 法 计算 净光合速率达到最大净光合速率 所需的时间 净光合速率达到最大净光 合速率 所需的时间 光诱导 时净 光合速率占最大净光合速率的百分比 光诱 导 时净光合速率占最大净光合速率的百分 比 光诱导 时净光合速率占最大净 光合速率的百分比 叶绿素荧光参数 测定光合作用气体交换 参数当天晚上 植株经过充分暗适应 于第 测定叶绿素荧光参数 暗适应 后 测定 初始荧光 最大荧光 暗适应 下最大光化学量子效率 打开光源 测定光适应 条件下的 稳态荧光 最大荧光 最小 荧光 参照 等 的方法计算光 适应下 非光化学淬灭系数 光化学淬灭 系数 实际光化学量子效率 光适应下 最大光化学量子效率 表 观电子传递速率 按照 等 的方法计 算 荧光耗散比例 非光化学淬灭耗散比 例 实际光化学效率 产量测定 种植 后 将各小区的薯块 收获称重 按照小区面积折算为每公顷鲜薯产量 数据统计与分析 取 和 年 年所测数据的平均值 利用 进行统计分析 利用 进 行差异显著性分析 利用最小显著性差异法 进 行多重比较 结果与分析 遮阴对甘薯光合特性指标的影响 对光合作用气体交换参数的影响 如表 所示 处理榕薯 和榕薯 的 和 均显 著低于对照 与对照相比 处理榕薯 的 和 分别显著降低 处理榕薯 的 和 分 别显著降低 对照和 处理榕薯 的 均高于榕薯 低于榕薯 对光响应参数的影响 如表 所示 处理 榕薯 和榕薯 的 均显著低于 对照 与对照相比 处理榕薯 的 分别显著降低 处理榕薯 的 分别显著降低 与对照相比 处理榕薯 的 显著升高 对照和 处理榕薯 的 均高于榕薯 张小红等 不同弱光耐受性甘薯在弱光下的光合和荧光特性分析 和 均低于榕薯 对 响应参数的影响 如表 所示 处 理榕薯 和榕薯 的 与对照相比无显著差 异 处理榕薯 的 与对照相比 无显著差异 与对照相比 处理榕薯 的 显著降低 与对照相比 处理榕薯 的 分别显著降低 处理榕薯 的 分 别显著升高 对照和 处理榕薯 的 和 均高于榕薯 表 遮光处理不同甘薯品种光合特征参数 光合特征参数 榕薯 榕薯 自然光照 遮光 净光合速率 气孔导度 胞间 二氧化碳浓度 蒸腾速率 水汽压亏缺 最大净光合速 率 光饱和点 光补偿点 暗呼吸速率 表观量子 产额 羧化效率 补偿点 最大羧化速率 最 大电子传递速率 表示同一品种甘薯对照和遮光 处理间差异 显著 遮阴对甘薯光合诱导指标的影响 如表 所示 处理榕薯 的 显 著高于对照 处理榕薯 的 显著低于对照 榕薯 和榕薯 的 均显著低于对照 对照和 处理榕薯 的 均低 于榕薯 对照和 处理榕薯 的 均高于榕薯 表 遮光处理不同甘薯品种光合诱导参数 光合特征参数 榕薯 榕薯 自然光照 遮光 净光合速率达到最大净光合速 率 所需的时间 净光合速率达到最大净光合速率 所 需的时间 光诱导 时净光合速率占最大净光合速率的 百分比 光诱导 时占最大净光合速率的百分比 光诱导 时净光合速率占最大净光合速率的百分比 表示同 一品种甘薯对照和遮光 处理间差异显著 遮阴对甘薯叶绿素荧光指标的影响 如表 所示 处理榕薯 和榕薯 的 均显著高于对照 均显著低于对照 对照榕薯 的 均高于榕 薯 处理榕薯 的 均高于榕薯 表 遮光处理不同甘薯品种叶绿素荧光指标 叶绿素 荧光指标 榕薯 榕薯 自然光照 遮光 初始荧光 最大荧光 暗 适应下最大光化学量子效率 光适应下 最大光化学量 子效率 实际光化学量子效率 表观电子传递速 率 非光化学淬灭系数 光化学淬灭系数 表示同一品种 甘薯对照和遮光 处理间差异显著 遮阴对甘薯吸收光能分配的影响 如表 所示 处理榕薯 和榕薯 的 均显著低于对照 与对照相比 处 理榕薯 的 显著降低 江苏农业学报 年第 卷第 期 处理榕薯 的 显著降低 处理榕薯 和榕薯 的 均显著高于 与对照相比 处理榕薯 的 分别显著升高 处理榕薯 的 分别显著升高 表 遮光处理不同甘薯品种光能分配参数 光能分配参数 榕薯 榕薯 自然光照 遮光 实际光化学效率 非 光化学淬灭耗散比例 荧光耗散比例 表示同一品种甘薯对照 和遮光 处理间差异显著 遮阴对甘薯产量的影响 如表 所示 处理榕薯 和榕薯 的产 量均显著低于对照 与对照相比 榕薯 产量显著降低 榕薯 产量 显著降低 榕薯 产量下降幅 度低于榕薯 表 遮光处理不同甘薯品种的产量 品种处理产量 榕薯 榕薯 自然光照 遮光 表示同一品种甘薯对照和遮光 处 理差异显著 讨论 弱光影响植物的形态结构 生理生化 基因表 达 植物感知 转导和适应弱光胁迫信号是植物适应 弱光环境的表现 不同品种甘薯对弱光的适应性 有差异 本研究中 与自然光照相比 遮光 处 理榕薯 和榕薯 的 及产量均显著下降 说明弱光降低了甘薯 的光合作用能力 导致产量下降 这与前人在甘薯上 的研究结论 一致 耐弱光品种榕薯 的 及遮光 处理的产量均 高于不耐弱光品种榕薯 而榕薯 的 则低于榕薯 说明在弱光条件下 耐弱光品 种榕薯 维持了较高的光合水平 同时降低了呼 吸速率 使干物质能够稳定积累 从而促进甘薯植株 的正常生长和产量提高 是表征植物最大光合 作用能力 光合潜力的重要参数 反映了植物对 强光的适应性 反映植物利用弱光的能 力 较低说明植物能利用较低浓度的 进 行光合作用 降低则可以减少有机物的损耗 有利 于积累有机物 有研究结果表明 较高且 较低的植物光适应性较强 具有更强的耐弱 光能力 这与本研究结论一致 是在饱和光照强度下限制植物光合速 率的重要因素 可反映植物对 的利用能 力 有研究发现 弱光下花生 和橡胶树 的 显著降低 马铃薯 和草莓 的 升 高 魔芋的 降低 本研究中 与自然光照相 比 遮光 处理榕薯 的 显著下 降 与自然光照相比 榕薯 的 则 显著升高 显著降低 这 可能是由于不同作物叶片结构不同 在弱光下对 响应机制有所不同 其机制有待进一步研究 自然光照和遮光 处理榕薯 的 均 高于榕薯 则低于榕薯 耐弱光甘薯品 种的 高于不耐弱光甘薯品种 净光合速率 高于不耐弱光甘薯品种 推测与耐弱光甘薯品种光 合作用过程中 二磷酸核酮糖羧化酶的活性较 高有关 耐弱光甘薯品种的 较低 说明其 在弱光下也能较好地利用低浓度 进行光合作 用 促进甘薯块根的生长发育 叶绿素荧光参数是评价植物弱光耐受性的一个 重要指标 本研究中 与自然光照相比 遮光 处理榕薯 和榕薯 的 显著升 高 显著降低 这与前人在马铃薯 黄瓜 上的研究 结论一致 与自然光照相比 遮光 处理榕薯 和榕薯 的 显著降低 这与前人在黄 瓜 辣椒 小麦 上的研究结论一致 而花 张小红等 不同弱光耐受性甘薯在弱光下的光合和荧光特性分析 生 大豆 槭树 猕猴桃 白英 望天 树 雪茄 等作物遮阴处理后叶片 升高 吴亚男 认为短期遮阴处理玉米 提高 长期 遮阴处理则玉米 下降 不同作物遮阴处理后 的变化不一致 说明遮阴程度 遮阴时期和持 续时间 作物种类等因素都会影响作物对弱光的响 应机制 用于反映植物受到逆境胁迫的程 度 与自然光照相比 遮光 处理榕薯 和榕薯 的 显著下降 可能是因为叶片 受到弱光胁迫 与自然光照相比 遮光 处理榕 薯 和榕薯 的 均 显著降低 显著升高 可能 是由于弱光胁迫导致叶片对 同化能力下降 对 叶绿体中的腺嘌呤核苷三磷酸 烟酰胺腺嘌 呤二核苷酸磷酸 需求减少 导致对 的 反馈氧化还原作用增强 同时 的原初光化学反 应下调了光合电子传递 表现为 下降 非光化学 淬灭增加 增加 减少了激发能的光化学利 用 避免了质体醌 的过分还原 光合作用吸收的光能可通过 种方式消耗 热 能耗散 荧光发射以及促进光化学反应 这 种方式 消耗光能的比例可用作检测光合作用变化情况的探 针 本研究中 与对照相比 遮光 处理榕薯 和榕薯 的 显著下降 显著上升 表明热能耗散的光能增加 这与在黄瓜上的研究结论 一致 遮阴处理后甘 薯通过降低叶片的 抵御弱光胁迫 提高热能 耗散比例 减少 和电子转移链的过度还原 防 止过剩光能破坏光合机构 结论 本研究从大量甘薯品种中筛选出耐弱光甘薯品 种榕薯 和不耐弱光甘薯品种榕薯 探究弱 光胁迫对不同弱光耐受性甘薯光合作用 叶绿素荧 光特性和产量的影响 结果表明 榕薯 的 和 较高 和 较低 在弱光胁迫下能维持 较高水平的净光合速率 光诱导反应速度和非光化 学热耗散能力 产量下降幅度较小 对弱光适应性较 强 榕薯 可用作选育耐弱光甘薯品种的亲本材 料 也可用于山地阴面种植 大棚设施栽培 与高秆 作物套种 植物的弱光耐受性是具有遗传特性的 下一步可对耐弱光基因进行挖掘与克隆转化 选育 出更耐弱光的甘薯新品种 参考文献 李 强 赵 海 靳艳玲 等 中国甘薯产业助力国家粮食安全 的分析与展望 江苏农业学报 蒋 亚 甘薯耐荫性评价及其对弱光的生理响应 重庆 西南大学 魏 来 余明艳 覃楠楠 等 农光耦合系统对田间光照条件和 甘薯生长的影响 浙江大学学报 自然科学版 李韦柳 唐秀桦 韦民政 等 遮阴对淀粉型甘薯生长发育及生 理特性的影响 热带作物学报 张瑞明 气象条件对甘薯栽培和品质的影响 合肥 安徽 农业大学 王庆美 侯夫云 汪宝卿 等 遮阴处理对紫甘薯块根品质的影 响 中国农业科学 赵习武 王晨静 周雅倩 等 不同遮阴处理对四种观赏甘薯光 合特性的影响 北方园艺 侯夫云 董顺旭 张海燕 等 遮荫条件下紫心甘薯的抗氧化防 御系统研究 山东农业科学 李彩斌 郭华春 耐弱光基因型马铃薯在遮阴条件下的光合和 荧光特性分析 中国生态农业学报 秦玉芝 邢 铮 邹剑锋 持续弱光胁迫对马铃薯苗期生长和 光合特性的影响 中国农业科学 黄承建 赵思毅 王季春 马铃薯 玉米不同行数比套作对马铃 薯光合特性和产量的影响 中国生态农业学报 李 瑞 文 涛 唐艳萍 遮阴对大豆幼苗光合和荧光特性的 影响 草业学报 宋艳霞 杨文钰 李卓玺 等 不同大豆品种幼苗叶片光合及叶 绿素荧光特性对套作遮荫的响应 中国油料作物学报 范元芳 杨 峰 何知舟 套作大豆形态 光合特征对玉米荫蔽 及光照恢复的响应 中国生态农业学报 李冬梅 赵奎华 王延波 不同耐密性玉米品种光合特性对弱 江苏农业学报 年第 卷第 期 光响应的差异 玉米科学 杜成凤 李潮海 刘天学 遮荫对两个基因型玉米叶片解剖结 构及光合特性的影响 生态学报 张元帅 冯 伟 张海艳 遮阴和施氮对冬小麦旗叶光合特性 及产量的影响 中国生态农业学报 焦念元 杨萌珂 宁堂原 玉米花生间作和磷肥对间作花生光 合特性及产量的影响 植物生态学报 付 忠 谢世清 徐文果 不同光照强度下谢君魔芋的光合作 用及能量分配特征 应用生态学报 付 忠 谢世清 徐文果 种光强环境下白魔芋生长旺盛期的 光合和叶绿素 荧光特征 应用与环境生物学报 许大全 光合作用效率 上海 上海科学技术出版社 翁忙玲 程慧林 姜卫兵 弱光对园艺植物光合特性及生长发 育影响研究进展 内蒙古农业大学学报 许国春 罗文彬 李华伟 等 彩色马铃薯光合光响应曲线模拟 及其特征参数分析 福建农业学报 李国良 林赵淼 许泳清 等 不同类型甘薯光合光响应曲线拟 合及比较分析 福建农业学报 吴亚男 不同玉米品种耐阴性评价及高产群体结构 沈 阳 沈阳农业大学 潘 妃 邢 铮 秦玉芝 等 几种特色甘薯叶片光合作用特征 的研究 湖南农业科学 董 然 李金鹏 金雪花 等 遮阴对金头饰玉簪光合特性的影 响 江苏农业科学 田耀华 原慧芳 龙云峰 生长光强对六个橡胶树品种幼苗光 合特性的影响 热带亚热带植物学报 刘卫琴 汪良驹 刘 晖 遮阴对丰香草莓光合作用及叶绿素 荧光特性的影响 果树学报 宫丽丹 魏丽萍 倪书邦 持续干旱对油棕幼苗叶绿素荧光动 力学参数的影响 中国农学通报 梁文华 刘嘉翔 杨 露 等 遮荫对紫叶风箱果快速叶绿素荧 光特性的影响 河北农业大学学报 熊 宇 杨再强 薛晓萍 遮光处理对温室黄瓜幼龄植株叶片 光合参数的影响 中国农业气象 周艳虹 黄黎锋 喻景权 持续低温弱光对黄瓜叶片气体交换 叶绿素荧光猝灭和吸收光能分配的影响 植物生理与分子 生物学学报 颉建明 郁继华 黄高宝 等 低恒温和低变温弱光对辣椒光合 作用的影响 兰州大学学报 自然科学版 刘 霞 尹燕枰 姜春明 等 花后不同时期弱光和高温胁迫对 小麦旗叶荧光特性及籽粒灌浆进程的影响 应用生态学 报 韦金河 闻 婧 张 俊 夏季遮光对 种槭树 叶绿素荧 光参数的影响 江苏农业学报 韦兰英 莫 凌 袁维圆 等 不同遮阴强度对猕猴桃 桂海 号 光合特性及果实品质的影响 广西科学 吕洪飞 皮二旭 王岚岚 等 遮荫处理的白英光合作用和叶绿 素荧光特性研究 浙江师范大学学报 自然科学版 黄 菁 魏丽萍 周会平 等 遮荫对望天树生长和生理生化特 性的影响 西南师范大学学报 自然科学版 时向东 文志强 刘艳芳 等 遮荫对雪茄外包皮烟生长和光合 特性的影响 西北植物学报 责任编辑 成纾寒 张小红等 不同弱光耐受性甘薯在弱光下的光合和荧光特性分析