高溫脅迫下38快菜的光合功能變化論文

1、高溫脅迫下38快菜的光合功能變化生物科學(xué)專業(yè) 裴儒指導(dǎo)教師 邱念偉摘要: 【目的】本文從高溫脅迫角度,研究高溫對(duì)38快菜光合功能的影響?！痉椒ā繉?duì)38快菜幼苗在其每個(gè)脅迫梯度溫度條件下處理2小時(shí)后測(cè)定其熒光、光合、葉綠素、質(zhì)膜透性4項(xiàng)生理指標(biāo)?！窘Y(jié)果】葉綠素含量、質(zhì)膜透性結(jié)果顯示，38快菜在30的高溫表現(xiàn)出一定的熱傷害。凈光合速率的結(jié)果顯示，高溫脅迫下，隨著脅迫溫度的升高，38快菜的凈光合速率均呈顯著地下降趨勢(shì)。葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線的特征：高溫下j相和p相顯著下降，在45和50的高溫脅迫下出現(xiàn)一個(gè)明顯的k相。葉綠素快相熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)中，tfm、sm、n隨著脅迫溫度的升高而明顯增加，rc/cso

2、隨著脅迫溫度的升高而逐漸降低，這4項(xiàng)熒光參數(shù)均對(duì)高溫脅迫十分敏感。【結(jié)論】38快菜不耐高溫。關(guān)鍵詞：38快菜；高溫脅迫；光合功能；快相葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué) the changes on photosynthetic function s of leaves of 38 kuaicai cabbages under high temperature stressstudent majoring in biology science peirututor qiu nian-weiabstract:【objective】the article point to study the effect of h

3、igh temperature on photosynthetic function of 38 kuaicai cabbages【method】38 kuaicai cabbages at each stress gradient temperature 2 hours after the determination of fluorescence, photosynthesis, chlorophyll content, membranous permeability 4 physiological indicators.【results】the "results" o

4、f chlorophyll content, membranous permeability shows that 38 quick dishes at 30 ° c temperature showed a certain amount of heat damage. results showed net photosynthetic rate, heat stress, as the temperature rises, net photosynthetic rate of 38 kuaicai cabbages showed a significant downward tre

5、nd. characteristics of chlorophyll fluorescence kinetics curves: j and p phase under high temperature dropped significantly, at 45 ° c and 50 c heat stress under a distinct k-phase. fast phase of chlorophyll fluorescence kinetics parameters, tfm, sm, n obviously increases with increasing temper

6、ature, rc/cso gradually reduced as the temperature rises, these 4 fluorescence parameters are sensitive to high temperature stress. 【conclusion】38 kuaicai cabbages do not withstand high temperatures.key words: 38 kuaicai cabbages ； high temperature stress；photosynthetic function；fast chlorophya fluo

7、rescence induction kinetics0 引言【本研究的重要意義】高溫脅迫常常影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育,造成農(nóng)作物的嚴(yán)重減產(chǎn)。其中光合作用是綠色植物最主要的功能特征，作物生長(zhǎng)速度的快慢與植物光合作用的強(qiáng)弱密切相關(guān)，同時(shí)光合作用也是植物各種代謝中對(duì)環(huán)境因子最敏感的生理過程，高溫逆境脅迫會(huì)使植物的光合速率下降1。張富存在對(duì)番茄光合特性的研究中發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫下番茄的最大光合速率與高溫呈顯著的負(fù)相關(guān)，即番茄在超過最適宜的生長(zhǎng)溫度范圍后，隨著溫度的逐漸提高，番茄的最大光合速率呈下降趨勢(shì)2。因此合理控制栽培38快菜的溫度是提高38快菜產(chǎn)量的有效途徑之一?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，作物最經(jīng)常遇

8、到高溫的影響。因此本研究從日常生產(chǎn)實(shí)際出發(fā), 以25條件下自然生長(zhǎng)的幼苗為對(duì)照，以每升高5為一個(gè)溫度梯度，依次設(shè)置為25、30、35、40、45、50共六個(gè)溫度處理。通過測(cè)定在不同高溫處理后的4項(xiàng)生理指標(biāo)的變化,論證高溫對(duì)38快菜光合作用影響的效應(yīng)與機(jī)制,以便指導(dǎo)38快菜在農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文以38快菜為實(shí)驗(yàn)材料，通過系統(tǒng)檢測(cè)不同高溫梯度處理38快菜后的熒光、光合、葉綠素、質(zhì)膜透性4項(xiàng)生理指標(biāo)的變化，綜合分析高溫對(duì)38快菜光合功能的影響，全面分析、論證溫度對(duì)38快菜光合作用影響的效應(yīng)與機(jī)制，同時(shí)為設(shè)置合適溫度對(duì)38快菜的種植在農(nóng)業(yè)上的推廣起到指導(dǎo)性意義。1 材料和方法1.1 實(shí)

9、驗(yàn)材料培養(yǎng)與處理本實(shí)驗(yàn)所用材料為大白菜栽培品種：38快菜（神獅38快菜、山東濰坊種子公司神獅分公司生產(chǎn)）。選擇籽粒飽滿、大小均一的大白菜種子，將其播種于塑料花盆內(nèi)，花盆直徑28cm、深23cm，基質(zhì)為蛭石，每個(gè)花盆播種20粒，培養(yǎng)期間澆灌完全hoagland營(yíng)養(yǎng)液，間苗后每盆保留約4-7棵生長(zhǎng)一致的大白菜幼苗。所有材料均培養(yǎng)于曲阜師范大學(xué)的植物恒溫培養(yǎng)室中，高溫脅迫育苗時(shí)培養(yǎng)室溫度控制在25±1，光周期16h/8h，光照強(qiáng)度：200300umol·m-2·s-1，相對(duì)濕度：40-60。水分、間苗和病蟲害的預(yù)防等按日常方法管理。待大白菜生長(zhǎng)至25-28天時(shí)，進(jìn)行高溫

10、處理。高溫處理以25條件下自然生長(zhǎng)的幼苗為對(duì)照，以每升高5為一個(gè)溫度梯度，依次設(shè)置為25、30、35、40、45、50共六個(gè)溫度處理。每個(gè)溫度梯度處理5-6盆大白菜幼苗，溫度處理在智能型人工氣候箱（rxz-430d，浙江 寧波 江南儀器有限公司生產(chǎn)）中進(jìn)行。溫度脅迫處理時(shí)間為2h的短時(shí)處理，處理期間人工氣候箱的相對(duì)濕度控制在40-60，光照強(qiáng)度為50 µmol·m-2·s-1。處理后立即取材測(cè)定其熒光、光合、葉綠素、質(zhì)膜透性4項(xiàng)生理指標(biāo)。1.2 生理生化指標(biāo)的測(cè)定方法1.2.1 光合色素的提取與含量測(cè)定光合色素的提取與含量測(cè)定參照張其德1985年的方法3，用80%

11、的丙酮提取葉綠素。選取生長(zhǎng)一致的最幼功能葉，用直徑為1.5cm的打孔器打取2個(gè)葉圓片，將圓片剪成細(xì)條，裝入10ml的磨口試管中，每個(gè)試管中加2ml的二甲基亞砜，將試管整體放入60的烘箱中保溫1h，冷卻后加入8ml 80%的丙酮，搖勻，用紫外/可見分光光度計(jì)（uv8000a，中國 上海 精密儀器有限公司生產(chǎn)）分別測(cè)定其在663nm和645nm波長(zhǎng)下兩處的吸光度（od值），以80%的丙酮調(diào)零，以mg chl·dm-2表示葉綠素含量。每個(gè)溫度梯度做6個(gè)重復(fù)。葉綠素濃度、含量的計(jì)算公式如下：（1）ca(mg/l)=12.7a663-2.69a645（2）cb(mg/l)=22.9a645-4

12、.68a663（3）總?cè)~綠素含量(mg·dm-2)=(ca+cb)*v總*100/s總/1000式中，ca為葉綠素a的濃度，cb為葉綠素b的濃度，v總為提取液的總體積，s總為測(cè)定葉片的總面積。1.2.2 葉片質(zhì)膜透性的測(cè)定葉片質(zhì)膜透性的測(cè)定采用相對(duì)電導(dǎo)率法，具體方法參見maribal等1998年的方法。選擇完好無損的葉片，裝入20ml的試管中，倒入適量的雙蒸水沒過葉片，抽真空10min，封口搖勻數(shù)次，30 min后用電導(dǎo)率儀（dds-307a，中國 上海 精密儀器有限公司生產(chǎn)）測(cè)原電導(dǎo)值；煮沸20min后，冷卻至室溫，測(cè)總電導(dǎo)值。以電解質(zhì)滲透率大?。ㄔ妼?dǎo)值/總電導(dǎo)值）表示細(xì)胞膜的相

13、對(duì)透性。每個(gè)脅迫溫度梯度做6個(gè)重復(fù)。相對(duì)電導(dǎo)率的計(jì)算公式如下：相對(duì)電導(dǎo)率=原電導(dǎo)值/總電導(dǎo)值*100%1.2.3 光合速率的測(cè)定凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、細(xì)胞間隙co2濃度、蒸騰速率、二氧化碳同化速率（net co2 assimilation rate，pn）等光合參數(shù)，采用英國pp system公司生產(chǎn)的ciras-2型光合儀進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定前將大白菜充分照光，光適應(yīng)至少30min以上，選取生長(zhǎng)一致的功能葉，用光合儀測(cè)定其上述光合指標(biāo)。測(cè)定條件為co2濃度：360 umol·mol-1，相對(duì)濕度：40%60%，光照強(qiáng)度：1200umol·m-2·s-1，溫度：25。每

14、個(gè)溫度梯度測(cè)定10平行個(gè)重復(fù)。1.2.4 葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)定將不同高溫脅迫處理后的38快菜幼苗，搬入暗室中暗適應(yīng)至少30min，然后用植物效率分析儀（plant efficiency analyser，handy pea，hansatech instrument ltd，uk）測(cè)定葉綠素快相熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)。將熒光夾夾在完全展開的最幼功能葉片上，每片葉片夾取大致相同的部位，避免夾取葉片的中脈。測(cè)定光源為6個(gè)發(fā)光二極管提供的波長(zhǎng)為650 nm、光強(qiáng)為3000 umol·m-2·s-1的紅光，光束聚焦在熒光夾暴露出的4mm2的葉片圓孔上，測(cè)定熒光信號(hào)的記錄時(shí)長(zhǎng)為2s。每個(gè)

15、溫度梯度測(cè)定20個(gè)重復(fù)。在測(cè)定完葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)后，用handy pea software (ver: v1.30)通過熒光數(shù)據(jù)繪制出原始o(jì)jip熒光曲線，篩選除去異常數(shù)據(jù)，求出各溫度處理的平均曲線，作為該溫度處理的代表性ojip熒光曲線再進(jìn)行分析。雖然葉片的照光面積和照光強(qiáng)度均相同，但由于葉片的厚薄以及塵土等客觀因素的影響，不同處理間的ojip熒光曲線變異性較大，往往不具可比性。通常用數(shù)學(xué)方法將熒光曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使所有處理的平均曲線具有統(tǒng)一的起點(diǎn)、終點(diǎn)，以觀察中間各相的差異；或使各處理的平均曲線具有相同的起點(diǎn)和中點(diǎn)，比較曲線兩端各相的差異，這樣不同處理間便具有了相同的比較標(biāo)準(zhǔn)。常用的數(shù)

16、據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)化方法有fm-fo標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化后的熒光數(shù)據(jù)即相對(duì)可變熒光，用“vt”表示，其計(jì)算公式為vt=（ft-fo）/(fm-fo)，其中ft是任意時(shí)刻的熒光強(qiáng)度，用vt繪制的ojip熒光曲線，在o相的熒光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化為0，在p相的熒光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化為1。然后再將對(duì)照溫度的vt曲線標(biāo)準(zhǔn)化為零，用不同溫度梯度的vt曲線與對(duì)照之差（即vt）重新作圖，可以更清晰地觀察到各處理之間的差異。另一種常用的標(biāo)準(zhǔn)化方法是fj-fo標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化后的相對(duì)熒光數(shù)據(jù)用“wt”表示，其計(jì)算公式為wt=（ft-fo）/(fj-fo)，用wt繪制的ojip熒光曲線o相的熒光強(qiáng)度均標(biāo)準(zhǔn)化為0，j相的熒光強(qiáng)度均標(biāo)準(zhǔn)化為1。然后還

17、可將對(duì)照溫度的wt曲線標(biāo)準(zhǔn)化為零，用不同溫度梯度的wt熒光曲線與對(duì)照的wt熒光曲線之差（即wt）重新作圖，使對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)化為一條直線，以更清晰的觀察不同處理間各相熒光曲線的其他差異。通過熒光動(dòng)力學(xué)測(cè)定可以獲得f1、f2、f3、f4、f5、fo、fm、area、tfm等幾個(gè)基礎(chǔ)熒光參數(shù)，然后利用英國漢莎公司提供的專業(yè)軟件handy pea software (ver: v1.30)和biolyzer 4hp(ver: v4.0)進(jìn)行運(yùn)算，可以解析出50多個(gè)具有生理意義的熒光參數(shù)。熒光參數(shù)的具體計(jì)算公式和生理意義參考相關(guān)文獻(xiàn)。熒光參數(shù)的生理意義標(biāo)準(zhǔn)寫法生理意義ft暗適應(yīng)后照光t 時(shí)間時(shí)的熒光強(qiáng)度tfm

18、從暗適應(yīng)后照光到到達(dá)最大熒光所需時(shí)間f1在暗適應(yīng)后照光50s 時(shí)的熒光強(qiáng)度f2在暗適應(yīng)后照光100s 時(shí)的熒光強(qiáng)度f3在暗適應(yīng)后照光300s 時(shí)的熒光強(qiáng)度f4在暗適應(yīng)后照光2 ms 時(shí)的熒光強(qiáng)度f5在暗適應(yīng)后照光30 ms 時(shí)的熒光強(qiáng)度area熒光曲線與y=fm之間的面積，代表psii 受體側(cè)電子庫的大小fo當(dāng)所有反應(yīng)中心完全開放時(shí)的熒光，即暗適應(yīng)后的最小熒光強(qiáng)度fm當(dāng)所有反應(yīng)中心完全關(guān)閉時(shí)的熒光，即暗適應(yīng)后的最大熒光強(qiáng)度fv暗適應(yīng)后照光t 時(shí)間時(shí)的熒光強(qiáng)度fv/fm最大光化學(xué)效率fo/fm熱耗散的量子比率fv/fo表示捕獲光能與熱耗散能量的比例dv/dto表示300 s時(shí)光反應(yīng)中心關(guān)閉凈速率

19、, 即mo=dv/dtodvg/dto表示100 s時(shí)光反應(yīng)中心關(guān)閉凈速率vj在j相時(shí)的相對(duì)可變熒光強(qiáng)度，表示電子經(jīng)過質(zhì)體醌a(qa)時(shí)的能量耗散比率; vi在i相時(shí)的相對(duì)可變熒光強(qiáng)度，表示電子經(jīng)過質(zhì)體醌b(qb)時(shí)的能量耗散比率et即o，表示電子越過qa的能量占反應(yīng)中心捕獲能量的比例;re表示psii捕獲能量從qb傳遞到psi的效率;po最大光化學(xué)效率，即fv/fmeo捕獲光能中用于電子傳遞的量子比率ropsi受體側(cè)末端電子受體的量子產(chǎn)額，反映psi的相對(duì)活性。do用于熱耗散的量子比率，即fo/fm。ss用o-j 相標(biāo)準(zhǔn)化的熒光上升互補(bǔ)面積，表示從fo至fj的全部電子傳遞鏈被還原時(shí)所需要的能

20、量。sm指標(biāo)準(zhǔn)化面積，表示從fo至fm的全部電子傳遞鏈被還原時(shí)所需要的能量。n從開始照光到到達(dá)fm的時(shí)間段內(nèi)qa被還原的次數(shù)sm/tfm質(zhì)體醌庫被還原的速率kn非光化學(xué)反應(yīng)的速率常數(shù)kp光化學(xué)反應(yīng)的速率常數(shù)待添加的隱藏文字內(nèi)容1abs/rc單位反應(yīng)中心吸收的光能tro/rc單位反應(yīng)中心捕獲的用于還原qa的能量eto/rc單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量dio/rc單位反應(yīng)中心熱耗散的能量abs/cso即fo，單位激發(fā)態(tài)面積吸收的光能(t0 時(shí))tro/cso單位激發(fā)態(tài)面積捕獲的光能(t0 時(shí))eto/cso單位激發(fā)態(tài)面積用于電子傳遞的能量(t0 時(shí))dio/cso單位激發(fā)態(tài)面積熱耗散的能量

21、(t0 時(shí))rc/cso單位激發(fā)態(tài)面積反應(yīng)中心數(shù)目(t0 時(shí))abs/csm即fm，單位激發(fā)態(tài)面積吸收的光能(ttfm 時(shí))tro/csm單位激發(fā)態(tài)面積捕獲的光能(ttfm 時(shí))eto/csm單位激發(fā)態(tài)面積用于電子傳遞的能量(ttfm 時(shí))dio/csm單位激發(fā)態(tài)面積熱耗散的能量(ttfm 時(shí))rc/csm單位激發(fā)態(tài)面積反應(yīng)中心數(shù)目(ttfm 時(shí))sfiabs結(jié)構(gòu)功能指數(shù)piabs以吸收光能(abs)為基礎(chǔ)的性能指數(shù)picso以基礎(chǔ)熒光(fo)為基礎(chǔ)的性能指數(shù)picsm以最大熒光(fm)為基礎(chǔ)的性能指數(shù)dfabs以吸收光能為基礎(chǔ)的驅(qū)動(dòng)力dfcso以基礎(chǔ)熒光(fo)為基礎(chǔ)的驅(qū)動(dòng)力dfcsm以最大

22、熒光(fm)為基礎(chǔ)的驅(qū)動(dòng)力1.3 數(shù)據(jù)分析采用microsoft excel 2010、spss16.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)葉綠素含量、質(zhì)膜透性等常規(guī)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析和圖表制作。差異性用單因素方差（one-way anova）和最小顯著極差法（lsr）進(jìn)行分析，顯著性水平設(shè)定為=0.05。熒光參數(shù)的測(cè)定結(jié)果采用專業(yè)解析軟件handy pea、biolyzer hp3進(jìn)行解析處理。2結(jié)果與分析2.1高溫脅迫下38快菜葉片葉綠素含量的變化高溫脅迫會(huì)導(dǎo)致葉綠素含量下降，38快菜在30及以上高溫脅迫下處理2h后葉綠素含量即顯著下降（p <0.05），30、35、40、45、50溫度脅迫處理2h后分別下降為

23、對(duì)照的85.2%、71.0%、69.4%、72.1%、73.7%（圖1）。從以上結(jié)果中可以看出，38快菜在高溫脅迫下葉綠素含量降解較快，耐熱性較差。葉綠素含量的穩(wěn)定性可以作為判斷大白菜是否能耐受高溫脅迫的生理指標(biāo)。圖1 高溫脅迫下38快菜葉片葉綠素含量的變化fig.1 the changes in chlorophyll content of leaves of 38 kuaicai cabbages under high temperature stress2.2高溫脅迫下38快菜葉片質(zhì)膜透性的變化圖2 高溫脅迫下38快菜葉片質(zhì)膜透性的變化fig.2 the changes in membr

24、ane permeability of leaves of 38 kuaicai cabbages under high temperature stress高溫是改變細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要脅迫因子，高溫脅迫對(duì)植物細(xì)胞的原初傷害首先表現(xiàn)在細(xì)胞膜上，導(dǎo)致質(zhì)膜破損，透性增大。圖2結(jié)果顯示，38快菜的質(zhì)膜透性隨脅迫溫度的逐漸升高而明顯增大，30、35、40、45、50溫度脅迫下38快菜的質(zhì)膜透性分別為對(duì)照的109.7%、115.7%、127.9%、147.3%、184.7%，說明38快菜在30時(shí)就表現(xiàn)出輕微的質(zhì)膜破壞。2.3高溫脅迫下38快菜葉片凈光合速率的變化 圖3 高溫脅迫下和38快菜葉片凈光合速

25、率的變化fig.3 the changes in net photosynthetic rate of leaves of 38 kuaicai cabbages under high temperature stress38快菜30的輕微高溫脅迫下其凈光合速率就發(fā)生了明顯的降低趨勢(shì)，且與對(duì)照形成顯著的差異（p <0.05），30 、35、40、45和50溫度脅迫處理2h后葉片的凈光合速率分別為對(duì)照的80.5%、61.0%、42.8%、23.7%、0.0%(圖3 )。 2.4溫度脅迫下38快菜葉片葉綠素快相熒光動(dòng)力學(xué)的變化將完全暗適應(yīng)過的綠色植物突然暴露在可見光下，植物會(huì)發(fā)出一種強(qiáng)度不斷

26、變化的、暗紅色的光，稱為熒光。熒光隨時(shí)間變化而形成的曲線稱為熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線。葉綠素快相熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線，主要用來分析光合作用中ps的光化學(xué)反應(yīng)和效率，以及在此過程中的電子傳遞變化情況。它不僅能全面反映植物光合作用的光反應(yīng)特征而且具有儀器攜帶方便、測(cè)定后獲得信息量大、不受植物材料形狀限制等優(yōu)點(diǎn)。葉綠素快相熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)技術(shù)經(jīng)過60余年的發(fā)展，已越來越成熟和完善，在植物逆境脅迫下檢測(cè)光合作用的變化方面已得到了廣泛的應(yīng)用。2.4.1高溫脅迫下38快菜葉片葉綠素快相熒光動(dòng)力學(xué)曲線的變化 （2）o k j i p o k j i p（1） 101 102 103 104 105 106 107 1

27、01 102 103 104 105 106 107時(shí)間 time（us） 時(shí)間 time（us）（4）（3）101 102 103 104 105 106 107 101 102 103 104 105 106 107 時(shí)間 time（us） 時(shí)間 time（us） （5） 101 102 103 104 105 106 107 時(shí)間 time（us） 圖4高溫脅迫下38快菜葉片葉綠素快相熒光動(dòng)力學(xué)曲線的變化fig.4 the changes on fast chlorophy11 fluorescence curves of leaves of 38 kuaicai cabbages un

28、der high temperature stress注：圖（1）為不同溫度處理下38快菜的原始熒光動(dòng)力學(xué)曲線；圖（2）為以fm-fo標(biāo)準(zhǔn)化的相對(duì)可變熒光動(dòng)力學(xué)曲線；圖(3)為溫度梯度組和對(duì)照組可變熒光差值（vt）動(dòng)力學(xué)曲線；圖(4)為以fj-fo標(biāo)準(zhǔn)化后的相對(duì)可變熒光動(dòng)力學(xué)曲線；圖(5)為溫度梯度組和對(duì)照組可變熒光（wt）動(dòng)力學(xué)曲線；下同。從圖4-1葉綠素快相熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線的原始o(jì)jip圖像中可以看出，38快菜在高溫脅迫條件下的特征：在相同的光照強(qiáng)度和照光面積時(shí)，30和35溫度下的熒光曲線變化趨勢(shì)與對(duì)照相似，只是p相熒光強(qiáng)度稍有下降；40時(shí)38快菜的j相至p相間的熒光信號(hào)強(qiáng)度明顯下降；4

29、5和50時(shí)j相至p相的熒光信號(hào)強(qiáng)度急劇下降，o相顯著升高，在300µs時(shí)還出現(xiàn)一個(gè)明顯的k相。以上結(jié)果說明：在45和50高溫脅迫下短時(shí)處理2h后，38快菜的放氧復(fù)合體（oec）明顯解離，電子供應(yīng)受阻，從而導(dǎo)致o相熒光增大；40時(shí)雖然j相至p相的熒光信號(hào)強(qiáng)度下降，但未出現(xiàn)k相，說明40高溫脅迫后，oec仍比較穩(wěn)定；50時(shí)的k相熒光信號(hào)強(qiáng)度顯著高于45，說明50時(shí)oec破壞更為嚴(yán)重，38快菜在50的熒光曲線幾乎變成了一條直線，熒光強(qiáng)度幾乎不隨時(shí)間而變化，說明38快菜在50高溫下已經(jīng)失去生理活性。為了清楚明顯地比較高溫脅迫對(duì)大白菜葉片葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)的影響，常采用數(shù)學(xué)方法將原始熒光曲線進(jìn)行

30、fm-fo標(biāo)準(zhǔn)化，繪制出vt標(biāo)準(zhǔn)化圖（圖4-2）。其計(jì)算公式為：vt=（ft-fo）/(fm-fo)，ft為任意時(shí)刻的熒光強(qiáng)度，此方法繪制的熒光曲線圖中o相的熒光強(qiáng)度均標(biāo)準(zhǔn)化為0，p相的熒光強(qiáng)度均標(biāo)準(zhǔn)化為1，能更為清楚地顯示中間各相的變化。從圖4-2中可以明顯的看出，在45和50的高溫脅迫下，38快菜的k相比圖4-1更為明顯， 38快菜在50的高溫脅迫后k相峰值趨于一條斜線，說明oec已經(jīng)失活。為了更清楚地觀察高溫下k相和i相的變化還可以將對(duì)照的相對(duì)熒光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化為0，用其它各脅迫溫度下的vt值與對(duì)照的vt值之差（vt值）重新作圖。從vt值圖（圖4-3）中可以看出，以對(duì)照熒光為零后，38快菜在

31、45至50高溫脅迫下的k相更為清晰，還能清晰地觀察到i相在40及以上高溫脅迫下出現(xiàn)明顯的下降，但40時(shí)i相出現(xiàn)的時(shí)間沒有延遲，而45和50時(shí)i相出現(xiàn)的時(shí)間明顯延遲，約延遲10 ms，說明質(zhì)體醌被還原的速率減慢，這一結(jié)果在上述各圖中無法觀察到。為了清楚地比較j相前后熒光信號(hào)強(qiáng)度的變化，用數(shù)學(xué)方法將o相至j相之間的ojip曲線進(jìn)行wt標(biāo)準(zhǔn)化，wt=（ft-fo）/(fj-fo)， 其中o相的熒光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化為0，j相的熒光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化為1（圖4-4）。從wt繪制的ojip曲線圖中可以觀察到與圖4-2相似的結(jié)果， 38快菜在45的高溫脅迫下k相的峰值較為明顯，而在50高溫脅迫下k相峰值消失（4-4）。同

32、時(shí)可以看到38快菜在40高溫脅迫下p相的相對(duì)熒光值顯著升高，且高于25的對(duì)照，這可能是qa電子傳遞速率下降所致，被這一現(xiàn)象在上述熒光圖中也不能觀察到。為了更清楚地觀察標(biāo)準(zhǔn)化后j相之前的變化還可以將對(duì)照的相對(duì)熒光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化為0，用其它各溫度梯度的wt曲線值與對(duì)照的wt曲線值之差（wt值）重新作圖（圖4-5）。從wt值圖中可以看出，38快菜在45至50高溫脅迫下k相的峰值更為明顯，同時(shí)能觀察到38快菜在35時(shí)即出現(xiàn)一個(gè)微弱的k相，在40時(shí)k相已十分明顯（4-5），這說明38快菜在35高溫脅迫下oec已出現(xiàn)少量解離。2.4.2高溫脅迫下38快菜葉片葉綠素快相熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化表1 高溫脅迫下38快

33、菜葉片葉綠素快相熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化tab.1 the changes on fast chlorophy fluorescenc eparameters of leaves of 38kuaicai cabbage under high temperature stress熒光參數(shù)高溫處理溫度()fluorescence parameters25 30 35 40 45 50 tfm20028024050020001100f1348370361388487954f2419441441449567991f36827016996246751036f41051106810028185771021f

34、517431807168712125511008fo273293281331428926fm19352028188216186851043fv/fm0.8590.8560.8510.7950.3750.112dv/dto0.8420.7990.8890.7683.7983.685dvg/dto0.8950.8571.0520.9928.0818.315vj0.443 0.421 0.421 0.350 0.455 0.753 vi0.8790.8670.8720.670.3230.607et0.5570.5790.5790.650.5450.247re0.1210.1330.1280.330.

35、6770.393po0.820 0.818 0.808 0.760 0.289 0.085 eo0.4570.4730.4680.4940.1580.021ro0.0990.1090.1040.2510.1960.034do0.180 0.182 0.192 0.240 0.711 0.915 sm13.7 14.9 15.7 42.5 124.7 140.4 n26.0 28.2 33.0 93.3 1042.3 687.6 kn0.517 0.493 0.531 0.618 1.460 0.959 kp2.3572.212.2391.9590.5940.089abs/rc2.32 2.32

36、 2.61 2.89 28.91 57.37 tro/rc1.91.8972.1092.1958.3564.896eto/rc1.058 1.098 1.221 1.428 4.558 1.210 dio/rc0.42 0.42 0.50 0.69 20.55 52.48 rc/cso150.2 159.5 138.3 134.4 16.8 16.6 abs/cso348370361388564734tro/cso285.4 302.5 291.8 295.0 140.8 81.4 eto/cso159.0 175.2 168.8 191.8 76.8 20.1 dio/cso62.6 67.

37、5 69.2 93.0 423.2 652.6 sfi(abs)1.9722.041.7921.7120.0550.004pi(abs)24.75 26.56 22.16 20.42 0.17 0.01 pi(cso)8612.4 9828.3 8001.2 7923.7 82.2 5.1 pi(csm)47887.8 53870.0 41712.8 33042.5 115.6 5.6 df3.2093.283.0993.01700將原始熒光動(dòng)力學(xué)ojip曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)解析，可以得到50多個(gè)與光合作用有關(guān)的熒光參數(shù)，本文將與高溫脅迫有關(guān)的38個(gè)主要熒光參數(shù)列于表1進(jìn)行具體分析。結(jié)果顯示，隨著高溫

38、脅迫溫度的上升，從暗適應(yīng)后照光至到達(dá)p相的時(shí)間(tfm)不斷延長(zhǎng)（從200 ms延長(zhǎng)至2000 ms）；在25-35的溫度區(qū)間內(nèi)下，除了質(zhì)體醌庫大小(sm)、qa周轉(zhuǎn)次數(shù)(n)和反應(yīng)中心密度（rc/cso）變化比較明顯外，其他熒光參數(shù)變化不顯著，說明質(zhì)體醌和反應(yīng)中心的活性對(duì)高溫比較敏感。其中，sm隨溫度的升高逐漸增大可能是一種假象，是由于電子傳遞給qb時(shí)電子傳遞活性急劇下降，而使得到達(dá)p相的時(shí)間延長(zhǎng)所致；隨著高溫脅迫程度的增加rc/cso減少則導(dǎo)致每個(gè)反應(yīng)中心承擔(dān)的光能增多，所以n增大。在40-50的高溫脅迫下，絕大多數(shù)熒光參數(shù)與對(duì)照相比均發(fā)生了顯著變化。fo隨溫度的升高急劇增大，而fm則急劇

39、下降，說明高溫下大白菜的非光化學(xué)耗散增大，從而導(dǎo)致psii的最大光化學(xué)效率（fv/fm）降低。高溫還導(dǎo)致100µs和300µs時(shí)的光反應(yīng)中心關(guān)閉凈速率（dvg/dto和 dv/dto）顯著變慢，說明高溫下電子傳遞的速率減緩。高溫下j相的相對(duì)可變熒光強(qiáng)度（vj）不斷增加，表明電子經(jīng)過質(zhì)體醌a（qa）時(shí)的能量耗散比率增加，用于光合作用的能量減少，而在i相的相對(duì)可變熒光強(qiáng)度（vi）不斷減小，表明電子經(jīng)過質(zhì)體醌b（qb）時(shí)的能量耗散比率減少。psii光能捕獲效率（po）、捕獲光能用于電子傳遞的量子比率（eo）、psi受體側(cè)末端電子受體的量子產(chǎn)額（ro）不斷減少，用于熱耗散的量子比率

40、（do）不斷增加，則說明高溫下兩種大白菜的電子傳遞效率降低，psi的相對(duì)活性下降，同時(shí)還表現(xiàn)為非光化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)（kn）增大，光化學(xué)反應(yīng)的速率常數(shù)（kp）減小。在40-50的高溫脅迫下還顯著破壞了psii的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致單位激發(fā)態(tài)面積吸收的光能(abs/cso)和熱耗散的能量(dio/cso)顯著增加，abs/cso增大是由于反應(yīng)中心失活導(dǎo)致o相熒光增大產(chǎn)生的一種假象，是熱耗散增大的表現(xiàn)，而在40-50極端高溫下單位激發(fā)態(tài)面積捕獲的能量和用于電子傳遞的能量（tro/cso、eto/cso）是顯著下降的?？傮w而言，高溫下單位激發(fā)態(tài)面積葉片的光合能力急劇下降，但是由于高溫下反應(yīng)中心密度(rc/cso

41、)顯著下降，導(dǎo)致單個(gè)反應(yīng)中心所接受的光能負(fù)擔(dān)急劇增大，使得單位反應(yīng)中心吸收的能量、用于還原qa的能量、熱耗散的能量（abs/rc、tro/rc、dio/rc）均不斷增大，這種現(xiàn)象會(huì)加速高溫對(duì)剩余反應(yīng)中心的破壞。用于電子傳遞的能量（eto/rc）在50的高溫脅迫下出現(xiàn)顯著下降，可能是由于反應(yīng)中心在50高溫下已經(jīng)失活所致，所以在50的高溫脅迫下38快菜的結(jié)構(gòu)功能指數(shù)(sfiabs)、光合驅(qū)動(dòng)力(df)和性能指數(shù)(piabs)已經(jīng)幾乎下降為零。3 討論溫度是影響農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育的一個(gè)重要因素，植物只有在最適宜的溫度范圍內(nèi)生長(zhǎng)才能發(fā)揮最佳的生長(zhǎng)潛能。研究表明在影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的各種脅迫因素中，溫度脅迫的

42、影響尤為明顯4。本實(shí)驗(yàn)通過人工控溫的方法，模擬自然界的脅迫溫度環(huán)境，對(duì)38快菜幼苗進(jìn)行短時(shí)間的高溫脅迫處理，預(yù)測(cè)其對(duì)38快菜可能造成的傷害，研究分析不同高溫脅迫下38快菜葉片中生理生化物質(zhì)的變化規(guī)律。本文針對(duì)高溫脅迫溫度對(duì)38快菜光合作用等方面的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果顯示：38快菜對(duì)高溫脅迫較敏感。31 高溫脅迫對(duì)38快菜生理生化功能的影響植物在高溫逆境下不僅外表形態(tài)表現(xiàn)一系列的熱害癥狀，而且各項(xiàng)生理生化指標(biāo)也會(huì)發(fā)生一系列的變化。前人在對(duì)其它植物的耐高溫脅迫研究中得出結(jié)論，高溫脅迫下細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞，質(zhì)膜透性增大，電解質(zhì)大量外滲，不同品種間相對(duì)電導(dǎo)率的大小體現(xiàn)了植物耐熱性的差異。本文在

43、對(duì)大白菜耐高溫脅迫的研究中發(fā)現(xiàn)，38快菜在30的高溫脅迫下其電導(dǎo)率明顯增大。3.2 高溫脅迫對(duì)38快菜光合作用的影響光合能力的強(qiáng)弱可間接反映植物抗逆能力的大小，凈光合速率是植物光合能力強(qiáng)弱的重要參考指標(biāo)5。本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果表明，38快菜在30及以上的高溫脅迫下凈光合速率均顯著降低。葉綠素快相熒光動(dòng)力學(xué)是檢測(cè)光合作用過程的一項(xiàng)重要技術(shù)，與其它測(cè)定逆境脅迫對(duì)植物影響程度的方法相比，具有方便、快捷、準(zhǔn)確、及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)6。本文用葉綠素快相熒光動(dòng)力學(xué)技術(shù)檢測(cè)高溫脅迫對(duì)兩種大白菜光合作用的影響，分析結(jié)果如下：在用生理生化指標(biāo)未能充分檢測(cè)出38快菜在熱脅迫下的受傷害程度時(shí)，葉綠素快相熒光動(dòng)力學(xué)曲線、參數(shù)的變化

44、與對(duì)照相比已有明顯差異，且能及時(shí)、準(zhǔn)確的判定大白菜的受傷機(jī)理。高溫脅迫對(duì)38快菜的影響主要集中在k相、j相和p相。在45至50的高溫脅迫下38快菜的ojip曲線上出現(xiàn)明顯的k相，在50的高溫脅迫下38快菜的k相幾乎成一條斜線，說明在50的高溫脅迫下38快菜散失生理活性，耐熱性較差。 當(dāng)ps供體側(cè)受到高溫脅迫時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)（在j相之前）葉綠素?zé)晒猱a(chǎn)量就迅速上升，出現(xiàn)k相，多相熒光曲線o-j-i-p變?yōu)閛-k-j-i-p甚至出現(xiàn)更多的拐點(diǎn)7-9。k相的出現(xiàn)表明oec已受到傷害，通過比較k相熒光強(qiáng)度的大小，能夠計(jì)算出oec受傷害的程度。在40的高溫脅迫下38快菜的j相熒光強(qiáng)度信號(hào)顯著降低。j相表

45、示qa的電子傳遞過程和效率，在光合電子傳遞鏈中qa屬中樞電子傳遞結(jié)構(gòu)，發(fā)揮重要的作用，j相的降低說明電子傳遞過程中耗散的能量增加，用于光合作用的能量減少，實(shí)驗(yàn)中j相的降低說明高溫脅迫下電子傳遞效率的降低影響了光合作用的進(jìn)行。隨著脅迫溫度的升高38快菜p相的熒光強(qiáng)度逐漸降低，說明高溫脅迫降低了大白菜的光能利用率。從熒光參數(shù)的變化結(jié)果上，能更加量化地說明高溫脅迫對(duì)38快菜光合作用的影響程度。38快菜在高溫脅迫下，熒光參數(shù)中tfm、sm、n和rc/cso變化較明顯，說明質(zhì)體醌和反應(yīng)中心的活性對(duì)高溫較敏感。文獻(xiàn)表明，fv/fm的降低是光合效率降低的主要指標(biāo)，高溫脅迫可以使ps的光能利用率降低10。本實(shí)

46、驗(yàn)中40的高溫脅迫下fv/fm的數(shù)值明顯降低，說明在40的高溫脅迫下光合效率顯著降低。綜上所述，從葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)上看，高溫脅迫下光合效率的降低主要是因?yàn)楣夂献饔媒Y(jié)構(gòu)中oec遭到了破壞，其次是j相的電子傳遞效率降低，以及rc/cso降低所致，這三方面的影響導(dǎo)致了光合作用效率的降低。綜上所述，當(dāng)大白菜在外觀形態(tài)上表現(xiàn)出嚴(yán)重的溫度脅迫癥狀時(shí)，其體內(nèi)的生理生化物質(zhì)早已發(fā)生不可逆的變化，這些形態(tài)癥狀只不過是生理生化過程改變的結(jié)果，相比繁瑣的生理生化指標(biāo)的檢測(cè)方式，葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)技術(shù)能更簡(jiǎn)單、及時(shí)、靈敏的測(cè)定大白菜在溫度脅迫下的受害程度。4結(jié)論溫度脅迫是影響大白菜生長(zhǎng)發(fā)育的一個(gè)非常重要的因素，高溫脅迫

47、環(huán)境不利于大白菜的生長(zhǎng)。生理生化方面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，38快菜的質(zhì)膜透性隨脅迫溫度的升高呈不斷上升的變化趨勢(shì)。光合作用是受外界環(huán)境變化影響最敏感的生理過程，凈光合速率是反應(yīng)葉片光合功能強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。凈光合速率測(cè)定結(jié)果顯示，高溫脅迫下隨著溫度梯度的逐漸升高，38快菜的凈光合速率降低的幅度較大，說明大白菜的光合作用受高溫脅迫的影響非常明顯，因此可以將凈光合速率的變化情況作為判斷大白菜能否耐受高溫脅迫的一項(xiàng)生理指標(biāo)。葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)技術(shù)能夠更為準(zhǔn)確、靈敏地檢測(cè)高溫脅迫對(duì)大白菜光合作用的影響過程。高溫脅迫對(duì)大白菜熒光曲線的影響主要表現(xiàn)在，40及以上高溫脅迫下j相和p相隨溫度的升高而顯著降低，45、50

48、的高溫下oec遭到破壞，出現(xiàn)明顯的k相，說明j相和p相的變化對(duì)高溫脅迫的影響更為敏感。在葉綠素的熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)中tfm、sm、n三項(xiàng)熒光參數(shù)隨脅迫溫度的升高而逐漸增大，rc/cso隨脅迫溫度的升高而逐漸降低，上述四項(xiàng)熒光參數(shù)對(duì)高溫脅迫非常敏感，可以將其作為判斷大白菜耐熱程度的參考指標(biāo)。參考文獻(xiàn)1 sonal photosynthesis: response to high temperature stress, journal of photochemistry & photobiology, b: biology, 20142 張福存， 張 波等高溫脅迫對(duì)設(shè)施番茄光合作用特性的影響，中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011, 27 (28): 211-2163 張其德·測(cè)定葉綠素的幾種方法·植物學(xué)報(bào)，1985, 3（5）：60-644 馬曉娣，彭惠茹，汪矛，作物耐熱性的評(píng)價(jià).植物學(xué)通報(bào)，2004, 21 (04): 411-