大量元素缺乏对小麦光合、呼吸作用和生理特性的影响

第2期
张凡 等：大 量元素 缺乏 对小麦 光舍、 呼吸作 用和生 理特 性的影 响
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me mbr a ne pene t r at i on． The ef f e ct s of K def i ci e ncy wer e r e l a t i v el y s ma l l ．The pos s i bl e me c hani sms of r e gul a t i on of phot os ynt hes i s an d r es pi r at i on und er macr on ut i ent def i ci e ncy we r e di scu ss ed． Key wor ds ：wh eat 。 macr o nut r i e nt def i ci ency，cyani de r es i s t a nt r e spi r a t i on，c hl or ophyl l f l uor es cence pa。 r amet er s ，gas ex chan ge
收藕日期：2 007—09- 09 基金项目：教育部博士点基金和留学回国人员基金( 2 004 0610 015 。20 0452 7- 1 6—7 ) }四川省杰出青年科技基金( 04ZQ026 ．03 6) ，国家自然
科学基金( 305 71119 ，30 67016 6) 作者 简介： 张凡( 1 984- - ) ．女， 在读硕 士．湖 南益阳人 ．从事 植物生 理与分 子生物 学方面 的研究 ． 通讯作者：林宏辉．E-mai l ：honghui l i n{园vi p．s i na．coI l a
Si e huan Uni ve r s i t y，Chengdu 610064， Chi nat 2．Depa r t ment of Bi oc hemi s t r y ，Di n gx i Norma l Co l l ege ，Di n gxi 743000， Chi na)
Abs t r act ： The r es pi r at i on，phot os ynt het i c ac t i vi t y an d some phys i ol ogi ca l par ame t er s we r e me as ur e d i n whea t l ea ves und er N，P or Kdef i c i ency f o r 10～ 30 da ys．Unde r macr onu t r i ent de f i ci e nc y，H202、MDA i ncreas ed，t he wat er cont ent decr eas e d，and t he cyani de r es i s t a nt r es pi ra t i on was i ndu ced appar e nt l y． Net phot os y nt hes i s r a t e ( P，1) ，·l 堍Ⅱ．F白／Fm，F口’／Fm7 an d non - pho t oche mi s t r y que nc hi ng( NPQ) de— c l i ned und er Nor P def i ci ency．K def i c i e ncy r es ul t ed i n dec l i ne of NPQ，but i ts ot he r phot os ynt het i c pa— r amet er s di d no t chan ge s i gni f i ca nt l y．Al l t hes e r es ul t s i ndi ca t ed t hat macr onu t r i ent def i c i e ncy ha d r e ma r k abl e ef f e ct s on pl ant s ．but i ndi vi dual me c hani sms wer e di f f er ent ．Ni t r ogen def i c i e ncy hamper ed pr ot ei n s yn t hes i s ，pho s phor us def i c i ency a ff ec t ed ener gy me t ab ol i s m，po t as s i u m def i c i e ncy i ncr e a se d
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四川大学学报( 自然科学版)
第4 6卷
量子产量( F口 ／Fm) [ 1‘’1 51． 2．2．6数据分 析所有 实验数据 均为四 次以上 测 定平均值．处理间和不同天数间的差异的显著性用 t 检验分析，显著水平为Pdo．05．
本文以小麦叶片为材料分别考察了缺npk三种大量元素情况下抗氰呼吸叶绿素荧光参数以及相关生理指标的变化旨在弄清缺乏大量元素条件下植物呼吸变化规律光合作用的影响以及植物体内其它主要生理生化变化为大量元素缺乏耕地的小麦栽培提供理论依据
200 9年3 月 第46 卷第2期
四J l l 大学 学报( 自然科学 版) Jo ur na l of Si c huan Uni ve r s i t y( Nat ur al Sci ence Edi t i on)
30 d内相对较小．同时对大量元素缺乏下小麦叶片光合和呼吸作用变化的原因进行了探讨．
关键 词：小麦 ；大量 元素缺乏 ；抗氰 呼吸； 叶绿素荧 光参数 ；气体交 换
中图分类号：Q94 5
文献标识码：A
The e f f ec t s of ma cr onnt r i ent def i ci ency on phot os ynt he t i c act i vi t y， r espi r at i on and phys i ol ogi cal pa r ame t er s i n wheat
2材料与方法
2．1 材料 小麦种子经1 ％次氯酸钠消毒，自来水冲洗，
室温吸胀4 h后，于26℃恒温培养箱中萌发48 h， 选萌发一 致的种子种入消 毒的石英砂盘中 ，于26 ±1℃恒室中培养，每天给予12 h光强为100 L‘mol ·m_2· s - 1的光照． 2．2 法 2．2．1胁迫处理待幼苗长到10 d龄时，从石英
砂中小心拔出，分别放入缺N、缺P、缺K的1／ 2Hoa gl a nd营养液中继续培养10 d、20 d、30 d， 以 正常1／2Hoa gl a nd营养液水培小麦为 对照．为了 保持营养液的渗透平衡，缺失的离子都用其他等当 量的盐分 来替换．缺N时，KN0。、Ca( NOs ) z 用等 当量的K2S04、CaCl 2替换，缺P时，NazHP04用 等当量的Na CI 来替换，缺K时，KN0。、KH2PO。 用等当量的NaNO。、NaH2 PO。替换． 2．2．2 呼吸参数的测定 参照Va nl e r ber ghe 等[ 9 ] 的方法，小麦叶片切成3 mm长的片段悬浮于 磷酸缓 冲液PBS中 ( pH 6．8) ，用Cl ar k型氧电极 ( Hans at ech，Ki ng’S Lynn，UK) 测定其呼吸速率． 反应介 质50 mmol ／L( pH6．8) 的磷酸钾缓冲液． 抑制剂浓度为KCN 1 mmol ／L或没食子酸丙酯 PG 20 bt mol ／L．所得呼吸速率均以nmol 02·g- 1 ·FW·mi n_1为单位表示．每个结果为4次以上 测定平均值． 2．2．3 含水量、H20：、MDA含量的测定 参照 Raj e s h Kumar Tewar i 等no( 2009) 02～0462—07
Mar ．2009 V01 ．46 No ．2
大量元素缺乏对小麦光合、呼吸作用和 生理特性的影响
张 凡1，袁 澍1，雷 韬1，刘自 礼1，杜俊波 '
王建辉1，胡朝阳2，匿囹1， 林宏辉
( 1．四川大学生命科学学院生物资源和生态环境教育部重点实验室，成都610064；
子效率( 甄Ⅱ)、PSl l 原初光化学效率(F口／Fm)、光适应下PSⅡ最大光化学效率( F∥／Fm’)和
非光化 学猝灭系数( NPQ) 下 降．缺钾只导 致NPQ下降，其它光 合参数变化 不大．通过对 以上
生理变化的分析，可以看出大量元素缺乏对植物体造成了显著的影响，但损伤机理各不相同．
缺氮主要影响蛋白质合成，缺磷影响能量代谢，缺钾则主要影响膜脂透性，其中缺钾的影响在
参照Xi n Sun等[ 11] 的方法测定H202含量． 参照Raj es h Kumar Te war i 等Ⅱo] 的方法测定 丙二醛( MDA) 含量． 2．2 ．4 电导率、总磷含量、总蛋白含量的测定参 照李锦树等[ 12] 的方法测定电导率． 参照王爱萍 等[ 133采用钒钼黄比色法测定总磷含量．总蛋白含 量测定用考马斯蓝G- - 250( Br adf or d) 法，用牛血清 蛋白溶 液制作标准曲 线． 2．2．5 叶片气体交换参数与叶绿素荧光参数的测 定利用光合作用测定仪( TP孓1) 于11：30时( 光 照强度100肛t ool ·mq·s- 1) 测定不同胁迫条件 下叶片的净光合速率，测定时使用开放式气路，每 个点稳定后读数．同种胁迫条件下取5株，每株测 定1 个叶片． 叶绿素荧光参数采用Wa l z公司生产的 PAM2100便携式 光合测 定系统测 定，测 定光照 强 度为100“t ool ·m_2·s～．测定PSI I 有效光化学 量子产量( Fv7／Fm7) 、非光化学猝灭( NPQ) 、PS Ⅱ实际光化学量子产量( Or s Ⅱ) 和PS I I 最大光化学
2．定西师范高等专科学校生物化学系，定西743000)
摘要：对小 麦幼苗分别进行缺 氮、缺磷和缺钾处 理10～30 d，研究大量元素缺乏对小麦叶片
呼吸作用、光合活性和生理参数的影响．大量元素缺乏导致小麦叶片H2 02、丙二醛含量上升，
含水量下降，抗氰呼吸被明显诱导．缺氮和缺磷还导致净光舍速率( Pn) 、PSI I 光舍电子传递量
1引 言
我国大部分耕地土壤全氮都在0．2％以下，其 中山东、河北、河南、山西、新疆等5省( 区) 严重缺 氮面积占其耕地总面积的一半以上；缺磷土壤面积 为67．3万km2，其中有20多个省( 区) 有一 半以上 耕地严重缺磷；缺钾土壤面积比例较小，约有18．5 万km2，但在南方缺钾较为普遍，其中海南、广东、 广西、江西等 省( 区) 有75％以上的耕 地缺钾．自 然界或农业生产中，大量元素的充足与否对植物的 正常生长 起着重要的作用 ，当在营养缺乏 的条件 下， 会引起 植物生 理学， 形态 学，分 子生物 学等多 方 面的机制改变，包括根结构、转运蛋白的表达或一 些代谢的改变[ 1矗] ．缺N会影响蛋白质的合成，缺 P会影响能量的储存和转运。缺K容易使细胞膜 破裂，膜蛋白受伤害因而使胞质的胞液外渗而使相 对电导率增大．呼吸作用同样对营养缺乏敏感，尤 其是其中的抗氰呼吸通路( 交替途径) [ 3] ．有研究表 明，在磷或氮元素缺乏条件下，电子传递给交替氧 化酶( AOX) 的 能力以及AOX蛋白表达 水平都有 增加“’5 ] ．光合作用也与植物的营养和受胁迫程度 密切相关，可以用叶片荧光参数快速、灵敏和无损 伤地研究 和探测多种逆境 因子对植物光合 作用的 影响[ 6叫] ．本文以小麦叶片为材料，分别考察了缺 N、P、K三种大量元素情况下抗氰呼吸、叶绿素荧 光参数以及相关生理指标的变化，旨在弄清缺乏大 量元素条件下植物呼吸变化规律、光合作用的影响 以及植物体内其它主要生理生化变化，为大量元素 缺乏耕地的小麦栽培提供理论依据．
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( 1． Key Labor at or y of Bi o- r e sou r ces and Eco- e nvi r onme nt of Mi ni st r y of Ed uc at i on ，Col l eg e of Li f e Sci ences 。