2种苔藓的叶绿素荧光特性及耐受性对Pb2+浓度的响应

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叶绿素荧光信号在植物逆境响应中的应用

叶绿素荧光信号在植物逆境响应中的应用在自然环境下，植物生长发育受到许多因素的制约和干扰。

其中，气候变化、自然灾害和人类活动等造成的逆境，是影响植物生长、产量和品质的主要因素。

为了解决这些问题，科学家们一直在探索植物的逆境响应机制，并尝试寻找适合的手段来检测植物的应激反应。

叶绿素荧光信号是一种应用广泛、操作简便、无侵害的技术，近年来被越来越多地应用于植物逆境响应研究中。

一、什么是叶绿素荧光信号？从化学结构上来看，叶绿素是一种具有唯一中心原子镁的大环结构有机分子，主要存在于植物叶绿体中，是植物进行光合作用的重要光合色素。

植物在光合作用过程中，叶绿素中心原子镁吸收光能后激发到高能态，再通过多个叶绿素分子之间的共振转移传递能量，使得光合作用能够进行。

然而，当叶绿素分子处于高能态时，部分激发能量会以荧光的形式重新释放出来，成为叶绿素荧光信号。

叶绿素荧光信号的含量和特征可以反映植物在不同环境下光合作用的状态和调节机制。

二、叶绿素荧光在植物逆境响应中的应用1. 叶绿素荧光对光合作用的反映植物受到逆境的影响，往往会导致光合作用的受损和调节机制的改变。

叶绿素荧光信号可以反映出光合作用中能量的利用和分配情况，其含量和特征可以反映出电子传递过程中的限制和失衡情况。

例如，气温过高会加速叶绿素分子的退激发速率，导致光合作用产生的能量无法充分利用，使得叶绿素荧光含量升高。

此时，观测植物的叶绿素荧光信号可以直观地了解到植物在高温胁迫下的光合作用状态和适应机制。

2. 叶绿素荧光对植物营养素状态的反映植物胁迫过程中，营养素的吸收、利用和分配都会发生改变。

叶绿素荧光信号可以反映出植物叶片中营养素的缺乏或过剩状态。

例如，胁迫下氮素利用率下降，会导致叶绿素荧光水平的升高。

通过检测叶绿素荧光，可以获得氮素利用率的启示，为实现高效施肥提供指导。

3. 叶绿素荧光对应激响应的反映植物胁迫过程中，可能会出现诸如氧化损伤、光合机构受损、激素代谢失衡等问题。

苔藓植物对环境的指示作用

苔藓植物对环境的指示作用海来伍达（四川师范大学生命科学学院2010级1班）摘要：苔藓植物由于其结构相对简单，对大气成分浓度和全球气候等各方面的环境变化非常敏感，因此苔藓植物可以作为全球变化、环境污染、养分状况、森林整体性及生态系统健康等方面的生物指示材料，利用苔藓植物可以监测指示大气污染，识别污染源，揭示大气层随时间的变化规律，并反映大气污染的时空变化格局，进而评价不同地区的环境状况变化；也可以用苔藓来示重金属污染和矿藏。

所以苔藓植物是一种天然的指示剂。

关键词：苔藓植物、环境污染、大气污染、检测、指示作用引言：随着城市化、工业化等人类活动对全球环境的影响，环境的污染负荷日益增加，用灵敏的指示生物来反映环境污染的程度及变化应用越来越多。

苔藓植物由于其独特的生理和代谢特征，常被用来监测环境污染物质及污染程度的变化。

特别是利用苔藓植物指示监测环境中重金属的沉降污染问题，已成为当今国际上环境科学研究的热点之一。

它可用来指示重金属污染物来源、迁移及时空分布等。

少数植物仅局限生长于富含某种特殊金属的基质上，而且具有积聚某种金属的能力。

通过研究这些植物的分布状况，分析它们的金属含量，可定性的研究当地的某些重金属的含量及污染。

1 苔藓植物生理结构苔藓植物是一类从水生向陆生生活过渡的生物类群，是生态系统中重要的生产者，它分布广泛，是生态系统演变关键的拓荒者之一。

苔藓的植物体表面积与其生物量比值高，其解剖构造亦很简单，只由单层或少数几层细胞构成，植物表无蜡质的角质层覆盖，暴露于污染大气时，污染物质可从背腹两面侵入叶细胞之中，植物体中无维管束构造，亦没有真正的根，只在植物体的末端生出单列细胞的假根。

苔藓植物的这些简单的结构导致了其植物体抗性弱，对环境变化敏感等特点，十分有利于大气中重金属污染物质在其植物体内的富集，从而可以达到指示监测环境重金属污染的目的。

苔藓植物还具有一些独特的生物学特性使之更适合应用于污染的监测研究工作。

2种银杏叶片叶绿素荧光特性的比较

ＥＲ均大于桂Ｇ６。Ｔ８１
、 Ⅳ ｑ、、ｑ脚、
仲恺农业技术学院银杏圃内。
２２银杏光响应曲线的比较（３从图３以看出，．２种图）可
图１小佛手叶片的测定部位
表１
— — — —
图２Ｇ８１叶片的测定部位６
２种银杏叶绿素荧光参数的比较
旦—一ｇ
ＥＲ／￣ｏ／ｍ２＂ｓＴ／Ｆｌｍ（
— —
０．４ｌ７．０８ ±ｏ０２３
０７２５ｏ．８７．７ ± ０８０６９３ｏ．４０．８ ± ０１
０７１ ±Ｏ０１．７７．６９０６２Ｏ．９７．４ ±Ｏ０１
３结论与讨论
∞
小佛手的Ｐ Ⅱ最大光化学效率（Ｊ．、ＳＦＲ）光化学猝灭系数（均高于桂Ｇ６，明小佛手在强光下具有较高的ｑ）８１表Ｐ Ⅱ最大光化学效率，Ｓ植株没有受到光抑制ｉ且小佛手由ｔ］；
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基金项目
０９６７± ．０６０．５ｏ０
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０．０４０－＿６９８ｉ０伽
２．６＋．２６４０６７０４７
在生存条件一致的情况下，小佛手的光合电子传递能力大于桂Ｇ６的。８１
蔡马，贺立红，梁红（恺业术院命学院广广１２仲农技学生科学，东州５２）０５
摘要用叶绿素荧光成像技术测量了２种银杏叶片的叶绿素荧光参数。果表明：手的Ｐ Ⅱ最大光化学效率（ｖｍ）光化学猝结小佛ｓＦ／、Ｆ灭系数（Ｐ、ｇ）电子传递量子效率（）表观光合电子传递速率（Ｔ均高于桂Ｇ６。咖、ＥＲ）８１关键词银杏；素荧光参数；叶绿比较中图分类号Ｓ６．６４３文献标识码Ａ文章编号０１— ６ｌ２０）４３２— ｌ５７６１（０６１— ３２０

叶绿素测定仪对植物光合过程的反映

叶绿素测定仪对植物光合过程的反映
叶绿素是植物光合作用的重要地位和植物的生理反应特征的一个指标。

叶绿素含量的合成和多少不仅影响相关的微量元素,但也受到植物的生境条件的条件。

在某些情况下,叶绿素测定仪测定植物叶片叶绿素含量在一定程度上反映了植物的光合生理过程。

YF-YL01叶绿素测定仪可在田间无损状况下几秒钟内测量植物叶片单位面积叶片当前叶绿素的相对含量，即spad值。

目前，叶绿素测量仪已在园林树木、玉米、马铃薯、水稻、小麦等农业生产上得到了广泛的应用，但不同物种利用spad值预测叶绿素含量的模型准确度还存在一定差别。

在同一草原不同羊草个体之间羊草叶绿素含量和叶绿素spad值在一定范围波动，通过叶绿素测定仪的进一步测定可知spad值为21.850~46.150，变异系数为20.457%~36.921%。

2个草原羊草叶片总叶绿素含量最大，其次为叶绿素a的含量，叶绿素b的含量最小。

草原之间的不同的地理气候条件和相同的微环境不同的土壤条件,不同个体之间的植物叶绿素含量存在一定的差异,这是植物适应当地环境条件的反应。

叶绿素测定仪测量叶绿素spad值和叶绿素含量具有显著相关性，spad值作为叶绿素含量的间接指数可以反映植物叶绿素含量的情况。

“叶绿素荧光特性”文件文集

“叶绿素荧光特性”文件文集目录一、8种阔叶树种叶片气体交换特征和叶绿素荧光特性比较二、盐胁迫下AM真菌对沙枣苗木光合与叶绿素荧光特性的影响三、遮荫对小麦旗叶光合及叶绿素荧光特性的影响四、氮磷限制对8株微藻叶绿素荧光特性及生长的影响五、干旱胁迫下黄条金刚竹的光合和叶绿素荧光特性六、干旱胁迫对夏玉米光合作用和叶绿素荧光特性的影响8种阔叶树种叶片气体交换特征和叶绿素荧光特性比较8种阔叶树种叶片气体交换特征和叶绿素荧光特性的比较在全球气候变化的大背景下，研究植物对环境变化的响应和适应机制变得尤为重要。

叶片气体交换和叶绿素荧光特性是衡量植物光合作用和光能利用效率的重要指标，对评估植物生长和生态系统的稳定性具有重要意义。

本文对8种阔叶树种的叶片气体交换特征和叶绿素荧光特性进行了比较研究。

选取8种常见的阔叶树种，采用LI-6400便携式光合仪和PAM-2500叶绿素荧光仪分别测定各树种叶片的气体交换参数和叶绿素荧光参数。

具体包括：净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）和叶绿素荧光参数包括：初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、可变荧光（Fv）、光化学效率（Fv/Fo）等。

从表1可以看出，不同阔叶树种的叶片气体交换参数存在显著差异。

在净光合速率方面，树种A最高，为6μmol CO2/m2·s，而树种B最低，为3μmol CO2/m2·s。

气孔导度和蒸腾速率的变化趋势与净光合速率相似。

这表明不同阔叶树种对光能的吸收和利用效率存在差异，可能与树种的生理特性、生长环境和适应机制有关。

从表2可以看出，不同阔叶树种的叶绿素荧光特性也存在显著差异。

在初始荧光方面，树种C最高，为1μmol CO2/m2·s，而树种D最低，为5μmol CO2/m2·s。

最大荧光和可变荧光的差异趋势与初始荧光相似。

这表明不同阔叶树种的叶绿素含量和光能转化效率存在差异，可能影响其光合作用的效率和碳汇功能。

光合组织中的叶绿素荧光响应机制

光合组织中的叶绿素荧光响应机制从我们常见的绿色植物中，叶绿素是光合作用的主要光捕捉分子。

当叶绿素分子吸收光子后，会将光子能量转化为激发态能量，进而通过电子传递链转化为生物反应的能量，在光合作用中起到了至关重要的作用。

然而，叶绿素分子在光合作用中也会产生一些非常特殊的响应。

研究表明，叶绿素分子在受到光照时会发出荧光，称为叶绿素荧光。

这种荧光并不是光合作用所必须的，而是一种响应机制，具有重要的研究意义。

叶绿素荧光响应的特征叶绿素荧光的存在是由于在光合作用中，叶绿素分子的光吸收和光电能量传递并不总是完美的，会产生一些非辐射跃迁的离子和自由基等，进而形成了叶绿素荧光。

因此我们可以将叶绿素荧光响应定义为由于光吸收和能量传递不完美而产生的非辐射跃迁和自由基产生的光子。

叶绿素荧光响应是由光线激发后单个叶绿素分子产生的，这种响应可以在一些实验条件下被测量到。

这也意味着叶绿素荧光响应是由单个分子中的光化学反应所支配的。

叶绿素荧光响应的研究通过研究叶绿素荧光响应机制，科学家们得以更好地了解光合作用在细胞水平上的运作和调控机制。

研究发现，叶绿素荧光响应可以反映出光合作用中叶绿素分子的光学和光化学反应的状态。

同时，它也可以为研究光驱动的能量转化过程提供一个独特的角度。

除此之外，叶绿素荧光响应还被广泛应用于抗寒和耐盐等压力特征相关的研究。

这些研究通过测量植物在不同环境下叶绿素荧光的响应，可以帮助科学家们更好地了解植物生理学在不同环境下的适应性变化。

叶绿素荧光响应的测量对于光化学研究人员来说，测量叶绿素荧光响应是非常重要的。

然而，这种响应是由单个叶绿素分子产生的，因此它非常微弱且难以测量。

为了测量叶绿素荧光响应，科学家们开发出了一系列非常灵敏的技术，其中包括荧光光谱仪、激光诱导荧光瞬态测量仪、叶绿素荧光成像系统等。

这些技术可以通过不同的方式测量叶绿素荧光响应，使得研究人员可以更好地了解光合作用中叶绿素分子的光学和光化学反应状态。

利用叶绿素荧光技术研究植物抗逆性

利用叶绿素荧光技术研究植物抗逆性植物是我们生存所需的重要资源之一。

然而，植物常常面临各种环境逆境的挑战，如干旱、高盐、低温等。

这些逆境会影响植物的生长和发育甚至损害其生命，因此如何提高植物的逆境抗性是人们一直研究的课题。

利用叶绿素荧光技术对植物的逆境抗性进行研究，是目前较为常用的方法。

叶绿素是植物生长和光合作用的重要物质，它的荧光是叶绿体功能状态的一种生物指示器。

植物在进行光合作用的时候，会光合成出ATP和NADPH，这两种物质都可以用于植物的生长和发育。

同时，叶绿素荧光也会随着光照的强弱、温度、土壤水分等环境因素的变化而发生不同的变化。

通过测量叶绿素荧光可以评估植物的光合作用效率和电子传递速率。

在逆境环境下，植物抗性下降，电子传递速率也会受到影响，表现为叶绿素荧光强度的变化。

因此，利用叶绿素荧光技术可以准确地评估植物在逆境环境下的生理状态和抗性。

具体来说，利用叶绿素荧光技术可以研究植物的逆境反应和逆境忍耐机制。

例如，在高盐环境下，叶绿素荧光特征表现为低光饱和度、高最大量子产量和高非光化学淬灭，这说明植物可以利用不同的途径来适应高盐环境。

此外，通过测量叶绿素荧光可以研究植物的修复机制。

例如，在干旱环境下，植物可以利用ABA信号途径和渐进性脱水等途径来维持光合作用效率，从而提高其逆境抗性。

利用叶绿素荧光技术研究植物逆境抗性的优点在于其非侵入性和非破坏性。

相比其他仪器设备，叶绿素荧光仪器成本较低，操作简便，同时能够进行实时监测和多场景应用。

因此，利用叶绿素荧光技术是一种可以快速准确评估植物逆境抗性的手段。

当然，叶绿素荧光技术也存在一些不足和限制。

首先，不同植物的叶绿素荧光特征有所差异，因此需要根据不同植物设计适合的测试方案。

其次，叶绿素荧光技术只能对叶绿体内部发生的现象进行评估，不能反映其他细胞器等的反应情况。

此外，叶绿素荧光测量过程中需要减少人为误差，保证数据的准确性。

总的来说，利用叶绿素荧光技术可以对植物在逆境环境下的生理状态和抗性进行准确评估。

铅及其复合污染对灰化苔草胁迫的光谱响应研究

铅及其复合污染对灰化苔草胁迫的光谱响应研究随着工业化、城镇化进程的加快和社会经济的飞速发展,我国土壤和水体重金属污染问题日益严重,并已严重危害到人类的健康和生态环境的可持续发展。

本文以鄱阳湖自然湿地优势植物灰化苔草和重金属污染物Pb为研究对象,在南矶山湿地建立野外实验田,监测灰化苔草在整个培养期内(包括苗期、伸长期和成熟期),不同Pb和Pb、Cu、Zn复合浓度下光谱参数(包括蓝谷位置与深度、绿峰位置与峰值、红谷位置与深度、红边位置、红边峰值、红边斜率、红边归一化植被指数(NDVI705)、近红外反射坪反射率平均值(R750-1250))的变化,研究灰化苔草对Pb及其复合污染的高光谱响应,结果表明:1、单一Pb污染的试验浓度为0、500、1000、1500、2000 mg/kg:(1)在单一Pb试验浓度范围内,灰化苔草在整个培养期内未出现枯亡现象,即其对Pb的耐性上限超过2000 mg/kg;(2)随着添加Pb浓度的升高,灰化苔草叶片Pb含量与土壤有效态Pb含量均逐渐升高;并且灰化苔草叶片SPAD值(代表叶绿素的相对含量)呈现明显降低的趋势;(3)灰化苔草叶片在Pb胁迫下敏感光谱波段与特征参数为:550 nm附近的绿峰峰值,495 nm 附近的蓝谷深度,675 nm附近的红谷深度,725 nm附近的红边峰值和红边斜率,750~1250 nm范围内的R750-1250;灰化苔草在整个培养期内,蓝谷深度、红谷深度、红边峰值、红边斜率、NDVI705和R750-1250均与叶片Pb含量之间保持负的相关性,绿峰峰值与叶片Pb含量保持正相关性;(4)灰化苔草在整个培养期内,蓝谷深度、红谷深度、红边峰值、红边斜率、NDVI705和R750-1250与叶片SPAD值的变化规律相对一致,即随着时间的推移,都呈现逐渐降低的趋势;(5)通过分析灰化苔草叶片光谱参数在整个培养期内的变化过程,发现Pb污染下灰化苔草最佳监测生育期为灰化苔草的伸长期。

叶绿素荧光动力学及其在植物抗逆生理研究中的应用

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植物发出的荧光可分为性质不同的两个部和可变荧光（ !; ）。分：固定荧光（ !" ）固定荧光或初始荧光产量，也称基础荧 !" ：光， F 水平荧光。代表不参与 /0 ! 光化学反应的光能辐射部分，是 /0 ! 反应中心处于完全开放时的荧光产量，它与叶绿素浓度有关。万方数据量，可变荧光产代表可参与 /0 ! 光化学 !; ：
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叶绿素荧光动力学的基本原理和测量方法在室温条件下绿色植物发出的这种荧光信号绝大部分来自叶绿体光系统iipsii的天线色素蛋白复合体中的叶绿素应的绿色植物样品突然受到可见光照射后其体内叶绿素分子可在纳秒级时间内发出一定强度的荧光此瞬间的荧光诱导相位称为初级或o相此时的荧光称为固定荧光f然后荧光强度增加的速度减慢因而在处形成拐点接着以毫秒级速度形成一个缓台阶称为i相和d相数秒后荧光强度可达最高点称为p次阻尼震荡才降到接近的稳定t相终水平
将绿色植物或含叶绿素的部分组织如叶片、芽、嫩枝条、茎或单细胞藻类悬浮液放在暗中适应片刻，然后在可见光照射下，植物绿色组织会发出随时间不断变化的微弱的暗红色强度荧光信号，这个过程称为叶绿素 5 荧光诱导动力学，这个现象在 !)(! 年由德国 P5LJGONQ04CGHA 教授发现的，又称为 P5LJGON 效应。目前叶绿素荧光动力学技术逐渐成为农业领域的一项热门技术，广泛应用于农业生产和科研，尤其在鉴定评价作物的耐逆境能力如耐旱性、耐寒性、耐盐性等方面的应用越来越多。本文在分析叶绿素荧光动力学原理的基础上，综述了近年来叶绿素荧光动

苔藓植物抗旱机制及其研究进展

苔藓植物抗旱机制及其研究进展宋金敏植物学06 2006210451摘要：耐旱藓类快速脱水并存活的能力可由快速建立起来的对环境变化的耐受机制来反映，保护细胞完整性的组成型机制与修复细胞损伤的诱导机制协同作用使苔藓植物渡过干旱胁迫。

本文主要介绍苔藓植物的抗旱机制及其研究进展。

关键词：苔藓植物；抗旱；研究进展苔藓植物是种数仅次于种子植物的高等植物，一般生活在阴湿的地方，但也有一些种类具有极强的耐旱性，能生活在裸露的岩石和沙丘上[1-6]。

苔藓植物是植物界的一大类群，能在高寒、高温和弱光等其他陆生植物难以生存的环境中生长繁衍。

许多耐旱种类能长期忍受干燥和阳光的直接照射，１小时内从完全膨胀状态脱水到干燥状态，细胞水势达到-150 M pa 以下，再水化的数分钟或数小时内恢复基本的新陈代谢活动。

而大多数植物细胞水势在-1.5M pa时叶片出现萎蔫，-15 M pa时常常导致不可逆的伤害或死亡。

许多耐旱苔藓植物能适应沙漠中水分迅速变化，在形成生物结皮、活化斑治理和防沙固沙等方面的作用逐渐引起人们的关注[7-9]。

然而，苔藓植物耐旱机制的研究和应用目前国内还未引起足够的重视。

植物类群越低等，耐旱机制越原始。

苔藓植物耐旱机理的研究对于理解干旱胁迫下植物细胞反应过程及修复系统将会起到一定的推动作用。

本文主要从苔藓植物脱水——再水化期间细胞损伤与抗氧化机理、光合系统的保护和基因表达的变化等方面进行综述，旨在探讨苔藓植物耐脱水的机理以及作为模式植物开展耐旱研究的重要价值。

1 脱水再水化期间细胞损伤与抗氧化机制1.1 细胞结构的变化水化－脱水－再水化循环过程中何时发生细胞损伤对研究耐旱机制十分重要。

用Nomarski光学显微镜观察显示，耐旱种山墙藓干燥时细胞普遍发生质壁分离，原生质浓缩呈中空状态；胞质桥连接浓缩的原生质，沿细胞远轴、近轴和侧面延伸；叶绿体变小且变圆；细胞核好像不受脱水的影响[10]。

并非所有的耐旱种类均发生质壁分离。

毛尖紫萼藓(Grimmia pilifera P.Beauv) PSII光化学效率对脱水和复水的响应

毛尖紫萼藓(Grimmia pilifera P.Beauv) PSII光化学效率对脱水和复水的响应衣艳君;刘家尧【摘要】利用快速叶绿素荧光动力学技术研究了毛尖紫萼藓脱水和复水过程中叶绿素荧光变化,结果显示在脱水过程中毛尖紫萼藓PSII的最大光化学效率(Fv/Fm)、光合机构电子传递的量子产额(ETo/ABS)、捕获的激子将电子传递到电子传递链中超过QA的其它电子受体的概率(ETo/TRo)、单位叶面积的反应中心的数量(RC/CSo) 以及PSⅡ受体库(Area) 对叶片含水量的响应等均存在相对含水量阈值.在阈值范围内脱水,对以上荧光参数影响不大,低于阈值后,各荧光参数值迅速下降,直至PSII反应中心完全关闭以及光化学过程结束.再复水后,毛尖紫萼藓光合机构的最大捕光效率、实际光化学效率、PSII反应中心受体侧的电子传递链以及反应中心均能得到快速而有效的恢复.表明一定时间内脱水不会对毛尖紫萼藓的光合器官造成严重伤害,光合系统仍维持在可恢复状态.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2007(027)012【总页数】7页(P5238-5244)【关键词】毛尖紫萼藓;叶绿素荧光;脱水;复水【作者】衣艳君;刘家尧【作者单位】青岛农业大学生命科学学院,山东青岛,266109;青岛农业大学生命科学学院,山东青岛,266109【正文语种】中文【中图分类】Q948苔藓植物是植物界的重要门类，以矮小的身躯和广泛的适应性为特征。

许多苔藓植物有着特殊的生理生态适应机制，可以在高寒、高温、干旱和弱光等其它陆生植物难以生存的环境中生长繁衍。

20世纪70年代起国外已开始对耐旱藓类的干旱生理响应和抗旱机理进行研究[1～6]，甚至已深入到寻找抗旱基因水平[7～9]。

特别是山墙藓Tortula ruralis 研究的最为详尽，已成为研究耐旱藓类生理生态和抗旱机理的模式植物[2,7,10～16]。

研究指出，山墙藓是通过一定的保护机制和再水化诱导的恢复系统来耐受干旱胁迫的，耐旱的山墙藓在其重湿润过程中会启动修复机制[1,2,10～11]，如今已建立了山墙藓的基因表达标记物(EST)数据库[9]，为发现与重要表型有关的新基因如抗旱基因[13～16]打下了基础。

高原2种草本植物的光合作用和叶绿素荧光参数日动态

高原2种草本植物的光合作用和叶绿素荧光参数日动态高原2种草本植物的光合作用和叶绿素荧光参数日动态高丽楠1，张宏2，陈舒慧1，贺琼1，孙佳媛1【摘要】摘要:以来源于川西北高寒沼泽草甸2种优势草本植物木里苔草(Carex muliiensis Hand.-Mazz)和四川嵩草(Kobresia setchwanensis Hand.-Mazz)为试材，利用LI-6400便携式光合作用测量系统及PAM-2100调制叶绿素荧光仪，在夏季7月对其光合速率及叶绿素荧光特性的日动态进行测定.结果表明:木里苔草光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)日动态均呈双峰曲线，而四川嵩草的光合速率和蒸腾速率日动态表现为单峰曲线，并且都出现光合“午休”现象.根据Pn、胞间CO2浓度(ci)、气孔限制值(Ls)的变化方向，推测木里苔草的光合“午休”主要受气孔因素限制，但四川嵩草主要受非气孔因素限制.清晨7:00，木里苔草和四川嵩草的Fv/Fm都低于0.8，发生了长期的光抑制.19:00，2种草本Fv/Fm均未恢复到7:00的水平，表明光系统Ⅱ(PSII)反应中心可能发生了不可逆失活，或光合机构受到了破坏或损伤.影响2种草本叶片Pn日变化的主要决定因子是Tr，主要限制因子是叶温(Tleaf).研究表明，木里苔草较低的Tr 和较高的水分利用效率(WUE)显示出在受水分胁迫的高温低湿环境下的适应性;但高寒草甸四川嵩草实际光化学反应效率(ΦPSII)和半饱和光强(Ek)都显著大于木里苔草，表明对强光耐受能力强.【期刊名称】四川师范大学学报（自然科学版）【年(卷),期】2015(038)004【总页数】11【关键词】关键词:高寒沼泽草甸;光合作用;叶绿素荧光【文献来源】https:///doc/3614503249.html,/academic-journal-cn_journal-sichuan-normal-。

两株绿藻响应CO_2浓度变化的生长和生理特性的研究

doi: 10.7541/2018.023两株绿藻响应CO 2浓度变化的生长和生理特性的研究卫晴1, 2郑凌凌1卢哲1, 2胡丽丽1宋立荣1(1. 中国科学院水生生物研究所中国科学院藻类生物学重点实验室, 武汉 430072; 2. 中国科学院大学, 北京 100049)HCO ¡3HCO ¡3摘要: 以小球藻FACHB-1580和栅藻FACHB-1618为研究对象, 比较了两株绿藻在0.04% CO 2、5% CO 2和20%CO 2 (v /v )三种通气培养条件下的生长和生理特性的响应, 试图阐述与无机碳利用相关生理参数和微藻利用CO 2能力的关系。

结果表明, 两株绿藻均能高效利用CO 2, 在5%(v /v )条件下均表现出最大生物量积累、最大比生长速率和最大二氧化碳固定速率。

小球藻FACHB-1580和栅藻FACHB-1618最大生物量分别为3.5和5.4 g/L, 分别是0.04% CO 2 (v /v )条件的1.41和1.46倍。

在高达20% CO 2 (v /v )条件下, 两株绿藻的生物量均显著高于空气组(P <0.05)。

随着CO 2浓度的增加, 两株绿藻的无机碳亲和力、胞内和胞外CA 活性、初始Rubisco 活性, 及Rubisco 活化度均有下降趋势, 总的Rubisco 活性变化不明显。

另外, 小球藻FACHB-1580存在较高的胞外和胞内CA 活性; 而栅藻FACHB-1618胞外CA 活性几乎为零, 胞内CA 活性显著低于小球藻FACHB-1580。

由此推测, 小球藻FACHB-1580能同时吸收介质中的和CO 2, 其胞内CA 催化胞内快速转化为CO 2, 从而为Rubisco 提供充足的CO 2来源; 而栅藻FACHB-1618主要吸收介质中的CO 2, 其胞内CA 活性较低, 推测其通过提高胞内CA 含量, 或增强Rubisco 对CO 2的亲和力等促进光合固碳作用。

两种白颖苔草对梯度NaCl胁迫的生理生化响应及综合评价

第32卷第3期V o l .32 No .3草地学报A C T A A G R E S T I A S I N I C A2024年 3月M a r . 2024d o i :10.11733/j.i s s n .1007-0435.2024.03.009引用格式:吴一鸣,崔会婷,张昆,等.两种白颖苔草对梯度N a C l 胁迫的生理生化响应及综合评价[J ].草地学报,2024,32(3):736-745WU Y i -m i n g ,C U IH u i -t i n g ,Z HA N G K u n ,e t a l .P h y s i o l o g i c a l ,B i o c h e m i c a lR e s p o n s e s a n dC o m pr e h e n s i v eE v a l u a -t i o no fT w o C a r e x r i g e s c e n s V a r i e t i e s i nR e s p o n s e t oG r a d i e n tN a C l S t r e s s [J ].A c t aA g r e s t i aS i n i c a ,2024,32(3):736-745两种白颖苔草对梯度N a C l 胁迫的生理生化响应及综合评价吴一鸣1,崔会婷1,张昆3,李跃1,李明娜2*,孙彦1*(1.中国农业大学草业科学与技术学院,北京100193;2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京100193;3.青岛农业大学草业学院,山东青岛266100)收稿日期:2023-08-26;修回日期:2023-11-02基金项目:国家自然科学基金(32271763)资助作者简介:吴一鸣(1999-),男,汉族,河南濮阳人,硕士研究生,主要从事草坪科学与管理研究,E -m a i l :1181024318@q q.c o m ;*通信作者A u t h o r f o r c o r r e s p o n d e n c e ,E -m a i l :l i m i n gn a @c a a s .c n ;02008@c a u .e d u .c n 摘要:本试验以两个白颖苔草(C a r e x r i ge s c e n s )品种绿坪1号和绿坪2号为材料,使用0,100,200和300m m o l ㊃L -1N a C l 处理21d ,对处理后白颖苔草叶片进行了叶绿素含量㊁相对电导率㊁相对含水量㊁过氧化氢含量㊁丙二醛含量㊁钾钠比㊁净光合速率㊁气孔导度㊁胞间二氧化碳浓度㊁蒸腾速率㊁超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性指标的测定,并对各测定值进行隶属函数分析比较,探究两种白颖苔草在长期盐胁迫下的耐盐特性㊂结果表明: 绿坪1号中丙二醛含量和过氧化氢含量在盐浓度300m m o l ㊃L -1处理后比对照相比有更大幅度的上升;两材料中超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性变化不一致㊂随后经过相关性分析㊁主成分分析和隶属函数分析,提取3个主成分作为白颖苔草耐盐性评价的综合指标,经过计算得出耐盐性较强的是绿坪2号㊂研究结果对白颖苔草在盐碱地利用及后续耐盐机理研究具有参考意义㊂关键词:白颖苔草;盐胁迫;抗氧化酶活性;隶属函数;综合评价中图分类号:Q 949.71+4.3 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2024)03-0736-10P h y s i o l o g i c a l ,B i o c h e m i c a lR e s p o n s e s a n dC o m pr e h e n s i v eE v a l u a t i o no fT w o C a r e x r i g e s c e n s V a r i e t i e s i nR e s po n s e t oG r a d i e n tN a C l S t r e s s WU Y i -m i n g 1,C U IH u i -t i n g 1,Z H A N G K u n 3,L IY u e 1,L IM i n g-n a 2*,S U N Y a n 1*(1.C o l l e g e o fG r a s s l a n dS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,C h i n aA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y ,B e i j i n g 100193,C h i n a ;2.I n s t i t u t e o fA n i m a l S c i e n c e ,C h i n e s eA c a d e m y o fA g r i c u l t u r a l S c i e n c e s ,B e i j i n g 100193,C h i n a ;3.C o l l e g e o fG r a s s l a n dS c i e n c e ,Q i n gd a o A g r i c u l t u r a lU n i ve r s i t y ,Q i n g d a o ,S h a n d o n g Pr o v i n c e 266100,C h i n a )A b s t r a c t :T h i s e x p e r i m e n t t r e a t e d t w o t y p e s o f C .r i ge s c e n s , L vP i n g N o .1 a n d L vP i n g N o .2 w i t h0,100,200,a n d 300m m o l ㊃L -1N a C lf o r 21d a y s .T h e c h l o r o p h y l l c o n t e n t ,r e l a t i v e e l e c t r o l y t i c l e a k a ge ,r e l -a t i v ew a t e r c o n t e n t ,H 2O 2c o n t e n t ,m a l o n d i a l d e h y d e c o n t e n t ,K +/N a +r a t i o ,n e t p h o t o s y n t h e t i c r a t e ,s t o m a -t a l c o n d u c t a n c e ,i n t e r c e l l u l a rc a r b o nd i o x i d ec o n c e n t r a t i o n ,t r a n s p i r a t i o nr a t e ,s u pe r o x i d ed i s m u t a s e ,a n d p e r o x i d a s e a c t i v i t y i n d i c a t o r sw e r em e a s u r e d .M e m b e r s h i pf u n c t i o na n a l y s i s a n dc o m p a r i s o nw e r e c o n d u c -t e do ne a c h m e a s u r e dv a l u e .T h e s a l t t o l e r a n c e c h a r a c t e r i s t i c so f t w os p e c i e so f C .r ig e s c e n s u n d e r l o n g -t e r ms a l t s t r e s sw e r e e x p l o r e d .Th e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e c o n t e n t o fM D Aa n dH 2O 2co n t e n t i n L vP i n g N o .1 w e r e s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d a f t e r t r e a t e dw i t h a s a l t c o n c e n t r a t i o n o f 300m m o l ㊃L -1,c o m p a r i n g t o t h e c o n t r o l g r o u p .T h e a c t i v i t y c h a n g e s o f s u pe r o x i d e d i s m u t a s e a n d p e r o x i d a s e i n t h e t w om a t e r i a l s a r e i n -c o n s i s t e n t .S u b s e q u e n t l y ,t h r o u g h c o r r e l a t i o n a n a l y s i s ,p r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l y s i s ,a n dm e m b e r s h i pf u n c -t i o na n a l y s i s ,t h r e e p r i n c i p a l c o m p o n e n t sw e r e e x t r a c t e d a s c o m p r e h e n s i v e i n d i c a t o r s f o r e v a l u a t i n gt h e s a l t第3期吴一鸣等:两种白颖苔草对梯度N a C l胁迫的生理生化响应及综合评价t o l e r a n c e o f C.r i g e s c e n s.A f t e r c a l c u l a t i o n,i tw a sd e t e r m i n e d t h a t L vP i n g N o.2 h a d t h e s t r o n g e r s a l t t o l e r a n c e.T h e r e s u l t so f t h i ss t u d y e n h a n c et h eu t i l i z a t i o no f C.r i g e s c e n s p l a n t s i ns a l i n ea l k a l i l a n d, w h i c ha l s o p r o v i d eu s e f u l i n f o r m a t i o n f o r s u b s e q u e n t r e s e a r c ho n i t s s a l t t o l e r a n c em e c h a n i s m s.K e y w o r d s:C a r e x r i g e s c e n s;S a l t s t r e s s;A n t i o x i d a n t e n z y m e a c t i v i t y;M e m b e r s h i p f u n c t i o n;C o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n土壤盐渍化是影响植物生长发育㊁限制农作物产量最重要的非生物胁迫因素之一[1]㊂世界范围内,每天约有2000h m2的耕地由于土地盐碱化而损失[2]㊂通过在受盐碱化影响的土地上建植耐盐植物,能够起到对盐碱地改良㊁修复和再利用的作用㊂研究表明,草坪草不仅在城市绿化㊁园林观赏等方面发挥作用,也在屋顶绿化[3]㊁水土保持[4]及土地改良[5]等生态方面有广泛的应用价值㊂苔草属(C a r e x L.)是草坪草中重要的成员,同时也是莎草科中体量较大的属之一[6],广泛分布于世界各地的温带和寒带[7]地区㊂近年来关于苔草属及其分类下植物的研究不断增多,包括苔草属植物的生长㊁返青特性[8]㊁抗逆性比较[9-11]等㊂白颖苔草(C a r e x r i g e s c e n s)是莎草科(C y p e r a c e a e)苔草属寸草亚种,是我国特有的乡土草种,广泛分布于我国河北㊁北京㊁甘肃㊁内蒙古㊁山东等北方省份[12-13],具有成坪快㊁观赏价值高㊁耐践踏㊁低养护㊁返青早等优良特性㊂同时,与其他苔草属物种一样[14],白颖苔草对各类环境逆境均有良好的耐受性㊂白颖苔草抗逆性方面的研究目前已经有一定进展㊂江佳琳等[15-16]鉴定了不同地区采集的白颖苔草耐热性和耐遮荫性;张昆等[17]计算出绿坪1号白颖苔草耐盐阈值为262.59m m o l㊃L-1㊂Z H A N G 等[18]还从分子层面上利用转录组学技术对白颖苔草耐盐相关基因进行了挖掘,并完成了对白颖苔草糖基转移酶基因(C r U G T87A1)的耐盐性[19]和咖啡酸O-甲基转移酶基因(C r C O MT)的耐盐[20]及耐旱[21]功能验证㊂同时,HU等[22]还发现外源施加乙酸可以增强白颖苔草耐盐性㊂已有的研究发现绿坪1号和绿坪2号可以作为白颖苔草应答短期盐胁迫的两种代表性材料[23],然而长期盐胁迫下两种白颖苔草的生理生化和抗氧化酶活性变化仍需进一步探明㊂为研究长期盐胁迫下白颖苔草生理生化指标和抗氧化酶活的变化,本试验以绿坪1号 (C a r e x r i g e s c e n s L vP i n g N o.1 )和绿坪2号白颖苔草(C a r e x r i g e s c e n s L vP i n g N o.2 )品种为材料,用0,100,200和300m m o l㊃L-1N a C l溶液模拟盐胁迫,对其进行耐盐性评价㊂通过测定盐胁迫下材料的光合㊁生理生化和抗氧化酶活等指标,利用主成分分析法和模糊数学隶属函数法进行数据分析,对两白颖苔草材料耐盐性进行综合评价,以期为盐碱地改良利用提供新的植物材料,同时也为白颖苔草后续耐盐的研究提供理论基础㊂1材料与方法1.1植物材料及处理供试白颖苔草种子取自中国农业大学草业科学与技术学院草坪科学与工程系㊂试验在中国农业大学草业科学与技术学院温室中进行,温度23~28ħ,光照强度7000l x,白天12 h黑暗12h㊂20%氢氧化钠浸泡白颖苔草种子40 m i n[24],自来水清洗种子至p H呈中性后种于17.5 c mˑ12.5c mˑ13.5c m(口径ˑ底径ˑ高)的塑料花盆中,每盆30株,每处理5盆㊂培养基质为泥炭土㊁蛭石㊁生土等比例混合㊂生长60d后,将两品种白颖苔草植株统一修剪至10c m,24h后开始胁迫㊂设置0,100,200和300m m o l㊃L-13个N a C l浓度,为避免高盐浓度的突然冲击对植物造成损伤,N a C l浓度每天增加50m m o l㊃L-1,达到目标浓度后,于第1, 4,7,10,13,16和19d浇灌相应N a C l溶液(对照用蒸馏水代替),每次标准为底部渗出溶液积满杯底托盘,胁迫21d后进行各项指标的测定㊂1.2生理指标测定方法1.2.1光合指标使用便携式光合测定仪(L I-6400,L i-C O R,L i n c o l n,N E,U S A)对胁迫21d的叶片进行光合指标测定,测定指标为净光合速率(N e t p h o t o s y n t h e t i c r a t e,P n)㊁气孔导度(S t o m a t a l c o n-d u c t a n c e,G s)㊁胞间二氧化碳浓度(I n t e r c e l l u l a r c a r b o n d i o x i d e c o n c e n t r a t i o n,C i)和蒸腾速率(T r a n s p i r a t i o n r a t e,T r)㊂选取从上至下数第3枚完整的叶片为光合测定叶片,每处理重复3次㊂1.2.2叶绿素含量称取叶片0.2g,放入含10m L 95%乙醇的玻璃管中,避光提取,期间震荡几次使提取效果充分,待叶片变白后,吸取适量的提取液,在649n m和665n m处测定吸光度㊂叶绿素(C h l o r o-737草地学报第32卷p h y l l c o n t e n t,C C)含量=(13.95A665-6.88A649)+ (24.96A649-7.32A665)[25]㊂每处理重复3次㊂1.2.3相对电导率在离心管内装入35m L蒸馏水,测其电导率记为S0,称取叶片0.2g,用吸水纸包裹浸没于离心管中,室温放置24h后测定管内的电导率记为S1,沸水浴30m i n,待管子冷却后测定管内的电导率记为S2,叶片电导率(R e l a t i v ee l e c-t r o l y t i c l e a k a g e,R E L)=(S1-S0)/(S2-S0)[26]㊂每处理重复3次㊂1.2.4相对含水量称取植株叶片0.5g,记为W f,叶片用吸水纸包裹,浸没于含蒸馏水离心管中过夜,取出后擦干表面水分,称重记为W d,80ħ烘箱中烘干至恒重,记为W t㊂相对含水量(R e l a t i v e w a t e r c o n t e n t,RW C)=(W f-W d)/(W t-W d)㊂每处理重复3次㊂1.2.5离子含量测定(1)取植物叶片,用去离子水冲洗干净㊂105ħ杀青15m i n,80ħ烘箱内烘干至恒重㊂使用研钵将完全干燥的叶片研磨成粉末,过筛,干燥处保存待测㊂(2)称取叶片粉末0.5g,装入25m L容量瓶中,将容量瓶放置到加热板上,在通风处内加入H N O3和H C l O4混合液(V/V9ʒ4) 10m L,溶解样品直至样品变成无色㊂(3)打开容量瓶口待N O2挥发,直至容量降低3~5m L㊂(4)容量瓶放置室温处,加入去离子水定容至25m L㊂滤纸过滤溶液,保存㊂(5)上样,使用原子吸收分光光度计,测定离子含量㊂1.2.6生化指标及抗氧化酶活性测定参照丙二醛(M a l o n d i a l d e h y d e,M D A)含量检测试剂盒(N o.B C0020)㊁超氧化物歧化酶(S u p e r o x i d ed i s m u t a s e a c-t i v i t y,S O D)活性检测试剂盒(N o.B C0170)㊁过氧化物酶(P e r o x i d a s e a c t i v i t y,P O D)活性检测试剂盒(N o.B C0090)和过氧化氢(H2O2)含量检测试剂盒(N o.B C3590)指导手册进行相关指标测定㊂每处理重复3次㊂上述试剂盒均购于北京索莱宝科技有限公司㊂1.3数据处理与统计分析综合评价耐盐性方法参照文献[27-28]㊂盐害系数计算S T C=M/Cˑ100%,其中S T C为盐害系数,M为各处理下指标测定值,C为对照测定值㊂隶属函数公式X=(X i-X m i n)/(X m a x-X m i n),i =1,2, n㊂计算在不同N a C l处理下各指标隶属函数值(式中,X i为白颖苔草各指标测定值,X m i n和X m a x为指标测定值中最小值和最大值)㊂各综合指标的权重计算:W i=V i/ðN i=1V i,i= 1,2, n㊂W i表示第i个综合指标在所有综合指标中的重要程度,即权重;V i表示经过主成分分析所得材料各部分综合指标的贡献率㊂耐盐综合评价计算公式如下:D=ðN i=1X iˑW i,i=1,2, ,n㊂D值为不同材料在盐胁迫下,由综合指标评价计算所得耐盐性综合评价㊂数据统计使用E x c e l㊂数据分析使用S P S S 19.0(I B M,美国),显著性计算基于单因素方差分析和邓肯多重比较(P<0.05),并对各指标进行主成分分析㊁相关性分析和加权隶属函数法,综合评价不同品种白颖苔草的耐盐性㊂2结果与分析2.1不同盐浓度处理对白颖苔草生理生化指标的影响两白颖苔草品种叶绿素含量随盐处理浓度升高而下降(图1)㊂绿坪1号中,所有盐浓度处理下其叶绿素含量均显著低于对照(P<0.05),且在300 m m o l㊃L-1时达到最低,与对照相比降低37.40%㊂绿坪2号在盐浓度达到200和300m m o l㊃L-1时叶绿素含量均显著低于对照(P<0.05),在300 m m o l㊃L-1时与对照相比下降13.74%,降幅小于绿坪1号㊂图1不同盐浓度处理对绿坪1号和绿坪2号白颖苔草叶绿素含量的影响F i g.1 E f f e c t s o f d i f f e r e n tN a C l c o n c e n t r a t i o n t r e a t m e n t o n C h l o r o p h y l l c o n t e n t i n C a r e x r i g e s c e n s L vP i n g N o.1a n d L vP i n g N o.2 v a r i e t i e s注:不同小写字母表示同一品种处理间差异显著(P<0.05),下同N o t e:D i f f e r e n t l o w e r c a s e l e t t e r s i n d i c a t e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e a m o n g d i f f e r e n t t r e a t m e n t s i nt h es a m ev a r i e t y a t t h e0.05l e v e l,s i m i l a r l y f o r t h e f o l l o w i n g f i g u r e s837第3期吴一鸣等:两种白颖苔草对梯度N a C l胁迫的生理生化响应及综合评价两白颖苔草品种相对电导率均随盐浓度升高而升高(图2),且均在300m m o l㊃L-1时达到最大值㊂绿坪1号中,100,200和300m m o l㊃L-1盐浓度下其相对电导率均显著高于对照(P<0.05),在300 m m o l㊃L-1时与对照相比增幅为45.55%,但在200和300m m o l㊃L-1盐浓度下二者电导率并无显著差异㊂绿坪2号在100,200和300m m o l㊃L-1盐浓度下其相对电导率变化与绿坪1号一致,均显著高于对照(P<0.05),在300m m o l㊃L-1时与对照相比增幅为15.01%,增幅小于绿坪1号㊂图2不同盐浓度处理对绿坪1号和绿坪2号白颖苔草相对电导率的影响F i g.2 E f f e c t s o f d i f f e r e n tN a C l c o n c e n t r a t i o n t r e a t m e n t o nr e l a t i v e e l e c t r o l y t i c l e a k a g e i n C a r e x r i g e s c e n sL vP i n g N o.1 a n d L vP i n g N o.2 v a r i e t i e s两白颖苔草品种相对含水量均随盐浓度升高而下降(图3)㊂不同的是, 绿坪1号相对含水量在各个盐处理下均显著低于对照(P<0.05),在盐浓度为300m m o l㊃L-1时最低,与对照相比降低57.74%㊂绿坪2号在盐浓度达200和300m m o l㊃L-1时相对含水量显著低于对照(P<0.05),在盐浓度300 m m o l㊃L-1时最低,较对照相比降低43.89%,降幅小于绿坪1号㊂两白颖苔草品种过氧化氢含量均有随盐浓度升高而升高的趋势(图4A),不同的是, 绿坪1号在盐浓度为200和300m m o l㊃L-1时H2O2含量均显著高于对照(P<0.05),且在300m m o l㊃L-1时达到最大值㊂绿坪2号在3个盐浓度下H2O2含量均与对照不存在显著差异,且在盐浓度为200m m o l㊃L-1时达到最大值,与对照相比增幅为2.84%,最大增幅小于绿坪1号㊂图3不同盐浓度处理对绿坪1号和绿坪2号白颖苔草相对含水量的影响F i g.3 E f f e c t s o f d i f f e r e n tN a C l c o n c e n t r a t i o n t r e a t m e n t o nr e l a t i v ew a t e r c o n t e n t i n C a r e x r i g e s c e n sL vP i n g N o.1 a n d L vP i n g N o.2 v a r i e t i e s两白颖苔草品种丙二醛含量均随盐浓度升高而升高(图4B),且均在300m m o l㊃L-1时达到最大值㊂绿坪1号在盐浓度为200和300 m m o l㊃L-1时丙二醛含量与对照相比均显著升高(P<0.05),最大增幅为39.73%㊂绿坪2号丙二醛含量在各个盐处理下均显著高于对照(P<0.05),增幅最大为22.31%,增幅小于绿坪1号㊂总的来说,两材料叶绿素㊁相对电导率㊁相对含水量和M D A含量变化趋势一致,值得注意的是, 绿坪1号白颖苔草叶绿素含量和相对含水量在盐浓度达300m m o l㊃L-1时较200m m o l㊃L-1有较大幅度下降,下降幅度分别为19.67%和45.19%,且均存在显著差异(P<0.05)㊂937草地学报第32卷图4 不同盐浓度处理对绿坪1号和绿坪2号白颖苔草生化指标的影响F i g .4 E f f e c t s o f d i f f e r e n tN a C l c o n c e n t r a t i o n t r e a t m e n t o nb i o c h e m i c a l c h a n g e s i n C a r e x r i ge s c e n s L vP i n g N o .1 a n d L vP i n g No .2 v a r i e t i e s 2.2 不同盐浓度处理对白颖苔草钾钠比(K +/N a+)的影响两白颖苔草品种钾钠比均随盐浓度的升高而下降(图5),且在不同盐浓度下均显著低于对照(P <0.05),各组间均存在显著差异(P <0.05),并都在盐浓度300m m o l㊃L -1时达到最低值㊂绿坪1号最低值为0.25, 绿坪2号最低值为0.28㊂图5 不同盐浓度处理对绿坪1号和绿坪2号白颖苔草白颖苔草钾钠比的影响F i g.5 E f f e c t s o f d i f f e r e n tN a C l c o n c e n t r a t i o n t r e a t m e n t o n K +/N a +r a t i o i n C a r e x r i ge s c e n s L vP i n g N o .1 a n d L vP i n g No .2 v a r i e t i e s 2.3 不同盐浓度处理对白颖苔草光合作用相关指标的影响两白颖苔草品种净光合速率均随盐浓度升高而降低(图6A ),均在盐浓度300m m o l㊃L -1时与同组对照相比达到最小值,同时不同盐浓度处理下P n 与对照相比均显著下降(P <0.05)㊂不同的是, 绿坪1号各处理间P n 存在显著差异(P <0.05),且P n 与对照相比最大降幅为84.40%㊂绿坪2号 P n 在盐浓度200m m o l ㊃L -1与300m m o l ㊃L -1时不存在显著差异,与对照相比P n 最大降幅为72.20%,降幅小于前者㊂两白颖苔草品种气孔导度均随盐浓度升高而降低(图6B ),且均在盐浓度300m m o l ㊃L -1时达到最小值,同时二者除对照外各盐浓度下气孔导度均不存在显著差异㊂绿坪1号气孔导度与对照相比最大降幅为85.28%, 绿坪2号气孔导度与对照相比最大降幅为91.35%,降幅高于前者㊂随盐浓度增加,两白颖苔草品种胞间二氧化碳浓度均有逐渐上升的趋势(图6),但不同处理间C i均无显著差异㊂两白颖苔草品种蒸腾速率的变化与气孔导度的变化趋势基本一致(图6D )㊂绿坪1号 T r 与对照相比最大降幅为88.13%, 绿坪2号 T r 与对照相比最大降幅为90.90%,与G s 一样,降幅高于绿坪1号㊂047第3期吴一鸣等:两种白颖苔草对梯度N a C l胁迫的生理生化响应及综合评价图6 不同盐浓度处理对绿坪1号和绿坪2号白颖苔草光合性能的影响F i g .6 E f f e c t s o f d i f f e r e n tN a C l c o n c e n t r a t i o n t r e a t m e n t o n p h o t o s y n t h e t i c c h a r a c t e r i s t i c s i n C a r e x r i ge s c e n s L vP i n g N o .1 a n d L vP i n g No .2 v a r i e t i e s 2.4 不同盐浓度处理对白颖苔草抗氧化物酶活性的影响两白颖苔草品种超氧化物歧化酶活性均在盐浓度达200m m o l㊃L -1时达到最大(图7A )㊂绿坪1号在盐浓度达到100m m o l ㊃L -1和200m m o l㊃L -1时S O D 活性与对照相比有显著上升(P <0.05),盐浓度为300m m o l㊃L -1时与对照相比不存在显著差异,最大增幅为6.99%㊂绿坪2号在各个盐浓度下与对照相比均存在显著差异(P <0.05),但S O D 活性在盐浓度为200m m o l ㊃L -1和300m m o l㊃L -1时无显著差异㊂两白颖苔草品种过氧化物酶活性随盐浓度增加变化趋势不一致(图7B )㊂绿坪1号 P O D 活性呈现先升高后下降的变化趋势,在盐浓度100m m o l㊃L -1和200m m o l ㊃L -1时与对照相比有显著上升(P <0.05),在盐浓度300m m o l㊃L -1时与对照相比不存在显著差异㊂绿坪2号 P O D 活性呈现下降-上升-下降的变化趋势,在盐浓度200m m o l ㊃L -1时P O D活性与对照相比增加9.21%,但不存在显著差异;盐浓度100m m o l ㊃L -1和300m m o l ㊃L -1时P O D 活性与对照相比均显著下降(P <0.05)㊂147草地学报第32卷图7不同盐浓度处理对绿坪1号和绿坪2号白颖苔草抗氧化酶活性的影响F i g.7 E f f e c t s o f d i f f e r e n tN a C l c o n c e n t r a t i o n t r e a t m e n t o na n t i o x i d a n t e n z y m e a c t i v i t y i n C a r e x r i g e s c e n sL vP i n g N o.1 a n d L vP i n g N o.2 v a r i e t i e s2.5两白颖苔草品种各项指标的相关性分析对两白颖苔草品种不同浓度盐处理后各项指标进行相关性分析(表1),指标间相关系数在 0.933 ~0.988之间,其中净光合速率与相对含水量㊁净光合速率与蒸腾速率㊁钾钠比与蒸腾速率㊁气孔导度与蒸腾速率㊁相对电导率与丙二醛含量之间存在显著相关性(P<0.05),净光合速率与钾钠比㊁叶绿素含量与相对含水量之间存在极显著相关性(P< 0.01)㊂说明两白颖苔草品种在不同盐处理下部分指标之间具有相关性㊂表1各耐盐指标的相关性分析T a b l e1 C o r r e l a t i o na n a l y s i s o f s a l t t o l e r a n c e c o e f f i c i e n t s指标I n d e x e s P n C C RW C K+/N a+G s C i T r R E L M D A S O D H2O2P O DP n1.000C C0.7941.000RW C0.828*0.988**1.000K+/N a+0.933**0.7020.7231.000G s0.5550.2740.2120.7041.000C i-0.839-0.9330.931-0.8600.4531.000T r0.836*0.5680.5460.869*0.893*0.6921.000R E L-0.477-0.6530.732-0.2330.4430.4820.0141.000M D A-0.751-0.8500.901-0.5220.0500.7150.3840.911*1.000S O D0.0030.6060.531-0.0540.1980.4450.0950.3890.3941.000H2O2-0.527-0.4990.540-0.1870.1120.2570.2650.7270.8080.1271.000P O D0.0660.2650.1510.2750.6240.4070.4590.4480.1850.4370.4251.000注:*表示显著相关关系,显著水平为0.05;**表示极显著相关关系,显著水平为0.01㊂P n表示净光合速率;C C表示叶绿素含量;RW C 表示相对含水量;K+/N a+表示钾钠比;G s表示气孔导度;C i表示胞间二氧化碳浓度;T r表示蒸腾速率;R E L表示相对电导率;M D A表示丙二醛含量;S O D表示超氧化物歧化酶活性;H2O2表示过氧化氢含量;P O D表示过氧化物酶活性N o t e:*i n d i c a t e s s i g n i f i c a n t c o r r e l a t i o n,s i g n i f i c a n t l e v e l i s0.05.**i n d i c a t e s h i g h l y s i g n i f i c a n t c o r r e l a t i o n,s i g n i f i c a n t l e v e l i s0.01.P n r e-p r e s e n t s n e t p h o t o s y n t h e t i c r a t e;C Cr e p r e s e n t s c h l o r o p h y l l c o n t e n t;RW Cr e p r e s e n t s r e l a t i v ew a t e r c o n t e n t;K+/N a+r e p r e s e n t sK+/N a+r a t i-o;G s r e p r e s e n t s s t o m a t a l c o n d u c t a n c e;C i r e p r e s e n t s i n t e r c e l l u l a r c a r b o nd i o x i d e c o n c e n t r a t i o n;T r r e p r e s e n t s t r a n s p i r a t i o nr a t e;R E Lr e p r e s e n t s r e l a t i v e e l e c t r o l y t i c l e a k a g e;M D Ar e p r e s e n t sm a l o n d i a l d e h y d e;S O Dr e p r e s e n t s s u p e r o x i d ed i s m u t a s ea c t i v i t y;H2O2r e p r e s e n t sH2O2c o n t e n t; P O Dr e p r e s e n t s p e r o x i d a s e a c t i v i t y2.6各指标的主成分分析和隶属函数分析接下来对各指标进行主成分分析(表2)发现,第1主成分的贡献率为55.229%,第2,3主成分的贡献率为25.878%和13.962%,累积贡献率达到95.069%,基本代表了试验材料所测指标的大部分信息㊂因此,选取前3个主成分作为白颖苔草耐盐性评价的综合指标(表2)㊂根据隶属函数公式计算两白颖苔草品种各综合247第3期吴一鸣等:两种白颖苔草对梯度N a C l 胁迫的生理生化响应及综合评价指标的隶属函数值(表3),根据各综合指标的贡献率得到3个综合指标的权重分别为0.581,0.272和0.147(表4),最后依旧计算得出的D 值大小对白颖苔草材料进行耐盐能力综合排序,其中绿坪1号和绿坪2号的D 值分别为0.419和0.581,表明绿坪2号白颖苔草的综合耐盐性强于绿坪1号㊂表2 主成分分析T a b l e 2 T h e r e s u l t s o f p r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l ys i s 主成分P r i n c i p a l c o m po n e n t 特征值E i ge n v a l u e s 贡献率C o n t r i b u t i o n/%累积贡献率C u m u l a t i v e c o n t r i b u t i o n/%P C 16.62755.22955.299P C 23.10525.87881.107P C 31.67513.96295.069表3 各因子载荷矩阵T a b l e 3 F a c t o r l o a d i n g指标I n d e x e s主成分P r i n c i p a l c o m po n e n t P C 1P C 2P C 3P n 0.9290.142-0.335C C0.956-0.1020.252RW C0.967-0.1740.157K +/N a+0.8370.417-0.238G s 0.4140.873-0.162C i -0.941-0.159-0.206T r 0.7340.593-0.254R E L-0.6170.7710.029M D A -0.8660.4830.067S O D0.366-0.2770.872H 2O 2-0.5590.5610.352P O D 0.2050.7150.629表4 各综合指标值㊁权重㊁隶属函数值㊁D 值及综合排序T a b l e 4 T h e v a l u e s o f t h e c o m pr e h e n s i v e i n d e xv a l u e ,w e i gh t ,s u b o r d i n a t i v e f u n c t i o nv a l u e ,Dv a l u e a n d c o m p r e h e n s i v e r a n k i n g品种V a r i e t i e sP C 1P C 2P C 3X 1X 2X 3D 值综合排序O r d e r 绿坪1号L vP i n g N o .1-0.1640.4770.2160.0001.0001.0000.4192绿坪2号L vP i n g N o .2-0.0530.3690.2051.0000.0000.0000.5811权重W e i gh t 0.5810.2720.1473 讨论3.1 盐胁迫对白颖苔草丙二醛和过氧化氢含量的影响丙二醛是膜脂过氧化作用的产物之一,使得细胞膜透性增加,进而加强脂质过氧化作用,其含量直接反映细胞膜受损程度[29]㊂同时,盐胁迫下,氧气可与植物叶绿体和线粒体电子传递链中泄露的电子反应生成H 2O 2,尽管H 2O 2本身对植物的毒害作用不大,但可通过后续反应转化为O H -[30],具有很大的毒性㊂研究表明,随盐浓度升高, 绿坪1号和绿坪2号白颖苔草M D A 含量均呈上升趋势,这与刘燕等[31]在草地早熟禾(P o aP r a t e n s i s )和周兴元等[32]在假俭草(E r e m o c h l o ao p h i u r o i d e s (M u n -r o )H a c k .)中研究结果一致,表明植物正遭受严重的氧化胁迫;然而,这与杨瑞瑞等[33]对盐爪爪(K .fo l i a t u m )在梯度盐胁迫下M D A 变化趋势的研究结果不一致,这可能是因为低盐环境促进盐爪爪生长[34],而白颖苔草虽能耐受一定程度的盐碱但低盐环境不会促进其生长㊂同时, 绿坪2号白颖苔草中M D A 和H 2O 2含量虽也有上升,但总体上升幅度较小,尤其H 2O 2含量各处理间均不存在显著差异,这表明该品系体内具有较强的应对氧化胁迫的能力㊂3.2 盐胁迫对白颖苔草光合作用的影响光合作用可以间接反映植物在盐胁迫下受到的损伤程度㊂研究表明,两种白颖苔草净光合速率均随盐浓度升高而下降,这与张涛等[35]在结缕草(Z o y s i a j a po n i c a )中研究结果一致,表明盐碱环境较大程度的抑制了白颖苔草生长;两种白颖苔草胞间二氧化碳浓度在各盐浓度下均无显著差异,这与刘一明[36]对假俭草(E r e m o c h l o a o ph i u r o i d e s )在12d 盐胁迫下的研究一致,与张燕等[37]在草地早熟禾中研究结果不一致,可能是物种间存在一定差异,也可能由于白颖苔草光合作用主要受非气孔因素影响所致[39]㊂3.3 盐胁迫对白颖苔草抗氧化酶活性的影响在高盐胁迫下,植物体内发生氧化胁迫,酶系统对氧代谢的平衡遭到破坏,植物可通过提高自身抗氧化酶活性来应对[39]㊂本研究中, 绿坪1号白颖苔草S O D 活性随盐浓度升高呈先上升后下降趋势,这与陈雅琦等[40]在醉马草(A c h n a t h e r u m i n e -b r i a n s )和高羊茅(F e s t u c aa r u n d i n a c e a )中研究结347草地学报第32卷果一致,表明随盐浓度升高,植物启动自身抗氧化系统以抵抗过氧化作用;但当盐浓度超过植物耐受限度,细胞受到相当程度损伤进而导致抗氧化酶活性下降㊂绿坪1号 P O D活性在高盐浓度时的变化与朱天奇等[41]研究中耐盐性较弱的高羊茅变化趋势相同,进一步说明绿坪1号耐盐性较弱㊂两白颖苔草P O D活性在高盐浓度下与对照相比均出现下降,结合M D A和H2O2变化情况分析,可能是由于绿坪2号白颖苔草具有较高的耐盐性,能通过自身调节一定程度缓解了高盐胁迫㊂而绿坪1号白颖苔草由于自身耐盐性较差,体内M D A和H2O2含量较高,过高的盐浓度可能破坏了材料的抗氧化系统,从而导致体内抗氧化酶活性下降㊂3.4盐胁迫下白颖苔草隶属函数分析盐胁迫对植物造成的伤害主要包括渗透胁迫㊁离子毒性㊁氧化胁迫以及由此所引发的一系列次级胁迫[42]㊂因此,单一指标往往无法全面反映植物耐盐性㊂本试验通过对白颖苔草盐胁迫下各项指标进行相关性分析和主成分分析,将12个单项指标转换成彼此独立的3个综合指标,并根据综合指标占的权重不同进行加权,得到D值,根据D值大小对材料耐盐性进行评价,较为客观的反映了两白颖苔草耐盐性强弱㊂本研究为白颖苔草在盐碱地利用提供了依据,同时也为后续研究其耐盐机理提供基础㊂4结论本试验中两白颖苔草品种在不同盐浓度下耐盐性强弱表现不同,随盐浓度增加两白颖苔草除过氧化氢含量和P O D活性两指标外其余指标变化趋势相同,结合S O D和P O D活性变化分析,初步得出绿坪2号更耐盐的结论,最后通过对各指标的相关性分析㊁主成分分析和隶属函数分析得出,长期盐胁迫下绿坪2号的耐受性大于绿坪1号白颖苔草㊂本试验将为盐碱地改良和后续白颖苔草耐盐机理研究提供参考㊂参考文献[1] K I M B E R L YSP,M E N GL,G U O L,e t a l.A d v a n c e s i nS e n s-i n g,R e s p o n s ea n dR e g u l a t i o n M e c h a n i s mo fS a l tT o l e r a n c e i nR i c e[J].I 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e C r C O MT c o n f e r m e l a t o n i n-m e d i a t e dd r o u g h t t o le r a n c e i n t r a n s g e n i c t o b a c c o[J].F r o n t i e r s i nP l a n tS c i e n c e,2022,13:971431[22]HU Q,C U IH,MA C,e t a l.L i p i d o m i cm e t a b o l i s ma s s o c i a t e dw i t ha c e t i c a c i d p r i m i n g-i n d u c e ds a l t t o l e r a n c e i n C a r e x r i g e s-c e n s[J].P l a n tP h y s i o l o g y a n dB i o c h e m i s t r y,2021,167:665-677[23]L I M,Z HA N G K,S U N Y,e ta l.G r o w t h,p h y s i o l o g y,a n dt r a n s c r i p t i o n a la n a l y s i so f T w oc o n t r a s t i n g C a r e xr i g e s c e n sg e n o t y p e s u n d e rS a l t s t r e s s r e v e a l ss a l t-t o l e r a n c em e c h a n i s m s[J].J o u r n a l o f P l a n tP h y s i o l o g y,2018,229:77-88 [24]孙彦,李曼莉,毛培胜.白颖苔草标准发芽试验方法的研究[J].北方园艺,2011(19):68-70[25]马万里,杨锡麟,余诞年,等.关于苔草属寸草组的分类学讨论[J].内蒙古师大学报(自然科学汉文版),1990(4):38-46 [26]J I A N G M,Z HA N GJ.E f f e c t o f a b s c i s i c a c i do na c t i 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4种观赏苔藓植物适应不同水体环境的生理分析

4种观赏苔藓植物适应不同水体环境的生理分析李圆圆; 李倩; 李丹丹; 于晶【期刊名称】《《上海师范大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(048)005【总页数】10页(P581-590)【关键词】陆生苔藓; 沉水环境; 生理指标; 水族应用【作者】李圆圆; 李倩; 李丹丹; 于晶【作者单位】上海师范大学生命科学学院上海200234; 上海师范大学上海植物种质资源工程技术研究中心上海200234【正文语种】中文【中图分类】Q945.30 引言苔藓植物是起源于泥盆纪的古老陆生生物种群之一,距今大约37亿年[1],是一类由水生向陆生过渡的、以孢子繁殖的高等植物[2].全世界有苔藓植物191科,1 230属,21 200余种[3],在物种数量上仅次于被子植物,其分布十分广泛[4].苔藓植物是植物演替的“先锋植物”,是生态系统中重要的组成部分[5],在水土保持、维护生态系统等方面都有其独特地位[6].城市自然环境问题很早就受到了关注,OKE[7]和STREUTKER[8]在研究中发现,因全球变暖,大部分城市温度逐渐升高,使得城市中的湿度、温度等环境因子也在变化.这些变化使得城市中植物的生境也发生了相应的改变,尤其是苔藓植物的分布及其群落生态结构,并在适应环境的过程中逐渐产生耐受性[9].苔藓植物形态特殊,观赏性很强,是水族应用中重要的类群.在形态学上,苔藓植物与陆生的维管植物相比,无专门的吸收和输导组织,更类似于水生维管植物[10].从进化上,苔藓植物被认为是一类由水生向陆生过渡的植物类群,有可能现有的陆生苔藓植物更易引种栽培到水生环境[11].世界上种植和欣赏水草的历史由来已久,能应用于水族箱培植的品种有很多.随着近年来水族产业的繁荣,中国观赏水草产业也逐渐发展起来,但中国本土观赏水草在水族箱中的应用品种很少,中国观赏水草研究起步较晚,大多要引进,“忽视本土,盲目引种”的观念普遍存在[12].目前市场上常见的多为水生苔藓植物,如匐灯藓属(Plagiomnium T.J.Kop.)、灰藓属 (Hypnu Hedw.) 等耐湿性强的苔藓,常被种植在水族缸的“山石”、“瀑布”等周围,作为主景或点缀[13].中国有着非常丰富的水生苔藓资源,但人们却一直忽略了对水生观赏苔藓资源的研究和开发利用[3].本文作者研究了大灰藓 (Hypnum plumaeforme Wilson.)、东亚泽藓 [Philonotis turneriana (Schwägr.) Mitt.]、刺叶桧藓 [Pyrrhobryumspiniforme(Hedw.)Mitt.]和美姿羽苔 (Plagiochila pulcherrima Horik.) 4种苔藓植物在不同光照时长和温度的水体条件下,叶绿素含量和细胞内生理生化指标方面的变化,探讨了苔藓植物对水体环境的适应能力.1 实验材料与方法1.1 实验材料本实验材料于2012年3月,采自于苔藓资源丰富的浙江凤阳山(东经119°06′—119°15′,北纬27°46′—27°58′),苔藓种类名称和植株照片分别如表1和图1所示. 表1 苔藓种类名称学名拉丁名科属大灰藓HypnumplumaeformeWilson.灰藓科HypnaceaeSchimp.灰藓属HypnumHedw.东亚泽藓Philonotisturneriana(Schwägr.)Mitt.珠藓科BartramiaceaeSchwägr.泽藓属PhilonotisBrid.刺叶桧藓Pyrrhobryumspiniforme(Hedw.)Mitt.桧藓科RhizogoniaceaeBroth.桧藓属PyrrhobryumMitt.美姿羽苔PlagiochilapulcherrimaHorik.羽苔科PlagiochilaceaeMüll.Frib.羽苔属Plagiochila(Dumort.)Dumort.图1 4种实验用苔藓植物的植物体照片1.2 实验方法1.2.1 实验仪器与药品实验仪器(型号、生产厂商)如表2所示.表2 实验仪器仪器型号生产厂家微量移液器2.5,10,100,200,1000μLEppendorf电子天平FA2004上海精密科学仪器有限公司控温磁力搅拌器FET-2江苏金城国胜实验仪器有限公司高速离心机5804REppendorf紫外分光光度计DU800贝克曼Beckman电热恒温水浴锅HWS26上海一恒科技有限公司叶绿素荧光仪MINI-PAM泽泉公司科技有限公司通气泵ACO-5503HAILEA控温加热棒H-935海霸药品:95%(体积分数)酒精、石英砂、碳酸钙粉、蒸馏水、三氯乙酸、硫代巴比妥酸、氢氧化钠、冰醋酸、甲苯、酸性茚三酮、磺基水杨酸.1.2.2 实验设计1)将每种实验材料反复清洗后取长势一致的苔藓分别置于长30 cm、宽20 cm、高25 cm的透明玻璃水缸内,铺满底层,加入自来水至4/5缸体,若材料上浮,便用鱼线捆绑在铁丝网格上,并放入少量洗净的小石子使其沉在水底.材料在光照强度为3 000～4 000 lx的24 h光照、正常水体、室温下生长2周后,转至不同的水环境. 2) 水体温度对苔藓生长的影响:在正常水体环境、24 h全光照下(光照强度为3 000～4 000 lx),设定3组温度梯度,分别为10,20,30 ℃,用纯净冰块和加热棒调节温度.3)光照条件对苔藓生长的影响:在正常室温和水体环境下,设定3组光照时长(光照强度为3 000～4 000 lx),分别为24 h全光照、12 h光照、6 h光照,用遮光布进行调节.4)每隔1周取样测定叶绿素、丙二醛和脯氨酸含量,每种处理3次重复,实验周期为6周.其中叶绿素、丙二醛含量的测定参考了李合生等[14]的方法,脯氨酸含量的测定参考了张殿忠等[15]的“磺基水杨酸法”.1.2.3 数据分析利用Excel 2007和SPSS 22进行单因素方差分析和最小显著性差异法(LSD)分析,检验处理间的差异显著性.2 结果与分析2.1 不同水族箱环境对大灰藓生长的影响2.1.1 光照长短对水体环境中大灰藓生理指标的影响大灰藓在不同光照条件的水体环境下培养6周,其叶绿素、丙二醛和脯氨酸测定结果如图2～4所示.图2 在不同光照时长条件下大灰藓的叶绿素含量同一图例上标注的不同小写字母表示在0.05水平的差异显著性,下同图3 在不同光照时长条件下大灰藓的丙二醛含量图4 在不同光照时长条件下大灰藓的脯氨酸含量由图2～4可知:当光照时长为6 h时,大灰藓的叶绿素含量在第2周有明显下降,丙二醛、脯氨酸的含量随大灰藓沉水培养时间延长有显著增长;当光照时长为12 h时,其叶绿素含量随培养时间延长有所下降,丙二醛和脯氨酸的含量无明显变化;当光照时长为24 h时,其叶绿素含量在第2周有所下降,之后又随培养时间延长出现缓慢上升,丙二醛、脯氨酸的含量均下降.由此可得出结论:光照时间的长短对沉水环境中大灰藓的生长有明显影响,要保证大灰藓的正常生长光照时长达到12 h以上.2.1.2 温度对水体环境中大灰藓生理指标的影响大灰藓在不同水温条件下培养6周后,其叶绿素、丙二醛和脯氨酸含量的测定结果如图5～7所示.图5 在不同温度条件下大灰藓的叶绿素含量图6 在不同温度条件下大灰藓的丙二醛含量图7 在不同温度条件下大灰藓的脯氨酸含量由图5～7可知:当水温为10 ℃时,大灰藓的叶绿素含量呈下降趋势,丙二醛和脯氨酸含量随培养时间延长无明显变化,可见大灰藓在10 ℃的水温下长势不良,光合能力受到限制;当水温为20 ℃时,其叶绿素含量在第3周呈现明显上升,丙二醛和脯氨酸含量在第6周时则下降,表明20 ℃的水温适于大灰藓的生长;而当水温为30 ℃时,其叶绿素含量在第2周就明显下降,丙二醛和脯氨酸的含量随着培养时间延长均增加,说明大灰藓的生长明显受到高温胁迫.2.2 不同水族箱环境对东亚泽藓生长的影响2.2.1 光照长短对水体环境中东亚泽藓生理指标的影响东亚泽藓在不同光照条件的沉水环境下培养6周期间,其叶绿素、丙二醛和脯氨酸含量如图8～10所示.图8 在不同光照时长条件下东亚泽藓的叶绿素含量图9 在不同光照时长条件下东亚泽藓的丙二醛含量图10 在不同光照时长条件下东亚泽藓的脯氨酸含量由图8～10可知:在不同光照时长下东亚泽藓的叶绿素含量在第3周呈现显著差异;当光照时长为6 h和12 h时,其叶绿素含量明显下降,丙二醛含量则明显上升;当光照时长为6 h时,其脯氨酸含量在第6周时比对照有所上升,说明当光照时长为6 h 和12 h时,东亚泽藓的生长明显受到抑制;24 h全光照条件下,其叶绿素含量随培养时间的延长明显上升,丙二醛含量无明显变化,脯氨酸含量则呈下降趋势.由此可知,对东亚泽藓,24 h全光照最适宜其生长.2.2.2 温度对水体环境中东亚泽藓生理指标的影响东亚泽藓在不同水温条件下培养6周后,其叶绿素、丙二醛和脯氨酸含量的测定结果如图11～13所示.图11 在不同温度条件下东亚泽藓的叶绿素含量图12 在不同温度条件下东亚泽藓的丙二醛含量图13 在不同温度条件下东亚泽藓的脯氨酸含量由图11～13可知:当水温为20 ℃时,东亚泽藓叶绿素含量在第3周开始明显上升,第6周达到最高,丙二醛含量无明显变化,脯氨酸含量明显下降;但当水温为10 ℃和30 ℃时,叶绿素含量呈下降趋势;当水温为30 ℃时,丙二醛和脯氨酸含量均增加;当水温为10 ℃时,其脯氨酸含量没有随培养时间延长呈现明显积累,但丙二醛含量也明显上升.由此可见,东亚泽藓的最适宜生长温度为20 ℃左右,温度过高或过低对其生长状况极为不利.2.3 不同水族箱环境对刺叶桧藓生长的影响2.3.1 光照长短对水体环境中刺叶桧藓生理指标的影响刺叶桧藓在不同光照条件的沉水环境下培养6周后,其叶绿素、丙二醛和脯氨酸含量如图14～16所示.图14 在不同光照时长条件下刺叶桧藓的叶绿素含量图15 在不同光照时长条件下刺叶桧藓的丙二醛含量图16 在不同光照时长条件下刺叶桧藓的脯氨酸含量由图14～16可知:当光照时长为6 h时,刺叶桧藓的叶绿素含量随培养时间延长呈现下降趋势,丙二醛和脯氨酸含量均有所增加;当光照时长为12 h时,其叶绿素含量没有随培养时间延长出现显著变化,丙二醛和脯氨酸含量则持续增长;当受到24 h 全光照时,刺叶桧藓能在沉水环境中正常生长,其叶绿素含量随培养时间延长呈现显著上升趋势,丙二醛含量较对照组略有上升但脯氨酸含量出现缓慢下降.由此可知,刺叶桧藓在沉水环境中需光照时长保持在12 h以上才能正常生长.2.3.2 温度对水体环境中刺叶桧藓生理指标的影响刺叶桧藓在不同水温条件下培养6周后,其叶绿素、丙二醛和脯氨酸含量的测定结果如图17～19所示.图17 在不同温度条件下刺叶桧藓的叶绿素含量图18 在不同温度条件下刺叶桧藓的丙二醛含量图19 在不同温度条件下刺叶桧藓的脯氨酸含量由图17～19可知:当水温为10 ℃时,在沉水环境中生长3周后,刺叶桧藓的叶绿素含量开始下降,丙二醛和脯氨酸含量在第6周时均有所上升;当水温为20 ℃时,其叶绿素含量从第3周开始呈显著上升趋势,第6周后,其丙二醛含量较对照有所增长,而脯氨酸含量没有显著变化;当水温为30 ℃时,其叶绿素含量随培养时间延长持续下降,丙二醛和脯氨酸含量随培养时间延长持续增长,说明在高温环境中刺叶桧藓明显受到胁迫.由此可知,刺叶桧藓的最适生长水温是20 ℃左右.2.4 不同水族箱环境对美姿羽苔生长的影响2.4.1 光照长短对水体环境中美姿羽苔生理指标的影响美姿羽苔在不同光照条件的沉水环境下培养6周后,其叶绿素、丙二醛和脯氨酸含量如图20～22所示.图20 在不同光照时长条件下美姿羽苔的叶绿素含量图21 在不同光照时长条件下美姿羽苔的丙二醛含量图22 在不同光照时长条件下美姿羽苔的脯氨酸含量由图20～22图可知:当光照时长为6 h和12 h时,美姿羽苔的叶绿素含量随培养时间延长明显下降,丙二醛和脯氨酸含量随培养时间延长呈上升趋势;在24 h全光照条件下,第3周时其叶绿素含量达到最高,随后虽有所下降,但与对照相比,叶绿素含量依然有所增长.2.4.1 温度对水体环境中美姿羽苔生理指标的影响美姿羽苔在不同温度条件的沉水环境下培养6周后,其叶绿素、丙二醛和氨酸含量如图23～25所示.图23 在不同温度条件下美姿羽苔的叶绿素含量图24 在不同温度条件下美姿羽苔的丙二醛含量图25 在不同温度条件下美姿羽苔的脯氨酸含量由图23～25可知:当水温为10 ℃时,美姿羽苔的叶绿素含量随培养时间延长呈下降趋势,丙二醛含量无明显上升但脯氨酸含量呈缓慢上升的趋势;当水温为20 ℃时,叶绿素含量在第4周达到最大值,随后虽有下降,但与对照相比依然增长;当温度为30 ℃时,第2周后美姿羽苔的叶绿素含量便出现显著下降;丙二醛含量和脯氨酸含量则显著上升,说明高温对美姿羽苔产生了严重胁迫.3 讨论通过对大灰藓、东亚泽藓、刺叶桧藓、美姿羽苔在不同水族箱环境下生长适应能力的研究,可以初步得出以下结论:这4种苔藓均适合生长在20 ℃左右的水环境中,在高温下受到胁迫,低温环境也不利于其生长.在3种不同光照处理条件下,大灰藓、东亚泽藓和刺叶桧藓在光照时长为12 h时处于正常生长,且3种不同处理之间存在显著性差异(p<0.05).在20 ℃水温环境下,大灰藓的叶绿素含量明显上升,丙二醛和脯氨酸含量在第6周时出现下降;当光照时长为12 h时,其叶绿素含量有所下降,丙二醛和脯氨酸含量则无明显变化.东亚泽藓在24 h全光照条件和20 ℃水温环境下,其叶绿素含量明显上升,丙二醛含量无明显变化,脯氨酸含量呈下降趋势.刺叶桧藓要保持12 h以上的光照时长且在20 ℃左右的水温环境下,其叶绿素含量显著上升,丙二醛含量较对照有所增长,而脯氨酸含量无显著变化.美姿羽苔在24 h光照时长和20 ℃的水温环境下叶绿素含量达到最高,丙二醛和脯氨酸含量则无显著变化.逆境下植物体内会产生大量的丙二醛,丙二醛是自由基作用于脂质发生过氧化反应的终产物,对植物体产生毒害作用[16].KUPPER等[17]发现重金属可以诱导植物体产生大量活性氧,其中超氧阴离子自由基会造成植物体内叶绿素含量下降、光合色素合成受阻,从而抑制光合作用[18-19].光合色素能客观反映植物光能利用率,可以作为判断植物环境胁迫状况的重要指标[19-21].叶绿素含量与植被的光合能力、发育阶段具有较好的相关性,它通常是光合作用能力和植被发育阶段(特别是衰老阶段)的指示器[22].植物体受到胁迫后叶绿素含量会受到严重影响.对于陆生植物来说,在水分胁迫过程中,叶绿素的含量往往下降[23].但是也有一些研究报道了某些植物(如复苏植物)在水分胁迫过程中其叶绿素含量并没有显著降低[24-25].水分胁迫还会加剧植物光合作用的光抑制[26-27],因此在逆境环境中叶绿体是最易受到破坏的细胞器之一,其结构的正常与否是判断植物细胞活性的一个重要指标[28].脯氨酸是植物蛋白质的组成成分,在逆境条件下,植物为了防御伤害,维持正常的生理生化功能,植物体内游离脯氨酸含量就会大量积累[29].在干旱、盐渍、低温等胁迫条件下,植物体内脯氨酸含量的增加是植物对逆境胁迫的一种生理生化反应[9].本研究发现:脯氨酸的积累和丙二醛含量也具有明显的正相关,丙二醛大量增加时,表明体内细胞受到较严重的破坏[30],产生的丙二醛具有细胞毒性,会引起蛋白质、核酸等生命物质大分子的交联聚合,从而对植物产生毒害作用[31].而在水分胁迫下,苔藓植物中丙二醛含量随胁迫强度的增加而上升[32],随着水淹时间的延长,植物对不良环境的抵抗能力下降,保护酶的活性降低[33-34].植物体叶片组织多种酶活性降低,脯氨酸氧化受阻,造成逆境下植物叶片游离脯氨酸积累.因此,根据这些指标的变化能够了解苔藓植物对水体环境条件变化的适应能力.参考文献:【相关文献】[1] HECKMAN D S.Molecular evidence for the early colonization of land by fungi and plants [J].Science,2001,293(5532):1129-1133.[2] 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[doc]苔藓植物光合作用荧光光谱和动力学荧光的比较

苔藓植物光合作用荧光光谱和动力学荧光的比较二.一;植物分类3O(4):320—330(1992) ActaPhytotaxonomicaSiaica苔藓植物光合作用荧光光谱和动力学荧光的比较,/仇媛媛汪楣芝忡植物矸究北仗钾? FLUORESCENCESPECTRAANDFLUORESCENCE SmDINCrJI,WUPAN42HENG,QluYUAN-YUANANDWANGMEFZH I(InstituteofBotany.AcadeneaSilica,Be脚g100o~) AbstranBryophytesalethetransitionalfor/$1sfromwaterhabitantsto terrestrials,however,there~havebeenonlyafeWworksontheirDh0t0svnthe sis. Itwasthefirsttimetostudyonphotosyntheticfluoresceneespectraand fluorescencekineticsofprimitiveandadvancedspeciescomparatively.Both theprimitiveandadvancedoneshadthesamefluorescencesFIectraatroom temperature,whichcontainedtwomaximumemissions:F686—690fromthe PhotosystemIIandF7一740fromthePhotosystemJ.Andthen,therewerethree maximumemissionsinthefluorescencespectraat77K:F6B76B9andF699fr omPhotosystemII,andF723—734fromPhotosystemJ.Thefirsttwomaximum emissionswerethesameforboththeprimitiveandadvancedspecies.Acc0rdi ng tothethirdmaximunlemissionthebryophytesunderstudyfellintotwo categories:Thefirstonepossessingthemaximumemissionaround725nm, includingDrichumflexicaule,Didymodonicmadophyllum,Didymodonri#dicaulis,Aloinaobliqu肠,PlagionmiumconfertidensandMarchantia polymorpha,whichwereprimitivemossesandadvancedliverwort.Theseco ndonepossessingthemaximumemissionaround732nln,includingThuidium delicatulum,Pylaisiabrotheri,Myurocladar~ximowiczii,Taxiphyllum taxirameum,Gollanianeckerella,Eurohylmumleptothallum,whichweread vancedmosses,andtheprimitiveonePlagionmiumrostratum.Thecharacteristicsof fluorescencespectraimpliedthatthePhotosysteml1wasconservativeand本研究得到中国科学院系统与进化植物学开放实验室和中国科学院重大项目基金的资助.井得到汤佩松教授和闯隆飞教授的关心和指导;谭军,张群,冯丽洁和张国停同志参加了潮定荧光光谱的接术工作.谨此致谢.1990.03.12收稿.蕊摊\l垂▲\S4期施定基等:苷藓植物光合作用荧光光谱和动力学荧光的比较321 Photosystem1waschangeableduringbryophy~evolution.Theprimitivemo sespossessmainlythePSIcorecomplex(CPI)andthentheadvancedspeciescont ~nbothCPIandLHC—I.Inanalysisofphotosyntheticfluon~scencekinetics彘sameasurcofthea州vtY.rme.tost--;鲁sa印enaentonc~ciencY ofprimaryph.toconv~rs”intheotosyⅡ;若isFrelatedtophotosyntheticcarbonassimilatiou;andisameasureofthejjpotentialphotosyntheticquantumconversion.Thefluorescencekineticsofth e bryophytephotosynthesisshowedthatthePhotosystemIIactivity,theettidei encyofprimaryphotoconversioninPhotosystemII,thephotosyntheticcarbonassim ila’tionandtheefficiencyofthepotentialphotosyntheticquantumconversionin primitivespecies,suchasD/trichumflexieaule,Didymodoni~phyllus,D. rigidicaulis,PlagiomniumrostratumandtheliverwortMarchantiapo1.r~norpha,werelowerthanthoseintheadvancedspecies,Myuroeladaraaximowiczii, Pylaisiabrotheri,Gollan妇neckerellaTaxiphyllumtaxir~,Thuidium delicatulum.However,theprimitivePlagiomniumconfertidenswasofthehi gh activitiesandefficienciesandtheadvancedEurohypnumleptothallumwasof lowones.ItsoemedthatP.eonfertidensandE.teptotha//umwereanintermediate fiomtheprimitivetotheadvanced.一KeywordsBryophytes;Photosyntheticfluorescencespectrum;Fluorescenc ekinetics;Photosynthesisevolution;PhotosystemICorecomplexandantenna complex;PhotosystemII摘要本文首次比较了光合作用的荧光光谱和荧光动力学在苔藓植物的原始种类和进化种类之间的异同.原始的和进化的苔藓植物具有发射波长相同的室温荧光光谱.其发射高峰位于686—690衄(来自光系统II)和736—740nm(来自光系统I).而它们的低沮(77K)荧光光谱有三个发射峰:Fl醴7一鼬和Fl鲫一699来自光系gLtI,F瑙一瑚来自光系统I前两个峰在原始的和进化的种类中基本相同.按第三个发射峰可把被测的苔藓植物分为两组:发射峰在725nm左右的有细牛毛藓.长肋对齿藓,对齿藓,斜叶芦荟藓密集匍灯藓和地钱,它们是较原始的藓类和较进化的苔类;发射峰在732nm左右的有细枝羽藓,东亚金灰藓,鼠尾藓,鳞叶藓,粗枝藓和美灰藓筹较进化的藓类,也有较原始的钝叶匍灯藓.已知光系统I核心复合物CPI的77K荧光发射峰在722nri1,而CPIa(核心复合物与外周天线复合物)和LHC—I(外周天线复合物)的发射峰在730叫.这说明在苔藓植物进化过程,光系统II比较保守;而光系统I有所变化,原始的藓类主要含有光系统I核心复合物,而较进化的藓类才音有较完善的外周天线复台物光合作用荧光动力学分析表明.在原始藓类和地钱中具有较低的光系统II活性光系统II的原初光能转换效率光台碳同化和潜在的光合量子转换效率;而较进化的具有较高的活性和效率.但是,原始的密集匍灯藓也具有较高的活性和效率?而进化的美灰藓却具有较低的活性和效率.一这可能表明这两种植物是由原始向进化发展过程▲植物分类3O卷中的中何类型.关鲁词苔藓植物;荧光发射光谱;荧光动力学;光合作用进化;光系统I 的核心复合物和外周天线色素复台物;光系统II苔藓植物是介于藻类和蕨类之问的高等植物类群,又是由水生方式向陆生方式过渡的类群,这种进化上的特点表现在它的各种结构及其功能上(吴鹏程等1975;胡人亮1987;徐仁1980).光合作用是绿色植物的主要特征,在植物界发生和发展过程中,光合过程和光台器结构也在进化(施定基1977;施定基等1983;曾呈奎等1983).虽然人们对藻类和种子植物的光合作用已经进行了许多研究,但是对苔藓植物的光合作用了解极少,只限于特殊地区和少数种类(Kallio1975;Papageorgioa1975).对苔藓植物的光合过程和光合器结构进行比较研究,不仅有助于理解光合作用的进化和阐明植物界的系统进化规律,而且也有助于开发这类广泛存在的植物类群.室温和低温(77K)荧光光谱和动力学荧光分析可反映光合作用中的光能分配,电子传递和光能转换效率;这些分析已能用完整叶片和完整细胞进行,因此已日益成为研究光合作用的重要技术(Kuangeta1.1984;Schreiber1983).本研究选择了一些被认为处于不同进化程度韵苔藓植物种类作比较研究,以探索苔藓植物的光合作用特性及其在进化过程中的变化.材料和方法,1.材料:细牛毛藓Ditriclmmflexicaule(Schwaegr.)Hamp.长肋对齿藓lh’dymodonicmadophyllus(Schimp.exC.Mfil1.)Saito,密集匍灯藓Plagiomniumconfertidens(Lindb.etArn.)T.Kop.,细枝羽藓Thuidiumdelicamlum(Hedw.)Mitt.,东亚金灰藓PytaisiabrotheriBesch,鼠尾藓Myurocladamaximowiczii(Bor~z.)stecreetSchof.,鳞叶藓Taxiphyllumtaxirameum(Mitt.)Fleisch 和地钱MarchantiapolymorphaL.,采自河北省小五台山,海拔1000—2000米处.取回实验室后,这些材料连土一起放在培养皿中,用烧杯覆盖.置于l5℃的照光培养箱中,经常用Knop培养液维持湿润.对齿藓Didymodonrigidicaulis(C.Mh’l1.)Saito,斜叶芦荟藓A/odo6衄”加加(c.M硼.)Broth.,钝叶匍灯藓Plagiomniumroslratum(~hmd)T.Kop.,粗枝藓Gollanianeckerella(C.Miil1.)Broth.,和美灰藓EurohyFaumteptothaltuⅢ(c.Mi~l1.)Ando,采自陕西省秦蛉南坡海拔1000多米处.这些材料白十月份后置于实验室北面窗台,温度在l5℃左右,也用Knop培养液维持湿润.2.测定方法:室温和低温(77K)荧光发射光谱用日立MPF一4型荧光分光光度计测定(施定基等1983).动力学荧光用双调制动力学分光光度计,在室温下进行(Martineta1.1982).激发光用480am和436am.室温下测定时把植物材料的叶片或枝条铺在有机玻璃片上;低温下测定时把上述材料塞进直径为2ram的低温玻璃管中,然后插入仪器的液氨杜瓦瓶中.叶绿素a和b用80%丙酮萃取后,用岛津uv一190型双光束分光光度计测定663am和645llm的吸收,再按公式计算(Arnon1949).4期施定基等:苔藓植物光合作用荧光光谱和动力学荧光的比较323 结果和讨论(一)室温和低温荧光发射光谱.图1a—m是13种苔藓植物的室温和低温(77K)荧光发射光谱.用虚线表示的是往长tnm】W_wq肿(nm,wB帅Inm)翠}瓢#捌镀长【叫)wBwnm)键长fnm’,Wa~h(mm)图1苔藓植物的室温和低温(77Kl荧光发射光谱虚线表示室温荧光光谱t实线表示低温荧光光谱.激发光为48Ohm.a.地钱.b.细牛毛薛:c.长肋对齿薛;d.对齿薛.Fig-1Thefluorescenceanj鹞jonspectraofbryophtesinrool~ltemperature(一一一一)and77K(——一)Excitation这两部分发射峰的渡长差别不大.第3个峰(Fm一)位于723—734nm,它来自光系统I.它的发射峰渡长在这l3种被测植物中有较明显的差异.根据这种差异,可把这些植物分为两类:第一类植物的发射峰都在725nm左右,如细牛毛藓,对齿藓,反叶扭口藓,斜叶芦荟藓,密集匍灯藓续囤ii鼠尾藓;j.粗枝藓;k.东亚盘最藓;I.算|叶藓.Continuedfi’.omtlg?Ii?Myurocladatnaximowiczii;j?Gottanianeckerettai~’iabrolheri;1.Tax~hyltumtaxb’amela~.植物分类30卷和地钱.它们都是较原始的藓类,也有较进化的地钱.第二类植物的发射峰在32nlll左右,如细枝羽藓,l东亚金灰藓,鼠尾藓,鳞叶藓,粗枝藓,美灰藓等在系统发生上属于比较进化的藓类,也有比较原始的类型如钝叶匍灯藓上述低温荧光发射光谱的差异,可能反映了苔藓植物的光合器的结构与功能在进化过程中的变化F和F在原始的和进化的苔藓植物中差别不太,这可能表明光系统II色素状态在进化?中比较保守,而F一在进化中发生了明显的红移,可能反映了苔藓植物的光系统I较易变化.Continuedfroi~丘g.1n1.Thuidium,delicatulura.那么上述光系统I荧光发射波长红移的原因是什么呢?对这些植物作叶绿素分析的结果表明:它们的叶绿素a/b比值一般比被子植物的低,这些植物的叶绿素a/b比值也有较大的变化但是这种变化与生长环境关系较密切,而与这些植物的进化程度似乎无关.上述发生光系统I荧光红移的较原始的藓类多生活在较潮湿的环境中,这种红移是否与这种环境有关呢?看来也不是细牛毛藓和地钱也生长在潮湿的环境中,但未发生红移;而发生了红移的粗枝藓和美灰藓有时却能生活在比较干旱的环境中低温荧光光谱反映了光合作用中的光能分配,光谱中峰的波长也说明了色素的状态,而叶绿素的活体状态叉取决于与蛋白质的关系.由上述讨论可见,苔藓植物从原始类型发展到进化类型,其光系统I荧光发生红移不像是色素成分的简单变化,也不像环境直接影响的结果,而可能是光合膜上叶绿素蛋白复合体上的差异Kuang等(1984)指出,从豌豆Pisumvativum.叶绿体中分离出的光系统I核心复合物【CPI),其77K荧光发射峰在722nil],CPIa的发射峰在729nln,捕光色素一I(LHC—I)的发射峰在729—730nmV alanne等(1982)已证明,藓类叶绿体中的叶绿素蛋白质复合体与其他高等植物相同因此有可能推论,这种光系统I荧光的红移反映了原始类型莶藓植物的光系统I荧光主要来自光系统I核心复合物CPI,而进化类型的主要来自CPIa和LHc—I这也就是说,在苔藓植物进化过程中,光合膜的光系统I部分先形成了核心复合物,然后才发展CPIa和LHC—I.(二)动力学荧光图2(a一1)是12种苔藓植物的室温荧光动力学曲线.这些荧光曲线都由4部分组成:第一部分是固定荧光F.这是由于弱激发光使光系统II天线色素发射出的荧光,使曲线上升到O点(图2a)这时荧光强度取决于光系统II色素间的最初激子密度,也依赖于影响天线色素之间及天线色素到光系统II反应中心的激发能传递的结构状态,它反映了被测系统的叶绿素力学荧光的性质,可以得到四方面的数据:F表示光系统FF’.1-”II的活性;—表示光系统u原初光能转化效率;=l_表示光合碳代谢的特F.,”“征;—表示潜在的光合作用量子转化效率.和的测量见图2a所示.所测f,12种苔藓植物的这四方面数据列于表1.从表1可见,原始的藓类及地钱的光系统II活性较低,光系统I1原初光能转化时间Ti13,11:图2苔薛植物的室温动力学荧光曲线曲线的解释见正文.地钱b.细牛毛藓;c长助对齿藓d对齿藓:e.钝叶匍灯藓,f.密集走灯薛Fig.2ThekineticsfluorescenceofbryophytesinroomtemperatureDetailssee thetexta-Marchantiapolymopha;b.D~wichumftexicautec.B~dymoaonicmadoph ytfus:d.Didymodonrigid~caulia;e.,把ⅢrOstratum;￡Ptagiomnha~co~fer#densT●●0L●●●●j:瓣龄;.:;.植物分类30眷效率较低,光舍碳代谢活性及潜在的光合作用量子转化效率也较低.而比较进化的鼠尾藓,东亚盆灰藓,租枝藓,鳞叶藓和细枝羽藓的上述指标均较高,这与目前苔藓植物的系统位置是一致的.通常代表光合作用光化学活性及光台生理状态的荧光动力学各项参数易受环境因素或自身生长发育的影响.为了分析其是否也受系统发育的影响,我们把被测材料置于同样的培养条件下,并选用不同生长期的叶片混合测定.虽然这些植物采集后分别置于光照培养箱和窗台上,温度条件相似而光照条件不同,但是在测定前它们的预处理条件相同.这样,也许消除了环境因素的影响. 与水裂解放氧有关的光系统II在植物界系统发生过程中并不是一开始就出现的,这是光合作用进化的结果.上述实验结果表明,当光系统II出现后,可能还有一个续图2g.细枝羽薛:h.东亚金藏辞;i.鼠尾薛:J.鳞叶薛;k.粗枝藓:【.美囊辞.ConEnu础from.2g.Thuidnm~delicatutten:h.Pyla~iabrotheri;1.My~tadan~ximowiezi ij?Tax~hythc学过程,因此光系统II活性的提高,有助于光合碳代谢活性的提高.这种光合作用进化上的特点尚未在种子植物中发现过,这可能反映了光合作用进化的重点在不同植物中是有区别的.例如,在被子植物中光合作用的进化可能主要在光合碳代谢方面,有四碳途径和其他适应途径出现;而在低等植物藻类中,光合作用的进化主要在色素系统.苔藓植物处于从藻类向蕨类,种子植物的进化途中,其光合进化不仅在光系统I的逐步完善,也表现在光系统Ⅱ活性和效率上的提高. 当然,本研究所涉及的苔藓植物种类很有限,虽然得到了上述一些结果,但还只是初步的.在苔类植物中,本文只选用了地钱一种.虽然地钱的动力学荧光表明它与原始的藓类植物具有相似的光合作用特点,反映了苔类植物的分化不如藓类植物完善的进化状况,但为了阐明苔类植物光合作用的特点,尚需作更多的工作.密集匍灯藓的动力学荧光分析表明,虽然通常认为这种植物比较原始,但是它却具有比较进化的特征’.与它同属的钝叶匍灯藓也部分地具有这种特征.这是否可解释为这属植物处于从原始向进化过渡?美灰藓的低温荧光发射光谱表明它有进化的特征,而它的动力学荧光反映了它有原始的特征,这表明它似乎也是过渡类型.这些都尚待进一步验证现有的陆生高等植物中,苔藓植物的结构最为简单.由于尚未找到苔藓和蕨类植物之间有直接的亲缘关系,苔藓植物被认为是植物界演化过程中的一个旁支.对于这330植物分类30卷一类以配子体占优势,生态类型多变异的植物,它们的光合作用可能有其自身的特点,而关于它们的光合作用荧光光谱的研究还极少.本文初步探索了苔藓植物光合作用的荧光变化,并初步分析到这些荧光特性的变化与系统发色腥藻(Aaabaelaaazo~e)对光能的吸收和传遵.植物学集刊,1:207—215.曾呈奎.周百成,1983:光台生物的进化盎化论选集》(纪念选尔文逝世一百周年学术讨论会论文选编).科学出版杜,北京.34—43页黎尚蠢,l98o:从藻类系统发育的观点看光合作用的演化过程.光合作用的研究发展.第二集.中国科学院植物生理研究所和植物研究所主编.科学出版社,北京.Al~oll,DI.1949:CopperenzymesinisohmdchloroplastsPolyphenoloxidas einBetavulgafisplantphysio1.24:I—I5.Kallio,P.andKarenlampi,L.1975:Photosynthesisinmoss~tand~chcns.1tlC ooperJ.P.(ed.1:PhotosynthesisandProdu~.vityinDifferentEnvironments.CambridgeUni versityPress.Cambridge.393——423.Kuang…TY.,Argymudl’AKoyunoglou.S.H”Nakatani,H.Y.Watson.J.&a 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叶绿素荧光测定技术在麦类作物耐盐性鉴定中的应用

麦类作物学报叶绿素荧光测定技术在麦类作物耐盐性鉴定中的应用黄有总张国平浙江大学农学系杭州广西大学农学院南宁摘要在介绍叶绿素荧光诱导动力学原理的基础上综述了叶绿素荧光测定技术在麦类作物耐盐性鉴定上应用的有关研究结果通过分析叶绿素荧光参数与发芽率产量等农艺指标及脯氨酸细胞膜稳定性等生理指标的相关关系指出叶绿素荧光参数可以作为麦类作物耐盐品种筛选的指标并就该技术的优点及其实际应用中应注意的问题进行了讨论关键词麦类作物耐盐叶绿素荧光鉴定中图分类号文献标识码文章编号叶绿素荧光诱导现象于世纪年代被发现以后叶绿素荧光测定技术逐渐成为农业领域的一项热门技术已广泛应用于农业生产和科研尤其是在鉴定作物的耐逆境能力如耐寒性耐热性耐旱性耐污染以及耐等方面的应用日渐增多在耐盐性鉴定方面也显示出较好的应用前景麦类作物是全球栽培面积最大的重要粮食饲料和工业原料作物在种间及种内不同基因型间耐盐性存在着很大的差异利用叶绿素荧光测定技术筛选麦类作物的耐盐性研究起步相对较早而且现有研究结果比较一致即认为该方法快速可靠但是为了提高筛选的准确性在测定的过程中应注意一些问题和控制相关的测定条件本文在介绍叶绿素荧光诱导动力学原理的基础上综述了叶绿素荧光测定技术在麦类作物耐盐性鉴定上的应用研究旨在全面认识该项技术推动其广泛应用叶绿素荧光诱导动力学原理某些分子在吸收光量子后轨道电子从基态跃迁到激发态由于一部分能量以振动能等形式丢失电子通过振动回到较低的能级当电子从最低振动能级返回基态时会有能量以荧光的形式放出光合器官中的叶绿素具有发射荧光的特性叶片在经过暗适应并照光以后就发出很弱的红色荧光荧光发射强度随时间而变化的过程就是叶绿素荧光诱导动力学曲线或称为效应典型的叶绿素荧光诱导动力学曲线的变化过程可以分为各个特征相有时在和之间还可辨认出一个拐点称为相图在照光瞬间荧光迅速地升到这部分荧光称为初始荧光因为它比较恒定与光化学无关在一定程度上可反映光系统的活性甚至叶绿素含量以后减速以毫秒级上升到形成一平缓台阶经过短暂停滞阶段然后大幅上升在几秒内达到峰值表示电荷分离证明是有功能的的持续时间增加表明水裂解反应受损害从而到达反应中心的电子数减少的收稿日期修回日期作者简介黄有总男博士研究生研究方向为作物逆境分子生理与调控研究图叶绿素荧光诱导动力学曲线变化反映出水裂解而释放的电子使原初电子受体不断进一步还原和累积的过程其上升速率与光合放氧有关若激发光足够强接近最大荧光即为可变荧光随光合活性而变化它的变化主要取决于的氧化还原状态当处于还原状态荧光升高若全部处于还原状态关闭荧光产量最大氧化态是荧光淬灭剂若完全处于氧化状态开放荧光产量最小在叶绿体中加入二氯苯二甲基脲打断与质体醌之间的电子传递暗适应后再照光可测和的荧光变化是最大光化学量子产量反映反应中心的最大光能转换效率在叶片暗适应后测得非胁迫条件下该参数的变化极小不受物种和生长条件的影响胁迫条件下该参数明显下降以后的荧光衰减称为荧光淬灭的变化原因仍不十分清楚叶绿素荧光参数与麦类作物耐盐性叶绿素荧光动力学技术在测定叶片光合作用过程中光系统对光能的吸收传递耗散分配等方面具有独特的作用与表观性的气体交换指标相比较叶绿素荧光参数更具有反映内在性的特点叶绿素荧光诱导动力学曲线的变化说明与之间的电子传递的变化是光合活性或固定潜力的指标所以体内叶绿素荧光变化与光合作用中的各种反应紧密相连任何环境因素对光合作用某些过程的影响都可通过叶绿素荧光的测定以某些荧光参数的变化反映出来盐胁迫使叶片中的离子平衡及细胞结构遭到破坏毒性物质产生叶绿素活性和光酶活性下降叶绿素荧光技术应用于麦类作物耐盐品种筛选的原理就是盐胁迫对光合作用产生影响从而改变叶绿素荧光参数和研究了叶绿素荧光和麦类作物耐盐性的关系发现盐处理使大麦叶片在达到最大荧光产量后加速淬灭而后等发现盐胁迫使大麦叶片叶绿素荧光诱导曲线缓慢部分尤其是比值降低等对小麦耐盐品种和盐敏感品种进行不同浓度盐处理周后测定其叶绿素荧光结果发现的最大荧光诱导率和淬灭率的降低幅度显著大于据此他认为最大荧光诱导率和淬灭率可以作为筛选耐盐小麦基因型指标等研究认为盐胁迫下大麦叶片的叶绿素荧光参数表现因品种的耐盐性不同而异盐敏感品种的叶绿素荧光诱导曲线变化大于耐盐品种并指出叶绿素荧光尤其是荧光诱导动力曲线点的相对荧光如可作为筛选耐盐大麦基因型的指标同时他们还利用和叶绿素荧光技术对个大麦品种的耐盐性进行了鉴定三种鉴定方法的结果基本一致此外盐胁迫条件下叶绿素荧光参数的变化还与麦类作物其它耐盐指标有密切的相关性冯立田等测定了一些大麦栽培品种在盐胁迫环境下的叶片荧光参数并同时分析了种子的萌发率和叶组织相对电导率发现它们之间存在着显著的相关如萌发率与的相关系数为与的相关系数为与的相关系数为叶组织相对电导率与和的相关系数分别为和等发现盐胁迫下面包小麦和硬质小麦不同基因型的荧光参数随盐度增加而降低但盐敏感型比耐盐型降低幅度更大比值与盐敏感指数及脯氨酸含量显著相关等研究了不同耐盐特性的小麦基因型在盐胁迫环境下的光系统相对活性及细胞膜稳定性发现两者有明显的相关性而细胞膜稳定性则是已被广泛认可并普遍用于筛选麦类作物耐盐品种的生理指标尽管叶绿素荧光参数与麦类作物其它耐盐生理指标如叶片相对含水量细胞丙二醛多胺甜菜碱等的相关性尚未有研究报道但现有的研究结果表明可以用盐胁迫环境下的叶绿素荧光参数变化来筛选麦类作物的耐盐基因型! ! 期黄有总等叶绿素荧光测定技术在麦类作物耐盐性鉴定中的应用麦类作物学报卷叶绿素荧光测定技术筛选耐盐基因型的优点及应注意的问题光能被植物色素系统吸收后可能有几种命运用于光化学反应以荧光形式耗散丢失于其它过程以热辐射等形式消失色素发射荧光的能量与用于光合作用的能量是相互竞争的这就是叶绿素荧光常常被作为光合作用无效指标的依据传统的作物耐盐品种筛选方法是产量比较法但这种方法比较繁杂而且用时也很长其它的生理指标如细胞膜脂过氧化游离脯氨酸等的测定对实验材料损伤大而碳同位素辨别率指标的可靠性也还有争议叶绿素荧光则可以直接反映光合系统中众多的光物理和光化学反应特性并且能在短时间内筛选大量的基因型是一种快速灵敏无伤害的检测方法尽管在其它植物上有研究认为盐胁迫对光系统活性如等无影响但在麦类作物中的研究是比较一致的即认为叶绿素荧光参数的变化与麦类作物耐盐性密切相关但在实际应用时在测定叶绿素荧光的过程中要考虑到盐处理的种类浓度时间以及暗适应时间光照强度叶片部位环境条件等各种因素由于对叶绿素荧光的影响比和强所以在含有多种离子的盐碱土或培养液中电导度和作物叶绿素荧光参数的变化不一定有相关性叶绿素荧光诱导曲线的变化是在盐和强光的共同作用下产生的因此进行盐处理的叶片还需要强光照射以上暗适应时间大约暗适应时间过短会影响测定结果取样时应选幼嫩的叶片叶绿素荧光测定中最难确定的是和目前的荧光诱导动力学仪器测出的并非严格意义上的初始及最大荧光但测定结果可以满足一般生理实验的需求具有很强的实用价值随着叶绿素荧光参数受盐胁迫变化机理研究的不断深入和测量仪器的不断改进叶绿素荧光技术将会更普遍地应用在麦类作物耐盐品种的筛选工作中参考文献h kk余叔文汤章城植物生理与分子生物学北京科学出版社张守仁叶绿素荧光动力学参数的意义及讨论植物学通报WY kT C CkH d C冯立田赵可夫活体叶绿素荧光与耐盐作物筛选山东师大学报自然科学版kkW Q Q李树华米海莉许兴等不同小麦品种系对盐碱胁迫的生理及农艺性状反应麦类作物学报中国科学院上海植物生理研究所上海市植物生理学会现代植物生理学实验指南北京中国科学出版社叶绿素荧光测定技术在麦类作物耐盐性鉴定中的应用作者：黄有总，张国平作者单位：黄有总(浙江大学农学系,杭州,310029;广西大学农学院,南宁,530005)，张国平(浙江大学农学系,杭州,310029)刊名：麦类作物学报英文刊名：JOURNAL OF TRITICEAE CROPS年，卷(期)：2004,24(3)被引用次数：21次1.Rizza F;Pagani D;Stanca A M Use of chlorophyll fluorescence to evaluate the cold acclimation and freezing tolerance of winter and spring oats[外文期刊] 2001(05)2.Khanizadeh-S;DeEll-J Chlorophyll fluorescence:a new technique to screen for tolerance of strawberry flowers to spring frost 2001(03)3.Simillie R M;Ribbons G C Heat tolerance and heat hardening in crop plants measured bychlorophyll fluorescence[外文期刊] 19814.Dusan L;Petr I High-temperature induced chlorophyll fluorescence changes in barley leaves 19975.Mescht-A-van-der;De-Ronde JA Chlorophyll fluorescence and chlorophyll content as a measure of drought tolerance in potato[外文期刊] 1999(09)6.Dan T V;Krishnaraj S;Saxena P K Metal tolerance of scented geranium (Pelargoniumsp.Frensham):effects 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叶绿素荧光感应实验报告

一、实验目的1. 探究叶绿素在光照下的荧光感应现象；2. 了解叶绿素荧光与光合作用的关系；3. 培养学生的实验操作技能和观察能力。

二、实验原理叶绿素是植物进行光合作用的重要色素，具有吸收、传递和转化光能的功能。

当叶绿素吸收到一定波长的光能时，会激发电子跃迁，产生荧光。

荧光的产生与光合作用的进行密切相关，荧光的强弱可以反映光合作用的强弱。

三、实验材料与仪器1. 实验材料：新鲜菠菜叶片、蒸馏水、乙醇、碳酸钙、滤纸；2. 实验仪器：荧光显微镜、剪刀、研钵、漏斗、培养皿、光照箱、计时器。

四、实验步骤1. 将新鲜菠菜叶片洗净，剪成约1cm²的小块，放入研钵中；2. 加入适量蒸馏水和碳酸钙粉，研磨至糊状；3. 将研磨好的叶片浆过滤，收集滤液；4. 将滤液用乙醇稀释至适宜浓度；5. 将稀释后的滤液滴在载玻片上，制成薄膜；6. 将载玻片放入荧光显微镜下，调整好焦距；7. 分别在不同光照条件下（强光、弱光、无光）观察叶绿素荧光现象，记录观察结果；8. 对比不同光照条件下叶绿素荧光的强弱，分析其与光合作用的关系。

五、实验结果与分析1. 在强光条件下，叶绿素荧光明显，荧光强度较强；2. 在弱光条件下，叶绿素荧光较弱，荧光强度较弱；3. 在无光条件下，叶绿素无荧光现象。

分析：叶绿素荧光的产生与光合作用密切相关。

在强光条件下，植物光合作用旺盛，产生的光能足以激发叶绿素产生荧光；在弱光条件下，光合作用较弱，产生的光能不足以激发叶绿素产生荧光；在无光条件下，光合作用无法进行，叶绿素无荧光现象。

六、实验结论1. 叶绿素荧光的产生与光合作用密切相关；2. 叶绿素荧光的强弱可以反映光合作用的强弱；3. 本实验验证了叶绿素荧光感应现象，为研究光合作用提供了新的方法。

七、实验讨论1. 本实验中，不同光照条件下叶绿素荧光的强弱差异，可能与植物品种、生长环境等因素有关；2. 叶绿素荧光感应现象的研究，有助于深入了解光合作用机制，为提高农作物产量和品质提供理论依据；3. 本实验操作简单，现象明显，适合作为植物生理学教学实验。