不同光质对烟草叶片生长及光合作用的影响_柯学

与最大净光合速率之比。方程中的I和Ci分别为光强 和胞间CO2浓度, Ic和Γ分别为光补偿点和CO2补偿 点。分别用光响应拟合曲线和CO2响应拟合曲线得 出的Pn, 对光合有效辐射(PAR)小于200 µmol·m-2·s-1 时作Pn-PAR直线回归, 对CO2小于400 µmol·mol-1时 作Pn-CO2直线回归, 两直线回归所得方程的斜率分 别为表观量子效率 ( Ф ) 和羧化效率 (CE) 。当 I 和 C i 为 0 时 , 分别计算出暗呼吸速率 ( R d) 和光呼吸速率
收稿 资助 * ** 2011-03-01 修定 2011-03-30 国家自然科学基金(30460016)和中国烟草总公司云南省公 司科技计划项目(2010YN03和07A01)。 共同第一作者。 通讯作者 (E-mail: gongming63@163.com; Tel: 08715516516)。
摘要: 通过对烟草植株覆盖白、红、黄、蓝、紫色滤膜获得不同光质, 研究了光质对烟叶生长及光合作用的影响。结果表 明, 与白膜处理相比, 红膜与蓝膜处理下的烟草叶片较厚, 比叶面积较小, 叶绿素a/b比值、净光合速率、可变荧光强度(Fv) 和最大荧光强度(Fm)的比值Fv/Fm (PSII最大光化学量子效率)、PSII实际光化学量子效率(ΦPSII)、光饱和点和CO2饱和点均 较高。黄膜处理下的叶片较白膜处理的更薄, 净光合速率、Fv/Fm、ΦPSII、光饱和点、CO2饱和点均较低。紫膜处理的叶片 比叶面积比白膜处理的小, 净光合速率和Fv/Fm比白膜的大。实验结果表明红光、蓝光和紫光促进了烟叶的生长, 这种促进 作用是与其高光合效率紧密相连的; 而黄光对烟叶的生长有一定程度的抑制作用。 关键词: 光质; 烟草叶片; 生长; 光合作用; 叶绿素荧光
512
植物生理学报 Plant Physiology Journal 2011, 47 (5): 512~520
不同光质对烟草叶片生长及光合作用的影响
柯学1,2,*, 李军营3,*, 李向阳3, 邬春芳4, 徐超华2, 晋艳3, 龚明2,**
1
中国农业大学水利与土木工程学院, 北京100083; 2云南师范大学生命科学学院, 生物能源持续开发利用教育部工程研究中 心, 云南省生物质能与环境生物技术重点实验室, 昆明650092; 3云南省烟草农业科学研究院, 云南玉溪653100; 4中国农业科 学院农业资源与农业区划研究所, 北京100081
柯学等: 不同光质对烟草叶片生长及光合作用的影响
513
物, 但在烟草中至今仅从光强(江力等2000)、红光 (Baroli等2008)和UV-B (纪鹏等2009)对烟叶光合作 用的影响作了少量报道。在已有的光质对植物生 长发育影响的研究中 , 各实验所关注的光谱波段 不尽相同 (Muleo 和 Morini 2006; Iacona 和 Muleo 2010), 光质的处理方式也各异 ( 蒲高斌等 2005; Ding等2010)。各实验中不同光质对植物的影响效 应的结果不完全相同, 甚至得出相反的结论, 这可 能归因于光质处理方式、植物材料、植物生长时 期和环境条件如光辐射的不同 (Kim 等 2004) 。因 此 , 探索其中的机制需要更多的实验证据及深入 研究。 云南烤烟优质而独特的烟叶风格很大程度上 被认为是与云南省独特的光照资源有关。本文通 过不同有色滤膜获得不同光质 , 在大田内进行光 质模拟试验。与封闭式的大棚相比 , 试验环境中 除了光质不同外 , 温度、降雨量等因素与自然条 件下的基本一致; 另一方面, 试验是在低纬度高原 气候下进行的 , 其生态条件是造就云南优质烤烟 的重要因素, 是其他烟区所无法替代的。因此, 试 验通过比较不同光质处理下的烟叶在生长及光合 作用方面的差异 , 以期揭示光质在云南烤烟质量 形成中的光环境生理基础。
Effects of Different Light Quality on Growth and Photosynthesis of Tobacco (Nicotiana tabacum L.) Leaves
1
KE Xue1,2,*, LI Jun-Ying3,*, LI Xiang-Yang3, WU Chun-Fang4, XU Chao-Hua2, JIN Yan3, GONG Ming2,** College of Water Conservancy & Civil Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China; 2Key Laboratory of Biomass Energy and Environmental Biotechnology of Yunnan Province, Engineering Research Center of Sustainable Development and Utilization of Biomass Energy, Ministry of Education, School of Life Sciences, Yunnan Normal University, Kunming 650092, China; 3Yunnan Academy of Tobacco Agricultural Sciences, Yuxi, Yunnan 653100, China; 4Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
Fra Baidu bibliotek
Abstract: By covering tobacco plants with white, red, yellow, blue and purple films to obtain different light quality, the effects of light quality on growth and photosynthesis of tobacco leaves were investigated. The results showed that, compared with white film treatment, red and blue film treatments increased leaf thickness, lowered specific leaf area (SLA), raised the ratio of chlorophyll a/b (Chl a/b), net photosynthetic rate (Pn), the ratio (Fv/Fm) of variable fluorescence intensity (Fv) and maximal fluorescence intensity (Fm), the photosynthetic quantum yield of photosystem II (ΦPSII), and light and CO2 saturation points in tobacco leaves. On the contrary, yellow film treatment led to thinner leaves and lower Pn, Fv/Fm, ΦPSII, and light and CO2 saturation points in the tobacco leaves. In addition, purple film treatment demonstrated less SLA and higher Pn and than white film did. In general, red, blue and purple light promoted the growth of tobacco leaves, which was related to higher photosynthetic efficiency; and yellow light inhibited the growth of tobacco leaves to some extent. Key words: light quality; tobacco leaves; growth; photosynthesis; chlorophyll fluorescence 光是影响植物最重要的生态因子之一 , 它通 过光质、光强和光照时间三方面来影响植物的生 长发育和形态建成 (Franklin 2009) 。已有研究表 明, 不同波长的光, 即不同光质的光对植物影响广 泛, 不仅影响萌发(Dissanayake等2010), 根、茎、 叶的生长 (Muleo 和 Morini 2006; Iacona 和 Muleo 2010; Macedo等2011), 叶片衰老(Causin等2006), 还 影响光周期(Murtas和Millar 2000), 基因表达(Azari 等2010)以及次生代谢(王旺田等2010)等。虽然光 质对农作物生长及光合作用影响的报道见于蚕豆 (Kana和Miller 1977)、玉米(Bukhov等1995)、番茄 (刘晓英等2009)和莴苣(Li和Kubota 2009)等多种植
-2 -1 α为光强小于200 µmol·m ·s 时的直线回归方程斜 率, a为CO2小于400 µmol·mol-1时的直线回归方程 斜率, β和b为修正系数, 设为0.5, γ和c分别为α和a
材料与方法
1 材料 实验材料为云南省烟草农业科学研究院选育 的烤烟(Nicotiana tabacum L.)品种‘云烟87’。采用 漂浮育苗方式培育烟苗, 移栽(行、株距120 cm×50 cm)至大田(土壤类型为水稻土)后, 开始覆膜进行 不同光质处理, 田间管理按常规。以自下而上第11 片叶为试验对象 , 在叶片完全展开达到生理成熟 时, 采集样品和测量相关指标。 2 方法 2.1 不同光质处理 覆盖不同颜色滤膜 ( 聚乙烯树脂 , 厚度 0.08 mm, 订制于云南省玉溪市旭日塑料厂)于自制拱形 升降棚上获得不同光质, 其中白色滤膜(W)获得白 光, 红色滤膜(R)获得红光, 黄色滤膜(Y)获得黄光, 蓝色滤膜(B)获得蓝光, 紫色滤膜(P)获得紫光。用 白色防虫网调整白膜和蓝膜的处理光强 , 使各处
理的透光率约为70% (与自然光相比)。根据烟株 生长高度适时调节升降棚高度 , 使烟株顶部与棚 顶保持约 50 cm 距离。试验期间根据外界降雨情 况 , 用相同降雨量淋洗烟株。各滤膜下的光谱数 据用AvaSpec-2048FT型光纤光谱仪(AVANTES, 荷 兰)采集。 2.2 烟叶生长相关指标测定 于田间用直尺测量叶片长度、宽度 , 并计算 长宽比。叶面积用LI-3100叶面积测定仪(LI-COR, 美国)测定。 用直径1.0 cm的圆形打孔器于叶片第5~8一级 叶脉间取叶圆片 120 片 , 用游标卡尺测量总厚度 , 再计算出单个叶圆片的平均厚度作为叶片厚度。叶 圆片于烘箱中杀青后烘干称重, 计算比叶面积。 2.3 光合色素含量的测定 叶绿素和总类胡萝卜素含量利用80% (V/V)丙 酮提取, 分光光度法测定(Dere等1998)。 2.4 光合作用参数的测定 净光合速率、气孔导度、胞间 CO 2浓度、蒸 腾速率、光响应、 CO 2响应和叶绿素荧光参数用 LI-6400XT 光合仪 (LI-COR, 美国 ) 于田间活体测 定。测定时间在上午9:00~11:00间(其中F0和Fm在 黎明前测定)。测定光下荧光强度时, 使用仪器自 带光源, 光强统一设置为1 200 µmol·m-2·s-1。Fv由 Fm−F0计算得出, ФPSII由(F−Fs)/Fm’计算得出(许大 全2002), 其他荧光参数由仪器给出。 光响应和CO2响应所测数据, 采用叶子飘等建 立的模型 ( 如方程 1 和 2) (Ye 2007; 叶子飘和于强 2008; 叶子飘和高峻2009), 运用SPSS程序的非线 性回归(刘宇峰等2005)进行拟合。初始参数设置: