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番茄幼苗动态光合特性及其对设施环境因子的响应研究

【摘要】:在设施栽培环境下,受太阳高度角持续变化、云层移动、温室骨架和植物冠层遮荫等影响,冠层光强长期处于动态变化中。研究设施作物光合作用如何快速响应不断变化的光环境,即动态光合特性,对于提升光能利用效率至关重要。红蓝光作为设施栽培光环境的重要组成成分,是光合的主要能量源,但其对动态光合的影响并不清楚。如何优化红蓝光质配比以提高作物动态光合性能,需要试验研究。此外,我国设施栽培土壤盐渍化严重,往往与动态光同时存在,盐胁迫对动态光合的影响机理并不完全清楚。因此,本文将以番茄为材料,系统探究红蓝光质对动态光合特性的瞬时响应与长期适应影响,以及盐胁迫对动态光合特性的影响机制。主要结果如下:1.分别在温室与室内可控环境中栽培番茄苗16~18天,探究暗适应叶片光合诱导过程对四种红蓝光质(100%红光,100%蓝光,90%红+10%蓝光和70%红光+30%蓝光)照射光(500μmol m~(-2) s~(-1))的瞬时响应。光合诱导对红蓝光质的响应趋势在两种栽培环境下相似:光合诱导速率不受红蓝光质配比的瞬时调控,且都在20 min左右达到90%的诱导状态;光合诱导结束后的最大净光合速率在纯红与红蓝组合光下高于在纯蓝光下25%左右;诱导期间气孔导度提升速率也不受红蓝光质配比的瞬时影响。2.在室内可控环境中的四组红蓝光质(同上,光强400μmol m~(-2) s~(-1))下栽培番茄苗16~18天,探究动态光合特性对其的长期适应性。纯红光下生长的叶片较薄、氮含量低,稳态光合能力比纯蓝和红蓝组合光降低了18~22%,但光合诱导速率(1000μmol m~(-2) s~(-1)照射光)没有显著差别。纯蓝光下生长叶片在光合诱导期间的瞬时非光化学淬灭系数高于其他处理15%,说明其在动态强光下的光破坏防御能力增强。3.在室内可控环境中,对番茄苗进行三种盐胁迫(0 mM,70 mM,140 mM)处理7~9天,探究动态光合特性对不同浓度盐胁迫的响应。盐胁迫没有改变叶片稳态光合能力,却降低了光合诱导速率,且盐浓度越高,对光合诱导的限制程度越大。盐胁迫通过增加气孔限制与生化限制来降低光合诱导速率。盐胁迫在没有降低光系统II光化学效率的同时,却能通过提高非光化学淬灭水平保护光合机构不受过量光能的损伤。在模拟动态光下,由于盐胁迫叶片气孔导度下降速率加快,其碳同化累积量与非胁迫叶片相比降低12~42%。本研究结果表明,红蓝光质配比可以瞬时或长期改变稳态光合能力,但对提高光合诱导速率能力有限;短期盐胁迫虽没有改变稳态光合能力,却显著限制了动态光下光合速率的提升。提高作物光能利用效率需综合考虑动态光合特性与稳态光合能力。

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