【摘要】：水稻是世界上最重要的糧食作物之一,它是全球大部分人攝取能量和營(yíng)養(yǎng)的主要來源。隨著水稻種植面積的持續(xù)下降和人口數(shù)量的不斷增長(zhǎng),人們對(duì)糧食的需求日益擴(kuò)大,因此提高作物單產(chǎn)保障全球糧食安全的主要途徑。在過去50年內(nèi),由于高產(chǎn)品種選育和作物栽培模式的改進(jìn)等原因,作物的收獲指數(shù)和輻射攔截效率得到了顯著的提高,并促進(jìn)糧食大幅度增產(chǎn)。光合作用是作物形成干物質(zhì)和產(chǎn)量的基礎(chǔ),提高冠層內(nèi)單位葉面積光合速率是進(jìn)一步提高水稻產(chǎn)量的途徑之一。目前光合作用大多數(shù)是在穩(wěn)態(tài)條件,如飽和光強(qiáng)、植物最適溫度和濕度等環(huán)境條件下進(jìn)行研究的。然而在自然環(huán)境和植物生長(zhǎng)過程中幾乎不存在穩(wěn)態(tài)條件,尤其是光照強(qiáng)度,它能在數(shù)秒或幾分鐘內(nèi)從1μmol m~(-2) s~(-1)升高至2000μmol m~(-2) s~(-1)。由于太陽(yáng)入射角、云層運(yùn)動(dòng)、以及葉片之間的相互遮擋等原因,冠層內(nèi)的葉片尤其是冠層底部的葉片所接收的光照強(qiáng)度時(shí)刻處于變化過程中,具有時(shí)空分布不均一的特點(diǎn)。大量研究表明,冠層葉片的光合速率相對(duì)于光強(qiáng)的變化存在一個(gè)明顯的滯后現(xiàn)象。相比于穩(wěn)態(tài)光照環(huán)境,生長(zhǎng)在動(dòng)態(tài)光照下的植物的碳同化量顯著降低。氮素是植物生長(zhǎng)過程中的必需營(yíng)養(yǎng)元素之一,也是構(gòu)成植物體內(nèi)許多重要有機(jī)化合物的主要成分。大量研究表明,氮素可以提高水稻的穩(wěn)態(tài)光合速率,但是目前尚不清楚氮素對(duì)水稻動(dòng)態(tài)光合作用的影響。因此本文著重研究氮素對(duì)水稻動(dòng)態(tài)光合作用的影響與機(jī)理。另外,水分脅迫是影響葉片光合作用和作物生長(zhǎng)重要的環(huán)境因素之一。在干旱脅迫下,氣孔關(guān)閉、葉肉導(dǎo)度和生化能力的下降是造成光合速率降低的主要原因。但是目前也沒有人研究水分脅迫能否影響水稻光合作用對(duì)動(dòng)態(tài)光照的響應(yīng)速率。因此,本文共進(jìn)行兩個(gè)實(shí)驗(yàn):(1)采用土培法種植水稻,并供應(yīng)兩個(gè)氮素濃度。研究氮素對(duì)水稻動(dòng)態(tài)光合作用的影響,著重分析光后Rubisco酶激活和氣孔開放速度對(duì)水稻動(dòng)態(tài)光合作用的限制比例;(2)采用營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng),并設(shè)置三個(gè)水分處理:正常水分、15%(m/v)和20%PEG(聚乙二醇,6000Da)。重點(diǎn)研究水分脅迫對(duì)水稻動(dòng)態(tài)光合作用的影響,分析動(dòng)態(tài)光照是否會(huì)加劇水分脅迫對(duì)光合作用的負(fù)面影響。主要結(jié)果如下:1、首先,光合作用的誘導(dǎo)狀態(tài)(IS%)與氣孔導(dǎo)度的誘導(dǎo)狀態(tài)都隨著暗期時(shí)間的增加而顯著降低。在5 min和10 min暗期過后,高氮處理的光合作用IS%顯著高于低氮,氮素提高了暗期時(shí)光合器官的激活比例。從低光轉(zhuǎn)換到高光后,高氮處理的光合速率達(dá)到最大光合速率的90%所需要的時(shí)間(T_(90%A))是10.9 min,顯著低于低氮的17.9 min,氮素提高了水稻動(dòng)態(tài)光合速率的恢復(fù)速度。第三,動(dòng)態(tài)光照條件下高氮的最大光合速率(A_(max fleck))顯著高于低氮。因此,由于高氮處理更低的T_(90%A)和更高的A_(max fleck),導(dǎo)致波動(dòng)光照下高氮處理的碳同化損失比例(25.6%)顯著低于低氮(41.45%)。第四,在大氣CO_2條件下,通過模型計(jì)算從低光轉(zhuǎn)到高光后高氮處理Rubisco酶完全激活需要4.4 min,顯著快于低氮處理的6.0 min。并且,從低光轉(zhuǎn)換到高光后,生化過程對(duì)光合作用的限制比例要顯著大于氣孔。因此,氮素能夠提高光合速率對(duì)動(dòng)態(tài)光照的快速響應(yīng)能力,并且光下Rubisco酶的激活速率是影響動(dòng)態(tài)光合恢復(fù)速度最主要的因素。2、首先,相比于正常水分處理,15%PEG與20%PEG處理的Champa在光斑下的最大光合速率(A_(max fleck))分別降低了19.2%和43.5%,而YLY6則分別降低了11.7%和32.1%。其次,20%PEG處理顯著降低了Champa的Rubisco酶的最大羧化效率(V_(cmax))和最大電子傳遞速率(J_(max)),但是對(duì)YLY6無影響。因此,Champa的穩(wěn)態(tài)光合作用受水分脅迫的限制程度顯著大于YLY6。另外,兩個(gè)品種光合速率的IS%與氣孔導(dǎo)度的IS%顯著的相關(guān),并且都隨水分脅迫程度的加劇而顯著降低。在動(dòng)態(tài)光照下,低光下的光合速率(A_(min fleck))顯著低于穩(wěn)態(tài)光照下相應(yīng)光強(qiáng)的光合速率(A_(initial)),并且干旱脅迫加劇了A_(initial)和A_(min fleck)的差值。最后,與穩(wěn)態(tài)光照相比,動(dòng)態(tài)光照下的碳同化量顯著降低。但是水分脅迫條件下光合作用IS%的顯著降低,以及A_(initial)和A_(min fleck)的差值的提高,導(dǎo)致干旱脅迫處理在動(dòng)態(tài)光照下的碳同化減少量顯著高于正常水分處理。因此,干旱脅迫會(huì)加劇動(dòng)態(tài)光照對(duì)光合作用的抑制。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S511
【圖文】：

必須給予足夠長(zhǎng)時(shí)間的高光照射使光合速率達(dá)到穩(wěn)定，分別為 5 min、10 min、15 min 和 30 min（圖1）。圖 1 在不同低光持續(xù)時(shí)間后光合作用誘導(dǎo)狀態(tài)的測(cè)定程序。n > 15，PPFD，光合作用光量子通量密度。Fig. 1 The procedure of photosynthetic induction state measurements under different durationsof exposure to a low light level. n > 15, PPFD, photosynthetic photon flux density.

2s 1）分開（圖 3）。在整個(gè)測(cè)量過程中最大光合速率和氣和 gs,max fleck。在測(cè)定程序的低光照下的光合速率記為 Amin后，光合速率第一次達(dá)到 Amax fleck的 50 %和 90 %所需的90%A。氣孔恢復(fù)速度的計(jì)算方法與光合速率的計(jì)算相同。從導(dǎo)度第一次達(dá)到 gs,max的 50%和 90%所需的時(shí)間分別記為 光后 CO2固定（PIF）和光后 CO2猝發(fā)（PIB）根據(jù) Leake方法進(jìn)行計(jì)算。

速率（A）對(duì)圖 3 中光斑變化響應(yīng)的例圖。Ainitial、Amin-fleck、T50%箭頭所示。ample for the responses of the leaf photosynthetic rate (A) to fleckedted in Fig. 3. Ainitial、Amin-fleck、T50%Aand T90%Aindicated by the a同化量、潛在碳同化量和碳損失比例的計(jì)算

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李勇;氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)水稻光合作用與光合氮素利用率的影響機(jī)制研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2801746