發(fā)布時間：2020-08-23 16:22

【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,人們對糧食的需求日益擴大,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、植物最適溫度和濕度等環(huán)境條件下進行研究的。然而在自然環(huán)境和植物生長過程中幾乎不存在穩(wěn)態(tài)條件,尤其是光照強度,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)。由于太陽入射角、云層運動、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度時刻處于變化過程中,具有時空分布不均一的特點。大量研究表明,冠層葉片的光合速率相對于光強的變化存在一個明顯的滯后現(xiàn)象。相比于穩(wěn)態(tài)光照環(huán)境,生長在動態(tài)光照下的植物的碳同化量顯著降低。氮素是植物生長過程中的必需營養(yǎng)元素之一,也是構(gòu)成植物體內(nèi)許多重要有機化合物的主要成分。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水稻動態(tài)光合作用的影響。因此本文著重研究氮素對水稻動態(tài)光合作用的影響與機理。另外,水分脅迫是影響葉片光合作用和作物生長重要的環(huán)境因素之一。在干旱脅迫下,氣孔關(guān)閉、葉肉導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動態(tài)光照的響應(yīng)速率。因此,本文共進行兩個實驗:(1)采用土培法種植水稻,并供應(yīng)兩個氮素濃度。研究氮素對水稻動態(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水稻動態(tài)光合作用的限制比例;(2)采用營養(yǎng)液培養(yǎng),并設(shè)置三個水分處理:正常水分、15%(m/v)和20%PEG(聚乙二醇,6000Da)。重點研究水分脅迫對水稻動態(tài)光合作用的影響,分析動態(tài)光照是否會加劇水分脅迫對光合作用的負面影響。主要結(jié)果如下:1、首先,光合作用的誘導狀態(tài)(IS%)與氣孔導度的誘導狀態(tài)都隨著暗期時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到最大光合速率的90%所需要的時間(T_(90%A))是10.9 min,顯著低于低氮的17.9 min,氮素提高了水稻動態(tài)光合速率的恢復速度。第三,動態(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),導致波動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動態(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態(tài)光合恢復速度最主要的因素。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,兩個品種光合速率的IS%與氣孔導度的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,導致干旱脅迫處理在動態(tài)光照下的碳同化減少量顯著高于正常水分處理。因此,干旱脅迫會加劇動態(tài)光照對光合作用的抑制。
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S511
【圖文】：

必須給予足夠長時間的高光照射使光合速率達到穩(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)時間后光合作用誘導狀態(tài)的測定程序。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）。在整個測量過程中最大光合速率和氣和 gs,max fleck。在測定程序的低光照下的光合速率記為 Amin后，光合速率第一次達到 Amax fleck的 50 %和 90 %所需的90%A。氣孔恢復速度的計算方法與光合速率的計算相同。從導度第一次達到 gs,max的 50%和 90%所需的時間分別記為 光后 CO2固定（PIF）和光后 CO2猝發(fā)（PIB）根據(jù) Leake方法進行計算。

速率（A）對圖 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算

【參考文獻】

相關(guān)博士學位論文 前1條

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

本文編號：2801746