不同光照条件下渍水对玉米幼苗光合和生长的影响

本科生毕业论文（设计）题目：不同光照条件下渍水对玉米幼苗光合和生长的影响学院:专业班级：学生姓名：指导教师：撰写日期：不同光照条件下渍水对玉米幼苗光合和生长的影响（）摘要：玉米苗期耐旱怕涝，苗期土壤水分过多往往对玉米的生长和产量形成造成不利影响。同时，玉米对淹水的响应还受其他环境因素的影响。本研究以玉米品种郑单958为试材，探讨了两种不同光照条件下玉米幼苗对淹水的响应差异。结果发现，在相对较高的光照条件下，淹水导致净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率分别降低70％，26％和59％；叶绿素a，叶绿素b和叶绿素a+b分别降低31％，42％和34％；地下生物量和总生物量分别降低52％和34％。低光强条件下，淹水处理6天的幼苗生物量略有下降。淹水对相对较高光照强度下生长的玉米幼苗的光合速率、生物量和冠根比的影响要明显高于在低光强下生长的玉米幼苗。结果提示，尽管玉米是高光效的C4植物，有着较高的光饱和点，但在淹水胁迫下，相对较高的光照强度仍然加剧了土壤淹水胁迫水浸的影响，而较低的光照强度可以在一定程度上减轻淹水胁迫造成的伤害。因此，我们在研究究淹水对玉米生长发育的影响时，应考虑光强环境的变化。关键字：淹水；光照；玉米；光合速率；冠根比EffectsofSoilFloodingonPhotosynthesisandGrowthofZeamaysL.SeedlingsunderDifferentLightIntensitiesHaochen(CollegeofAgriculture08-cropbiotechnology-1)Abstract:Soilfloodingisoneofthemajorabioticstressesthatrepressmaize(ZeamaysL.)growthandyield,andotherenvironmentalfactorsofteninfluencesoilfloodingstress.Thispaperreportsanexperimentaltestofthehypothesisthatlightintensitycaninfluencetheresponsesofmaizeseedlingstosoilflooding.Inthisexperiment,maizeseedlingsweresubjectedtosoilfloodingatthetwo-leafstageundercontrollight(600μmolm-2s-1)orlowlight(150μmolm-2s-1)conditions.Undercontrollightgrowthconditions,theaveragePN,EandWUEwere70%,26%and59%,respectively,higherinnon-floodedthaninfloodedseedlings;andtheaverageChla,Chlb,andChla+bwere31%,42%and34%,respectively,higherinnon-floodedthaninfloodedseedlings;andtheaveragebelowgroundbiomassandtotalbiomasswere52%and34%,respectively,higherinnon-floodedthaninfloodedseedlings.Therewasaslightdecreaseofseedlingbiomassinsixdaysfloodedseedlingsunderlowlightgrowthconditions.Theeffectsoffloodingonphotosynthetic,seedlinggrowthandshoot/rootratioweremorepronouncedundercontrollightgrowthconditionsthanunderlowlightgrowthconditions,whichindicatethatevenformaizeisC4plant,relativelyhighlightintensitystillaggravatedsoilfloodingstresswhilelowlightgrowthconditionmitigatedsoilfloodingstress,andsuggestthatlighteffectsshouldbeconsideredwhenwestudymaizeresponsestosoilflooding.Keywords:flood,light,maize,photosynthesisrate,shoot/rootratio在旱地作物生产过程中，涝渍是继干旱、盐渍和极端气温之后的又一大非生物灾害[1-3]。涝渍发生后，会在极短的时间内导致土壤缺氧、土壤氧化还原电势降低，继而引发根系缺氧、根系有氧呼吸速率急剧下降和ATP含量的快速降低[4]。能量不足将对矿质元素和水分的正常吸收和转运收到干扰，并进一步影响到植物多方面的代谢，如加速膜脂过氧化进程和叶片衰老速率，降低植物生长速率等[4-8]。由气孔和非气孔限制引起的光合速率下降是植物对涝渍胁迫的一个重要反应，光合速率的降低会进一步造成严重的减产[2,9]。气孔限制在渍涝胁迫发生的数小时内即出现并通过改变气孔的形态、胞间二氧化碳浓度（Ci）和气孔导度（gs）而导致光合速率和蒸腾速率快速降低[10-11]。随着渍涝胁迫的持续，非气孔限制将成为限制光合速率的重要因子。非气孔限制造成的光合速率降低主要是由光合器官受到损伤和光化学反应效率降低造成的，如膜脂过氧化造成的叶绿体膜结构被破坏、RuBPCO和PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）降低[9,12-14]。大量研究还发现，渍涝胁迫会加速光合色素的降解，进而导致光合色素含量降低[6,12-15-16]。同时，渍涝对植物的影响与其他环境因子如温度和光照等存在显著的互作效应[14,16-19]。但渍涝与光照互作的研究是在C3植物上，而对于具有较高的光饱和点的C4作物玉米，渍涝胁迫是否受光照强度的影响尚不清楚。在玉米的生长过程中，渍涝通常与阴雨天气相伴而生，因此有必要开展渍涝与光照复合胁迫对玉米的影响研究。本文在玉米对渍涝敏感的2叶期[20]通过设置正常光照和低光照条件下淹水处理和对照来探讨光强与渍涝对玉米的影响是否存在交互效应。1材料与方法1.1试验设计供试品种：郑单958。试验设四个处理：正常光照（600μmolm-2s-1）正常灌水（NF）、正常光照淹水处理（FL）、低光照（150μmolm-2s-1）正常灌水、低光照淹水处理。淹水处理自第二片叶展开开始处理。1.2气体交换特征的测定采用PP-System的CIRAS-1便携式光合测定系统在处理第六天测定第二片展开叶的净光合速率PN，气孔导度gs，胞间二氧化碳浓度Ci和蒸腾速率E（28°C，450±10μmol(CO2)mol–1，600μmolm-2s-1PPFD，60%RH）。1.3叶绿素含量的测定叶绿素含量的测定参考Lichtenthaler（1987）的方法[21]。1.4PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）的测定采用Hansatech的FMS-2型便携式荧光测定系统在处理的0d，2d，4d和6d将叶片暗适应20min后测定PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）。1.5生物量积累分配在处理第六天结束时将各处理重根，分地上部和地下部105°C杀青，70°C烘干至恒重后称重。1.6统计分析以上数据均4-5次重复，采用Excel和SPSS16.0对数据进行处理分析。2结果与分析2.1不同光照下淹水对玉米叶片气体交换特征的影响淹水胁迫六天后导致正常光照和低光强条件下玉米幼苗的净光合速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率发生显著改变（p0.05）。在淹水处理和对照间的净光合速率、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率和水分利用效率也发生显著改变（p0.05，表1）。且净光合速率、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率和水分利用效率在淹水和光照强度间存在显著的交互作用（p0.05）。在正常光照条件下，与对照相比，淹水胁迫导致玉米叶片的净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率显著降低，胞间二氧化碳浓度显著升高（p0.05）。淹水胁迫对低光强下生长的玉米幼苗的净光合速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率无显著影响。在正常光照条件下，淹水胁迫导致净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率较对照分别低70%，26%和59%；胞间二氧化碳浓度较对照高57%。表1不同光照下淹水对玉米叶片气体交换特征的影响Table1Effectsofsoilfloodingongasexchangecharacterundercontrollightandlowlightconditions气体交换参数正常光照低光照处理ANOVANFFLNFFLLFL*F净光合速率PN[μmolm-2s-1]18.9±1.5a5.1±2.5b17.1±0.3a14.2±3.0a***胞间二氧化碳浓度Ci[μmolmol-1]127.2±27.5b210.4±31.8a121.4±38.4a111.7±11.2a***气孔导度126.8±23.8a110.8±22.3a97.5±26.3a75.0±13.5a*nsnsgs[mmolm-2s-1]蒸腾速率E[mmolm-2s-1]3.3±0.3a2.43±0.2b2.8±0.6a2.3±0.3a***水分利用效率WUE[mmol(CO2)mol(H2O)]5.9±1.0a2.1±1.2b6.4±1.3a6.2±0.5a***注：ns：p0.05；*：p0.05Note：ns–p0.05;*–p0.05.2.2不同光照下淹水对玉米叶片叶绿素含量的影响淹水胁迫处理六天后，不同光照条件下玉米叶片叶绿素含量无显著变化；与对照相比，淹水胁迫导致叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量发生显著改变（p0.05，图2）。且叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量在淹水和光照强度间存在显著的交互作用（p0.05）。对照叶片中叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量显著高于淹水胁迫处理六天的（p0.05）。而在低光强下，淹水胁迫对叶片中叶绿素含量无显著影响。对照叶片中叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量较淹水胁迫处理六天的分别高31%，42%和34%。各处理对叶绿素a/b比值无显著影响。图2不同光照下淹水对玉米叶片叶绿素含量的影响CLLL叶绿素b[mgg-1FW].2.61.0.4.8正常光照低光强处理叶绿素a[mgg-1FW]0.0.51.01.52.02.53.0NFFL总叶绿素[mgg-1FW]0123叶绿素a/b0.0.51.01.52.02.5BADC正常光照低光强处理正常光照低光强处理Fig.2.Effectsofsoilfloodingonchlorophyllcontentundercontrollightandlowlightconditions2.3不同光照下淹水对玉米叶片PSⅡ最大光化学效率的影响PSⅡ最大光化学效率在淹水胁迫的第四天开始显著降低（p0.05），第六天与对照相比达极显著差异水平（p0.001，图3）。且在正常光照条件下受到的影响更大。图3不同光照下淹水对玉米叶片PSⅡ最大光化学效率的影响Fig.3EffectsofsoilfloodingonmaximumphotochemicalefficiencyofPSIIundercontrollightandlowlightconditions2.4不同光照下淹水对玉米幼苗物质积累和分配的影响淹水胁迫六天后，不同光照条件下玉米幼苗的地上生物量、地下生物量和总生物量以及盐水胁迫处理和对照间的地下生物量、总生物量和冠根比存在显著差异（p0.05，图4）。淹水胁迫和光照强度对地下生物量、总生物量和冠根比的影响存在交互作用。在正常光照条件下，与对照相比，淹水胁