苗期玉米叶片光合特性对水分胁迫的响应
卜令铎1, 张仁和1, 常 宇2, 薛吉全1,*, 韩苗苗1
【摘 要】摘要:以2个抗旱性不同的玉米品种为材料进行盆栽试验，在苗期设置4个水分梯度，研究气体交换和叶绿素荧光参数及光响应特征。结果表明：随水分胁迫的加剧，除细胞间CO2浓度(Ci)和非光化学淬灭(qN)上升外，其它参数均下降，先玉335(XY335)各参数的变化幅度小于陕单902(SD902)；轻度胁迫下品种间气体交换参数差异最大，严重干旱下叶绿素荧光参数差异最大；净光合速率(Pn)和相对电子传递速率(rETR)的光响应曲线拟合结果显示，水分胁迫导致玉米叶片最大光合速率和光能利用率下降，XY335各参数的下降幅度小于SD902；轻度干旱下Pn光响应拟合参数品种间差异最大，严重干旱下rETR光响应拟合参数差异最大。综上表明，水分胁迫导致玉米叶片对强光的敏感性增加，干旱和光抑制对光系统Ⅱ造成的叠加伤害随干旱加重和品种抗旱性弱而加剧，是制约光合作用的主要原因；旱区强光下的玉米幼苗应及时补水，以避免严重干旱和高光强的叠加伤害。 【期刊名称】生态学报 【年(卷),期】2010(030)005 【总页数】8
【关键词】玉米；抗旱性；水分胁迫；光合作用；叶绿素荧光；光响应曲线 干旱是玉米生产的主要非生物限制因素[1]，光合作用是干旱影响玉米生长和代谢的第一环节[2]，光合速率随水分胁迫加强而不断下降是玉米受旱害减产的主要原因[2- 3]。玉米光合机理的研究关系到粮食安全和减轻温室效应等重大问题，是挖掘玉米生物节水潜力的重要途径。国内外关于干旱影响玉米光合作用机理
的研究较多，但多集中于生育中后期，而对玉米苗期水分胁迫下的光合生理、生态机理研究相对较少。
光是进行光合作用的能源[3]，利用气体交换技术可做出玉米净光合速率对光的响应曲线[4]，光合作用效率可通过光响应曲线的拟合参数来反应[5]。由于光合作用效率是玉米生产力的决定性因素[6]，所以，国内外多采用非直角双曲线模型(Non-rectangle hyperbola)对作物的光响应曲线进行拟合，得出相应的生理参数[7]，该模型的拐点和光极限明显[8]，拟合结果精度高、且更加符合生理意义[9]。本文将其用于探讨玉米苗期光合系统旱害机理。
调制叶绿素荧光技术是快速、灵敏、无损伤的研究和探测逆境对植物光合作用影响的理想方法[10]。叶绿素荧光参数的变化是光合作用信息的有效探针[11]，是植物胁迫生理学研究中最常用的指标之一[12] 。大量研究表明干旱条件下光合作用的信息可以通过叶绿素荧光参数的变化来反映[13- 14]。利用调制叶绿素荧光技术即使光适应时间很短(如10s)也可以快速测量出经过光系统Ⅱ的相对电子传递速率(relative Electron Transport Rate，rETR)随光合有效辐射(Photosynthetic Active Radiation，PAR)的变化曲线，即快速光曲线(Rapid Light Curves)[15- 16]。与气体交换相比具有测量时间短，测量过程对样品的影响小，更能反映样品的实际光合作用潜力和光系统Ⅱ的状态等优点[17]。 本文选取了2个抗旱性显著不同的玉米品种进行盆栽梯度水分胁迫试验，通过气体交换与叶绿素荧光参数及光响应特征的变化，试图从它们相互关系上了解不同抗旱性玉米品种苗期叶片光合作用的光化学过程和非光化学过程中光能的吸收、传递和转化以及品种间光能利用率在叶绿素水平上的差异，探讨苗期光合特性对水分胁迫的响应规律和光合作用系统受害的关键因子，为进一步提高
玉米的光合效率，及玉米抗旱节水生理研究提供参考理论依据。
1 材料和方法
1.1 试验材料
通过2006—2007年的抗旱品比试验，筛选出抗旱性显著差异的两个玉米品种：抗旱性较强的先玉335(XY335)和抗旱性较弱的陕单902(SD902)为供试材料(以下用简写)。 1.2 盆栽设置
盆栽试验于2008年6—7月在西北农林科技大学农作物示范园的抗旱棚内进行。用规格相同的塑料桶(内径26cm，深38cm)，分别装相同风干粘壤土15kg，土壤田间最大持水量为26.2%，pH值7.2，有机质含量1.59%，全氮0.055%。桶底装鹅卵石, 上铺滤纸与土隔离, 通过插到鹅卵石上的硬质塑料管浇水(以避免堵塞和土壤板结)。每个品种分正常供水CK(土壤相对含水量75%—80%)、轻度干旱L(土壤相对含水量55%—60%)、中度干旱M(土壤相对含水量40%—45%)和重度干旱S(土壤相对含水量25%—30%)4个处理梯度，各5次重复。3叶期定苗每盆3株并开始控水, 自然干旱至设定土壤含水量标准范围，每天8：00和18：00采用称重法补水控水并记录，处理期间除桶内土壤水分明显差异外其它管理一致，处理7d后测定倒数第3片展叶的光合参数。 1.3 测定项目与方法 1.3.1 气体交换测量
净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(GS)和细胞间CO2浓度(Ci)的测定采用LI- 6400便携式光合仪，在10:00—11:30设定PAR为1000μmol·m-2·s-1作为测定光强，重复测量5次。应用Li- 6400- 02B红蓝光光源提供不同的光
苗期玉米叶片光合特性对水分胁迫的响应
