（蔬菜学专业论文）高温胁迫对大白菜超微弱发光及相关生理特性的影响.pdf

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和光饱和点的下降趋势较慢且维持在一个相对较高的水平，而不 耐热的自交系下降剧烈，中耐热的自交系居中。结果显示，叶片的发光强 度与光合作用密切相关。 4 高温胁迫下，耐热性不同的大白菜自交系的叶绿素荧光参数也有不同 的变化。在胁追初期，三个大白菜自交系幼苗叶片的f v f m 、巾p s i i 和电 子传递速率e t r 的下降趋势较为缓慢，随着胁迫时间的延长，各幼苗叶片 的f v f m 、巾p s i i 和电子传递速率e t r 的下降趋势渐为剧烈；在胁迫的过 程中，光化学猝灭系数q p 也呈下降趋势，与之相反的非光化学猝灭系数 q n 则逐渐增加，对光合机构起了一定的保护作用。 5 大白菜幼苗遭到高温伤害时，s o d 、p o d 活性有一定的降低，使大白菜 幼苗体内的酶活性氧清除系统受到破坏，活性氧产生速率上升，使活性氧 高温胁迫对大白菜超徽弱发光及相关生理特性的影响 产生与清除的平衡被打破；m d a 含量上升，导致膜透性增强，膜脂过氧化 加剧，造成生理代谢紊乱。随着胁迫时间的延长，幼苗体内的代谢酶类遭 到破坏，蛋白质的降解速率加快，各自交系体内的可溶性蛋白质含量开始 下降，而各自交系体内的脯氨酸含量逐渐增加。在高温胁迫过程中，耐热 性不同的大白菜自交系之间各生理指标的变化幅度也有一定的差异，与不 耐热的自交系相比，耐热的大白菜幼苗叶片的脯氨酸的含量增加快，可溶 性蛋白的降解速率也较缓慢，且维持在较高的水平，幼苗体内活性氧和丙 二醛的产生和累积过程均较不耐热品种为慢。u w l 与大白菜的生理代谢有 一定的相关性。 关键词：大白菜；超微弱发光；光合特性；耐热性 山东农业大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h r e ec h i n e s ec a ：b b a g eh o m o g e n e o u sp a r e n t si n c l u d j n gh i g h t e m p e r 咖r e t o l e 啪c eb r c e da ，i n i d - t e m p e r a t u r et o l e m c eb r e e dc ，l o 、v t e m p e r a t l l r e t o l e 啪c eb r e e dbw e r eu s e d 嬲m a t e r i a i si nt h es t u d yt h ec m g e so fu w l a i l ds o m er e l a t i v ep h y s i c a lc h a r a c t e r sd 1 1 r i n gn 0 珊a la i l dh i 曲t e i n p e 舭 r e s i s t a n c eo fc h i l l e s ec a b b a g es e e d i n g1 e a v e sw a sd i s c u s s e d ，i 1 1o r d e rt oo 胁 n l e o r ym e r e l d e rf o rd i s c u s sk g ht e m p e m t u r ee n d u r i n go fc h i n e s ec a b b a g e p 黜m sa n da p p l i c a t i o no fu w l o nv e g e 诅b i ee n d u r i n gb r e e d i n g n em 血 r e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： 1 u n d e rn o 彻a lt e m p e r a n 】r e ，t h eu w li m e n s i 够o fs e e d i n gl e a v e sw a s i n c r e a s e dw i t l l l ei i s eo f c u i n i r et i m e 2 u n d e rh i 曲t e m p e 珀b 】r e 咖e s s ，u w li n t e n s 时o fs e e d i n gl e a v e si n c r e a s e d a tb e g i l l n i n ga n dd e c r e a s e dl a t e lu n d e rd i 船r e n tl l i 出t e m p e r m s 仃e s s ，也e i n t e i l s 毋o fe a c hs e e i n g i n c r e a s e d 诵t 1 1t h er i s eo ft e m p e m t w c w h c n 卸出i e v i l l ga tt h r e s h o i dv a i u e ， u w li n t e n s i t yo fs e e d i i l gb e g a nt o 、a k e n n ”l o r ed e c l i n eo ft c m p e r a t u r e ，t h em o r ed e s c e n d i n go fu w li n t c n s i 母 d i 位r e n tt e m p e r 籼et o l e r a n c eb r e e dl l a dd i 仃e r e mc h a n g i n gr a n g eo fu w l i t e n s 姆u w l 抽t e l l s 姆o fh i g h t e m p e r a t l t 0 1 e r a n c eb r e e da 、v a sh i 曲a 1 1 d h a d1 0 wf h u j n gr a n g c ，b u t1 0 w - t e l n p e r a n l r et 0 1 e r a n c eb r e e dbh a v er e v e r s e t r e n d ，a 1 1 dm i d t e m p 蹦l n 鹏b r e e dcw a sb e 时e e nw i 血m et 、v oo m e r s t h e r e w a sap o s i t i v ec o 玎e l 撕0 nb 时e e nu w li n t e n s 毋a n dt e m p e r a t u r er e s i s t a n c e o fd i 彘r e n tb r e e d s 1 h eb r c e d s 缸恤e s sr e n e c t e d b yu w lw a sc o n s i s t e n tw i m r e s u l t e db yo 血e rp h y s i o l o g i c a li n d e x a 皿dt h em e i l s u r a t l o nw a se a s y ， c o n v 耐e n t ，a n dd e l i c a c y r 3 u n d e rh i 曲t e m p e m t u r es 骶s s ，廿1 ec m o r o p h y l lc o n t e n to fa l i 吐鹏ec h i n e s e c a b b a g eh o m o 萨n e o u sp a r e m sf e l l ，s ol e a d e dt l l ed e c l i n eo fc a t c 曲1 9a n du s i n g 1 i g h ta b m 谚o fl e a v e s a n dm ep h a t o s y i i m e t i cr a t ea n da p p a r e mq u 咖y i e l d o f c a r b o na s s 砌l a t i o nd e p r e s s e d 谢mp r 0 1 0 n go f1 1 i 曲t 姐1 p e r a n 】r es t r e s sa n d i n c r e a s eo f t c m p c r a t u r e d l i c hh a ds i 鲥丘c a l l tc o 玎c l a t i o n 谢t h 【，w l r e l a t i v e t ol o 、v - t e m p e r a t l l r et o l e r a i l c eb r e e d ，t h ep n ，a q ya n d1 i g h ts 曲盯a t i o np o i n to f 3 高温胁迫对大白菜超微弱发光及相关生理特性的影响 h i g l l - t # m p 铡曲r eb r e e dh a ds l o wd o 呲r c n d ，a n dr c m a i n e dh i g hl “e 1 w 1 1 i l e l o 、种t c m p e r a t i l r et o l e m n c eb r e e dbf e l l 孕e a y ，a l l dm i d t e m p e r a t u r et 0 1 e r a n c e b r e e dc 、嬲b e t w e e nw i t ht h et w oa t l l e r s t h er e s l l l t ss h o w e dt l l a tt l l e r ew a sa s i g n i f i c a n tc o n e l a t i o nb e t 、v e e nr a d i a n ti n 衄l s i 可a n dp h o t o s y 斑h e s i so f l e a v e s 4 u n d c rh i g ht e m 拼艇i 士1 1 r es 缸e s s ，t l l ec l l l o r o p h y l ln u o r e s c e n c ep 盯锄e t e ro f d i 施r e mo fc h i i l e s ec a b b a g e s e e d i n gl e a v c s o nr e s i s t a n c eh a dd i 虢r e n t c h a n g e s 0 i n i t i a ls t a g e s ，p n ，f v f m ，妒s i ia 1 1 de t rd e c r c a s e ds l o w ly w i 血也ei 1 1 c r e a s eo ft 1 1 r e a t e n i n gt i m e ，p n ， f v f m ，中p s i ia 1 1 de t rd e c r e a s e d 掣e a 廿y - d l l r j 血gt l l ed m eo fs 仃e s s ，p h o t o c h e i i l i c a iq u e i 枷n gc o - e f f i c i e n ta l s o d e c r e a s e d ， o nt 1 1 e c o 昀r yn o n - p h o t o c h “c a lq u 锄c h i n g c o - e 伍c i e t i c r e a s e d ，w h i c hh ds o m ep m t e c t e d 向n c t i o no np h o t o s y n t h e s i sf r a m e w o r k 5 w h e nc l l i n e s ec a b b a g es e e d i n gs u 丘h e dh a r ll l l l d e rl l i 曲t e m p e r a t u r c ，m e a c t i v eo x y g e np r o d u c t i o nr a t e 勰c e n d e d ，s ot 1 1 eb a l a n c eo fp m d 删o a n d e l i i n i n a t i o nw a sb r o k e h lt l l es 锄et i i n e ，m d ac o m e n ti m p r o v e d ，p l a s m a m e m b m ep e m e a b m t ) ，b o o s t e dl l p ，锄dp l 丑s m am e 玎i ea 工l dg r e 嬲eo v e r o 】【i d 撕o np r i c k c du p ，w h i c hm a d e l et m l l l e n c eo fm 吨i b o l i z e w i t h 缸 p r o l o n go ft h r c a t c 血gt i n l e ，也em e t a _ b o l i z ee n 巧e s 、e r ed e 蛐r o y e di n s i d e s e e d i n gb o d y a n dd e c o m p o s er a t eo fp r o t e mm e n d e d ，a n dt h ep 咖e i nc o n ：t c n t i ne v e r yb r e e db o d yb e g md e c r e 船e d ，b u t 圮p r 0 1 m ec o n t e n ti n c r e a s e ds l o w l y d u r i n gl l i g ht 既叩e r a t u r cs e s s ，t h ei n 盯e 船i n gm t co fe v e r yp h y s i o l o 西c a l c h a m c t e ro fd i 依鹏mo f 跚n e s ec a b b a g es e e d i 】呜l e a v e so nr e s i s t a n c eh a d d i 任b r e mc h a n g e s r e l 撕v et 0l o 、种t 即1 p c r a 岫r et 0 i e r a n c eb r e e d ，t l l ep r o l i n e c 伽i t c n t 协h i g b - t e m p e r a t u r ec l l i n e s ec d b b a g es e e d i n gl e a v e si n c r e a s e dq 试c k l y ， a n dd e c o m p o s em t eo fp r o t e i n 、v a ss l o w ，a n dr e m a i n e d1 1 i g hl e v e l - 1 1 1 e p r o d u c t i o 孤dc 啪u l a 曲no fa c 廿v eo x y g e na n d ) ao fh i g h _ t e m p e r a l 麟 t o l e m c eb r e e dw a ss l o w 盯t h 姐l o w _ t e m p e r a t l l r eb r e e d t l l _ 姐l o 、_ t e m p e r a n l r e t o l e r c eb r e e d n l e r ew 雒s o m er e l a t i v 畸b 曲1 ) l r nu w l 、v i 也p h y s i 0 1 0 百c a l m e t a b o l i z eo f c h i l l e s ec a _ b b a g e k e yw o r d s ：c h i n e s ec a b b a g e ；u l t 糟w e a kl m n i n e s c 蛆c e ；p h o t o s y n t h e t i c c h a m c t e r i s t i c ；瑚曲- t 锄p e 豫t l l r et o l e n n c e 4 山东农业大学硕士学位论文 高温胁迫对大白菜超微弱发光及相关生理特性的影响 1 - 引言 1 1 生物超微弱发光的研究现状 随着现代光子计数技术的发展，现已发现，任何生命物质从单细胞 ( 如细菌微生物) 到多细胞生命体( 如动、植物) 都有一种极其微弱的低 水平化学发光一超微弱发光( u l t r a w e a kl u m i n e s c e n c e ，u w l ) 。生物系 统的超微弱发光是一种在自然界中普遍存在的现象，其不同于人们熟悉的 萤火虫、海洋发光细菌等的发光，后者仅存在于某些特殊的细菌、昆虫、 鱼类当中，主要是由细胞内酶参与催化的氧化作用引起的，这类反应发光 强度强，每秒钟可以发射l o ”一1 0 “个光子：量子效率高( 吸收的光子与 辐射的光子数之比) ，最高可达到1 0 0 。与发光细菌等发光相比，生物 系统的超微弱发光显得非常微弱，强度上要低3 6 个数量级，量子效率 一般为l o “4 1 0 。9 。从细菌到人几乎所有的活体都有此低水平的发光，这 种发光的光谱范围颇宽，从紫外延伸至近红外，必须用灵敏的光电探测器 才能探测到( 程海鹏等，1 9 9 9 郭周义等，2 0 0 0 ；p o p pe “1 9 8 8 ) 。目 前研究表明，动植物的不同生理活动过程，存在不同强度和特征的超微弱 发光。这种光与生物的氧化代谢、细胞的分裂和死亡、光合作用、癌变以 及生长的调控等许多基本的生命过程都有着内在的联系( 沈询，1 9 8 8 ； s 1 a w i n s k aa n ds l a w i n s k i ，1 9 8 3 ；t r i g l i ap 芒a ， 1 9 9 8 ) 。 生物超微弱发光通常有两类：一类为自发的超微弱光辐射，一般认 为其与生物体的氧化代谢有关：另一类是外界诱导的发光( 延迟发光) ， 取决于光、电离辐射、超声和化学药物等外界因素的作用。 1 1 1 超微弱发光( u 1 l ) 的研究进展 生物超微弱发光的发现可追溯到本世纪2 0 年代。1 9 2 3 年俄罗斯细胞 生物学家g g u r w i t s h ( 1 9 2 3 ) 借助生物检波器观察到植物活细胞和组织 的弱紫外射线，并发现这种射线对细胞分裂过程有刺激作用，当时称其为 “分生射线”。 2 0 世纪5 0 年代初，由于光灵敏度较高的光电倍增管的问世，使得进 一步研究生物超弱发光成为可能。1 9 5 4 年意大利学者l c o l l i 等( 1 9 5 5 ) 利用装有光电倍增管的仪器，首次科学地证明了生物体具有超弱光子辐射 6 山东农业大学硕士学位论文 现象。他们以小麦、菜豆、小扁豆和玉米的萌发种子作为实验材料，测试 结果发现被测物都具有超弱发光的能力，其发光波谱范围4 0 0 6 9 0 n m ， 峰值大约在5 5 0 n m 。他们通过实验得到以下结论：( 1 ) 由于对实验材料进 行了严格的消毒，从而证明所测到的发光来自幼苗本身而不是某些细菌的 发光：( 2 ) 这些幼苗的超弱发光强度随幼苗的日龄变化，在1 4 一1 7 日龄 时达到最大值；( 3 ) 超弱发光与p h 值的关系密切，在p h 7 5 时发光值最 大；( 4 ) 当幼苗被切碎时，发光强度比全株的发光强2 3 倍。 2 0 世纪6 0 年代以后，许多研究者对生物超弱发光现象给予了极大的 关注，进行了较为全面的研究( 王苏生等，1 9 9 6 ；c h a n g c ee fa ，1 9 7 9 ； g r a b i e c 日 “，1 9 6 8 ) 。除了植物之外，还测试了许多动物组织以及一些 低等动、植物。在对大量生物样品研究的基础上，提出生物超弱发光研究 的三个重要结果：( 1 ) 当光予由亚稳状态发射时，常常预先受另一种光源 的激发，这时生物所发射的光子并不是其本身的自发发光，而是一种受激 发光。由于实验不可能在完全黑暗中进行，所以这种受激发光在许多情况 下都不能排除。( 2 ) 超弱光子辐射的能量来自化学反应，这时光子发射过 程与生物组织的正常代谢有关。( 3 ) 生物超弱发光与普通生物发光截然不 同，普通生物发光多来自细菌、真菌、昆虫、鱼类等。高等植物和哺乳动 物都不具有普通生物发光，而只具有超弱发光。普通生物发光的强度远远 大于超弱发光的强度( 周禾，1 9 9 9 ) 。 7 0 年代中期以后，随着激光的出项和生命科学研究的深入进展，以 德国学者p o p p ( 1 9 9 2 ；1 9 8 1 ) 为首的研究小组提出了“生命系统的超弱 光子辐射”这一命名，并从实验和理论两个方面对生物的超弱发光进行了 系统地研究。他们研制了一台精度较高的生物超弱发光探测仅。采用循环 冷却系统降低光电倍增管的工作温度，以减少噪声，提高仪器的精度。在 他们的研究中证实：d n a 是生物超弱发光的一个辐射源，生物细胞间超弱 发光具有一定的相干性，并提出生物超弱发光与细胞间通讯有关的假设。 2 0 世纪8 0 年代以后，生物超弱发光的机理研究在俄罗斯、美国、日 本、欧洲以及中国等开展并向细胞、亚细胞甚至分子水平深入，应用研究 也更加广泛，已涉及到农业、食品、医学、药理学、环境科学等许多领域 ( 陈汝民等，1 9 9 5 ；胡天喜，1 9 9 8 ) 。1 9 8 8 年，中国学者顾樵等( 顾樵， 高温胁迫对大白菜超微弱发光及相关生理特性的影响 1 9 8 9 ) 从协同现象和相干辐射两个方面，论述了生物系统的细胞与激光器 的类似性。与此同时，关于u w l 的理论、测试仪器及其应用等研究也广为 展开。 1 1 2 生物超微弱发光的机制探讨 植物u w l 机理是指植物产生u 1 】l 的生物化学和物理学过程。自从1 9 2 3 年g u r w i t s h ( 1 9 2 3 ) 发现“有丝分裂辐射”以来，己有不少学者为此付 出巨大的努力，提出了不少假说，其中有的己被人们普遍接受，有的正在 经受实验的检验。目前关于超微弱发光的机理主要集中在以下几个方面： ( 1 ) 能级跃迁：在植物体内的生理生化反应过程中，处于基态的原子 或原子团获得能量，其电子从基态跃迁到激发态( 这个过程称为激发) ， 处于激发态的原子或原子团不稳定，它将释放多余的能量回到基态( 这个 过程称为退激) ，释放能量的形式有热、电子、离子、光子等，其中以光 子形式释放能量的过程叫超微弱发光( 王华芳等，1 9 9 6 ；张新华和杨洪强， 2 0 0 4 ) 。 由于生物体内的能量传递包括一系列化学和物理学过程，化学反应引 起原子或原子团激发的效率分别为1 0 。或1 0 5 1 0 。2 ，甚至更低。因此， 生物体内的能量传递不完全产生光子辐射，根据已报道的u w l 波长( 1 0 8 8 0 0 n m ) 计算，能级跃迁释放的能量至少为1 5 5 e v 以上才能产生一个光子。 这种发光强度只相当于在几英里之外燃烧着的一支蜡烛的光亮( a b e l e s f b ，1 9 8 6 ) 。能级跃迁机制可以解释许多生物体内的u w l 事件，已经被人 们普遍接受。其他机理都是能级跃迁机制的完善和补充。 ( 2 ) 活性氧发光：生物化学的观点认为，生物系统中的活性氧与u i l 有密切关系( 王维江，2 0 0 0 ；s l a w i n s k i ，1 9 8 8 ) 。生活细胞在生化过程 中，特别是不饱和脂肪酸氧化产生的活性氧之间相互作用，形成的各种可 辐射的活化状态是u w l 的主要来源。这种观点认为u w l 受生物体内的抗氧 化防御系统与免疫系统的影响。 ( 3 ) d n a 发光：有些研究者( p o p pp ta ，1 9 8 4 ；顾樵，1 9 8 9 ) 认 为，d n a 类似于一个品质因素极高的“光子储存器”，球状的细胞象一个 “谐振腔”，有利于引发非线性光学效应。r a t t e m e y e r 等( 1 9 8 1 ) 也从 生物物理角度出发认为d n a 可能是植物体的另一个非常重要的光子辐射 山东农业大学硕士学位论文 来源。当用不同浓度的溴化乙锭( 髓) 诱导d n a 从超螺旋向解螺旋反向 螺旋转变时，生物的u w l 强度会随d n a 构象的改变从低到高。毛大璋等 ( 1 9 8 8 ) 曾发现核酸合成抑制剂放线菌素d 对d n a 合成的抑制与对u w l 的 抑制是相关的，而且用蛋白质合成抑制剂环己亚胺所做的实验，排除了与 d n a 、r n a 合成有关的酶合成过程产生u w l 的可能性。由此说明，d n a 和 r n a 分子的合成反应也可能是一个产生u w l 的源，不过在体外的d n a 分子 中，并没有观察到这种效应。 ( 4 ) 能量转换发光：谭石慈等( 2 0 0 l ；2 0 0 0 ) 认为能量转换也可导致 发光，当停止对植物叶片照光后，光氧化裂解水释放电子的途径受阻，正 在传递的电子从p h e o 一倒流回到p 6 8 0 + ，高能产物a t p 使叶绿素分子处于激 发态，将贮存在a t p 中的部分能量以光子的形式由叶绿素分子释放出来。 ( 5 ) 电子泄漏理论 在生物氧化的电子传递链中，电子有可能通过某种转移途径不生成 a t p ，而产生自由基，从而引起超微弱发光。 ( 6 ) “相干辐射”机制 以德国生物物理学家p o p p 为代表的小组从超微弱发光的物理机制出 发，研究了生物超微弱发光的光谱、光学透射性、光子计数统计和光照诱 导的延迟发光的衰减动力学，还研究了生物超微弱发光与生物体的生理和 病理过程的相关性以及超微弱发光对生物体温度的依赖关系，据此他们提 出如下假说：一部分自发的和光诱导的生物超微弱发光的光子叫“生物光 子”，起源于生物系统内一个高度相干的电磁场，这种相干电磁场很可能 是活组织内通讯联络的基础。这就是生物光子的“相干辐射”机制( 朱延 彬等，1 9 9 9 ) 。用光子统计的方法对黄瓜幼苗、绿豆芽和大豆根瘤菌类菌 体所发光子的统计结果表明，它们的发光接近泊松分布，而纯粹属于随机 事件的化学发光偏离泊松分布很远( 沈询，1 9 9 5 ) ，这说明生物系统的发 光不完全是纯化学激发造成的偶然事件，它们发射的光子彼此间存在着一 定的关系。 综上所述的几种发光机制都只能解释部分超微弱发光现象，刘颂豪等 ( 1 9 9 7 ) 利用量子化学与物质相互作用的时间量子理论研究了生物光子的 全同粒子模型，对几种发光机制的统一性进行了有益的探讨。 高温胁迫对大白菜超微弱发光及相关生理特性的影响 生命是一种极其复杂的运动形式，每种生物都具有高度有序和复杂的 结构，虽然生物超微弱发光只是生命系统众多物理特性中的一种，但是它 与生物体系的有序性以及许多重要特性、许多生命过程相关联，可能包含 了大量的生物学信息，产生的机制非常复杂，目前人们对该现象的认识还 具有一定的局限性，仍需要在理论和实验两方而进行深入研究。 1 1 3 影响植物超微弱发光的因素 u w l 与植物的代谢及生长活性有关，影响植物生长与代谢的各种因奏 ( 如物理的、化学的、生物的等) 大多影响u w l 的强度及其变化规律，现 仅从以下几个方面加以介绍。 1 1 3 1 物理因素物理因素有许多，但对植物u 1 】l 影响比较大的主要 是与体内氧化还原过程有关的一些因素，如氧、温度、创伤等。氧气或活 性氧是u 1 】| l 的关键成分。a b e l e s f b ( 1 9 8 6 ) 在文章中指出当植物在 n ：中培养时会使其u w l 值消失或降低。在3 的0 2 中观察到的u w l 只为最 大值的一半( y a f a r o v aa n dv e s e l o v s k i i ，1 9 6 9 ) 。有实验证明当0 2 的 浓度从o 上升到2 0 时，大麦根部的u 1 v l 成直线增加( v e s e l o v s k iie a ，1 9 6 3 ) 。在密环菌发光条件研究的实验中也证明了只有有氧存在时， 才能使某些生物体发光( 谭周进等，2 0 0 1 ) 。植物在感染疾病、电或机械 损伤等导致的伤害时，都会导致u 1 】| ，l 的升高( 胡献明等，2 0 0 2 ；马斌等， 1 9 9 2 ；邢达等，1 9 9 9 ；c h e ne ta ，2 0 0 3 a ； p a t r i c kp 芒a ，1 9 9 8 ) 。 s a l i n 和b r i d g e s ( 1 9 8 3 ) 推测，细胞紊乱以后升高的过氧化活性导致了 u w l 的升高。温度控制着氧气或活性氧与脂类和其它不饱和底物的反应速 率，也控制着氧气在氧化酶和其它酶作用下形成活性氧的速率，且极端高 温和低温会对细胞产生致死影响等，而u w l 对温度的依赖性呈平滑的对数 曲线关系( a b e l e s ， 1 9 8 6 ) 。 1 1 3 2 化学因素化学因素也很多，如氧化剂、代谢抑制剂、金属离 子以及甲醛或放线菌素d 等化学物质，它们都可强烈的影响体内的氧化还 原以及其它代谢反应，所以对u w l 也有不同程度的影响( 潘伟槐等，1 9 9 7 ； m a c c a r r o n ee t a ，2 0 0 0 ；m i c h e lh a v 叫x ，2 0 0 3 ) 。周禾与杨起简( 1 9 9 6 ) 发现，将萌发后6 小时和7 2 小时的小麦放在石英杯内，分别加入等量1 跚n 0 4 溶液，前者u i l 值为在蒸馏水中正常萌发6 小时后平均发光值的 1 0 山东农业大学硕士学位论文 8 倍，后者为2 5 倍，可见氧化剂可使植物萌发时的发光有不同程度的增 强。呼吸代谢抑制剂n a n 3 对萌发绿豆的u w l 高达7 2 的抑制，而甲醛或放 线菌素d 等化学物质处理植物时，会导致植物细胞紊乱使u w l 升高( 毛大 璋等，1 9 8 8 ) 。此外，不同的金属离子对植物u w l 也有不同程度的影响， 如c u + 过量时会使植物的u w l 下降，而h g ”可使u w l 增加，o 2m o l l 的 c o ( n 0 ) 2 溶液会使植物的呼吸和u w l 都降低等( a b e l e s ，1 9 8 6 ) 。 1 1 3 3 其它因素除以上因素外，影响植物体u 1 】| l 的因素还很多，如 磁场、p h 、辐射、光质、激素以及环境胁迫等( 马玉琴等，1 9 8 8 ：王树禹 等，2 0 0 0 ：e v aha n dh u m i ot ，1 9 9 1 ) 。研究发现，低磁场使u w l 增加4 0 ，高磁场使u w l 降低( 李光林与杨亚玲，1 9 9 5 ) 。大麦根系在p h = 9 2 的 环境中培养时的u 1 v l 比在p h = 7 3 的环境中生长时要高，而较低的p h 值可 使黑麦根系晶状态匀浆的u w l 达到最大( g r a b i e cp fa 上1 9 6 8 ) 。用特定 电磁辐射处理大豆种子可使发光值增高( 谭辉玲与色莫代，1 9 8 9 ) 。不同 的光质对u w l 也有影响，花生和水稻幼苗的u w l 在白光下最强，其次是红 光，蓝光最弱( 李德红，1 9 9 8 a ；李德红，1 9 9 8 b ) 。植物的u w l 也受逆境 条件的影响( 刘大森，2 0 0 1 ：吴文福等，2 0 0 2 ) ，例如，种子在萌发期间 分别放入1 n a c l 和2 0 p e g 中( 相当于一5 9 6b a r ) 时，发光强度逐步 下降( 周禾和杨起简，1 9 9 6 ) 。i a a 可减少大豆根系的u w l ，然而在受伤情 况下，用i a a 处理根系或i 从与比h 2 啦一块用于草莓的花托上时，其u w l 都会升高( s a l i na n db r i d g e s ，1 9 8 3 ) 。这些变化可能与植物生长活性的 改变有关。 1 1 4 超微弱发光的应用 植物的u w l 与环境密切相关，不良环境条件下，u w l 会有明显的变化。 人们试图用u w l 作为一种耐盐碱、抗旱、抗热、抗寒乃至抗病的指标，以 期为抗逆育种与栽培提供种新的灵敏的物理方法( 李树真和董家伦， 1 9 9 3 ；周禾和杨起简，1 9 9 5 a ：周志康，1 9 9 9 ) 。 作物籽粒和幼苗的u w l 能够在一定程度上反映品种间抗旱性的差异。 实验表明，不同抗旱性的小麦籽粒的发光强度各有一定的范围，抗旱性越 强u w l 值越高( 董家伦等，1 9 8 9 ；汪沛洪和吕金印，1 9 9 0 ) 。人们根据大 豆、玉米、大麦、小麦等作物在天然水分胁迫和模拟干旱条件下u w l 的变 高温胁迫对大白菜超微弱发光及相关生理特性的影响 化，发现同种植物不同的品种均表现为抗旱性强的发光较高，且抗性越强 发光越高( 李树真，1 9 9 4 ；杨起简，1 9 9 3 ) 。在林木方面，董家伦和李树 真( 1 9 9 0 ) 指出沙生植物的u w l 与树种间的抗旱性有关，王华芳等( 2 0 0 0 ) 对侧柏和大叶相思所做的实验表明，侧柏根系呼吸代谢产生的a t p 对u l v l 的贡献高达8 0 。这表明u w l 与植物的能量代谢相耦联，可能是植物传 递干旱信息的一种生物物理信号，因此u 1 v l 可以作为选择和评价树种抗旱 性的一种生理指标。低温能降低u w l 强度，低温下萌动7 8 天的玉米籽 粒发光强度不及室温下的1 3 ，且同样的低温，抗寒品种发光强度显著 高于不抗寒品种( 杨起简，1 9 8 4 ) 。对蔷薇属植物冷冻前后u w l 的动力学 研究显示，做冷冻处理的试验植物发光动力学曲线衰减明显快于不冷冻的 材料且不同的品种解冻后发光动力学曲线明显不同。这种品种间发光强度 的差异性与品种抗冷性的表现一致，为筛选抗寒品种提供了一种简捷的鉴 定方法( 包志毅，2 0 0 1 ；张仲伦，2 0 0 0 ) 。u w l 也是一种反映抗热性的有 效指标( 李德红等，1 9 9 9 ) 。有报道指出，小麦、玉米和棉花种子萌发时 u w l 值随环境温度升高而增大，u w l 出现峰值时温度达到临界温度，根据 临界温度的高低，可以判断植物抗热性的强弱( 习岗，1 9 9 4 ) 。盐分胁迫 将降低u w l 强度，用n a c l 溶液对种子进行盐分胁迫处理，发光强度显著 低于对照，且高抗盐品种的发芽率和u w l 强度均高于敏感品种，盐胁迫引 起的发光变化反映了作物抗盐性的差异( 杨起简等，2 0 0 1 ) 。甜胡椒感染 真菌过程中能产生随时间变化的u w l ，动态地反映了植物抵抗病害的反应 过程，为研究植物抗病的机制提供了一个新的技术( 程海鹏等，1 9 9 9 ) 。 u w l 还可用于测定种子的活力与农事管理等方面( 王树禹等，1 9 9 9 ： b o v e r i se f “，1 9 8 4 ) 。谭辉玲与色莫代( 1 9 8 9 ) 用特定电磁辐射处理大 豆种子，与对照相比处理种子的生活力大大增强，同时其u w l 值也显著增 加。而用代谢抑制剂，如n a n 3 处理萌发绿豆种子，在抑制其活性的同时 也大大降低了其u w l 强度( 毛大璋等，1 9 8 8 ) 。所以可用u w l 鉴定植物或 种子的活力，且用u w l 鉴定种子的活力用样品量少又不破坏种子，对于种 子量少的珍贵品种极其有益( 陈文利，2 0 0 2 ；陈有君，1 9 9 5 ；v e s e l o v a 日t a ，1 9 9 8 ) 。给作物施用化肥或农药后，w l 变化比作物生长指标( 生长 量、叶面积、同化器官的重量等) 的变化快的多。实验表明如果用5 山东农业大学硕士学位论文 1 0 _ 5 m o l l 的除莠剂作用，叶重才有变化的话，那么5 l o 。8 m o l l 的除 莠剂就可以引起u w l 的显著变化，这样就可以根据施药后发光强度的变化 程度来选择最佳的施药剂量和时间( 程海鹏等，1 9 9 9 ) 。通过对玉米成熟 期和贮藏期籽粒u w l 进行的研究，也为农事管理和籽粒贮藏提供了理论依 据( 杨起简和周禾，1 9 9 7 ) 。此外，有人对作物叶片u w l 探测和光谱分析 的实验表明，u w l 可能为检测植物光合作用的生化过程以及光合效率提供 一种新的方法( 王维江等，2 0 0 0 ；1 9 9 7 ) 。 1 2 高温逆境对蔬菜耐热性的影响 温度是影响植物生长发育的主要环境因素之一。植物的不同生育阶段 均有一定的最低、最适和最高温度，即三基点温度。一般认为最高温度即 完成其生育的最高临界温度。高温胁迫引起植物生理和生化代谢紊乱和结 构的破坏，如夏季高温天气常常使作物生殖器官发育不良，光合作用受阻， 生育期缩短，结实率降低，落花落果，产量和品质下降等。 1 2 1 高温胁迫对植物光合作用的影响 光合作用是植物物质转换和能量代谢的关键，温度逆境对其影响 很大。高温逆境胁迫后非气孔因素是净光合速率( p n ) 降低的主要原因( 马 德华，1 9 9 9 ) 。高温逆境不仅会抑制光合反应，而且会破坏光合机构，使光 合作用速率下降。在菜豆上的研究发现，高温下莱豆因类囊体结构的重组 导致光合系统i 的应激性增加，诱导了环式电子传递增加而n a d p 降低， 从而限制了c 0 2 的同化，降低了光合能力( c l a u d i ap a s t e n e ，1 9 9 6 ) 。h a v a u x ( 年) 研究指出番茄叶片在3 8 时光系统i i 的光化学反应会受到抑制， 4 2 时这种抑制便成为不可逆的。 高温处理后，细胞间隙c 0 2 补偿点均与各品系耐高温能力呈负相关， 各品系光补偿点( l c p ) 与其耐高温能力亦呈负相关。a b a r t s u r 等( 1 9 8 5 ) 对番茄耐热品种s a l a d e t t e 和热敏感性品种r o m “f 进行3 5 4 0 的高温 处理，发现二者c 0 2 补偿点均被提高，但前者c 0 2 固定能力较后者高出2 5 一3 0 。同一材料”c 0 2 同位素示踪显示，虽然高温下两个品种叶片同 化效率和碳水化合物输出效率均降低，但耐热品种降低幅度小于热敏品 种，这也是耐热品种能够抵抗高温逆境的重要原因之一( d i n a rm ，1 9 8 2 ， 1 9 8 5 ) 。在莱豆上的研究表明，经高温胁迫后，菜豆叶片光合作用普遍受 高温胁迫对大白菜超微弱发光及相关生理特性的影响 到抑制，受抑程度因耐热性而异。解除高温后光合速率又有一定回升，不 耐热品种的光合速率下降明显而回升缓慢( 沈征言，1 9 9 3 ) 。 此外，也有试验研究叶绿素含量的变化和耐热性的关系。马德华等 ( 1 9 9 9 ) 以4 个不同耐热性的华北型黄瓜高代自交系为材料，研究其不同 温度逆境下光合作用变化，结果表明，高温胁迫使叶绿素含量明显降低， 而且以叶绿素a 下降为主，但叶绿素含量及其变化规律与其对温度逆境的 抗性无明显的相关性。罗少波( 1 9 9 6 ) 、杨丽蔽( 1 9 9 6 ) 对大白菜和黄瓜 的研究也表明，叶绿素含量变化没有一定的规律性或与其对温度逆境的抗 性无明显的相关性。 1 2 2 高温胁迫对脯氨酸含量的影响 在高温胁迫条件下，细胞溶质( 如羟脯氨酸、甘氨酸、甘油、脯氨酸 等) 的积累起到保护作用。已证明脯氨酸在植物细胞适应胁迫过程中起重 要作用。 高温胁迫往往使植物体内的脯氨酸含量增加，且耐热性的品种比不耐 热的有更大的增幅。这点在干椒、黄瓜、辣椒、甘蓝上有相关的报道。高 温下耐热品种脯氨酸含量迅速增加，可能是脯氨酸对膜结构起了保护作 用，也可能与脯氨酸参与渗透调节，增强细胞的抗脱水力有关；脯氨酸在