（蔬菜学专业论文）低温光胁迫对黄瓜幼苗光合特性的影响.pdf

英文缩写符号及中英文对照表 g ss t o m a t a lc o n d u c t a n c气孔导度 hh o u r小时 i si n t e r c e l l u l a rs p a c e细胞间隙 ll i 缸它升 l c p l i g h tc o m p e m s a t i o np o i n t光补偿点 l s p l i g h ts a t u r a t i o np o i n t光饱和点 n a gm i l l i g r a m毫克 i n mm i l l i m e t e r毫米 m i nm i n u t e分钟 m lm i l l i l i t e r毫升 n p q n o np h o t o c h e m i c a lq u e n c h i n g非光化学猝灭 p f dp h o t o nf l u xd 0 1 s i t y光量子通量密度 p nn e tp h o t o s y n t h e t i cr a t e净光合速率 p s i p h o t o s y s t c m i i光系统 q p p h o t o c h e m i c a lq u e n c h i n g光化学猝灭 r c ar u b i s c oa c t i v a s er u b i s c o 活化酶 r u b p r i b u l o s e - i ，5 - d i p h o s p h a t e 1 , 5 二磷酸核酮祷 r u b p c a s er i b u l o s eb i s p h o s p h a t ec a r b o x y l a s er u b p 羧化酶 ss t a r c hg r i n淀粉粒 s l w s p e c i f i cl e a f a r e a 比叶面积 t r t r a n s p i r a t i o nr a t e蒸腾速率 v v a c u o l e 液泡 v m t o n o p l a s tm e m b r a n e液泡膜 wc e u w a l l细胞壁 u mm i c r o m e t e r微米 l a n o l m i c r o m o l微摩尔 中p s a 吐u a lq u 8 n t 哑y i 8 l d 。fp s 。1 e c 扛o n 实际光化学效率 关于学位论文原创性和使用授权的声明 本人所呈交的学位论文，是在导师指导下，独立进行 科学研究所取得的成果。对在论文研究期间给予指导、帮 助和做出重要贡献的个人或集体，均在文中明确说明。本 声明的法律责任由本人承担。 本人完全了解山东农业大学有关保留和使用学位论文 的规定，同意学校保留和按要求向国家有关部门或机构送 交论文纸质本和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权山东农业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文和汇编本学位论文。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：擞蜗 导师签名： 日期： 山东农业大学硕士学位论文 摘要 本试验以欧洲品种萨瑞格、我国华南型品种翠绿和华北型品种 津优3 号黄瓜( c u c u m i s s a t i v u s l ) 为试材，探讨了不同黄瓜品种对亚 适温弱光逆境适应性差异的生理基础；以津优3 号为试材。研究了弱光、 亚适温、亚适温弱光和低温弱光对黄瓜光合作用的影响，以及钙对亚适温 弱光下黄瓜光合功能的影响机理。主要结果如下： 1 正常温光条件下，欧洲品种萨瑞格的叶面积最大，翠绿最小： 而干物重则以津优3 号最大，萨瑞格其次，翠绿最小。亚适温弱光 条件下，黄瓜幼苗叶面积和干物重均以津优3 号的日均增长量最大，萨 瑞格韵最小。 2 亚适温弱光胁迫可使黄瓜幼苗的光合速率a p n ) 和羧化效率( c e ) 明显降低，光下实际光化学效率( a , p s ) 有所下降，但暗适应下最大光 化学效率( f v f m ) 没有显著变化。c h la 、c h lb 含量增加，c h la b 比值 减小。不同品种相比，胁迫前后均以津优3 号的p n 和c e 最高，萨瑞 格最低；处理兹的o p s 以萨瑞格最高，滓优3 号最低。处理后萨瑞 格的较明显降低，而津优3 号和翠绿变化不大。表明津优3 号对亚 适温弱光逆境的适应能力高于萨瑞格和翠绿，保持较高的光能转换效 率和碳同化酶活性是其适应性增强的重要基础； 3 弱光、亚适温、亚适温弱光和低温弱光胁迫均使黄瓜幼苗的p n 明 显降低，其主要限制因素是非气孔因素，但亚适温和亚适温弱光下p n 的 降低与气孔限制有一定相关性。弱光和亚适温交叉胁迫，温度起主要作用。 4 1 0 d 内弱光和亚适温弱光胁迫可使黄瓜幼苗叶片的光补偿点降低， o p s 提高，适应性增强；亚适温处理的光补偿点也趋于下降，虽然o p s 和f v f m 均降低，但初始荧光( f o ) 没有明显变化；低温弱光处理的光补 偿点明显升高， p s 和f v f m 显著降低，而f o 较明显升高。说明弱光 或亚适温弱光条件下，黄瓜幼苗可以通过降低光补偿点和提高光化学效率 增强对弱光的适应能力；亚适温和低温弱光胁迫下，黄瓜叶片表现出较明 显的光抑制，低温弱光还可能对p s 反应中心造成了不可逆伤害。 5 亚适温弱光胁迫前用1 0m m o l lc a c l 2 预处理，可使黄瓜幼苗叶片的 p n 、c e 、光化学猝灭( q p ) 、m p si i 、电子传递速率( e i l q 、r u b p 羧化 酶( r u b p c a s e ) 活性、c a 2 + a t p 酶( c a z + - a t p a s e ) 活性等不同程度的高 于清水预处理的，而l a c h 、e g t a 和c p z 预处理的结果与之相反。说明 c 一+ 参与黄瓜幼苗叶片光合功能的调控，它主要通过增大p s 反应中心 的开放程度，维持较高的光能转换和电子传递效率、增强r u b p c a 和质 膜c a 2 + - a t p a s e 活性减轻亚适温弱光对黄瓜幼苗光合机构的影响，从而保 持较高的光合速率。 关键词：黄瓜；弱光；亚适温；钙；光合作用；日光温室 2 山东农业大学硕士学位论文 e f f e c to fl o w t e m p e r a t u r ea n dl i g h ti n t e n s i t ys t r e s s o n p h o t o s y n t h e t i c c h a r a c t e r i s t i c so fc u c u m b e r s e e d f i n g c a n d i d a t e ： m a j o r ： d e t m 血e n t ： s u p e r v i s o r ： l i a n gw e n j u a n o l e r i e u l t u r e c o l l e g eo f h o r t i c u l t u r ea n de n g i n e e r i n g p r o f e s s o r a ix i z h e n a b s t r a c t 耵坞a d a p t a t i o nd i f f e r e n c eo fp h o t o s y n t h e s i si nd i f f e r e n tc u c u m b e rv a r i f i e st o s u b o p t i m a lt e m p e r a t u r ea n dl o wl i g h ti n t e n s i t yw e r es t u d i d lw i t h s a 剐【g h a - 4 5 4 ( e u r o p ev a r i e t y ) ，c u i l i q ( s o u t hc h i n av a r i e t y ) a n d j i n y o un o 3 ( n o u t hc h i n av a r i e t y ) a sm a t e r i a l s e f f e c t so fl o wl i g h ti n t e n s i t y , s u b o p t i m a l t e m p e r a t u r e , s u b o p t i m a lt e m p e r a t u r ea n dl o wl i g h ti n t e n s i t y , l o wt e m p e r a t u r e a n dl i g h ti n t e n s i t yo ng r o w t ha n dp h o t o s y n t h e s i so fc u c u m b e rs e e d l i n g sw e l e s t u d i e d a n dt h em e c h a n i s mo fc a l c i u ma f f e c t sp h o m o s y n 删cf u n c t i o no f c u c u m b e ru n d e rs u b o p t i m a lt e m p e r a t u r ea n dl o wl i g h ti n t e n s i t yw a ss t u d i e d w i t h j i n y o un o 3 a sm a t e r i a l t h er e s u l t ss h o w e d 鹞f o l l o w s 1 s a i u gh a - 4 5 4 h a dt h el a r g e s tl e a f a r e a , c u i f l i t h a dt h el e a s to n eu n d e r c o n t r o lc o n d i t i o n 。h o w e v e = l ) t h ed r ym a t e ro f j i n y o un o 3 w a sm o 糟t h a n t h o s eo f s a r i gh a - 4 5 4 a n d c u i l i 0 d i l r i i l g7 ds u b o p t i m a lt e m p e m m e a n d l o wl i g h ti n t e n s i t ys t r e s s ，j i n y o un o 3 s h o w e dt h el a r g e s t , w h i l e s a r i g h a - 4 5 4 w a st h el e a s ti ni n c r c a s c m c n tp e rd a yo f l e a f a r e aa n dd r ym a t 廿 o 2 t h ep h o t o s y n t h e t i cr a t e 口n ) ，c 冠r b o x y l a t i o ne f f i c i e n c y ( c e ) a n da c t u a l p h o t o c h e m i c a le f f i c i e n c y o fp s i i p s ) o ft h ee x p e r i m e n t a lv a r i e t i e s 3 弱光亚适温对日光温室黄瓜光合作用的影响及钙调控机理的研究 d e a 七a s e 正b u tn os i g n i f i c a n tc h a n g e si nm s x i n l u mp h o t o c h e m i c a le f f i c i e n c y o fp si i ( f v f m ) h a db e e no b s e r v e d a l t h o u g hc h l o r o p h y l lc o n t e n ti n c r e a s e d , l o w e rt h er a t i oo f c h la b c o m p a r i s o na m o n gd i f f e r e n tv a r i e t i e s , t h ep na n d c eo f j i n y o un o 3 w e r et h eh i g h e s t , w h i l et h o s eo f s a r i gh a - 4 5 4 w e r e t h el o w e s t b e f o r ei m p o s e di ns t r e s sc o n d i t i o n , s a r i gh a - 4 5 4 w a st h e h i p h e s ta n d j i n y o un o 3 w a st h el o w e s ti no p sh ，h o w e v e r , t h a to f s a r i g h a - 4 5 4 d e c r e a s e d , j i n y o un o 3 a n d c u i l i t i c h a n g e dl i t t l ea f t e rs t r e s s s o w es u g g e s t e dt h a tt h ea d a p t a b i l i t yo f j i n y o un o 3 t os u b o p t i m a lt e m p e r a t u r e a n dl o wt i g h ti n t e n s i t yw a sh i g h e rt h a nt h a to f s a r i gh a 4 5 4 a n d c u i l i i l i tw a st h ei m p o r t a n tb a s i st h a tk e e p i n gh i g h e re f f i c i e n c yf o rs o l a re n e r g y c o n v e r s i o na n da c t i v i t yo f c a r b o na s s i m i l a t i o na l z y l n e so nd e v e l o p i n g a d a p t a b i l i t yt os u b o p t i m a lt e m p e r a t u r ea n dl o wl i g h ti n t e n s i t y 3 l o wl i g h t , s u b o p t i m a lt e m l m r a t u r e , s u b o p t i m a lt e m p c m t u r ea n dl o wl i g h t i n t e n s i t y , l o wt e m p e r a t u r ea n dl i g h tm t c m i t ys t r e s sa l ll e dt od c c r e l s ci nn e t p h o t o s y n t h e t i cr a t e ( p n ) ，t h a tw a sm a i n l ya t t r i b u t e dt on o n - s t o m a t a ll i m i t a t i o n , b e s i d e so fs u b o p t i m a lt e m p e r a t u r e , s u b o p t i m a lt e m p e r a t u r ea n dl o wh g h t s t t e s s ，砌c hh a ds o m e t h i n gt od ow i t hs t o m a t a ll i m i t a t i o n t e m l 捌嫩u p l a y s a p r i n l a r yr o l et op n u n d e rs u b o p t i m a lt e m p e r a t u r ea n d l o wl i g h ti n t e n s i t y 4 d i l r i n g1 0 dl o wl i g h to rs u b o p t i m a lt e m p c r a m 北a n dl o wh 幽t h et i g h t c o m p e n s a t i o np o i n td e c l i n e d , w h i l et h eo p s i n c r e a s e d , t h e r e f o r et h e a d a p t a t i o ne n h a n c e d ml i g h tc o m p e n s a t i o np o 砬o fs u e s ss e e d t i n g si n s u b o p t i n “t e m p e r a t u r ea l s od e c r e a s e d , a n dt h eo p s l ia n dl v 惩i nd e c r c a s e c l , b u tc h a n g e si nf oh a dn o tb e e no b s e r v e d l o wt e m p e r a t u r ea n dl i g h ti n t e n s i t y l e dt oi n c r e a s ei nl i g h tc o m p e n s a t i o np o i n to b v i o u s l y , a n dy e tr c s l u t e x li n d e c r e a s ei no p si ia n df v f ma n da c c o m p a n i e db yi n c r e a s ei nf o 1 1 l i s i n d i c a t e st h a tc u n n n b c rs e 越l i n g sc a na u t o a c c o m m o d a t el o w l i g h t e n v i r o n m e n tb yd e c r e a s i n gt h el i g h tc o m p e n s a t i o np o i n ta n dd e v e l o p i n g p h o t o c h e m i c a le f f i c i e n c yu n d e rl o wl i g h ti n t e n s i t yo rs u b o p t i m a lt e m p e r a t u r e a n dl o wl i g h ti n t c n s i t y s u b o p t i m a lt e m p c r a m r oo rl o wt e m l x r a a 玳a n dl i g h t i n t a n s 时s t r e s sa r el i k e l yt oi n d u c e dp s p h o t o i n h i b i t i o n , a n df u r t h e r m o r e 4 山东农业大学硕士学位论文 l o wt e m p e r a t u r ea n dl i g h ti n t e n s i t ys t r e s sp r o b a b l yr e s u l t e di ni r r e v e r s i b l e 蝎u r y t op si ir e a c t i o nc e n t e r s 5 t r e a t e dw i l h1 0 m m o l lc a c l 2b e f o r ei m p o s e dt os u b o p t i m a lt e m p c m t a e a n dl o wl i g h ti n t e n s i t ys t r e s sc o n d i t i o n , t h ep n , c e , p h o t o c h e m i c a lq u e n c h ( q p ) ，m p sl i ，e l c c u o nl r a n s p o t tr a t e ( e t r ) ，r i b u l o s el ，5 - b i s p h o s p h a t e c a r b o x y l a s e ( r u b p a s e ) a n dc a 2 + - a t p a s ea c t i v i t ye ta 1 a l le l e v a t e di nd i v c r s e l e v e l , i nc o m p a r ew i t ht h a tp l 曲c a e db yh 2 0 h o w e v e r , t h er e s u l t sw h i c h p r e t r e a t e dw i t hl a c l 3 、e g t aa n dc p zw a si nc o n t r a r y i ti n d i c a t e dt h a tc a 2 + t o o ka l li m p o r t a n tp a r ti nr e g u l a t i n gt h ep h o t o s y n t h e s i so fc u c u m b e r 烈u i 玎g s i ta l l e v i a t e dt h ee f f e c t so fs u b o p t i m a lt e m p e r a t u r ea n dl o wt i g h ti n t e n s i t yb y p r o p e u i n gt h eo p e n i n gp r o p o r t i o no f p s r e a c t i o nc , e n t r c s m a i n t a i n i n gh i g h e r p h o t o s y n t h e t i c e l e c t r o nw a n s f c ra n dt h e e f f i c i e n c y f o rs o l a r e n o r g y t r a n s f o r m a t i o n , a n dh e i g h t e n i n gr u b p a s ea n dc a 2 + - a t p a s ea c t i v i t y k e yw o r d s ：c u c u m b e r , l o wl i g h ti n t e n s i t y , s u b o p t i m a lt e m p c m t u 把，c a l c i u m , p h o t o s y n t h e s i s , s o l a r - g r e e n h o u s e 5 弱光亚适温对日光温室黄瓜光合作用的影响及钙调控机理的研究 1 引言 黄瓜( c u c u m i ss a t i v u sl ) 在我国已有两千多年的栽培历史( 吴永仁， 1 9 9 4 ) ，是我国的主栽蔬菜之一，且深受大众喜爱。2 0 0 2 年底，我国黄瓜 栽培面积己达1 2 5 3 h m 2 ，占蔬菜总面积的1 0 ( 李怀智，2 0 0 3 ) ，在保护 地蔬菜栽培中，黄瓜的栽培面积最大( 魏德军，2 0 0 2 ；曲波，2 0 0 3 ) 。 黄瓜属于冷敏感和喜光植物，然而在冬春季日光温室生产中经常遇到 亚适温弱光胁迫，成为限制黄瓜产量和品质的重要因素。光合器官是植物 冷敏感部位，研究植物光合功能的伤害，光是一个不可忽略的环境因子。 研究发现( 艾希珍，2 0 0 4 ) ，亚适温弱光对黄瓜的作用机制不同于单纯的 冷害和低温弱光下的光抑制或光氧化。但在亚适温弱光胁迫下究竟是光起 主导作用还是温度起主导作用，目前结论还不一致。 自从1 9 7 6 年钙调蛋白( c a m ) 被发现以来，c a 2 + 与其重要受体蛋白 c a m 构成的钙信使系统在植物感受逆境信号中所起的作用越来越受到人 们的重视。已知在胁迫条件下，细胞内游离c a 2 + 常常显著增加( b u s hds ， 1 9 9 5 ) ，这种增加可以启动基因表达，激活一系列生化反应，使植物能够 适应环境胁迫( m o n m y a f , 1 9 9 3 ) 。目前有关c a 2 + 在调节植物细胞对低温 ( p a n d e y , 2 0 0 0 ) 、高温( g o n g , 1 9 9 7 ) 、干旱( 洪法水，1 9 9 6 ) 、盐害( 朱晓 军，2 0 0 4 ) 等逆境胁迫信号转导中的作用已有许多报道，但关于钙对低温 光胁迫下植物光合作用关系的研究还较少，现总结如下： 1 1 低温光胁迫与蔬菜作物的光合作用研究进展 1 1 1 低温光胁迫对蔬菜作物光合作用曲线的影响蔬菜干物质的9 0 0 , 4 以上来自光合作用，而光合作用是对温度和光照最为敏感的生理过程之一 ( 何洁，1 9 8 6 ) 。温度和光照对蔬菜作物光合速率( p n ) 的影响，目前结 论较一致，即在光饱和点以下，随温度和光强的降低，蔬菜作物p n 下降 ( 艾希珍，2 0 0 4 ：张振贤，2 0 0 0 ) ，下降幅度受温度、c 0 2 浓度、相对湿 度等因素的影响( o d y ，1 9 9 7 ) 。另外，p n 的下降还同蔬菜作物品种间的 耐弱光能力有关，即耐弱光能力强的品种在弱光条件下p n 仍能保持在相 对较高的水平( t o g n e t t i ，1 9 9 7 ) 。 光合作用曲线的变化大小可以表示植物光合机构的运转对温光环境 6 山东农业大学硕士学位论文 的适应能力的高低。表观量子效率( a q y ) 一定程度上可代表植物光合 作用对弱光的反应能力，羧化效率( c e ) 能反映活化的r u b p 羧化酶的 量或活性。对姜( 张振贤，2 0 0 0 ) 、甜椒( 眭晓蕾，2 0 0 5 ) 等的研究发现， a q y 随光强的减弱而上升，说明光照越强，光合作用对叶片吸收的光能 利用比例越大；而c e 随光强的减弱而下降，说明光照越弱，叶片的光合 碳同化能力越弱。 低温光对蔬菜作物光合作用的影响与低温光环境中蔬菜作物的光补 偿点( l c p ) 、光饱和点( l s p ) 、c 0 2 补偿点( c c p ) 和饱和点( c s p ) 有 着密切的联系。研究认为，弱光下黄瓜的l c p 和l s p 都降低( 艾希珍， 2 0 0 2 、2 0 0 4 ) ，并且弱光下耐低温弱光品种的l c p 明显低于不耐低温弱光 品种( 王永健，2 0 0 1 ) 。在低温条件下，黄瓜的l c p 较低，对弱光有较强 的利用能力，但由于l s p 也低，对强光的利用能力则较弱，叶片对光能 利用的范围变小，这时温度成为光合作用的限制因子。当温度适宜黄瓜生 长时，弱光不能提供足够的能量使植株进行同化，使黄瓜p n 大幅下降， 弱光是导致p n 下降的主导因子。但弱光下其l c p 和l s p 也降低，说明黄 瓜光合机构有主动适应弱光环境的能力，这对经常处于弱光条件下的目光 温室黄瓜生产具有重要意义。陈青君等( 2 0 0 3 ) 认为在偏低温条件下，光 照强度起主导作用，而在临界低温条件下，低温起主导作用。 蔬菜作物对c t h 的利用与光照强度有关。正常光照下c 3 植物的c c p 一般为4 0 - - 6 0 m u 1 ，c s p 一般为1 0 0 0 - 1 5 0 0 m - l 1 。秦舒浩( 2 0 0 6 ) 对西葫 芦进行研究，发现遮光后西葫芦幼苗较耐低浓度c 0 2 ，而强光下的幼苗较 耐高浓度c 0 2 。眭晓蕾( 2 0 0 5 ) 研究发现，辣椒的c c p 、c s p 都随光强的 减弱而降低。此外，耐弱光辣椒品种的c c p 低于不耐弱光品种，而耐弱 光品种的c s p 高于不耐弱光品种，即耐弱光辣椒品种利用c 0 2 的范围大 于不耐弱光品种。 1 1 2 低温光胁迫对蔬菜作物光合气体交换参数的影响c c h 是光合碳 同化的原料，自然条件下c 0 2 不足常常是光合作用的限制因素，而气孔阻 力的大小可以直接影响细胞间隙的c 0 2 浓度，从而影响光合作用( 许大全， 1 9 9 7 ) 。但根据g r a h a m 和f a r q h a r 等( 1 9 8 2 ) 的观点，当叶片p n 的降低 值伴随c i 的提高和l s 的降低时，光合作用的主要限制因素是非气孔因素， 弱光亚适温对日光温室黄瓜光合作用的影响及钙调控机理的研究 即叶肉细胞光合活性的下降。气孔限制一般不会对植物的光合作用有影 响，即使在胁迫条件下，气孔限制对植物光合作用的影响也很微弱? 周艳 虹( 2 0 0 4 ) 对黄瓜进行研究发现，不论是在常温弱光还是低温弱光条件下， p n 下降的同时c i 浓度均上升，说明在弱光条件下光合作用的下降不是 g s 下降使c 0 2 供应减少所致，而是由于非气孔因素阻碍了c t h 的利用， 从而造成c i 积累。 1 1 3 对叶绿素荧光猝灭参数的影响与“表观性”的气体交换指标相比， 叶绿素荧光参数更具有反映“内在性”特点( 张守仁，1 9 9 9 ) 。因此，分析 叶绿素荧光参数的变化有助于探明光合机构受影响的部位。艾希珍( 2 0 0 2 ， 2 0 0 4 ) 研究认为，亚适温弱光下暗适应下最大光化学效率( f v f m ) 并不 降低，表明未引起光抑制，它所引起的光合作用下降多是由于暗反应的下 降引起的。o p s 是将捕获的光能转化为生物化学能的能力的量度，该值 的升降与碳同化反应的强度密切相关。q p 是p s 原初电子受体氧化态的 一种量度，代表p s 反应中心开放部分的比例，其值下降说明q a 的重新 氧化能力减弱，q a - q b 的电子传递受到抑制。研究发现，弱光下o p s i i 和 q p 明显下降，亚适温弱光下黄瓜叶片p s 反应中心的关闭是导致中p s 下降的直接原因( 周艳虹，2 0 0 4 ；张国斌, 2 0 0 4 ；王永健, 2 0 0 1 ) 。h o r t o n ( 2 0 0 5 ) 认为，类囊体可以在不同时期通过不同机制进行非光化学猝灭，而n p q 可以高效调节类囊体的宏观结构。n p q 反映的是非光化学猝灭部分，n p q 越高，表明p s 反应中心天线色素吸收的光能能及时地耗散从而拉动光 合机构正常运转。陈青君( 2 0 0 5 ) 研究黄瓜发现，在单一弱光下，耐弱光 品种的n p q 增加，能量耗散加强，从而拉动光合碳循环。 1 1 4 对光合酶活性的影响由于低温光对叶绿体类囊体结构的破坏，类 囊体膜上附着的一些酶类的活性必然也要受到影响。r i l b p c a s e 是光合碳 循环中的关键酶，该酶活性大小对c 0 2 的同化速率起着重要的作用。 r u b p c a s e 活性大，固定c 0 2 多，消耗的n a d p h 的矿也多，有利于光合 链末端电子受体n a d p + 的再生，促进了电子传递，增强了p s 的稳定性。 r u b i s c o 活化酶、r u b p 、0 2 、c 0 2 、光等条件的变化都会引起r u b p c a s e 活性的改变( p o r t i sa r c h i erj r ，1 9 9 2 ) 。王永健( 2 0 0 1 ) 研究发现，低温 光( 1 5 、l o o i x m o l m 。2 s 1 ) 胁迫下，r u b p c a s e 活性明显下降，说明碳同 8 山东农业大学硕士学位论文 化受到抑制。梁颖( 2 0 0 4 ) 认为，在遮荫条件下不耐阴品种的r u b p c a s e 活性大幅度降低，而耐阴品种的r u b p c a s e 活性保持较高水平。说明低温 光胁迫下叶片r u b p c a s e 含量降低，光合系统中间产物酶系减少，限制了 对c 0 2 摄取和传递电子的能力。 1 1 5 对叶绿体色素含量和叶绿体超微结构的影响叶绿素在光合作用 中起着吸收传递转换光能的作用，其含量的大小直接影响到蔬菜作物光合 作用的强弱。一般认为低温光下蔬菜作物叶片叶绿素含量、c h la b 、c a r 含量都降低( 郁继华，2 0 0 4 ；陈青君，2 0 0 5 ：秦舒浩，2 0 0 6 ；h i k o s a k a , 1 9 9 6 ； z h a n g , e t a l , 1 9 9 5 ) ，但因品种而异。也有文献表明，低温光下叶绿素含量 尤其是c h lb 含量有升高的现象( 眭晓蕾，1 9 9 9 ；侯兴亮，2 0 0 2 ) 。低温 光下c h lb 含量的增加有助于利用漫射光中的蓝紫光，有利于捕光色素复 合体含量的提高，均衡激发能在两个光系统间的分配。此外，c h lb 含量 的增加对叶绿体基粒数及基粒片层数目的增加具有相当大的作用。低温光 下，c h l b 含量增加幅度较c h la 的大，因此c h la b 有下降趋势，这样叶 绿体对2 ，6 - 二氯酚靛酚的还原能力增加，叶绿体的光合磷酸化活性提高。 叶绿体是植物进行光合作用的主要光合机构，不同温光条件下的叶绿 体结构是不同的( l i c h t e n t h a l e r h k ，1 9 9 9 ) 。沈文云( 1 9 9 5 ) 、甄伟( 2 0 0 0 ) 研究发现，耐弱光品种经遮光处理后，叶绿体等细胞器的破坏较小，叶绿 体内基粒数增多，基粒类囊体排列紧密。基粒片层垛叠程度高意味着捕获 光能机构的高度密集，同时作为酶的排列支架，有利于形成一个长的代谢 传送带，促进光能的吸收传递和转换。而不耐弱光品种经遮光处理后，叶 片组织细胞叶绿体排列紊乱，方向不规则，海绵组织叶绿体基粒发育也不 正常，基粒片层膨胀解体，叶绿体膜遭到破坏。 低温光使植物光合结构受到影响而造成p n 下降，且光合产物一旦积 累于光合作用器官中，光合作用效率便会更低。据有关资料证实，光合作 用强度与叶片碳水化合物含量成负相关。随着碳水化合物含量的增多，光 合作用强度则成直线下降。这从一个侧面反映了低温光对光合产物的运输 产生了一定的影响。 1 2 钙对逆境下植物光合作用的影响研究进展 钙是植物生长发育必需的大量元素之一，也是植物代谢的重要调控 9 弱光亚适温对目光温室黄瓜光合作用的影响及钙调控机理的研究 者。它可以作为营养元素起作用，也可以调节和控制植物的许多生理生化 反应。c 矿可调节植物对环境胁迫的反应，在胁迫条件下，胞内游离c a 2 + 常常显著增加( b u s h , 1 9 9 5 ) 。这种增加可以启动基因表达，激活一系列生 化反应，使植物能够适应环境胁迫( m o n r o y , 1 9 9 3 ；b r a a m , 1 9 9 6 ) 。 1 2 1 提高植物p n 、a q y 和c e 钙在植物光合作用中有着重要作用， 它可以提高植物的p n 。任丽花( 2 0 0 5 ) 认为，光照通过膜上的光敏色素 使叶绿体内游离c a 2 + 浓度提高，活化了依赖于c a - c a m 的n a d 激酶，促 使n a d p 合成，从而提高p n 。外源施钙可提高水稻( 宋松泉，1 9 9 5 ；朱 晓军，2 0 0 4 ) 、大豆( 杨根平，1 9 9 5 ) 、小麦( 由继红，2 0 0 2 ) 叶片的p n ， 一方面是由于气孔限制降低，而更重要的在于光合的c e 提高。这是c a 2 + 对光合系统本身的影响，包括对c 0 2 暗固定过程的影响。陈向明( 2 0 0 1 ) 研究发现，不同钙浓度下，牡丹叶片的p n 、a q y 和c e 都高于对照，说 明一定浓度的钙处理提高了牡丹叶片对光能的利用效率、碳同化效率，有 利于光合产物的积累。逆境条件下施钙同样能改善植株的光合作用。弱光 亚适温胁迫前用1 0m m o l l - 1 c a c l 2 处理黄瓜幼苗，减轻了a q y 的下降程 度，提高了c e ，其p n 降低幅度明显减小( 艾希珍，2 0 0 6 ) 。 1 2 2 叶绿素荧光参数的变化c a 2 + 能够提高叶绿体光系统光化活性和 原初光能转化效率。c a c l 2 处理的柑桔叶片保持了较高的f v f m ，说明 c a c l 2 相比清水对照来说保持了p s 较高的光化学转化功能( 王利军， 2 0 0 3 ) 。艾希珍( 2 0 0 6 ) 研究了钙对弱光下黄瓜幼苗的影响，发现弱光亚 适温胁迫前经c a c l 2 预处理的幼苗f v f o 、o p si i 、q p 、n p q 和e t r 均比 清水处理的高，表明c a c l 2 处理使叶片的p s 反应中心活性增大，光量 子利用效率提高，亚适温弱光对碳同化的抑制作用减弱，从而增强黄瓜幼 苗对亚适温弱光的适应性。 1 2 3 提高光合相关酶的活性植物叶片对环境变化的响应中r u b p c a s e 可能是个主要的生理功能限制部位。由继红( 2 0 0 2 ) 发现c a 2 + 能使低温 胁迫下小麦叶片的r u b p c a s e 维持较高的活性，进一步使小麦对c 0 2 同化 能力增强，从而导致小麦光合强度升高。陈向明( 2 0 0 1 ) 研究牡丹发现， c a 2 + 浓度在1 6 0 m g l - l 以下时，r u b p c a s e 活性随c a 2 + 浓度的增大而提高， 这与p n 的变化趋势类似，进一步说明钙可以促进叶片对c 0 2 的固定，从 山东农业大学硕士学位论文 而增加了叶片的p n 。 c a 2 + - a t p a s e 是植物细胞内c a 2 + 平衡作用体系的主要组成部分，对光 合有重要作用。叶绿体被膜、叶绿体基粒和基质片层上都有c a 2 + - a t p a s e 分布，并且经过c a 2 + 预处理后酶活性会进一步增强。研究发现c a 2 + - a t p a s e 对植物处于逆境条件下会显示出一定的逆境应答功能( m o n r o y ，1 9 9 5 ： 霄江丽，2 0 0 0 ) ，从而提高植物的抗逆性。比如，外源c a 2 + 处理后相应提 高了叶绿体a t p a s e 的活性，并且在低温、高温、中强化了c a 2 + - a t p a s e 的应逆表达，有利于c a 2 + 的移动，稳定了膜及壁的结构( 由继红，2 0 0 2 ； 宰学明，2 0 0 5 ；王精明，2 0 0 4 ) 。 1 2 4 防止光合色素降鼹钙可以通过减少光舍色素的降解来维持光合 速率。正常环境条件下，外源施钙可以提高杂交水稻幼苗叶片的叶绿素含 量( 宋松泉，1 9 9 5 ) 。在逆境胁迫下，适当提高植株的c a 2 + 水平可保护叶 绿体膜，防止光合色素降解，改善植株的光合作用，这已在棉花( 唐连顺， 1 9 9 4 ) 、小麦( 由继红，2 0 0 2 ) 、水稻( 朱晓军，2 0 0 4 ) 、花生( 宰学明， 2 0 0 1 ) 、大豆( 杨根平，1 9 9 5 ) 、番木瓜( 黄建昌，2 0 0 4 ) 、龙眼( 陈立 松，1 9 9 8 ；邱栋梁，1 9 9 9 、2 0 0 2 ) 、丰七果( 贾虎森，2 0 0 0 ) 、越桔( w h r i t e 等，1 9 9 4 ) 等植物上得到证实。也有试验证明，水分胁迫下c a 2 + 对c h la 的保护效果显著，而对c h lb 无作用( 黄建昌，2 0 0 4 ：康国章，2 0 0 2 ) 。 1 3 本研究的目的和意义 黄瓜属于冷敏感和喜光植物。然两北方日光温室黄瓜以越冬栽培为 主，室内的黄瓜植株经常处于较弱的光照环境中。而且较弱的光照环境经 常导致日光温室内出现低于黄瓜生长适温的亚适温或低温条件( 白天低于 2 0 ，夜间低于1 2 c x 王永健等，2 0 0 1 ) ，成为影响其产量和品质的重要因 素。多年来，虽然人们在低温光胁迫对黄瓜生长、光合作用及产量等的影 响方面进行了大量研究。但多集中在弱光低温下引起的光抑制或光氧化 ( l a s l e y s e ，1 9 7 9 ：马德华，1 9 9 8 ；陈启林，2 0 0 1 ；曾纪晴，1 9 9 5 ) ，而 对较长时间处于亚适温弱光环境中黄瓜光合作用的研究甚少( 陈青君， 2 0 0 3 ；周艳红，2 0 0 4 ) 。实际上，日光温室中亚适温弱光条件比低温弱光 环境更为常见，对黄瓜的产量和品质影响很大。因此，研究亚适温弱光胁 迫对黄瓜光合作用的影响机理和提高其对弱光亚适温或低温环境的适应 弱光亚适温对日光温室黄瓜光合作用的影响及钙调控机理的研究 途径具有重要的理论意义和实践价值。 c a 2 + 作为第二信使具有传导外界信号的特殊功能，在植物适应环境的 变化中起着重要作用( b u s h ，1 9 9 5 ；b r a a m 等，1 9 9 6 ) 。近几年的研究证 明，外源钙可