（蔬菜学专业论文）强光和单色光下茄子光抑制效应研究.pdf

摘要 针对目前茄子( s o l a n u mm e l o n g e n al ) 生产中强光尤其是高温强光逆境导致光 合生产力降低的问题，本试验以黑贝圆茄为试材，在不同温度、光强、光质下，测定 了叶片叶绿素荧光动力学曲线( 1 i p - t e s t ) 及其参数，包括f o 、f m 、f v f m 等参数， 进行了强光和单色光下茄子光抑制效应研究。结果表明，茄子叶片不仅在强光下发生 光抑制，在弱光下和单色光下也发生光抑制，只是产生光抑制程度的大小不同，并且 随着照射时自j 的加长，光抑制程度会逐渐加重。 离体茄子叶片在3 0 0 0 m o l m 之s 1 卤钨灯强光照射时闯处理下，叶绿素荧光动力学 曲线的特征相o 、j 、i 、p 四相荧光值发生大幅度变化，o 相荧光值随着处理时间的 加长( or a i n - 5m i n - 1 0m i n - 1 5r a i n - 2 0m i n ) 逐级小幅度增大，j 、i 、p 三相荧光值随着 时间的加长不断降低，甚至消失；并且在2 5m i n 处理后，荧光诱导动力学曲线几乎 成“一”字形，各特征相( j 、i 、p ) 消失。荧光猝灭随着时间的加长逐级严重：最 大光化学效率f v f m 逐渐减小，热能消耗d i o r c 逐级加大，光抑制现象逐级加重。 强光照射时间( 或光强) 和叶温组合下，2 5 常温下强光对茄子叶片叶绿素荧 光动力学曲线影响最弱，伴随着o 相小幅度增加，j 、i 、p 三相略有降低，发生轻 微光抑制；1 0 1 2 低温加剧光抑制，j 、i 、p 三相下降明显；4 0 。c 高温下进一步加剧光 抑制，j 、l 、p 三相进一步降低。 卤钨灯单色光处理后发现5 3 0n n l 绿光在荧光参数最大光化学效率f v f m 的降 低、无活性中心f v i f v 的增大，活性中心r c c s o 的降低上，以及表征光合活性的光 合机构驱动力d f c s o 的变化上，都表明光量子通量密度较小的绿光对光合系统p si i 的影响最大；并且在可见光光谱带上以5 3 0 n m 绿光处为基轴向两边延伸波长的其它 单色光部分对光合系统p s i i 的影响越来越小，即产生光抑制现象越来越弱。 发光l e d 单色光( 白、蓝、绿、红) 处理，结果显示4 7 0 n m 蓝光对叶片叶绿素 荧光动力学曲线影响最大，其次是5 3 0 h m 绿光，再次是混合光白光，最后是6 2 0 n m 红光：同时采用球状积分仪测得叶片对红光吸收量最大，白光次之，蓝光再次，绿光 吸收量最少。 测定卤钨灯强光处理光适应和暗适应叶片，结果显示暗适应下叶片在叶绿素荧光 动力学曲线上o 、j 、i 、p 等特征相上p 相的下降，最大光化学效率f v f m 的降低， 以及活性中心r c c s o 数量的降低，j 相可变荧光v j 的升高，都表明暗适应下叶片比 光适应下叶片在受到强光照射时更易发生光抑制，造成叶片光合活性的降低。 测定卤钨灯强光处理叶正面与叶背面叶绿素荧光动力学曲线，结果显示无论在对 照还是在处理下，叶背面荧光动力学曲线的j 、i 、p 特征相低于上表面( 即光合作用 主要受光面) 的叶绿素荧光动力学曲线的j 、i 、p 特征相。 关键词：茄子；强光；单色光；温度；叶绿素荧光动力学参数；光抑制 s t u d i e so np h o t o i n h i b i t i o ne f f e c t se x p o s e dt oh i g hl i g h t a n dm o n o c o l o u rl i g h ti ne g g p l a n t t h ei i m t l eo f c a n d i d a t e ：z h a n gw e n l i s p e c i a l i t y ：o l e r i c u l t u r e t h en a m eo f s u p e r v i s o r ：g a oz h i k u i ( c o l l e g eo f h o r t i c u l t u r e ，a g r i c u l t u r a lu n i v e r s i t yo f h e b e i ，b a o d i n g , 0 7 1 0 0 1 ，c h i n a ) a b s t r a e t i nv i e wo fd e c r e e s i n go fp h o t o s y n t h e s i sp r o d u c t i v i t ya tp r e s e n t , w h i c hw e r er e s u l t e d f r o mh i 曲l i g h t , e s p e c i a l l yh i 曲t e m p e r a t u r ea n dh i 曲l i g h td u r i n gp r o d u c t i o n , t h i s e x p e r i m e n t 猫t r i e dt h em a t e r i a lt a k et h ee g g p l a n tn a m e d h e i b e i u n d e rt h ed i f f e r e n t t e m p e r a t u r e 1 i g h ti n t e n s i t y , l i g h tq u a l i t y , a sw e l la sd a r ka d a p t i o na n dt h ea d a x i a la n d a b a x i a ls u r f a c eo fv i v oo rv i t r ol e a v e s ，h a sm e a s u r e dt h ec h l o r o p h y l lf l u o r e s c e n c ed y n a m i c e u e v e sa n dp a r a m e t e r so fl e a v e s ，i n c l u d i n gf o ，f m ，f v f ma s , w e l la sj i p t e s tp a r a m e t e r s , s t u d i e dp h o t o i n h i b i t i o ne f f e c t so fh i 【曲l i g h ta n dm o n o c o l o u rl i g h to ne g g p l a n tl e a v e s r e s u l t ss h o w st h el e a v e st a k ep l a c ep h o t o i n h i b i t i o nn o to n l yi nh i g hl i g h t ，b u ta l s oi nl o w l i g h ta n ds i n g l el i g h t , w h i c hd e g r e e so f p h o t o i n h i b i t i o na r ed i f f e r e n t ；m e a n w h i l e , d e g r e e s o f p h o t o i n h i b i t i o nw i l la g g r a v a t ea l o n gw i t hi n c r e a s i n go f t r e a t m e n tt i m e i nt h e3 0 0 0 r t r n o l m 之s 1h i g hl i g h tt r e a t m e n tt i m et ot h ev i t r oe g g p l a n tl e a v e s , c h l o r o p h y l l f l u o r e s c e n c ed y n a m i cc u e v e s ( 0 ，j ，i ，p ) c h a n g e sa st h e b i g g e r e x t e n t ： f l u o r e s c e n c ei n t e n s i t ya tt h eo s t e pi n c r e a s e 嬲l i t t l ee x t e n ta l o n gw i t h i n c r e a s i n go f t r e a t m e n tt i m e ( f r o m0m i nt o2 5m i na si n c r e a s i n gb y5r a i n ) ；m e a n w h i l e ，t h r e es t e p s ( j ，i a n dp ) d e c r e a s eg r a d u a l l ya l o n gw i t hi n c r e a s i n go ft r e a t m e n tt i m e ，a n di n d e e d l yd i s a p p e a r g r a d u a l l y i nt h et r e a t m e n to f 2 5m i t t , c h o r o p h y l lf l u o r e s c e n c ed y n a m i cc n l - v eb e c a m et h e s h a p eo fb e e l i n ea l m o s t l y , w h i c hc h a r a c t e r i s t i cs t e p s ( j ia n dp ) d i s a p p e a r q u e n c h i n go f c h l o r o p h y l lf l u o r e s c e n c ea g g r a v a t ea l o n gw i t l li n c r e a s i n go ft r e a t m e n tt i m e ：t h em a x i c a l p h o t o c h e m i c a le f f i c i e n c y f v f md e c r e a s eg r a d u a l l y ；d i s s i p a t e dh e a t e n e r g yi n c r e a s e g r a d u a l l y ；p h o t o i n h i b i t i o na g g r a v a t eg r a d u a l l y i nh i 曲l i g h tc o m b i n i n gt r e a t m e n to f t i m e ( o r l i g h ti n t e n s i t y ) a n dl e a f t e m p e r a t u r e ，t h e e f f e c t so fn o r m a lt e m p e r a t u r e2 5 a n dh i 曲l i g h to nc h l o r o p h y l lf l u o r e s c e n c ed y n a m i c c u r v e sa r ew e a k c o n c o m i t a n t l yi n c r e a s i n go ff l u o r e s c e n c e i n t e n s i t ya to s t e pa sl i r l e e x t e n ta n dd e c r e a s i n go ft h r e es t e p s ( j ，ia n dp ) 硒l i t t l ee x t e n lw h i c ht a k ep l a c eg e n t l e p h o t o i n h i b i t i o n ；l o wt e m p e r a t u r e1 0 ( 2a n dh i 曲u g ha g g r a v a t ep h o t o i n h i b i t i o n , t h r e es t e p s ( j ，ia n dp ) d e c r e a s eo b v i o u s l y ；h i g ht e m p e r a t u r e4 0 ( 2a n dh i 曲l i g ha g g r a v a t ef u r t h e r p h o t o i n h i b i t i o n ，t h r e es t e p s ( j ，la n dp ) d e c r e a s ef u r t h e r t h r o u g hs i n g l el i g h tb yt u n g s t e nh a l o g e nl a m p st r e a t m e n t ，r e s u l t ss h o w t h a t5 3 0n m g lw h i c hh a sl e s s e rp h o t of l u xd e n s i t ya f f e c tp si ih i g h l ya tt h ed e c r e a s i n go ff v f ma n d r c c s o ，t h ei n c r e a s i n go f f v i f v , a sw e l la st h ed e c r e a s i n go f p h o t o s y n t h e s i sd r i v i n gf o r c e d f c s oa n dt h ec o m p o n e n t s ；m e a n w h i l e ，r e s u l t ss h o we f f e c t sd i f f e r e n tw a v e l e n g t hl i g h t f r o m5 3 0 n mt oe x t e n d i n gl i g h tw a v e l e n g t ht ot w os i d e s ( r e dl i g h ta n db l u el i g h o0 1 1p si i b e 2 ：0 m el o wg r a d u l y , w h i c hp h o t o i n h i b i f i o nb e c o m el o wg r a d u l y t h r o u g hs i n g l el i g h tb yl e dt r e a t m e n t , r e s u l t ss h o wt h a te f f e c t so f4 7 0n m b l u el i g h t o nc h l o r o p h y l lf l u o r e s c e n c ed y n a m i cc a l v e sa l et h eb i g g e r , n e x ti s5 3 0n n lg r e e nl i g h t , a g a i ni sw h i t el i g h ta sb l e n d i n gl i g h tq u a l i t y , a n df i n a li s6 2 0n l nr e dl i g h t ；t h r o u g h m e a s u r i n go fl i g h ta b s o r p t i o nb yg l o b a li n t e g r a p h , r e s u l t ss h o wl e a v e sh a st h em o s tl i g h t a b s o r p t i o nt o6 2 0 n l nr e d l i g h t ，n e x ti sw h i t el i g h ta sb l e n d i n gl i g h tq u a l i t y , a g a i ni s4 7 01 1 1 1 1 b l u el i g h t ，a n df i n a li s5 3 0n mg r e e nl i g h t t h r o u g hm e a s u r i n gc h l o r o p h y l lf l u o r e s c e n c ed y n a m i cc i , l r v e so fh i g hl i g h tt r e a t m e n t t ol i g h ta d a p t i o na n dd a r ka d a p t i o n d e c r e a s i n go ff l u o r e s c e n c ei n t e n s i t ya tp s t e p ，f v f m a n dr c c s o ，a sw e l la si n c r e a s i n go f v ja tj - s t e p ，i n d i c a t et h a tl e a v e si nd a r ka d a p f i o nt a k e p l a c ep h o t o i n h i b i t i o nm o l ee a s yt h a nt h a ti nl i g h ta d a p t i o nt or e s u l td e c r e a s i n g o f p h o t o s y n t h e s i sa c t i v e n e s s t h r o u g hm e a s u r i n gc h l o r o p h y l lf l u o r e s c e n c ed y n a m i cc u r v e so fh i g hl i g h tt r e a t m e n t t ot h ea d a x i a la n d 曲a x i a ls u r f a c eo fl e a v e s ，r e s u l t ss h o wc h a r a c t e r i s t i cs t 印s ( j ，ia n dp ) i n t h ea b a x i a ls u r f a c eo fl e a v e sa r eu n d e rc h a r a c t e r i s t i cs t e p s ( j ，ia n dp ) i nt h ea d a x i a ls u r f a c e o f l e a v e sn om a t t e rw h a ti nc o n t r o lo rt r e a t m e n t k e yw o r d ：e g g p l a n t ；h i g hl i g h t ；m o n o e o l o u rl i g h t ；t e m p e r a t u r e ；c h l o r o p h y l l f l u o r e s c e n c ep a r a m e t e r ；p h o t o i n h i b i t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑韭壅些盘茎或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：枷 签字r 期： 学位论文版权使用授权书 6 窍细f i 本学位论文作者完全了解塑韭壅些盘堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅和借阅。本人授权塑韭壅些盘鲎可以将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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：红曼席 蝴期：吁钿加r 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名：名0 套 签字只期：j p 矗霹占月扫r 电话： 邮编： 强光和单色光下茄子光抑制效应研究 1 1 温室茄子生产与研究现状 l 引言 茄子( s o l a n u mm e l o n g e n al ) 原产于东南亚、印度，在世界各地广泛栽培，尤以亚 洲、非洲、地中海沿岸、欧洲中南部、中美洲种植广泛。其中亚洲茄子产量占世界总 产量的8 6 1 ”。在中国，茄子是栽培最广的果菜之一，全国栽培面积约4 5 万h m 2 【2 1 。 中国是当今世界设施园艺第一大国。据农业部农业技术推广中心报道，2 0 0 2 年中国 各类设施蔬菜面积达到1 9 6 2 万h m 2 。其中日光温室面积约占2 5 3 。而这其中设施 茄子面积约达3 3 万l u n 2 ( 含目光温室茄子面积约1 8 6 万h m 2 ) 。 目前为止，对茄子的研究主要集中于种子生理、生长发育生理、开花结实生理、 壮苗生理、嫁接生理、矿质营养生理等方面，并有少数研究茄子光合特性【l 州】。茄子 为c 3 植物，其光合速率的日变化呈双峰曲线【3 】，即在1 1 ：0 0 时和1 3 ：3 0 1 4 ：0 0 时各有 一个光合高峰，在1 3 ：0 0 左右有一光合低谷，即所谓的午睡现象。本试验材料“黑贝 一号”在温室内的光饱和点l s p 为8 0 0 - - 1 8 0 0 1 t m o i m 2 s 。1 【5 】，夏季中午的强光往往会 对茄子及其它蔬菜作物造成光合“午睡”现象。许大全认为发生“午睡”的原因主要 是强光、高温、低湿和土壤干旱等环境条件引起的气孔部分关闭和光暗呼吸或光合作 用光抑制的发生。当植物吸收的光能超过光合作用所能利用的数量时，光引起的光合 活性降低的现象，就是植物光合作用的光掷截，也可以说当外界环境的光强超过植株 光合作用的光饱和点时，就会发生光抑制现象。在发生光抑制的光胁迫条件下，光合 作用最大的表现就是光合效率的降低，表现在农业生产上就是秧苗生长缓慢( 常常是 在低温下) ，正在开花结果时期则表现为落花落果( 高、低温都有发生) 。据估计在没有 其它胁追因素对，光抑制可使光合生产力降低1 0 皤q ( o g r e n 和s j o s 仃o n1 9 9 0 ) 。 茄子是喜光又喜温的蔬菜作物，无论是设施栽培还是露地栽培，都会遭遇到高温 强光的逆境。但是就目前对茄子的研究现状来说，对茄子光抑制现象和机理方面研究 目前尚无报道。 1 2 叶绿素荧光诱导动力学的研究进展 叶绿素a 荧光是指叶绿素分子( p s i i 天线系统) 吸收光量子( 主要指蓝光和红光) 由受激态i 通过再发射而产生的一种主要光信号l 例。2 0 世纪3 0 年代，k a u t s k y 和 h i r s c h 年第一次用肉眼发现叶绿素荧光动力学现象( k a u t s k ye f f e c t ) ，但把叶绿素荧光 动力学作为一种技术应用于光合作用的研究中则是近1 0 2 0 年的事。叶绿素荧光主 要是指叶绿素a 分子( p s 天线系统) 吸收光量子( 主要指蓝光和红光) 由受激态通 过在发射而产生的一种光信号【1 叫2 】，在许多连续耗散光合器官吸收光能的过程中，荧 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 光只是其中的一种【1 3 6 1 。叶绿素a 荧光以一种复杂的方式表达光合机构p s i i 的活性 和行为f i 卜坤j ，是探测和分析植物光合功能的一个重要手段，特别是c h la 荧光动力学 为研究p si i 及其电子传递过程提供了丰富的信息1 2 0 1 ，事实上，它反映的是光合功能 从启动到逐渐达到最适稳定速度的变化过程。随着测定技术的发展和知识的积累，荧 光现象已经逐渐被人们认识，由于环境生理，生理生态学和病理学迫切需要一种定量 的且对植物材料无破坏作用的快速方法来检测完整植株在胁迫下光合作用的真实行 为，从而推动了荧光应用研究的发展【2 1 1 。 7 0 年代中期，p a p a g e o r g i o u ( 1 9 7 5 ) 对这一工作进行了系统叙述，并提出了复杂的 荧光诱导动力学曲线。s c h r e i b e r 及其同事在1 9 8 6 年的研究中第一次将叶缘素荧光动 力学技术应用在测定光合作用过程中光系统对光能的吸收、传递、耗散、分配等方面， 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光合作用内在性 特点【2 2 1 ，对探究光合机构效能及其与环境胁迫的关系具有重要意义 2 3 - 3 3 1 。近年来，叶 绿素荧光诱导动力学被广泛应用于植物抗性生理研究i 郸5 】，s m i l l i e 等 3 6 1 应用荧光动 力学的方法鉴别了小麦、黄瓜、菜豆、甘蓝品种之间耐冷性差异，取得了满意的结果。 许多研究认为：p s i i 对温度变化敏感，低温胁迫可抑制p s 统i i 的活性，荧光参数 f v f m 是反映p s i i 活性的可靠指标1 3 7 - 3 9 。人们开始利用活体叶绿素荧光测定技术来 鉴定作物耐性，如耐冷性、耐冻性、耐热性、耐旱性、耐环境污染物、耐除草剂、耐 光抑制等能力的鉴定【帅】。 叶绿素荧光分析技术应用于光合作用机理、植物抗逆生理、作物增产潜力预测等 方面的研究己取得一定进展 4 l 。4 ”，并且愈来愈多的研究说明植物体内发出的叶绿素荧 光信号包含了十分丰富的光合作用信息，其特性又极易随外界环境条件而变化。叶绿 素荧光反映了反应中心物质的氧化还原状态以及类囊体膜的高能状态和色素间的能 量传递效率 4 6 , 4 8 ，因而已成为近年来研究逆境光合生理变化的重要方法和手段d 9 1 。 到目前为止，基本上有两种类型的荧光仪来测定光合机构中p si i 的荧光产量及 变化，一类是调制式的( 德国p a m 系列荧光仪和英国h a n s a t e c h 公司f m s 系列荧光 仪) ，另一类是非调制式的( 英国h a n s a t e c h 公司p e a 系列) 。就目前的研究来看，这两 种类型的荧光仪其测定方法顺序不太一样，但是出来的结果却大致相同，鉴于荧光变 化的灵敏性，可以认为这两种仪器都可以测定光合机构中p s i i 内电子传递和能量分 配的瞬间变化。调制式荧光仪直接进行初始荧光( m i n i m a lf l u o r e s c e n c e ，f o ) 、最大 荧光产量( m a x i m a lf l u o r e s c e n c e ，f m ) 、稳态荧光( s t e a d yf h l o t c s c c n c e ，f s ) 、稳态 的最大荧光( s t e a d ym a x i m a lf l u o r e s c e n c e ，f m ) 等叶绿素a 荧光动力学参数测定， 并据此计算p si i 最大光化学量子产量( o p t i m a l m a x i m a lp h o t o c h e m i c a le f f i c i e n c yo f p si ii nt h ed a r k ，f v f m ) 、p si i 实际光化学量子产量( a c t u a lp h o t o c h e m i c a le f f i c i e n c y o f p si ii nt h el i g h t ，a f f m7 ) 等参数 5 0 - 5 2 j 。而非调制式荧光仪多用于叶绿素a 荧光动 力学信号的快速响应测定，获得f o 、f m 和f v f m 参数。 s t r a s s e r ( 2 0 0 0 ) 在分析调制式荧光仪测定时绿素a 荧光动力学参数过程的基础 上，采用非调制式荧光仪，对暗适应豌豆叶片用3 的光化光照射1 0s 后再用1 0 0 的饱和激发光进行照射，如此连续进行6 0 次光适应下的快速测定程式，获得了f o 、 2 塑堂塑兰鱼垄! 蒸王垄塑型茎鏖堑茎 f m 、f s 、f m7 等参数 5 3 1 。赵驶和高志奎等( 2 0 0 6 ) 采用p e a 进行了测定条件筛选 和简化研究，得到了与调制式荧光仪相近似的结果懈1 。 1 3 光合光抑制现象的研究进展 自从1 9 5 6 年荷兰学者k o k 首次使用光抑制( p h o t o i n t f i b i t i o n ) 这_ 个术语嶂”，近 年来光合作用的光抑制一直是研究的热门课题，连续四届国际光合作用会议把它列为 一个重要专题来讨论。植物光合作用的光抑制是光合机构吸收的光能超过光合作用所 能利用的数量时光引起的光合活性失活的现象。随着技术的发展和知识的积累，对光 抑制的研究日益深入，然而由于产生光抑制的机理非常复杂，其确切机理还不很清楚， 在自然条件下产生光抑制的各种胁迫机理还需要大量研究。 人们己经认识到，光抑制不仅仅发生在强光下，有环境协迫存在时中度光强就可 引发光抑制【5 州( r o b e r t 和j o h n1 9 8 6 ) 。还有人用离体实验证明，只要照光时间足够长， p s i i 反应中心在弱光下依然会发生光抑制【57 j ( p a r k 等1 9 9 5 ) 。而且当光抑制达到一定 程度，就会发生植物光合器官的破坏即光破坏( 主要是d l 蛋白的净损失) 。8 0 年代中 期，p s i i 反应中心的破坏曾一度成为光抑制的同义词。随着对植物光抑制的深入研究， 人们逐渐认识到强光并不一定导致反应中心破坏，而可能仅仅使反应中心的光能转化 效率和叶片光合效率下降。各种光破坏防御机制也都能以降低光合效率为代价来避免 反应中心的过度破坏或光合能力的损失, s s , 5 9 ( d e m m i g a d a m s 和a d a m s1 9 9 2 ；o q u i s t 等 1 9 9 2 ) 。因此从光合效率的角度来说，强光迫使光合效率降低就形成了光抑制；从能量 分配的角度来说，强光下激发能过剩，植物启动自身防御机制耗散过剩光能，就引起 了光合效率的降低。 h o r t o n 等( 1 9 8 7 ) 1 6 0 提出，光抑制可能是一种光系统i i 功能长期下调的机制。一 般认为，光抑制主要发生在p s i l ( k r a n s ea n dw e i s ，1 9 9 1 ) 坤”，光抑制可能是光合机构被 破坏和能量耗散过程加强运转的共同结果，也可能仅仅是能量耗散过程加强运转的反 映。光抑制有几种不同的情况。按其发生的原初部位不同，可分为受体侧光抑制和供 体侧光抑s t j ( b a r b e r j 1 9 9 2 ) 1 6 2 】。受体侧光抑制常起始于还原型q a 的积累。还原型q a 的积累促使三线态的p 6 8 0 形成，三线态的p 6 8 0 可以与氧作用形成单线态氧。供体侧 光抑靠4 起始于水氧化受阻。由于放氧复合体不g 很快地把电子传递给反应中心，延长 了氧化型p 6 8 0 的存在时间。氧化型p 6 8 0 和单线态氧都是强氧化剂，如不及时消除， 它们可以氧化破坏附近的胡萝h 素、叶绿素和d l 蛋白等。按光抑制条件去除后光合 功能完全恢复所需时问的长短，又可分为慢恢复的和快恢复的两种不同的光制 ( o s m o n dc b 1 9 9 4 ) 1 6 3 1 。快恢复的光抑制主要与激发能的热耗散相关联，不需d 1 蛋 白的重新合成；慢恢复的光抑制则主要与光合机构的破坏相关联，且需要d l 蛋白的重 新合成。恢复的速度，取决于光抑制期间光能过剩程度和持续时间以及恢复期间的光 照、温度和水分等条件是否合适，也因植物遗传特性和植物生长发育期间环境条件的 不同而异。快恢复的光抑制一般完全恢复只需j l , b 时，慢恢复的光抑制完全恢复则需 3 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 要儿天。 7 目前，人们对光抑制产生的机理有两种认识 6 4 1 ：其一，光合机构的p si i 反应中 心受到强光的破坏1 6 习；其二，通过增强非辐射能量耗散来消耗过剩的光能，使光合机 构免受破坏l 的j 。光抑制最明显的特征就是光合效率的降低，光破坏( p h o t o d a m a g e ) 和 非辐射能量耗散都可以引起光合效率的降低，发生光抑制现象。但是把光抑制与光破 坏混淆在一起理解是不对的，因为光破坏与光抑制有着本质的区别，光破坏造成的光 合效率的降低一般不容易恢复，即使在恢复数小时以后光合效率还是很低，然而由于 能量耗散引起的光合效率的降低却在解除胁迫后几小时或更短的时间之内都能恢复 到原来状态的9 0 以上。由此可见光抑制的原因并不总是光破坏，而光破坏仅仅在极 端或人为条件下才发生，植株体内光系统i i 的光抑制常常是一种保护性的战略，而不 是一个破坏过程。 在光为唯一胁迫因素的条件下，光抑制主要不是光合机构破坏的结果，而是一些 保护性的能量耗散过程的反映，当光能超过光合作用的需要时，一些热耗散过程可以 在一定程度上保护光合机构免遭光破坏，然而这些热耗散过程常常会造成光合效率的 降低( 热耗散主要有以下几种可能的机制：l 依赖叶黄素循环的能量耗散；2 依赖光系 统l i 反应中心可逆失活的能量耗散；3 依赖围绕光系统i i 循环电子流的能量耗散；4 依赖跨类囊体膜质子梯度的能量耗散) 1 6 ”。目前对此研究比较多的是，叶黄素循环的 能量耗散与光系统i i 反应中心的可逆失活的热耗散。 1 4 单色光质对植物生长发育的影响研究 在自然环境中，植物是利用日光来进行光合作用的，并且照到植物体上的光强度 和光谱组成是在不断变化着的，晴天早晨和傍晚光照较弱、色泽偏红，红光较多，中 午时，光照很强且为白色，阴天蓝光较多嘟j 。光质对植物的生长、形态建成、光合作 用、物质代谢以及基因表达均有调控作用。许多研究表明，光合器官的发育长期受光 调控，红光对光合器官的正常发育至关重要，蓝光则调控着叶绿素形成、叶绿体发育 与气孔开启以及光合节律等生理过程。 光质的研究是从环境科学的研究领域来研究太阳辐射对农作物生长的影响，是农 业生态研究的一个新领域【7 们。植物对光能的要求，除了光强和光周期外，光质也是一 个十分重要的因素。光敏色素能感知其周围环境中光谱组成的微小变化，并由此而引 发植物体自身生理上或形态建成上的变化。研究表明不同波长的光线通过与其相关的 色素作用而影响植物体内的激素平衡，进而引发植物的生理生态变化【7 l 】。近年来，国 际上对作物光生态研究非常重视，俄国研制出一种光转膜，可以将3 1 0 n m 的紫外光 转化为6 1 3 n m 的橙光，这种膜在温室蔬菜生产上应用可以提高作物的产量【7 2 1 。 光质、光强能够调节光合作用不同类型叶绿体蛋白质复合物的形成以及光系统i i ( p si i ) 和光系统i ( p si ) 间电子传递 7 3 , 7 4 。余让才等的研究表明蓝光促进水稻 幼苗的光呼吸，但其它光质对光呼吸的影响罕见报道。尽管生长在自然光下的植物代 4 强光和单色光下茄子光抑制效应研究 谢活动受到白光的影响与调控，但是单色光质，特别是红光、蓝光和远红光对植株生 长发育以及一些酶的影响研究也倍受关注【7 5 州。在不同光质下生长的植物叶片的叶绿 素荧光参数发生一些变化1 6 9 一，红蓝光比例会影响光抑制的某一组分( q i ) 嗍。但关 于单色光质的光抑制效应及其机制研究尚无报道。 1 5 本研究的目的意义 不论是设施田间还是露地田间，过强阳光照射下都会引起植物光合光抑制现象发 生。然而，阳光属于混合光谱。在可见光谱范围内，哪一光质或哪些光质的光合光抑 制现象更加严重及其作用机制尚无研究报道。 本研究针对温室、露地茄子的强光光抑制，特别是单色光质光抑制现象缺乏研究 的问题，采用p e a 荧光仪以微秒时间采样速率测定了强光和单色光质等不同条件下 的叶绿素荧光动力学曲线，及其荧光动力学参数，以期通过叶片光合机构p si i 的结 构与功能探索茄子叶片光抑制的作用机制，同时探索不同光质对叶片光抑制的作用机 制，丰富植物光抑制研究，寻找能减轻光抑制、提高植物逆境光合能力的有效途径， 为茄子新型抗光抑制或耐强光品种的选育、配套栽培技术和示范推广提供理论依据。 5 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 2 1 试验材料与培养 2 材料与方法 本试验在河北农业大学园艺学院试验基地( 保定清苑) 进行。供试品种为黑贝 圆茄。日光温室秋冬茬和冬春茬种植。于2 0 0 5 年3 月6 日日光温室播种育苗，2 0 0 5 年7 月1 日3 0 日进行研究测定；于2 0 0 6 年2 月1 1 日目光温室播种育苗，2 0 0 6 年 5 月7 月进行研究测定。 2 2 试材处理 试验测定选择结果期，顶端第三、四片光合功能叶片，进行不同光强、不同叶温、 不同单色光质下的照光处理，光源为卤钨灯( 上海灯泡三厂，规格为d s 2 4 v 1 5 0 w ) 和l e d 发光二极管( 台湾亿光电子有限公司) ，根据不同条件选择光源；控温设备为 c i r a s - 2 光合仪叶室；光强测定采用c i r a s 2 光合仪叶室探头。 连体叶片处理时用光合仪叶室固定叶片，离体叶片处理时将叶片放入自动封口塑 料袋( 内装湿润滤纸) 。每个处理均为三次重复。 2 2 1 离体叶片的卤钨灯强光照射处理 试验i ：用卤钨灯作光源，在光照强度为3 0 0 0 肛m o l m 2 s 4 下对叶片进行强光照射 处理，照射时间分别为0r a i n ( 对照) 、5r a i n 、1 0r a i n 、1 5m i n 、2 0m i n 、2 5r a i n 。 2 2 2 离体叶片的卤钨灯单色光照射处理 试验i i ：将卤钨灯发出的3 0 0 0p m o l m 也s - 1 强白光，使用滤光片过滤，获得单色光 进行照射叶片处理。其中，4 2 0 姗和4 6 0n m 滤光片下蓝光光强分别为9 51 t t m o l m - 2 s 1 和1 7 0i _ t m o l m 2 s ；5 3 0 姗滤光片下绿光光强为1 8 0i | m o l m 2 s ；5 9 0n n l 和6 5 0n l n 滤 光片下红光光强分别为7 2 0p m o l m - 2 s - 1 和5 1 0i x m o l m 之s 。照射时间分别为0r a i n ( 对 照) 、5m i n 、1 0m i n 、1 5m i n 、2 0r a i n 、2 5r a i n 。 2 2 - 3 连体叶片卤钨灯强光与叶温组合处理 试验i ：用卤钨灯为光源对叶片做不同光照强度照射处理。通过调节光源与叶片 之间的距离来调节光强，光照强度分别为1 1 0 0i _ t m o l m - 2 s 1 、2 5 0 0l a m o l m 2 s 一、3 8 0 0 p m o l m 2 s 1 。照射时间分别为o m i n ( 对照) 、2 0 m i n 、4 0 r a i n 、6 0 m i n 。 6 强光和单色光f 茄子光抑制效应研究 试验：在试验的基础上，选择3 8 0 0i x m o l m 2 s d 的强光在不同温度下进行照 射处理。温度处理分别为l o 、2 5 、4 0 。照射时阊分副为o m i n ( 对照) 、2 0 m i n 、 4 0 m i n 、6 0 m i n 。 2 2 4l e d 发光二极管的单色光照射处理 试验v ：采用l e d 发光二极管进行纯单色光的照射叶片处理。白光、蓝光、绿 光、红光的波长分别为3 9 0a m - 7 8 0i l i 1 、4 7 0n n l 、5 3 0h i l l 、6 2 0n m 。通过控制电流大 小来调节单色光的光强，分别为2 5 0i m o l m 2 s - 1 、5 0 0 “m o l m 2 s 、7 5 0i x m o l m 2 s 一、1 0 0 0 p m o l m - z s - 1 、1 5 0 0 p m o l m - 2 s - 1 。照射时间分别为0 m i n ( 对照) 、5 m i n 、1 0 m i n 、1 5 m i n 、 2 0r a i n 、2 5m i n 、3 0m i n 。 2 2 5 暗适应叶片卤钨灯强光照射处理 试验：将盆栽植株分别在暗中和正常光照条件下放置2 4h ，突然给其 3 8 0 0 1 t m o l m 之s 1 强光照射处理0m i n ( 对照) 、2 0r a i n 、4 0n f i n 、6 0m i n 。 2 2 6 叶片正面与背面卤钨灯强光照射处理 试验：将盆栽植株放置好，分别对叶片正面与背面施以3 8 0 0i m a o h n 2 s 1 强光 照射1 0 r a i n 、2 0 m i n 或3 0 r a i n 的处理。 2 3 荧光动力学参数的测定 照光处理结束后在弱光下恢复lh 后，采用英国h a n s a t e c h 公司生产的植物效率 仪( p l a n te f f i c i e n c y a n a l y s e r ，p e a ，即非调制式荧光仪) 进行测定。根据s t r a s s e r 等 ( 2 0 0 0 ) 【5 3 】的方法，改良在饱和激发光下进行叶绿素荧光诱导曲线及其参数测定例。 试验i 和i i 中的测定程式为叶片暗适应1 0m i n 后，用1 9 5 0i u m o lm 2 s “饱和红闪 光照射1s 下以l ou s ( 2 m s 之前) 和1m s ( 2 m s 之后) 的间隔记录荧光信号，测得 叶绿素荧光诱导曲线及其参数f o 、f m 后，