二氧化碳加富对观赏凤梨光合作用和生长发育的影响-硕士论文

华南师范大学硕士学位论文 C 0 2 加富对观赏凤梨光合作用与生长发育 的影响 张倩红 导师姓名职称：叶庆生教授 专 院 业：园林植物与观赏园艺 系：生命科学学院 答辩时间： 2 0 1 0 0 6 0 4 AD i s s e r t a t i o nS u b m i t t e df o rM a s t e rD e g r e ei nS o u t hC h i n aN o r m a lU n i v e r s i t y E f f e c t so fC 0 2E nr i c hm e n to nP h o t o s y n t h e t i c R a t ea n dG r o w t ho fO r n a m e n t a lp i n e a p p l e S p e c i a l t y ： C o l l e g e ： S u p e r v i s o r ： Z H A N GQia n 。h o n g O r n a m e n t a lP l a n t sa n dH o r t i c u l t u r e C o ll e g eo fL i f eS c i e n c e P r o f e s s o rY EQ i n g s h e n g S u b m i t t e dD a t e ：J u n e0 4 ，2 0 1 0 摘要 C 0 ：加富对观赏凤梨光合作用与生长发育的影响 专业：园林植物与观赏园艺申请者：张倩红导师：叶庆生 摘要 在温室中设置3 个C 0 2 加富处理：3 6 0 - a ：3 0 9 m o l m o l - 1 ( C K ) 、8 0 0 - a ：5 0 1 a m o l m o l 叫( T I ，时间：7 - 0 0 - 1 2 0 0 ) 、8 0 0 - a ：5 0 9 m o l m o l 叫( T 2 ，时间：7 ：0 0 - 一1 7 ： 0 0 ) 对紫星风梨( G u z m a n i a L u n a ) 分别进行处理，研究C 0 2 加富条件下对紫星 凤梨的光合作用及生长发育等方面的影响。主要研究结果如下： 叶片净C 0 2 光合速率( P n ) 的测定结果表明：紫星凤梨在不同加富处理下， 全天加富显著提高净光合速率，在整个试验期间关系为：T 2 T I C K 。在处理3 0 d 时，C K 下的P n 为3 0 7 4 9m o l n 1 2 s - 1 ，而T l 、T 2 下的P n 分别为3 9 9 1 m o l 一S - 和4 3 8 7 1 am o l n 1 - 2 s ，分别为同期对照的2 9 8 1 ( T I ) 和4 2 7 0 ( T 2 ) ；在处理 9 0 d 时，C K 下的P n 为3 3 4 0 9m o l I n 2 s 一，而T l 、T 2 下的P n 分别为4 5 1 2 1 t m o l m - 2 s - 1 和4 6 9 2 1 tm o l m ? s 一，分别为同期对照的3 5 0 8 ( T 1 ) 和4 0 4 7 ( T 2 ) ， 瞬时水分利用效率( W U E ) 在整个试验期间，全天处理比半天处理高，而气孔 导度( G s ) 和蒸腾速率( T r ) ，关系为：C K T l T 2 。 叶绿素荧光测定参数表明，F v F m 、Y i e l d 变化不大，没有受到C O s 加富的 协迫。在处理0 一- 9 0 d 时，F v F m 的值在O 8 - - 0 9 之间，Y i e l d 反映了植物目前的 实际光合效率，全天处理高于半天处理。 C 0 2 加富处理条件下，紫星凤梨的叶面积、株高，都是全体处理高于半天处 理，关系为T 2 T I C K 。在9 0 d 时，T 1 、T 2 叶面积比同期对照增长了1 2 3 7 、 1 6 7 2 ，T 1 、T 2 株高比同期对照增长了1 0 2 0 、1 1 7 5 。总生物量的测定表明， 处理3 0 d ，T 1 、T 2 鲜样质量比同期对照增加了3 4 5 0 和5 2 0 3 ，干样质量增加 了4 6 4 4 和5 0 1 2 ，处理9 0 d 时，鲜样质量比同期对照增加了3 2 3 9 和4 4 5 1 ， 干样质量增加了3 9 1 2 和4 3 9 7 。 C 0 2 加富促进了叶片碳水化合物( 可溶性糖和淀粉) 的积累。可溶性糖含量 的测定表明，处理过程中，叶片中可溶性糖基本上呈增加趋势，处理9 0 d 可溶性 糖、淀粉的含量达到最高，t l 、T 2 可溶性糖分别比同期对照增加了2 9 3 3 和 4 6 6 7 ，T l 、T 2 淀粉分别比同期对照增加了3 1 4 6 和4 7 1 9 ，全天处理高于 半天处理。 I I A B S T R A C T T H EE F F E C T SO FDlF F E R E N T P H O T O S Y N T H E SIS C O ：E N R lC H M E N TO NG R O W T HA N D Q 警G U z 秘A NlA 3 L U N A j M a j o r ：O r n a m e n t a lP l a n t sa n dH o r t i c u l t u r e N a m e ：Z H A N GQ i a n h o n g S u p e r v i s o r ：P r o f Y EQ i n g - s h e n g A B S T R A C T E f f e c to fC 0 2e n r i c h m e n to ng r o w t ha n dP h o t o s y n t h e t i cr a t eo fG u z m a n i a L u n a l e a v e sw e r er e s e a r c h e di ng r e e n h o u s ew i t hd i f f e r e n te l e v a t e d 【C 0 2 】7 0 0 l0 0 1 x m o l t o o l ( T 1 ，T i m e ：7 ：0 0 a m 1 2 ：0 0 p m ：T 2 ，T i m e ：7 ：0 0 a m 1 7 ：0 0 p m ) a n da m b i e n t 【C 0 2 】( 3 6 0 士3 0 p m o l m o l ( C K ) f o r9 0 d T h em a i nr e s u l t sw e r e a sf o l l o w s ： T h eP h o t o s y n t h e s i so fG u z m a n i a L u n a i na l ld a ye n r i c h m e n tw e r eh i g h e rt h a n t h o s ei nh a l f - d a ye n r i c h m e n t D u r i n gt h ew h o l ee x p e r i m e n t ，T h er e l a t i o n s h i pw a s T 2 T I C K F o re x a m p l e ，a f t e r3 0 dt r e a t m e n t ，T h en e tP h o t o s y n t h e s i sr a t eo f G u z m a n i a L u n a i nT Ia n dT 2e n v i r o n m e n tw e r e3 9 9 1pm o l r n - z S a n d4 3 8 7p m o l r n - 2 s - 1r e s p e c t i v e l y ，b u tt h a ti nC Ke n v i r o n m e n tW a s3 0 7 4 I - tm o l m ? s 一，T h e y w e r e2 9 8 1 a n d4 2 7 0 o fc o r r e s p o n dC K T h e na f t e r9 0 dt r e a t m e n t ，T h en e t P h o t o s y n t h e s i sr a t eo fG u z m a n i a L u n a i nT 1a n dT 2e n v i r o n m e n tw e r e4 5 1 2 m o l m - 2 s 1a n d 4 6 9 2um o l m 2 S r e s p e c t i v e l y ，b u tt h a ti nC Ke n v i r o n m e n tw a s 3 3 4 0 “m o l m - 2 s 一W U Ei na l ld a ye n r i c h m e n tW a sh i g h e rt h a nt h a t i nh a l f - d a y e n r i c h m e n t ，w h i l eG sa n dT rw e r ea l ll o w e rt h a nt h a ti nh a l f - d a ye n r i c h m e n ti nt h e w h o l ee x p e r i m e n t C h l o r o p h y l lf l u o r e s c e n c eP a r a m e t e rF v F ma n dY i e l dh a v er i oo b v i o u sc h a n g e ， t h e yh a v en oi n t i m i d a t i o nu n d e re l e v a t e d 【C 0 2 】e n v i r o n m e n t D u r i n gt h ew h o l e e x p e r i m e n t ，t h ev a l u eo f F v F mb e t w e e n0 8a n d0 9 T h el e a fa r e aa n dp l a n t h e i g h ti nT 2W a sc o m p a r a t i v e l yh i g h e rt h a nt h a tg r o w i n g i l lT 1 A tt h ee n do f t r e a t m e n t t h el e a f a r e ai nT 1a n dT 2e n v i r o n m e n tw e r e1 2 3 7 a n d1 6 7 2 c o m p a r i n gw i t hC K ，t h ep l a n th e i g h ti nT Ia n dT 2w e r ei n c r e a s e db y 1 0 2 0 a n d11 7 5 r e s p e c t i v e l y ；t h e 舶s hw e i g h ti nT 1a n dT 2W a Si n c r e a s e db y 3 4 5 0 a n d5 2 0 3 a t3 0 d ，a n d3 2 3 9 a n d4 4 5 1 a t9 0 d ；t h ed r yw e i g h ti nT 1a n d T 2W a si n c r e a s e db y4 6 4 4 a n d5 0 12 a t3 0 d ，a n d3 9 12 a n d4 3 9 7 a t9 0 d I A B S T R A C T r e s p e c t i v e l y D i f f e r e n te n r i c h m e n tr e s u l t e di nt h el a r g e ra c c u m u l a t i o no fc a r b o h y d r a t e ( s o l u b l e s u g a ra n ds t a r c h ) i nl e a v e so fG u z m a n i a L u n a T h em e a s u r e m e mo fs o l u b l es u g e ri n t h el e a fi n d i c m e dt h a ti th a dt h et r e n do fi n c r e a s i n g T h ec o m e mo fs o l u b l es u g a ra n d s t a r c hw e r et h eh i g h e s ta t9 0 d T h es o l u b l es u g a ri nT 1a n dT 2h a di n c r e a s e db y 2 9 3 3 a n d4 6 6 7 c o m p a r e dw i t hC K ，a n dt h es t a r c hi nT 1a n dT 2h a di n c r e a s e d b y3 1 4 6 a n d4 7 1 9 T b es o l u b l ep r o t e i nc o n t e mo fG u z m a n i a L u I l a IW a sr e d u c e du n d e rd i f f e r e n t e n r i c h m e n t ，a n dr e d u c i n ge m e mW a sm o r eo b v i o u s A f t e r9 0 dt r e a t m e n t ，t h es o l u b l e p r o t e i I lc o n t e n to fT 1 、T 2W a sr e d u c e db y9 0 9 、1 6 8 1 T h ee l e v a t e dC 0 2 e n r i c h m e n th a dr e s t r i c t e dG O a c t i v i t y , b u tp r o m o t e dt h ea c t i v i t yo fR u B P C D i f f e r e n te n r i c h m e n tr e s u l t e di nt h e l a r g e ra c c u m u l a t i o no ft h ec o n t e n t o f c h l o r o p h y l l T h ec o n t e n to fc h l o r o p h y l li nT 1a n dT 2h a di n c r e a s e db y2 4 3 a n d 3 2 4 a t9 0 d C h l o r o p h y l la bh a dn oe v i d e n tt r a n s f o r m a t i o n 了馓) 舳S ：G u z m a n i a L u n a C 0 2e n r i c h m e n t N e tp h o t o s y n t h e s i s C h l o r o p h y l lf l u o r e s c e n c eW o w i n gd e v e l o p m e n t I V 2 3 1 光合指标的测定。7 2 3 2 荧光参数的测定7 2 3 3 植株生长测量和生物量的测定8 2 3 4 可溶性糖含量的测定8 2 3 5 淀粉的测定8 2 3 6 叶绿素的测定9 2 3 7R u b i s c o 酶、G O 酶活性的测定9 2 3 8 可溶性蛋白的测定lO 第三章结果与分析l l 3 1实验期间三个实验组的温度变化情况l l 3 2C 0 2 加富对紫星凤梨叶片光合作用的影响1 2 3 2 1紫星凤梨叶片净光合速率的变化1 2 3 2 2C 0 2 加富对叶片气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率的影响1 3 3 3C 0 2 加富对紫星凤梨叶片荧光参数的影响1 5 3 3 1 C 0 2 加富对紫星凤梨叶片F v F m 的变化1 5 3 3 2C 0 2 加富对紫星风梨叶片Y i e l d 的变化1 6 3 4C 0 2 加富对紫星凤梨生长的影响1 7 3 5C 0 2 加富对紫星风梨株高和叶面积的影响1 9 3 6C 0 2 加富对紫星风梨叶绿素含量的影响2 0 V 目录 3 7C 0 2 加富对紫星凤梨碳水化合物的影响2 2 3 8C 0 2 加富对紫星凤梨蛋白含量的影响2 3 3 9 C 0 2 加富对紫星凤梨对叶片核酮糖1 ，5 二磷酸羧化酶力氧酶和乙醇酸氧 化酶的影响2 4 第四章讨论2 6 4 1C 0 2 加富对紫星凤梨光合速率的影响2 6 4 2C 0 2 加富对紫星凤梨气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率的影响2 6 4 3C 0 2 加富对紫星凤梨叶片荧光参数的影响2 8 4 4C 0 2 加富对紫星凤梨叶绿素的影响2 8 4 5 C 0 2 加富对紫星凤梨R u b i s c o 、G O 活性的影响一2 9 4 6C 0 2 加富对紫星凤梨生长发育的影响3 0 第五章小结3 3 参考文献3 3 致谢3 9 附录4 0 主要符号对照表4 0 V I 第一章引言 第一章引言 植物光合作用的研究一直是生理学最活跃的领域，其研究历史已有 二百多年。光合作用研究的初期工作，着重于研究环境条件光、温、水、 气、肥对叶片光合的影响，是光合作用的生态学研究阶段。以后进入了 以光合机理为主的研究阶段，研究植物光合作用的发生机理，取得了巨 大的成就。近年来，由于植物学、生理学和生态学等其他学科的发展， 促使光合作用的研究进入了生态生理的新阶段：一方面向分子水平发 展，例如关于光合膜结构与功能的研究、光合碳代谢调节酶的研究等； 另一方面也研究环境条件对光合功能的调控，从整体植物生理学的角度 研究形态、解剖与生理功能的关系，光合生理与其他生理过程的联系等， 同时将研究成果应用于生产实际，对生产发展起了积极的推动作用，使 光合生理的研究呈现出机理和应用并举的趋势。 1 1C 0 ：加富对植物光合特性的影响 前人一般以农作物进行的实验工作较多( A l l e w e l d te ta 1 ，1 9 8 1 ) ，自然植被 中温带森林植物( B l a n k e ，1 9 8 7 ) 、冻原植物( H a n s e n , 1 9 7 5 ：R o yH ，1 9 8 9 ：W a t s o n a n dl a n d s b e r g ，1 9 7 9 ) 也开展了大量的研究。森林植物大多采用幼苗进行实验，最 近也有人开展了大株树木枝条实验( K u d r y a v e t sa n dK h r o m e n k o ，1 9 7 7 ) 。但是在 自然生态系统中，C 0 2 升高对植物的直接影响的研究还很缺乏。 由于C 0 2 是绿色植物进行光合作用的主要反应原料之一，目前大气C 0 2 浓 度水平又是C 3 植物进行光合作用的主要限制因子之一，所以短期内大气C 0 2 浓度升高将直接影响到植物光合作用的效率。一般来说，植物进行光合作用的 C 0 2 最适浓度为1 0 0 0 p m o l m o l 左右( C h c nc ta l ，2 0 0 0 ) ，但目前大气中的C 0 2 浓度还远没有达到这个指标。因此，环境中C 0 2 浓度升高将使植物的光合速率 加快。这主要是因为C 0 2 浓度升高不仅为植物光合作用提供了更多的反应原料， 而且提高了l ，5 二磷酸核酮糖( R u B P ) 羧化酶的活性，增强了对C 0 2 的固定能 力，同时抑制了R u B P 加氧酶的活性，降低了植物的光呼吸强度，从而提高了 植物的光合作用效率。 在探讨植物对C 0 2 浓度升高与光、水分、营养因素等因子复合作用的响应 方面，采用了生理生态、形态及植物化学诸方面的指标。主要有：( 1 ) 碳交换速 率( C a r b o nE x c h a n g eR a t e ，C E R ) ，即测定植物光合强度与呼吸能力的变化：( 2 ) 华南师范大学硕十学位论文 植物的干重及根：茎比；( 3 ) 生长参数如高度、叶及枝长度、开花期与现蕾期等； ( 4 ) 气孔导度以及气孔数量、密度的变化；( 5 ) 主要酶系统( 尤其是光合作用 如R u B P 羧化酶) 的含量变化。其中前2 种指标各国学者研究最为集中。在C E R 研究方面，绝大部分实验是探讨植物气体交换与C 0 2 浓度之间的短期反应 ( S o r t - t e r mr e s p o n s e ) ，而较少研究植物C E R 受高浓度C 0 2 影响的长期反应或 适应( L o n g - t e r mr e s p o n s eo rA c c l i m a t i o n ) 。而后者恰恰是植物生理生态学家所 关心的，存在的争议也最多。 在C 0 2 浓度处理方面，大部分学者以3 3 0 - - - 3 5 0 I ，t m 0 1 t o o l 1 为背景C 0 2 浓度如 E r i ka n dC h e n ( 1 9 9 0 ) 、L a s k oa n dB a r n e s ( 1 9 7 8 ) 等：少数以3 0 0 p m 0 1 t o o l 1 为背景C 0 2 浓度( M i a oa n dL i ，1 9 9 6 ) ：很少有人按照工业革命以前的2 7 0 1 m a o l - m o l l 加倍，即 控制在5 5 0 p m o l t o o l 1 以下( K e n n e d ya n dJ o h n s o n ，1 9 8 1 ) 。可见在对引起全球变化 的C 0 2 浓度升高的理解方面，绝大多数学者以目前C 0 2 浓度加倍，即控制在 7 0 0 p m o l t o o l 1 左右( I s r a e le ta 1 ，1 9 9 0 ：B a z z a z i a o ，l9 9 3 ) 。还有人用的C 0 2 浓度更高， 如8 0 0 I _ t m o l t o o l ( N e s t e r o v a n d S h i p o t a ，19 8 8 ) ：9 0 0 p m o l m o l 。( R o d e r m e l ，l9 9 9 ) ：10 0 0 p m o l t o o l 一( S c h u k z ，19 9 7 ) ； 15 0 0 p , m o l t o o l ( E r i ka n dC h e n ，19 9 9 ) ，甚至到1 8 0 0 p m o l t o o l 。( C h e ne ta 1 ，2 0 0 0 ) 。 很显然，这样高的C 0 2 浓度下个世纪末也未必出现。科学家们感兴趣的是在真 正很高的C 0 2 下植物如何适应。 但是，上述控制的C 0 2 浓度时间均较短，尤其是在1 0 0 0 p m o l m o F l 以上，大 部分少于1 个月。在A l l e w e l d ta n dE i b a c h ( 1 9 8 3 ) 综述的4 8 4 个研究者的实验 中，4 0 的处理时问少于1 个月，9 8 的处理时间少于5 个月，平均2 5 6 - a ：0 2 9 个 月。最长的时间为2 6 3 个月，但仅有一个实验坚持这么久( F e r n a n d e z ，1 9 9 7 ) 。截 止到1 9 9 5 年1 1 月，获得生态学家认可的最长的处理时间为8 4 个月是对柑桔进行 的实验( L a n k e s ，19 8 5 ) 。 ( 1 ) 短期高C 0 2 处理对植物光合作用的影响 几乎在所有的短期实验中，植物光合能力随着C 0 2 浓度的增加而增加，增 加其程度因不同植物尤其是不同光合途径的植物而异。一般认为C 3 植物在C 0 2 加倍下光合作用提高1 0 , - - - 5 0 ，C 4 植物提高的程度小于1 0 ，或不增h 1 ( G u e ke t a 1 ，2 0 0 7 ) 。值得注意的是C 3 植物从低C 0 2 浓度( 如1 5 0 p m o l m o F l ) 提高到目前C 0 2 浓度( 3 5 0 p m o l m o F l ) 时光合作用升高的程度大于从目前C 0 2 浓度提高到加倍 ( 7 0 0 p m o l t o o l _ ) 时光合作用升高的程度( G u e ke ta 1 ，2 0 0 7 ；R o d e r m e l , 1 9 9 9 ) ，前者约 为7 0 ，而后者为2 7 ；而C 4 植物在不同的C 0 2 浓度处理间几无差异 ( S h a r k a w y ，1 9 9 5 ) 。对C A M ( 景天酸代谢) 植物的研究相对较少，其结果也不尽一 致( H u b b sa n dR o y ，1 9 9 3 ；R o y ，1 9 8 9 ；S h a r k a w y ，1 9 9 5 ) 。对于大多数C A M 植 2 第一章引言 物来说，其夜间碳水化合物的积累可能会增加，C 0 2 对其生长的影响推测是通过 C 3 模式( D e m m i n ga n dA d a m s ，1 9 9 2 ) 。 ( 2 ) 长期高C 0 2 处理对植物光合作用的影响 有关长期生长在高C 0 2 下对植物光合作用的影响的报道存在分歧。很大一 部分实验显示高浓度C 0 2 对植物光合速率的最初促进会随时I 、日J 延长而渐渐消失。 这些实验包括对西红柿、棉花及黄瓜的研究( D e m m i n ga n dA d a m s ，1 9 9 2 ；G u e k e ta 1 ，2 0 0 7 ；S c h u k z ，1 9 9 7 ) 。这些数据表明长期生活在高浓度C O ：下致使植物 在生化、生理或形态上发生变化，从而抵消了对光合的最初的促进作用。对光合 促进的降低或消失虽被大量报道，但也有的实验观测到明显的促进作用 ( N e s t e r o va n dS h i p o t a ，1 9 8 8 ；N o o r m r t se ta 1 ，2 0 0 1 ；I d s oa n dK i m b a l l ，1 9 9 1 ) 。 用L i ( 1 9 9 4 ) 的定义，将这种因长期生活在高浓度C 0 2 下导致植物光合能力下降 的现象称为对C 0 2 的光合适应现象( p h o t o s y n t h e t i ca c c l i m a t i o n ) 。值得指出的是， 尽管在高浓度C 0 2 下生长的植物存在着对R u b i s c o 活性及R u B P 再生能力的调节， 其生长浓度下测定的光合速率一般也将高于正常大气C 0 2 浓度下生长的植物 ( A k e r ，1 9 8 1 ) 。 ( 3 ) 气孔导度、气孔密度和水分利用效率 由于大气C 0 2 浓度( C a ) 的升高，导致细胞间C 0 2 浓度( C i ) 的增加，为保持胞间 C 0 2 分压始终低于大气C 0 2 分压( 约2 0 - 3 0 左右) ，植物通过调节气孔开闭程 度来降低C i ( J i ，1 9 9 8 ：K e n n e d ya n dJ o h n s o n ，1 9 8 1 ) 。气孔对C i 很敏感，C i 的增加常 伴随着气孔的关闭和气孔导度( S t o m a t a lc o n d u c t a n c e ) 降低，即气孔阻力( S t o m a t a l r e s i s t a n c e ) 增大。C i 增加引起气孔关闭的生理机制一般解释为在高浓度C 0 2 下植 物的光合作用增加，保卫细胞内光合产物多碳糖浓度随之提高，细胞水势增加。这 样保卫细胞吸水膨胀从而使气孔关闭。 气孔密度随着C 0 2 浓度的升高也会发生变化。影响气孔密度的因素很多，如 叶本身的发育状况、水分有效性、光密度、温度、养分、C 0 2 浓度等( A l l e w e l d te t a 1 ，1 9 8 3 ) 。 如果气孔密度、导度随C 0 2 的升高而降低，而光合作用速率提高的话，那么 植物对水分的利用程度，即水分利用效率( W a t e rU s eE f f i c i e n c y ，W U E ) 势必增加 ( K e n n e d ya n dJ o h n s o n ，1 9 8 1 ) 。这是由于气孔在高C 0 2 下变窄或关闭，细胞内的水 分向外扩散的阻力比C 0 2 由气孔外向里运动的阻力大，这样植物可在细胞间隙内 保持一定的水分和C 0 2 进行光合作用，而消耗( 蒸腾作用) 单位重量的水所固定 的C 0 2 数量增多，即W U E 增高( A l l e w e l d te ta 1 ，1 9 8 3 ) 。 3 华南师范人学硕十学位论文 1 2C O ：加富对植物叶绿素荧光的影响 叶绿素荧光诱导动力学是K a u t s k y 于19 31 年发现的，也称为 K a u t s k y 效应。2 0 世纪8 0 年代以后，人们在逐渐弄清植物体内叶绿素 荧光动力学与光合作用关系的基础上，发现它对各种胁迫因子十分敏 感，因而越来越多的将其作为鉴定植物抗逆性的理想指标和技术( 张放 等，l9 9 5 ) 。目前，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已取得一定进展，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( 易干军等，1 9 9 7 ) ， 可以快速、灵敏和无损伤地研究和探测完植株在胁迫下光合作用的真实 行为( 杨江山等，2 0 0 5 ) ，经常被用于评价光合机构的功能和环境胁迫 对其的影响( 郑丽华等，l9 9 7 ) 。 叶绿素荧光可快速检测完整植株在胁迫下光合作用的真实行为，经常被用于 评价光合机构的功能和环境胁迫对其的影响。彭长连等研究水分胁迫和C 0 2 加 富条件下，对2 年生大红袍枇杷( E r i o b o t r y a j a p o n i c aL i n d l ) 电子传递、光合磷酸化 等都受到不同程度的影响，引起F o 、F m 、F v F m 、q P 、q N P 等荧光参数的变化。 C 0 2 供应状况对荧光参数和动力学过程也产生了明显影响，但以往的研究多集中 于水分条件，没有考虑单独C 0 2 加富连续性变化的影响。因此，本研究探讨了短 期加富和长期加富情况下对凤梨叶片叶绿素荧光动力学的影响 1 3 C O ：加富对植物相关生物学指标的影响 ( 1 ) 生物量 不同光合途径的植物生物量将会随C 0 2 浓度的升高均有所提高。C h e n 等 ( 1 9 9 3 ) 认为：C 3 植物的生物量将平均提高4 1 、C 4 植物2 2 、C A M 植物1 5 。 惠俊爱( 2 0 0 6 ) 等研究了C 0 2 加富使植物叶片内淀粉，多糖含量增加，这些碳 水化合物促进了植物的生长，T 1 、T 2 处理组在3 0 d 时叶面积分别比对照增加了 3 4 3 、6 5 8 ，株高增加了9 1 1 、1 4 6 6 ，但是在实验条件下观察到的植物生 物量随C 0 2 浓度增加而升高的趋势并不是所有种都是一致的。不同的实验植物， 尤其是实验控制条件对此影响很大。例如I d s o 等( 1 9 8 6 ) 发现在无水分条件限制的 情况下，龙舌兰( A g a v eu i l m o r i n i a n a ) 生物量在C 0 2 浓度加倍时不变，而在水分 限制时提高3 1 ：胶皮枫香树( L i q u i d a m b e rs t y r a c i f l u a ) 在无水分限制、C 0 2 加倍下 提高9 6 ，而在水分限制及C 0 2 加倍时则提高2 8 2 ( T o l l e y & S t r a i n , 1 9 8 4 ) 。更有 甚者如P i n u st a e d a 在前种情况下减少4 3 ，而在后种情况下增加5 4 。 4 第一章引言 ( 2 ) 花的发育 花的发育对C 0 2 的反应也很敏感，在1 0 0 0 1 5 0 0 p m o l m o F l 高C 0 2 浓度下， 大部分温室植物的花生物量增加；另外表现在数量增多，座花率提高，落花率减 少( M o r t e n s e n ，1 9 8 7 ) 。在花期方面，一些植物随C 0 2 浓度升高表现为花期延迟， 如茼蒿( C h r y s a n t h e m u mm o r i f o l i u m ) ( H u g h e s & C o c k s h u l l ，1 9 7 1 ) 。但大多数植物 开花期提早，从几天到1 5 天不等。在农作物方面大豆、小麦、向R 葵等可提早 数天开花( R o g e r s e ta 1 ，1 9 8 3 ) ，丽高粱却是延迟丌花( M a r c & G i f f o r d ，1 9 8 4 ) 。 1 4 C 0 。加富对植物生理生化指标的影响 高C 0 2 浓度对植物化学成分的影响可表现在非结构性碳水化合物( T o t a l N o n - S t r u c t u r a lC a r b o n h y d r a t e s ，T N C ) 、关键酶及蛋白质、化学组成方面的改变。 在T N C 研究方面，有人对大豆进行的短期反应实验证明，高C 0 2 浓度使植物光合 作用提高，造成叶中许多T N C 物质如淀粉、多糖明显提高：长期反应中，这些碳水 化合物可随着植物内物质的运输而转移到茎、果实、根等部位( A l l e w e l d te t a 1 ，1 9 8 3 ) 。棉花在6 4 0 p r n o l m o l C 0 2 时的T N C 含量比在3 2 0 1 x m o l m o l 。1 时增加 1 5 - 3 5 ( K e n n e d ya n dJ o h n s o n , 1 9 8 1 ) 。 1 5 本研究的意义 本实验材料为紫星风梨( G u z m a n i aL u n a ) ，单子叶植物凤梨科，彩叶凤梨 属，原产南美安第斯山地区。喜温热、湿润环境。其株型秀美，叶色光亮，花 型奇特，花序颜色较为丰富，花期持久长达4 9 个月，深受消费者的喜爱。本研 究拟通过对紫星凤梨在不同时间C 0 2 加富条件下的光合特性、生理生化指标以 及相关生物学指标的测定，比较其在不同时间C 0 2 加富条件下的响应机制，为 C 0 2 加富在紫星凤梨栽培中的应用提供理论依据和应用技术。 本实验室近几年在C 0 2 加富的工作进展如下： C 0 2 加富对凤梨光合作用、生长发育、叶片显微超微结构、气体交换参数、 高浓度二氧化碳处理后光合作用的恢复的影响( 惠俊爱，2 0 0 7 ) ； C 0 2 加富对红掌光合作用和生长发育的影响( 王精明等，2 0 0 5 ；李永华等， 2 0 0 5 ，刘丽娜，2 0 0 5 ) ： C 0 2 加富对蝴蝶兰生长发育的影响( 李华云，2 0 0 7 ) ； 这些研究表明，气孔导度与蒸腾速率降低，水分利用效率增加；净光合速率 提高，促进碳水化合物的积累：各项生长指标( 株高、叶面积、生物量) 提高： 开花比率提高，花期提前：总之，C 0 2 加富提高了花卉的观赏品质。 5 华南师范人学硕十学位论文 而本实验的创新之处在于： 1 、长期C 0 2 加富处理对植物光合作用最初的促进随时问的推移逐渐降低。 导致植物光合速率下降称为对C 0 2 的光合适应现象。采用半天( 7 ：0 旺1 2 ：o o ) 对材料C 0 2 加富，了解短期( 3 0 d ) 和长期( 9 0 d ) 对观赏风梨的光合速率和生长 的影响，会不会解决光合适应的问题? 2 、以往研究表明植物在一天的光合速率同变化中有两个高峰，上午出现的 第一峰的峰值高出下午的第二峰很多。所以我们想采用上午( 7 ：O 旺1 2 ：o o ) 对凤 梨加富，观赏凤梨是否会出现光合适应。 3 、经济上更节省成本，提高效益。 6 第二章研究方法 第二章研究方法 2 1实验材料 紫星风梨( G u z m a n i a L u n a ) 购自广州市花卉中心，C 0 2 购自广州气体厂，纯 度为9 9 5 。 2 2 实验器材 L I 一6 4 0 0 便携式光合测定仪( L I C O R ，U S A ) ；U V - 2 4 5 0 紫外可见分 光光度计、5 8 0 4 R 冷冻离心机、B P 2 2 1S 电子天平、3 310 p H 计等。 S I G M A N 生产的R u B P 、3 磷酸甘油酸激酶、3 磷酸甘油醛脱氢酶 等；国产分析无水乙醇、无水丙酮、P V P 、E D T A 、D T T 、A T P 等。 2 3实验方法 实验于2 0 0 9 年5 月至2 0 1 0 年1 月在华南师范大学国兰研究中心进行。紫星 凤梨置于3 个相同的玻璃温室中，午问最大光合有效辐射6 5 0 - J ：1 0 0 I t m o I m s ； 温度：白天2 7 士l 、夜间2 3 + 1 ；相对湿度：7 0 士1 0 。白天气体通过C 0 2 减压流量计由均匀分布在紫星凤梨叶幕上方的4 根透明塑料软管进行释放，软管 上扎有小孔，每天用光合气体分析系统L I - - 6 4 0 0 ( L I C O RC O ，U S A ) 定时监测 棚内C 0 2 浓度，使之维持在一个较稳定的浓度。以大气条件下的C 0 2 浓度( 3 6 0 - a ：3 0 I t m o l m o l ，a m b i e n tC 0 2 ，C K ) 作为对照，处理T 1 ( C 0 2 ：8 0 0 ：5 0l x m o l m o l ，C 0 2 气体施肥时间为每天( 7 ：0 0 - - 1 2 ：0 0 ) 及处理T 2 ( 8 0 0 土5 0l u n o l m o l , C 0 2 气体施肥 时间为每天( 7 ：O O 1 7 ：0 0 ) 2 个处理，选取生长势一致的紫星风梨植株置于温室 中，每个处理6 0 盆，3 次重复。每星期对紫星凤梨叶片施两次叶面肥( H o a g l a n d 营养液) ，每天记录温室内的最高温与最低温。 2 3 1光合指标的测定 采用L I 6 4 0 0 ( L I C O R ，N E ，U S A ) 便携式光合仪，在各处理生长环境中 于上午9 ：0 0 - 1 1 ：0 0 进行，在生长健康的紫星风梨植株上数第3 - - - 4 片位功能 叶片中部测定P n ( n e tp h o t o s y n t h e t i cr a t e ) 、G s ( s t o m a t a lc o n d u c t a n c e ) 、 T r ( t r a n s p i r a t i o nr a t e ) 等，同时根据所测定的数据计算瞬时水分利用效率 ( W U E ，w a t e ru s ee f f i c i e n c y ，、) l ，U E = P r 册) ，3 次重复。 7 华南师范人学硕十学位论文 2 3 2 荧光参数的测定 在O 、1 0 、2 0 、3 0 、4 5 、6 0 、9 0 d 和光合指标同步测定，选取成熟的叶片用 P A M - 2 1 0 0 进行测定，每次5 个重复。 2 3 3 植株生长测量和生物量的测定 分别测定各处理组单株苗的株高、单叶面积( 测量8 次取平均值) 鲜重和 干重( 每株叶片、茎、根放于8 0 0 烘箱中烘干至恒重，用万分之一天平测 定，测量4 次取平均值) 。 2 3 4 可溶性糖含量的测定 l 可溶性糖的提取 将材料在l1 0 (