超高产杂交稻（Oryza Sativa L.）光合作用和光抑制特性的研究

【摘要】： 较系统地比较研究了超高产杂交稻两优培九(培矮64S×93-11)和华安3号(X07S×紫恢100)与多年来大规模推广种植的杂交稻品种汕优63(珍汕97A×明恢63)的光合生理特性，结果表明： 1．从苗期到抽穗期，超高产杂交稻两优培九和华安3号的净光合速率(Pn)都比汕优63高，而在苗期的午间强光条件下和分蘖期的早晨以及抽穗期的早晚相对弱光条件下其Pn的差别尤为显著。说明超高产杂交稻两优培九和华安3号不仅有较高的Pn和较强的抗光抑制能力，而且还能充分利用早晨和傍晚较弱的光照条件有效地进行光合作用。 2．超高产杂交稻剑叶具有较高的光合色素含量和Chla／b比值，同时也具有较高的水分利用效率(WUE)。较高的Chla／b比值表明超高产杂交稻剑叶能够更有效地利用太阳能，而较高的WUE则有利于后期节约稻田用水。 3．两优培九和华安3号类囊体膜的77K荧光光谱在不同发育时期均高于对照汕优63，对其进行Gaussan分析，发现这两个超高产杂交稻的反应中心以及天线复合物的发射峰均优于汕优63，表明超高产杂交稻具有更强光能吸收能力，并且能够将所吸收的光能高效地应用于光合电子传递。 4．超高产杂交稻在苗期和分蘖期的净光合速率(Pn)都明显高于对照，可以为群体的扩大，后期的生长发育和高产奠定坚实的物质基础。 5．三个杂交稻品种抽穗期剑叶的净光合速率相差不大，但两优培九和华安3号具有较汕优63高得多的表观量子效率和羧化效率，即超高产杂交稻能够高效地利用光能和田间二氧化碳，首次提出对光能和二氧化碳的高效利用是两优培九和华安3号高产地重要原因。 在对杂交稻净光合速率日变化的研究中，发现超高产杂交稻两优培九和华安3号在午间强光条件下具有较对照汕优63更高的净光合速率，表明超高产杂交稻具有更强的抗光抑制能力，为了研究其光保护机理，进一步研究了杂交稻对光抑制的响应，结果表明： 1．超高产杂交稻两优培九和华安3号较对照品种汕优63具有更强的抗光抑制及 光保护能力，同时在光抑制结束后又能够更迅速地恢复光合功能，较强的抗 光扣J制能力和较高的恢复能力盯能是其高产的重要生理原因之一。 2．光抑制过程中超高产杂交稻叶黄素循环玉米黄素积累速率和积累量都明显高 于对照，并且在其后的恢复过程中其恢复速率和恢复程度也明显高于汕优 63。发现叶黄素循环的脱环化仆用在光抑制处理30min时即基本接近最大值， 并未随着光抑制的进一步加重而不断上升，认为叶黄素循环在杂交稻光保护 中的重要作用可能在于玉米黄素的快速积累对光保护作用的启动。 3．在对 fi然条件下光抑制的研究中，发现汕优 63比超高产杂交稻两优培九和华 安3号更容易受到午间光抑制的伤害。 4．午问光抑制条件－F，叶黄素循环的玉米黄素记）和环氧玉米黄素M）大量 积累，而叶黄素循环库则没有什么变化，认为是叶黄素循环脱环化组分A和 Z 的积累而不是叶黄素循环库对水稻在中午强光条件下的光保护起重要作 用。 5．在所研究水稻品种的午问光抑制实验中，叶绿素荧光的非光化学狩灭系数和 叶黄素循环的脱环化状态（DES）之间没有正比例关系，进一步推论，环式 电子传递可能在杂交稻的光保护中起重要作用。 6．对用不同试剂处理的杂交稻叶片进行光抑制处理，研究发现，ASA（VDE酶 底物，其含量可以有效地调节活性）处理对杂交稻的抗光抑制能力井没有带 来多大改善，而DTT（VDE酶的特异抑制剂）处理也没有使其光抑制大大加 重，而用DBMIB（环式电子传递抑制剂）处理则使杂交稻受到比对照强得多 的光抑制。对 qN解析的结果发现，强光下 qE并未上升，反而下降，而 qT 却在光抑制条件下表现出上升现象。这些实验结果首次阐明，叶黄素循环的 热耗散在杂交稻的光保护中不起关键作用，而环式电子传递则对于杂交稻的 光保护起至关重要的作用，其机理可能在于强光条件下环式磷酸化的加剧生 成大量ATP用于光破坏的修复作用，同时避免类囊体膜的过度酸化，从而导 致强光下 qN的下降。这也是光抑制条件下qE下降和 qT上升的原因所在。 此外，在研究中发现光抑制处理导致Chla／b比值的上升，并且提出，这种卜 升的原因可能在于强光条件下光合系统对LHCll需求减少从而导致对Chlb 且且 Z 需求减少最终使得部分Chlb向 Chla转化，这种转化

【关键词】：超高产杂交稻 光合作用 光抑制 衰老
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（植物研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：S511
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