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CO_2升高和短期高温胁迫对玉米幼苗生理生化指标的影响

曲明南  
【摘要】:为了深入系统地研究C02浓度升高条件下,短暂高温对玉米苗期的光合生理生物化学影响,本课题在不同章节按以下思路展开:(1)确定引起光合作用呈现可逆性恢复而不影响叶片形态变化的高温阈值。同时确定高温胁迫处理时间;探讨生长期间的不同CO2浓度处理对玉米幼苗植物学性状和光合生理学的影响,以期了解玉米的哪些性状会对C02升高出现环境适应性反应;(2)提出假设,高温胁迫伴随饱和水汽压差的增加导致叶片蒸腾速率和气孔导度的降低,过量的蒸发降低水分利用效率可导致叶片干燥,进而C02有利于降低蒸腾和气孔导度,进而保持较高的叶片水分状态。(3)为了进一步分析C02对光合耐温性的影响,试验设置在室内和田间条件下,重点研究CO2升高是否会对高温处理的不同耐温性玉米品种光合生理和水分生理具有调节作用;高温下,光合速率的降低是否与光合酶活性、基因转录水平、细胞膜热稳定性和热激蛋白表达有关。(4)进一步分析细胞代谢物组分对高温胁迫的响应及CO2参与的条件作用。根据以上思路和研究方法,本课题主要的结论如下: (1)45℃高温是引起光合速率降低,并在24h期间出现明显恢复的最佳温度。结果也表明45℃高温胁迫15分钟会立即导致光合速率的降低,并在胁迫2小时后光合速率趋于平稳。本研究故选取2小时作为温度胁迫时间用于与CO2的互作研究。CO2升高对于根、茎和叶干重均无明显影响。但C02升高会增加玉米幼苗的叶面积,这在B76玉米品种中表现更为明显(升高28.8%)。SQ具有较快的生长速度。田间条件下,CO2升高有利于3个玉米品种的NADP-MDH酶活性升高。C02升高使B76和SQ的NADP-MDH酶活性分别升高了20%和31.6%。而CO2浓度升高会降低PEPCase的活性。 (2)CO2升高不会缓解热胁迫期间的叶片水分潜势来改善光合。热胁迫期间的不同CO2浓度对光合耐热性有显著影响,生长期间不同的CO2浓度处理对光合热耐性无显著影响。热胁迫处理消除CO2效应。当叶片温度恢复到35℃时,气孔导度和胞间CO2浓度相似或更高最初值。 (3)B76和B106在田间和室内条件下表现出相反的光合热耐性。室内条件下,B76表现出高度的耐热性。但在田间条件表现较差的光合热耐性。B106则相反。蒸腾速率和气孔导度不同生长环境下也表现相反的变化趋势。田间条件下,高温胁迫降低了叶片蒸腾和气孔导度。室内条件则相反。C02升高降低了B76的蒸腾速率和气孔导度,改善了叶片水分潜势,同时一定程度上改善了叶片光合热耐性。热胁迫处理诱导的B106叶片相对伤害均高于B76。表明B106具有较低细胞膜热稳定性。PEPC在酶活性和基因转录丰度方面均具有更好的高温耐性。热胁迫导致了所有热激蛋白基因表达的上调。而各个热激蛋白无C02效应。热胁迫所诱导的热激蛋白70表达丰度在SQ中达到250倍,比在同等条件下的B106高出66.7%。B76中,Hsp101和Hsp82的恢复动态与光合动态具有高度线性相关。 (4)在热胁迫下,总非结构性碳水化合物含量在所有玉米品种中降低。根据代谢分析结果表明C02富集增加了B76中25个代谢物成分。在2个C02处理下,丙酮酸和苹果酸受到热胁迫的最大影响,说明B76在热胁迫期间光合的降低可能与三羧酸循环进程被高温扰断有关。热胁迫诱导亮氨酸、甘氨酸、丝氨酸、脯氨酸、谷氨酸含量、葡萄糖和果糖的升高。热胁迫同时诱导了异亮氨酸、缬氨酸、天冬氨酸含量和淀粉的降低。


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