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根际低氧对网纹甜瓜光合作用和叶绿体Mg~(2+)-ATPase的影响

刘义玲  李天来  孙周平  陈亚东  夏立娜  
【摘要】:O_2是呼吸作用电子传递链的末端电子受体,驱动ATP和NADP的合成,维持细胞生长所需的还原力,构成整个植物体生命代谢的核心。植物根系由于土壤淹水、水培中营养液溶氧浓度低、消耗快或基质培根垫的形成导致通气不良等而形成根际低氧逆境,影响植物正常生理代谢和生长发育。国内外学者就低氧胁迫对植物的伤害及植物在形态、结构、代谢等方面对低氧胁迫的适应进行了广泛深入的研究(郭世荣,1997;Jackson and Ricard,2003;高洪波等,2004;Hubert,2005;孙艳军等,2006)。但大多研究均在苗期进行,对整个生长发育周期内研究少见报道。网纹甜瓜是设施栽培的主要作物,经济效益十分可观,但由于对根际低氧逆境敏感,使网纹甜瓜大面积推广受到限制。本试验于2007年4~7月,2007年8~11月分两茬在沈阳农业大学辽沈Ⅰ型日光温室内,利用气雾法栽培方法,用自主设计制作的根际气体环境研究系统,研究了顶峰三号网纹甜瓜(Cucumis melon L.)从雌花开放当天到果实成熟期间根际经历21%O_2(对照)、10%O_2、5%O_2处理后叶片光合色素含量、光合参数、叶绿素荧光参数及叶绿体Mg~(2+)-ATPase变化。旨在探讨根际低氧对网纹甜瓜果实发育期间的生理伤害,为网纹甜瓜设施栽培方式的改进提供试验依据。结果表明:低氧处理后网纹甜瓜叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b、类胡萝卜素含量均低于对照(21%O_2)处理。低氧处理10d,10%O_2处理叶绿素a含量与对照相比变化不明显,5%O_2处理比对照低15.47%,处理20d时,10%O_2处理和5%O_2处理分别比对照低6.82%和18.19%。处理30d时,10%和5%O_2处理明显低于对照,分别比对照低16.57%、26.69%。叶绿素b含量三个处理变化趋势相近,处理30d时10%和5%O_2处理分别比对照低16.13%和30.56%,叶绿素a+b变化趋势同叶绿素a,类胡萝卜素含量在处理10d时几乎没有差异,随着处理时间延长,10%和5%O_2处理明显低于对照。处理30d时,分别比对照低16.55%和30.77%。根际低氧处理使网纹甜瓜净光合速率、气孔导度、胞间CO_2浓度、蒸腾速率、水分利用效率均下降,而气孔限制值增加。处理10d时,10%O_2和5%O_2处理分别比对照低6.04%和28.19%。处理20d时,10%O_2和5%O_2处理分别比对照低7.4%和31.85%。处理30d时,10%O_2处理比对照低11.18%、5%O_2处理比对照低30.92%。气孔导度处理10d时,10%O_2和5%O_2处理分别比对照低22.22%和38.89%,处理20d时,10%O_2和5%O_2分别比对照低40%和48%,处理30d时,10%O_2和5%O_2分别比对照低27.78%和44.44%。胞间CO_2浓度处理20d时10%、5%O_2处理显著低于对照18.5%和27.25%。处理30d时10%比对照低24.63%,5%比对照低32.64%。气孔限制值,先降低后升高,处理20d时10%O_2和5%O_2处理分别比对照高32.35%和47.06%,处理30d时,10%O_2和5%O_2分别比对照高40%和56.67%。蒸腾速率10%、5%基本相近,处理30天时,5%比对照低14.82%。水分利用率,处理30d时,10%O_2处理比对照低24.85%、5%O_2处理比对照低35.76%。光系统Ⅱ最大光化学效率(F_v/F_m)10%O_2和5%O_2处理均明显低于对照。叶绿体中Mg~(2+)-ATPase含量处理10d时显著低于对照,(P0.01)处理20d时,10%处理与对照相比没达到显著水平,比对照低23.76%,5%浓度处理极显著低干对照,比对照低26.61%,到处理30d时,5%O_2处理和10%处理分别比对照低33.94%和16.59%。说明根际低氧不仅抑制地下部的生长,而且抑制地上部的发育,10%根际低氧处理就使网纹甜瓜植株叶片光合色素含量降低,光合作用下降,叶绿体中Mg~(2+)- ATPase含量降低。

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