生长温度对烟草光合作用和光呼吸的影响

	生长温度对烟草光合作用和光呼吸的影响
	张伟
导师	胡虹
学位专业	生物工程
关键词	温度烟草光呼吸电子流
摘要	光合作用是植物获取太阳能的过程和生长的基础，而光合作用过程往往伴随光呼吸的发生。光呼吸是植物在光下吸收 O2 并放出 CO2 的过程。在光呼吸的代谢途径里，O2替代 CO2与 1，5-二磷酸核酮糖（RuBP）结合生成乙醇酸，并经过一系列反应将乙醇酸氧化生成甘油酸-3-磷酸，进入卡尔文循环。光呼吸在被发现后相当长一段时间内被认为是一个单纯消耗能量的过程，后来的研究表明在高光和低 CO2 浓度条件下，光呼吸是维持 C3 植物碳同化和缓解光损伤的重要机制，但目前对于光合作用与光呼吸的关系以及生长温度对光呼吸的影响还缺乏研究。本研究以烟草 Nicotiana tabacum 为实验材料，通过大田实验和温度控制实验相结合，利用气体交换和叶绿素荧光同步测量的方法，试图了解生长温度对烟草光合作用和光呼吸影响。研究发现： 1．在弱光下，烟草叶片光系统Ⅱ的最大量子效率(Fv'/Fm')，光系统Ⅱ的实际量子效率(ΦPSⅡ)、光化学淬灭系数(qP)、总电子传递速率(JT) 在郑州、遵义、江川三地的差异不显著，但在强光下，郑州烟草叶片四个参数高于江川和遵义。在任意光强下，遵义和江川的这四个参数都没有显著差异。从这些结果看，在生长温度最高的郑州，烟草在高光下表现出更高的光化学效率和更高的电子传递速率。但从气体交换的数据看，郑州烟草叶片没有表现出相应更高的碳同化速率。为了认识产生这些差异的原因，烟草叶片光合传递的电子流被分为两部分：用于RuBP 羧化的电子传递 JC 和用于 RuBP 氧化的电子传递 JO。发现在任意光强任意胞间 CO2 浓度 (Ci) 下，郑州烟草叶片有更多的电子流被用于光呼吸，但是用于RuBP 羧化的电子流 JC 在三地间无明显差异，这解释了为何郑州叶片并没有表现出更高的碳同化速率。 2．在自然环境下，强光、干旱、高温等多种环境因子可以导致光呼吸增强，根据实验条件和当地气候资料，强光，干旱等条件不存在，但是郑州温度在三个地点间最高，因此我们推测高温是导致郑州烟草光呼吸升高的主要环境因素，光呼吸的增高可能在高温地区正午强光下部分耗散因气孔关闭而导致的过剩光能，降低光抑制风险。 3．在控制实验中，低温下生长的植株具有最小的单叶面积、总叶面积和生物量。在叶片发育初期，低温下的叶片碳同化速率和高温下的相比没有差异，到发育后期，低温下叶片的碳同化速率下降较快，而中温和高温下生长的叶片仍能维持较高的碳同化速率。因此我们推断低温下植株生物量偏低的一个重要原因是叶片的光合寿命较中温和高温的短。低温下生长的叶片有较多的过剩光能，这可能导致叶片内大量生成活性氧从而损害光合机构和加速衰老。 4．在人工气候室内，高温生长的烟草并没有像大田实验那样表现出较高的光呼吸速率。控制实验中，所有温度处理下的气孔导度日变化均为单峰曲线，没有明显的“光合午休”现象。三个温度处理的叶片气孔导度均较高，高温下生长的叶片具有最大的气孔导度。我们推断烟草植株生长在一个相对恒温、水分和养分供应充足的环境，高光呼吸速率已经失去了它的适应意义。因此我们得出结论：水分和养分供应不受限的情况下，单纯的高温因素(32℃)不会导致烟草光呼吸速率的增加，但不排除更高的温度会改变这个结论。 5．无论在品种间、不同的生长温度还是不同的叶片发育阶段，光呼吸速率和碳同化速率、总电子传递速率都呈显著正相关，说明光呼吸是维持 PSⅡ电子流和 CO2同化的重要机制。
语种	中文
	2013-05
学位授予单位	中国科学院大学
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/25589
专题	昆明植物所硕博研究生毕业学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	张伟. 生长温度对烟草光合作用和光呼吸的影响[D]. 北京. 中国科学院大学,2013.

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