中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (21): 4205-4220.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.21.004
郭娅(), 任昊, 王洪章, 张吉旺, 赵斌, 任佰朝, 刘鹏(
)
收稿日期:
2024-03-13
接受日期:
2024-09-18
出版日期:
2024-11-01
发布日期:
2024-11-10
通信作者:
联系方式:
郭娅,E-mail:gyy062629@163.com。
基金资助:
GUO Ya(), REN Hao, WANG HongZhang, ZHANG JiWang, ZHAO Bin, REN BaiZhao, LIU Peng(
)
Received:
2024-03-13
Accepted:
2024-09-18
Published:
2024-11-01
Online:
2024-11-10
摘要:
【目的】探究高温干旱复合胁迫降低玉米光合作用的深层次原因,为缓解高温干旱复合胁迫提供理论依据。【方法】选用登海605为试验材料,设置2个温度水平,分别为正常温度对照(昼(8:00-18:00)/夜(18:00-次日8:00)为30 ℃/22 ℃)和高温处理(昼/夜温度为38 ℃/28 ℃);2种水分条件,分别为正常供水对照(土壤含水量为田间持水量的70%-80%)和干旱处理(土壤含水量设置为田间持水量的50%-60%)。试验共4个处理,分别为对照(CK)、高温胁迫(H)、干旱胁迫(D)、高温干旱复合胁迫(HD),于开花期(VT)开始处理,分析不同胁迫处理下叶片气体交换参数、PSⅡ性能、光合关键酶活性、植株干物质积累及籽粒产量的变化。【结果】高温、干旱及复合胁迫均导致叶片叶绿素荧光参数FK占振幅F0-FJ的比例(WK)、FJ占振幅F0-FP的比例(VJ)升高,损伤PSⅡ供体侧与受体侧,与对照相比,PSⅡ最大光化学效率(φP0)、捕获的激子将电子传递到电子传递链中超过QA的其他电子受体的概率(Ψ0)、用于电子传递的量子产额(φE0)、用于热耗散的量子比率(φD0)、用于还原PSⅠ受体侧末端电子受体的量子产额(φR0)、以吸收光能为基础的性能指数(PIABS)显著降低,抑制光能的吸收与传递;单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)、捕获的用于还原QA的能量(TR0/RC)及耗散的能量(DI0/RC)显著增加,而用于电子传递的能量(ET0/RC)显著降低,影响反应中心能量分配,降低PSⅡ活性反应中心数目,抑制PSⅡ性能。其中复合胁迫通过损伤供体侧和受体侧及活性反应中心加剧对PSⅡ性能的抑制。同时1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)活性降低,抑制光合碳同化。高温、干旱及复合胁迫通过降低PSⅡ性能及光合关键酶活性来降低净光合速率,与对照相比,VT+5 d净光合速率分别降低14.6%、31.4%、39.9%。光合速率降低抑制干物质积累及其向籽粒的转运,高温、干旱及复合胁迫下籽粒产量分别较对照降低80.3%、27.1%、84.0%。【结论】高温干旱复合胁迫主要通过抑制叶片PSⅡ性能来降低净光合速率,阻碍干物质积累,降低籽粒产量。复合胁迫对PSⅡ性能及籽粒产量的影响大于高温、干旱单一胁迫。
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图2
高温、干旱及其复合胁迫对穗位叶气体交换参数的影响 (a)、(b):净光合速率(Pn) Net photosynthetic rate;(c)、(d):气孔导度(Gs) Stomatal conductance;(e)、(f):胞间CO2浓度(Ci) Intercellular CO2 concentration;H*D:高温胁迫和干旱胁迫的交互效应 Interaction effect of high temperature stress and drought stress 图中柱体上方的不同小写字母表示同一生育时期处理间在P<0.05水平差异显著 Different lowercase letters above the columns in the figure indicated that there was significant difference among treatments at same growing stage at P<0.05。下同 The same as below"
图3
高温、干旱及其复合胁迫对穗位叶片PSⅡ相对可变荧光强度(Vt)和相对可变荧光强度差值(ΔVt)的影响 (a)、(b):叶绿素相对可变荧光强度(Vt) Chlorophyll a relative variable fluorescence intensity;(c)、(d):相对可变荧光强度差值(△Vt) The difference of relative variable fluorescence intensity。K相表示300 μs时的荧光,J相表示2 ms时的荧光,I相表示30 ms时的荧光,P相表示0.3—2 s时的荧光 The K phase represents the fluorescence at 300 μs, the J phase represents the fluorescence at 2 ms, the I phase represents the fluorescence at 30 ms, and the P phase represents the fluorescence at 0.3 to 2 s"
图4
高温、干旱及其复合胁迫对PSⅡ反应中心能量分配的影响 (a):单位反应中心吸收的光能(ABS/RC) Absorbed photon flux per active PSII;(b):单位反应中心耗散掉的能量(DI0/RC) Dissipated energy flux per active PSII;(c):单位反应中心捕获的用于还原QA的能量(TR0/RC) Trapped energy flux per active PSII;(d):单位反应中心捕获的用于电子传递的能量(ET0/RC) Electron flux from QA‒ to the PQ pool per active PSII"
图6
高温、干旱及其复合胁迫对叶片PSⅡ性能的影响 (a):最大光化学效率(φP0) Maximum quantum yield for primary photochemistry;(b):捕获的激子将电子传递到电子传递链中超过QA的其他电子受体的概率(Ψ0) The probability of captured excitons transferring electrons to other electron acceptors in the electron transfer chain beyond QA;(c):用于电子传递的量子产额(φE0) Quantum yield for electron transport;(d):用于热耗散的量子比率(t=0时)(φD0) Quantum yield (at t = 0) of energy dissipation;(e):用于还原PSⅠ受体侧末端电子受体的量子产额(φR0) Quantum yield for reduction of the end electron acceptors at the PSI acceptor side;(f):以吸收光能为基础的性能指数(PIABS) Performance index based on absorption of light energy;(g):PSⅡ活性反应中心数量(QA-reducing centers) The number of PSII active RCs"
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