植物弱光逆境生理研究综述

弱光是目前影响设施生产的重要不利环境因素之一。本文综述了弱光对植物生长发育和光合特性的影响及其信号转导途径,并在此基础上讨论了植物对弱光的适应途径和今后植物弱光逆境生理的研究方向。     

低温弱光对茄子幼苗光合特性的影响

以4～5叶的 二苠 茄幼苗为试材,研究了其在低温弱光 10℃/5℃昼/夜,光强60、120μmol·m-2·s-1 胁迫7d并恢复7d后的光合特性变化.结果表明,低温弱光胁迫后茄子幼苗的净光合速率、气孔导度和叶绿素含量显著降低;光补偿点、光饱和点、光饱和时的Pn、表观量子产额降低;CO2补偿点升高,CO2饱和点、CO2饱和时的Pn、光合能力、CO2羧化效率降低;以低温下较强光照时 120μmol·m-2·s-1 的变化幅度较大;恢复7d后各项指标仍然不能恢复到对照水平.试验条件已对茄子幼苗叶片光合机构的结构和活性造成了不可恢复的伤害.     

弱光下不同水深对长喙毛茛泽泻生长及生理特性的影响

在人工气候箱内,通过设置不同水深梯度(0 cm;3 cm;6 cm)和光照强度(标准光照:400μmol m~(-2) s~(-1);低光照:240μmol m~(-2) s~(-1)),对长喙毛茛泽泻生物量、叶型特征和生理特征的影响,探讨长喙毛茛泽泻对不同水深和光照强度的适应性以及其濒危原因。结果表明:在同一光照强度下长喙毛茛泽泻叶生物量、茎生物量、根生物量、总生物量、叶宽、叶面积、过氧化物酶(POD)活性、可溶性蛋白和可溶性糖都随水深的增加呈先升高后降低的趋势;丙二醛(MDA)随水深的增加呈先降低后升高的趋势;叶柄长度与水深呈正相关;脯氨酸含量与水深呈负相关。在同一水深条件下,光照强度的降低显著降低了叶生物量、茎生物量、总生物量、过氧化物酶(POD)活性、可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸的含量。由此可知,水深的变化和光照不足都将导致长喙毛茛泽泻生长减弱,且长喙毛茛泽泻对这些不利条件的适应能力较弱。剧烈的水深变化和上层植物的荫蔽可能是导致其濒危的重要原因。     

不同播期和抽穗期弱光胁迫对杂交稻生理性状及产量的影响

以耐阴性中等的杂交稻川香9838为材料,研究不同播期和抽穗期弱光胁迫对杂交稻抽穗期光合特征、渗透调节物质、保护性酶活性和产量的影响.结果表明:不同播期和抽穗期弱光胁迫对水稻抽穗期干物质积累、剑叶光合速率、抗氧化酶活性和产量均有显著影响.随播期的推迟,全生育期明显缩短,稻谷产量呈不同程度的下降趋势.与对照相比,抽穗期轻度弱光胁迫(遮光20％)能缓解水稻生育过程中面临的高温及强光照危害,进而能缓解剑叶光合速率和抽穗期干物质累积的降低,调节抗氧化酶活性,适度提高结实率;而抽穗期中度(遮光40％)、重度(遮光60％)弱光胁迫均不利于水稻生长.剑叶光合速率、丙二醛含量和超氧化物歧化酶活性对播期和抽穗期弱光胁迫较为敏感.水稻始穗1 ～5d剑叶光合速率与稻谷产量和抽穗后干物质积累量显著相关.     

低温弱光对以色列番茄幼苗生长及生理指标的影响

用以色列引进品种F-044和安徽省地区主栽品种皖红3号番茄为材料,研究在不同低温(10℃/5℃)弱光(60μm ol.m-2.s-1)处理下及恢复过程中,番茄幼苗生长及生理指标的变化。结果表明:各处理指标变化趋势相同;10℃低温弱光处理后,番茄幼苗生长势、叶片叶绿素含量及超氧物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性下降,而过氧化物酶(POD)活性、丙二酶(MDA)含量,根冠比上升。各指标在恢复期内均能恢复到对照水平;5℃低温弱光胁迫后,F-044仅地上部分干物质积累受胁迫影响,根冠比上升了14.97%,而皖红3号因地下干物质积累减少显著,根冠比则下降了27.74%;各处理下F-044的各项指标变化、恢复情况均显著好于皖红3号,低温弱光耐性强于皖红3号。     

接种AMF对弱光环境及盐胁迫下甜瓜光合特性的影响

以甜瓜(Cucumis melo L.)品种"中蜜3号"为试材,摩西球囊霉菌(Glmous mosseae,GM)为供试菌种,采用温室盆栽试验研究了丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)对弱光及盐胁迫下甜瓜幼苗叶绿素含量、光合气体交换参数、叶绿素荧光参数和光响应曲线的影响。结果表明:弱光及盐胁迫下接种AMF可显著增强甜瓜幼苗叶绿素含量、净光合速率(P_n)、光合电子传递速率(ETR)、水分利用率(WUE)和气孔限制因子(L_s);气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、胞间CO_2浓度(C_i)则随胁迫时间延长不断增强;光化学猝灭系数(qP)与实际光化学效率(Φ_(PSⅡ))变化趋势基本一致且均显著高于未接菌处理;接种AMF显著增强了最大光化学效率(F_v/F_m),但处理之间差异不显著;并进一步提高了宿主的最大羧化速率(A_(max))、光饱和点(LSP)和表观量子效率(AQE),降低了光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(R_d)。研究发现,AMF可通过改善叶绿素荧光、气体交换参数和光响应参数来减轻弱光及盐胁迫对植株造成的伤害,从而提高甜瓜对弱光及盐胁迫的耐性。     

四种豆科作物的光合生理和生长发育对弱光的响应

为了确定豆科作物作为林果行间套种作物的适宜性, 于2014年通过田间试验和盆栽试验对4种豆科作物的耐阴能力及其光合生理进行了研究。测定全光和弱光处理(全光的48%)下豆科作物在初花期的叶片光合特征参数、光合色素含量与核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(RuBPCase)活性, 监测其生长发育对弱光的响应。结果表明: 弱光使供试作物的最大净光合速率、光饱和点、光补偿点、表观量子效率和暗呼吸速率不同程度地向耐阴植物变化; 弱光还使供试作物的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、瞬时水分利用效率和RuBPCase活性不同程度地下降, 而胞间CO₂浓度显著上升; 遮阴后, 乌豇豆(Vigna cylindrica)和绿豆(Vigna radiata)的叶绿素(Chl) a和Chl b含量显著增加, Chl a/b值显著降低, 大猪屎豆(Crotalaria assamica)和望江南(Senna occidentalis)的光合色素含量也有不同程度的变化; 弱光使供试作物茎变细, 侧枝数减少, 生物量和干物质积累效率降低, 根冠比降低, 根瘤量减少, 叶片变小变薄, 叶片数减少, 叶面积指数降低; 弱光胁迫下, 大猪屎豆不开花, 望江南只开花不结实, 而绿豆和乌豇豆开花数减少, 花期缩短, 种子产量显著降低。根据供试作物的光合特性和生长发育对弱光的响应, 得出它们的耐阴能力排序是: 乌豇豆>绿豆>望江南>大猪屎豆, 其中乌豇豆和绿豆适宜与林果套种, 而望江南和大猪屎豆不适宜套种。     

两种绣线菊耐弱光能力的光合适应性

研究彩色叶花灌木金山绣线菊(Spiraea bunmalba‘Goldmound’)、金焰绣线菊(Spiraea bunmalba‘Goldflame’)对弱光胁迫的光合适应能力,分析其弱光处理及恢复过程中光合特性的变化,探讨其对弱光环境的光合生理适应性变化,为绣线菊在城市园林不同光照环境中得到科学应用提供参考.2种绣线菊具明显光合日变化规律,光强为自然光照60％-65％、40％-45％时光合速率日变化为双峰型曲线,第1峰值高于第2峰值,有明显光合“午休”现象,光强为自然光照20％-25％时光合速率日变化为单峰型曲线,无明显光合“午休”现象;2种绣线菊最大净光合速率、光补偿点、光饱和点、最大表观量子效率和暗呼吸速率随处理光强减弱而减小;叶绿素(a+b)、类胡萝卜素含量随处理光强减弱而增加,叶绿素a/b值随处理光强减弱而降低;随处理光强减弱2种绣线菊叶片变薄,上、下表皮细胞变小,栅栏组织、海绵组织厚度变薄,海绵组织细胞间隙变大,2者比值减小;2种绣线菊弱光胁迫均产生低分子量(45.0-66.2 kDa)特异表达蛋白,推测为弱光胁迫诱导蛋白.2种绣线菊经60％-65％、40％-45％弱光处理后具一定恢复能力,光强仅为自然光照20％-25％处理时其恢复能力较弱.栅栏组织与海绵组织厚度比值、叶绿素a/b值和最大净光合速率是评价2种绣线菊耐弱光能力的重要指标,叶绿素a/b值与耐弱光能力显著负相关,栅栏组织与海绵组织厚度比值、最大净光合速率与耐弱光能力显著正相关,2种绣线菊耐弱光能力按隶属函数值排序为金焰绣线菊＞金山绣线菊.     

濒危植物长叶红砂适应盐胁迫的生理生化机制研究

以濒危盐生植物长叶红砂(Reaumuria trigyna)幼苗为材料,研究了不同浓度NaCl溶液(0、100、200、300和400mmol/L)处理30d对其生长和生理生化指标的影响,以分析长叶红砂的耐盐生理机制。结果表明:(1)100和200mmol/L NaCl处理时,长叶红砂鲜重和干重均显著增加,但随着盐浓度继续增加,长叶红砂幼苗生长受到抑制,且地上部受到的抑制大于根部,显示长叶红砂适宜生长的NaCl浓度是200mmol/L。(2)随NaCl胁迫浓度的升高,长叶红砂的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)呈下降趋势,胞间CO2浓度(Ci)呈上升趋势,说明光合速率的下降使利用CO2的能力下降,胞间积累了大量的CO2,且盐处理浓度越高量越大。(3)随NaCl胁迫浓度的升高,长叶红砂幼苗Na+、Cl-含量增加,可溶性糖、脯氨酸、游离氨基酸及可溶性蛋白等有机渗透调节物质的合成增加。研究认为,长叶红砂是通过调节叶片Na+、Cl-以及有机渗透调节物质含量来提高其耐盐能力。     

低温弱光对辣椒幼苗光合特性与光合作用启动时间的影响

以辣椒(Capsicum annuumL.)幼苗为试材,研究了偏低温弱光(19℃/12℃昼/夜,90μmol?m-2?s-1)和临界低温弱光(15℃/8℃昼/夜,90μmol?m-2?s-1)胁迫10 d后的光合特性与光合作用启动时间的变化.结果表明:无论是在偏低温弱光还是在临界低温弱光下,辣椒幼苗的光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、光饱和时的光合速率(Amax)和表观量子产额(AOY)下降;CO2补偿点(CCP)升高,而CO2饱和点(CSP)、CO2饱和时的光合速率(Amax)以及羧化效率(CE)下降;温度补偿点(TCP)降低;光合作用启动时间(STP)延长.在偏低温弱光下,辣椒幼苗有着更高的光与CO2利用能力和利用效率,光合作用启动时间较短,但温度补偿点较高.     

多倍体植物抗逆性研究进展

许多逆境能诱导多倍体植物发生,并可能作为筛选压力推动多倍体的形成。多倍体植物具有细胞、器官巨大化的特点,但株型不一定巨大化。在几种主要逆境条件下(如低温、高温、干旱、盐碱、病害等),多倍体植物抗逆性往往增强。多倍体植物主要通过调整细胞大小和结构、调节生物膜系统、提高渗透调节物质含量、增强抗氧化系统活性、增加基因表达和通过表观遗传变化来增强抗逆性,但也有研究显示多倍体植物的抗逆性降低。多倍体植物的抗逆性还需要更深入和细致研究,才能阐明抗逆机理。该文对近年来国内外有关多倍体植物的形成、特征、抗逆性表现及其调控机制等方面的研究进展进行综述。     

超弱发光技术在植物逆境生理研究中的应用

文章介绍超弱发光的检测原理和方法,以及这项技术在植物遭受干旱、温度、盐及金属离子胁迫和衰老过程中自发的超弱发光及其生理机制研究中的应用进展,并指出了这一技术在植物逆境生理研究中存在的问题和今后的研究思路。     

植物光胁迫研究中的几个问题

结合作者的研究工作简要讨论了植物光胁迫研究中关于光合作用的光抑制、光合机构的光破坏和光破坏防御等几个问题.     

植物响应盐胁迫组学研究进展

盐胁迫对植物生长的影响主要表现在离子毒害、渗透胁迫以及次级氧化胁迫等,植物遭受盐胁迫时迅速启动相关基因,进行转录调控,进而合成相应蛋白质来控制代谢物合成和离子转运以调节渗透平衡。随着现代分子生物学迅速发展,对植物耐盐机理研究也深入到了转录组、蛋白质组、代谢组及离子组等水平,"组学"研究为耐盐基因鉴定及标志性代谢物的挖掘等提供了有力手段。该文对近年来国内外有关转录组学、蛋白质组学、代谢组学、离子组学的主要研究方法及在盐胁迫中的应用研究进展进行综述,以揭示植物耐盐机理,为优良耐盐碱植物的筛选与培育提供支持。     

非生物胁迫下植物表观遗传变异的研究进展

植物在整个生命过程中固着生长,不能主动躲避外界不良环境的危害,需要通过自身的防御机制来抵御和适应外界胁迫,而表观遗传修饰在调控植物应对不良环境胁迫中起重要作用。该文从DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA等方面进行了综述,主要阐述了近年来国内外有关非生物胁迫下植物的表观遗传变化,以期为利用表观遗传变异提高植物的抗胁迫能力提供参考。     

Water Stress in Plants

The abscisic acid (ABA) content was determined quantitatively in the leaves from wilted and unwilted tomato plants (Lycopersicon esculentum Mill. CV. Revermun) by the use of the wheat coleoptile test and gas-liquid chromatography (GLC). Plants which have received an insufficient daily water supply for 18 days showed adaptation to wilting conditions. The plants adjust to the added amount of water by regulating their water loss through transpiration. The concentration of ABA was not higher in the leaves of plants adapted to water stress than in plants that were watered abundantly. Wilted detached leaves and leaves from rapidly wilted intact plants showed the well-known reaction by increasing the ABA level. A possible role of ABA in the early stages of the adaptation process is discussed.