高温胁迫对玉米光合作用的影响

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   研究了玉米在高温胁迫下叶片内叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素等生理指标的变化情况。结果表明,高温胁迫下酶的活性降低,同时叶绿素的生成受抑制,因此,在高温胁迫下会导致叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量含量下降,且随着胁迫时间的增加这种变化愈加明显;伴随胁迫温度的升高,玉米叶片中的类胡萝卜素随着时间的延长而呈总体下降的趋势,当温度超过4 ℃时,下降趋势最为显著。 
  关键词高温胁迫;玉米;生理指标 
  随着近年来温室效应的影响,气候出现了较大的波动,直接影响作物的生长,影响人类的生存。尤其是夏季高温,对绿色植物影响较大,长时间的高温胁迫会影响植物的形态、生理结构,以及植物的细胞内光合作用。 
  玉米(Zea mays)作为一种常见的C4粮食作物,饲料和工业原料的植物,具有生产成本较低、生产潜力较大、高产稳产、经济效益高的特点。玉米是一种喜温作物,温度对其生长发育以及生理起着重作用。适宜的温度可以促进玉米的正常生产,但如果温度超过适宜范围,高温的胁迫会成为其新陈代谢、光合作用的障碍。因此,玉米在高温胁迫下细胞内光合叶绿素、类胡萝卜素含量的变化,可以作为衡量玉米受到高温胁迫后生长发育情况的重指标。本研究从生理指标的角度对细胞内叶绿素、类胡萝卜素含量进行研究,为玉米在高温胁迫下高产稳产供理论依据。 
  1 材料和方法 
  1.1 试验材料 
  选择玉米品种为农大18,由中国农业大学选育,全国审定。株高26 cm左右,穗位高15 cm左右,叶片数22~23片,穗位以上叶片上冲,以下平展,属半紧凑型。果穗长筒形,穗长2 cm左右,子粒黄色,半马齿型,千粒质量3~5 g。生育期春播13 d左右,根系发达,抗旱、抗倒、耐涝。 
  1.2 试验设计 
  试验从213年4月开始。选取生长健康、植株高度一致、无病虫害的幼苗,移栽于1 cm×1 cm的盆内,进行正常的水肥管理措施。经过45 d的培育。5月上旬,选取植株生长一致的玉米盆栽幼苗,设计温度以 5 ℃为梯度,共4种温度处理25,3,35,4 ℃。放在不同温度的人工气候箱里,每个温度处理2株幼苗,进行3次重复,其中以25 ℃的处理作为对照组CK。每种温度处理分别进行12,24,36,48,6,72 h的时间处理。 
  1.3 测定项目和方法 
  测定不同温度不同时间处理下玉米叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量等相关指标。 
  叶绿素含量采用紫外分光光度法,取处理后的玉米叶片,洗叶、剪碎后称出.2 g,放入15 mL小试管内。配制丙酮8%与无水乙醇1∶1即8 mL与1 mL加2 mL水至2 mL,移出3 mL加入放有叶片的小试管内,塑封。将小试管避光静置一天后,叶片白色。拿出放入分光分度计进行比色,在47,649,665 nm处测出数值。 
  2 结果与分析 
  2.1 高温胁迫对玉米叶片内叶绿素a含量的影响 
  叶绿素是光能吸收和转换的原初物质,在受到高温胁迫后,植物内叶绿素会加剧降解过程,同时抑制叶绿素的合成。 
  随着温度不断升高,玉米叶片中叶绿素a含量的总体变化呈现逐渐减少的趋势。胁迫温度越高,玉米叶片中叶绿素a的含量就越少(图1)。 
  相对于25 ℃对照组,在 3 ℃高温处理时,玉米叶片的叶绿素a含量在胁迫72 h后比3 ℃胁迫初期下降了5.2%;在35 ℃高温处理时,叶片内的叶绿素a含量在36 h后比35 ℃胁迫初期下降了1.8%,处理72 h后比35 ℃胁迫初期下降了13.7%;在4 ℃高温处理时,叶片内的叶绿素a下降趋势最显著,36 h后比4 ℃胁迫初期下降了14.3%,72 h后比4 ℃胁迫初期下降了18.2%。 
  2.2 高温胁迫对玉米叶片内叶绿素b含量的影响 
  随着温度不断升高,玉米叶片中叶绿素b含量的总体变化呈下降趋势。伴随胁迫温度的增高,玉米叶片中的叶绿素b含量逐渐减少(图2)。 
  相对于25 ℃对照组,在3 ℃高温处理时,玉米叶片的叶绿素b含量在胁迫72 h后比3 ℃胁迫初期下降了4.3%;在35 ℃高温处理时,叶片内的叶绿素b含量在处理36 h后比35 ℃胁迫初期下降了9.7%,处理72 h后比35 ℃胁迫初期下降了14.2%;在4 ℃的高温处理时,叶片内的叶绿素b含量下降趋势最显著,36 h后比4 ℃胁迫初期下降了12.9%,72 h后比4 ℃胁迫初期下降了17.8%。 
  2.3 高温胁迫对玉米叶片内叶绿素总量的影响 
  随着温度的不断升高,玉米叶片中叶绿素总体呈现出逐渐减少的趋势。胁迫温度越高,玉米叶片中的叶绿素含量越少。当温度胁迫超过35 ℃时,玉米叶片内的叶绿素总量低于.3 mg·g-1(图3)。 
  在3 ℃高温处理时,玉米叶片的叶绿素总量在胁迫72 h后比3 ℃胁迫初期下降了5%;在35 ℃高温处理时,叶片内的叶绿素总量在处理36 h后比35 ℃胁迫初期下降了11.1%,处理72 h后比35 ℃胁迫初期下降了14.2%;在4 ℃高温处理时,叶片内的叶绿素总量下降趋势最显著,36 h后比4 ℃胁迫初期下降了13.7%,72 h后比4 ℃胁迫初期下降了17.9%。 
  2.4 高温胁迫对玉米叶片内类胡萝卜素含量的影响 
  类胡萝卜素含量的变化可以反映高温对植物的伤害程度。从图4中可知,随着温度的不断升高,玉米叶片中的类胡萝卜素含量减小,且温度越高,玉米叶片中的类胡萝卜素含量越少。 
  在3 ℃高温处理时,玉米叶片的类胡萝卜素含量在胁迫72 h后比3 ℃胁迫初期下降了8.9%;在35 ℃高温处理时,叶片内的类胡萝卜素含量在处理36 h后比35 ℃胁迫初期下降了7.5%,处理72 h后比35 ℃胁迫初期下降了11.6%;在4 ℃高温处理时,叶片内的类胡萝卜素含量下降趋势明显,36 h后比4 ℃胁迫初期下降了12.1%,72 h后比4 ℃胁迫初期下降了14.%。由此可以看出,4 ℃高温胁迫下类胡萝卜素含量的下降尤为明显。
  3 结 论 
  植物在高温胁迫下,叶片内叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量皆会随着胁迫温度和时间的增加而减小。光合作用过程中,绝大部分都有酶参与合成植物体内叶绿素的生物过程,高温胁迫下酶的活性降低的同时抑制叶绿素的生成。随着胁迫时间的延长,叶片内叶绿素总量呈下降趋势。 
  植物在高温胁迫下,玉米叶片中的类胡萝卜素含量随温度增高而下降,且温度越高,玉米叶片中的类胡萝卜素含量越少。4 ℃高温胁迫下,随着胁迫时间的延长,植物体大量消耗类胡萝卜素以此来减少氧自由基,玉米叶片中的类胡萝卜素随着时间的延长而呈总体下降的趋势。 
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