高溫脅迫對(duì)玉米光合作用的影響

郭文建　劉海

摘 要：研究了玉米在高溫脅迫下葉片內(nèi)葉綠素a、葉綠素b和類(lèi)胡蘿卜素等生理指標(biāo)的變化情況。結(jié)果表明，高溫脅迫下酶的活性降低，同時(shí)葉綠素的生成受抑制，因此，在高溫脅迫下會(huì)導(dǎo)致葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量含量下降，且隨著脅迫時(shí)間的增加這種變化愈加明顯；伴隨脅迫溫度的升高，玉米葉片中的類(lèi)胡蘿卜素隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而呈總體下降的趨勢(shì)，當(dāng)溫度超過(guò)40 ℃時(shí)，下降趨勢(shì)最為顯著。

關(guān)鍵詞：高溫脅迫；玉米；生理指標(biāo)

中圖分類(lèi)號(hào)：S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.04.023

隨著近年來(lái)溫室效應(yīng)的影響，氣候出現(xiàn)了較大的波動(dòng)，直接影響作物的生長(zhǎng)，影響人類(lèi)的生存。尤其是夏季高溫，對(duì)綠色植物影響較大，長(zhǎng)時(shí)間的高溫脅迫會(huì)影響植物的形態(tài)、生理結(jié)構(gòu)，以及植物的細(xì)胞內(nèi)光合作用。

玉米（Zea mays）作為一種常見(jiàn)的C4糧食作物，飼料和工業(yè)原料的植物，具有生產(chǎn)成本較低、生產(chǎn)潛力較大、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益高的特點(diǎn)。玉米是一種喜溫作物，溫度對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育以及生理起著重要作用。適宜的溫度可以促進(jìn)玉米的正常生產(chǎn)，但如果溫度超過(guò)適宜范圍，高溫的脅迫會(huì)成為其新陳代謝、光合作用的障礙。因此，玉米在高溫脅迫下細(xì)胞內(nèi)光合葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素含量的變化，可以作為衡量玉米受到高溫脅迫后生長(zhǎng)發(fā)育情況的重要指標(biāo)。本研究從生理指標(biāo)的角度對(duì)細(xì)胞內(nèi)葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素含量進(jìn)行研究，為玉米在高溫脅迫下高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

選擇玉米品種為農(nóng)大108，由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)選育，全國(guó)審定。株高260 cm左右，穗位高105 cm左右，葉片數(shù)22～23片，穗位以上葉片上沖，以下平展，屬半緊湊型。果穗長(zhǎng)筒形，穗長(zhǎng)20 cm左右，子粒黃色，半馬齒型，千粒質(zhì)量300～500 g。生育期春播130 d左右，根系發(fā)達(dá)，抗旱、抗倒、耐澇。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)從2013年4月開(kāi)始。選取生長(zhǎng)健康、植株高度一致、無(wú)病蟲(chóng)害的幼苗，移栽于10 cm×10 cm的盆內(nèi)，進(jìn)行正常的水肥管理措施。經(jīng)過(guò)45 d的培育。5月上旬，選取植株生長(zhǎng)一致的玉米盆栽幼苗，設(shè)計(jì)溫度以 5 ℃為梯度，共4種溫度處理：25，30，35，40 ℃。放在不同溫度的人工氣候箱里，每個(gè)溫度處理20株幼苗，進(jìn)行3次重復(fù)，其中以25 ℃的處理作為對(duì)照組CK。每種溫度處理分別進(jìn)行12，24，36，48，60，72 h的時(shí)間處理。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

測(cè)定不同溫度不同時(shí)間處理下玉米葉綠素a、葉綠素b和類(lèi)胡蘿卜素含量等相關(guān)指標(biāo)。

葉綠素含量采用紫外分光光度法，取處理后的玉米葉片，洗葉、剪碎后稱(chēng)出0.2 g，放入15 mL小試管內(nèi)。配制丙酮80%與無(wú)水乙醇1∶1即8 mL與10 mL加2 mL水至20 mL，移出3 mL加入放有葉片的小試管內(nèi)，塑封。將小試管避光靜置一天后，葉片白色。拿出放入分光分度計(jì)進(jìn)行比色，在470，649，665 nm處測(cè)出數(shù)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫對(duì)玉米葉片內(nèi)葉綠素a含量的影響

葉綠素是光能吸收和轉(zhuǎn)換的原初物質(zhì)，在受到高溫脅迫后，植物內(nèi)葉綠素會(huì)加劇降解過(guò)程，同時(shí)抑制葉綠素的合成。

隨著溫度不斷升高，玉米葉片中葉綠素a含量的總體變化呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)。脅迫溫度越高，玉米葉片中葉綠素a的含量就越少（圖1）。

相對(duì)于25 ℃對(duì)照組，在 30 ℃高溫處理時(shí)，玉米葉片的葉綠素a含量在脅迫72 h后比30 ℃脅迫初期下降了5.2%；在35 ℃高溫處理時(shí)，葉片內(nèi)的葉綠素a含量在36 h后比35 ℃脅迫初期下降了10.8%，處理72 h后比35 ℃脅迫初期下降了13.7%；在40 ℃高溫處理時(shí)，葉片內(nèi)的葉綠素a下降趨勢(shì)最顯著，36 h后比40 ℃脅迫初期下降了14.3%，72 h后比40 ℃脅迫初期下降了18.2%。

2.2 高溫脅迫對(duì)玉米葉片內(nèi)葉綠素b含量的影響

隨著溫度不斷升高，玉米葉片中葉綠素b含量的總體變化呈下降趨勢(shì)。伴隨脅迫溫度的增高，玉米葉片中的葉綠素b含量逐漸減少（圖2）。

相對(duì)于25 ℃對(duì)照組，在30 ℃高溫處理時(shí)，玉米葉片的葉綠素b含量在脅迫72 h后比30 ℃脅迫初期下降了4.3%；在35 ℃高溫處理時(shí)，葉片內(nèi)的葉綠素b含量在處理36 h后比35 ℃脅迫初期下降了9.7%，處理72 h后比35 ℃脅迫初期下降了14.2%；在40 ℃的高溫處理時(shí)，葉片內(nèi)的葉綠素b含量下降趨勢(shì)最顯著，36 h后比40 ℃脅迫初期下降了12.9%，72 h后比40 ℃脅迫初期下降了17.8%。

2.3 高溫脅迫對(duì)玉米葉片內(nèi)葉綠素總量的影響

隨著溫度的不斷升高，玉米葉片中葉綠素總體呈現(xiàn)出逐漸減少的趨勢(shì)。脅迫溫度越高，玉米葉片中的葉綠素含量越少。當(dāng)溫度脅迫超過(guò)35 ℃時(shí)，玉米葉片內(nèi)的葉綠素總量低于0.3 mg·g-1（圖3）。

在30 ℃高溫處理時(shí)，玉米葉片的葉綠素總量在脅迫72 h后比30 ℃脅迫初期下降了5%；在35 ℃高溫處理時(shí)，葉片內(nèi)的葉綠素總量在處理36 h后比35 ℃脅迫初期下降了11.1%，處理72 h后比35 ℃脅迫初期下降了14.2%；在40 ℃高溫處理時(shí)，葉片內(nèi)的葉綠素總量下降趨勢(shì)最顯著，36 h后比40 ℃脅迫初期下降了13.7%，72 h后比40 ℃脅迫初期下降了17.9%。

2.4 高溫脅迫對(duì)玉米葉片內(nèi)類(lèi)胡蘿卜素含量的影響

類(lèi)胡蘿卜素含量的變化可以反映高溫對(duì)植物的傷害程度。從圖4中可知，隨著溫度的不斷升高，玉米葉片中的類(lèi)胡蘿卜素含量減小，且溫度越高，玉米葉片中的類(lèi)胡蘿卜素含量越少。

在30 ℃高溫處理時(shí)，玉米葉片的類(lèi)胡蘿卜素含量在脅迫72 h后比30 ℃脅迫初期下降了8.9%；在35 ℃高溫處理時(shí)，葉片內(nèi)的類(lèi)胡蘿卜素含量在處理36 h后比35 ℃脅迫初期下降了7.5%，處理72 h后比35 ℃脅迫初期下降了11.6%；在40 ℃高溫處理時(shí)，葉片內(nèi)的類(lèi)胡蘿卜素含量下降趨勢(shì)明顯，36 h后比40 ℃脅迫初期下降了12.1%，72 h后比40 ℃脅迫初期下降了14.0%。由此可以看出，40 ℃高溫脅迫下類(lèi)胡蘿卜素含量的下降尤為明顯。

3 結(jié) 論

植物在高溫脅迫下，葉片內(nèi)葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量皆會(huì)隨著脅迫溫度和時(shí)間的增加而減小。光合作用過(guò)程中，絕大部分都有酶參與合成植物體內(nèi)葉綠素的生物過(guò)程，高溫脅迫下酶的活性降低的同時(shí)抑制葉綠素的生成。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片內(nèi)葉綠素總量呈下降趨勢(shì)。

植物在高溫脅迫下，玉米葉片中的類(lèi)胡蘿卜素含量隨溫度增高而下降，且溫度越高，玉米葉片中的類(lèi)胡蘿卜素含量越少。40 ℃高溫脅迫下，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，植物體大量消耗類(lèi)胡蘿卜素以此來(lái)減少氧自由基，玉米葉片中的類(lèi)胡蘿卜素隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而呈總體下降的趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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3 結(jié) 論

植物在高溫脅迫下，葉片內(nèi)葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量皆會(huì)隨著脅迫溫度和時(shí)間的增加而減小。光合作用過(guò)程中，絕大部分都有酶參與合成植物體內(nèi)葉綠素的生物過(guò)程，高溫脅迫下酶的活性降低的同時(shí)抑制葉綠素的生成。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片內(nèi)葉綠素總量呈下降趨勢(shì)。

植物在高溫脅迫下，玉米葉片中的類(lèi)胡蘿卜素含量隨溫度增高而下降，且溫度越高，玉米葉片中的類(lèi)胡蘿卜素含量越少。40 ℃高溫脅迫下，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，植物體大量消耗類(lèi)胡蘿卜素以此來(lái)減少氧自由基，玉米葉片中的類(lèi)胡蘿卜素隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而呈總體下降的趨勢(shì)。

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植物在高溫脅迫下，葉片內(nèi)葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量皆會(huì)隨著脅迫溫度和時(shí)間的增加而減小。光合作用過(guò)程中，絕大部分都有酶參與合成植物體內(nèi)葉綠素的生物過(guò)程，高溫脅迫下酶的活性降低的同時(shí)抑制葉綠素的生成。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片內(nèi)葉綠素總量呈下降趨勢(shì)。

植物在高溫脅迫下，玉米葉片中的類(lèi)胡蘿卜素含量隨溫度增高而下降，且溫度越高，玉米葉片中的類(lèi)胡蘿卜素含量越少。40 ℃高溫脅迫下，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，植物體大量消耗類(lèi)胡蘿卜素以此來(lái)減少氧自由基，玉米葉片中的類(lèi)胡蘿卜素隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而呈總體下降的趨勢(shì)。

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