脈沖電刺激下植物葉綠素含量響應(yīng)的研究

胡俊煒++黃雷++程甜甜

摘 要：以君子蘭、綠蘿、荷葉碧玉、紫葉碧玉為材料，采用SPAD-502Plus葉綠素測定儀，測定脈沖電刺激后植物葉片葉綠素含量，探究脈沖電刺激下植物葉片葉綠素含量的響應(yīng)。試驗結(jié)果表明：在施加0～9V電壓刺激時，對于君子蘭、綠蘿和紫邊碧玉，刺激均使其葉片葉綠素含量降低；對于荷葉碧玉，0～2V、6～9V刺激均使其葉綠素含量增加。在施加0～18mA電流刺激時，對于君子蘭和綠蘿，4mA、6mA、12mA、14mA刺激均使其葉綠素含量增加；對于荷葉碧玉，10mA、12mA刺激使其葉綠素增加；對于紫邊碧玉，刺激使得其葉綠素含量降低。該研究為脈沖電刺激對植物生理及生長的影響提供了研究基礎(chǔ)和新的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：脈沖電刺激；葉綠素含量；響應(yīng)

中圖分類號：Q945.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170833004

植物葉片中的葉綠素在光合作用過程中起著重要作用，葉綠素含量的高低是反映植物葉片光合能力及植株健康狀態(tài)的主要指標(biāo)。在對被測植物施加一定時間的脈沖電刺激后，將引起植物葉片內(nèi)部葉綠素相對含量的變化，通過研究葉綠素相對含量變化，來進(jìn)一步研究脈沖電刺激對植物生長狀況的影響。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

試驗選用4種共8盆同期培育的君子蘭、綠蘿、荷葉碧玉、紫葉碧玉，其中每種植物各2盆，且同種植物生長狀況相同。在正式試驗前，將植物置于環(huán)境參數(shù)可以調(diào)節(jié)的溫控補(bǔ)光屏蔽箱內(nèi)調(diào)節(jié)其生理狀況至較佳的狀態(tài)，設(shè)置屏蔽箱的參數(shù)為：空氣溫度25℃，光照度25klux，土壤含水率20%～25%，空氣相對濕度60%～65%。試驗時每天8：00開始測試，脈沖電刺激1.5h后采集葉片葉綠素含量及環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)，每次測試周期為2h，連續(xù)測試30d。

1.2 試驗方法

為了嚴(yán)格控制環(huán)境因子的變化，本試驗的溫控補(bǔ)光屏蔽箱可實現(xiàn)對溫度的控制和光照的調(diào)節(jié)，同時也能對外部的電磁干擾進(jìn)行屏蔽，從而盡可能地減小外界環(huán)境的變化對試驗的干擾。圖1是溫控補(bǔ)光屏蔽箱的示意圖，其中箱體由40mm厚的耐火隔熱材料構(gòu)成；加熱導(dǎo)線和溫控儀表可以實現(xiàn)溫控補(bǔ)光屏蔽箱內(nèi)溫度的調(diào)控；補(bǔ)光裝置可以對植物進(jìn)行自然光補(bǔ)光，同時能實現(xiàn)光照調(diào)節(jié)；風(fēng)扇可以使溫控補(bǔ)光屏蔽箱內(nèi)外CO2濃度保持平衡，同時可以在溫控補(bǔ)光屏蔽箱內(nèi)溫度過高的時候降低內(nèi)部溫度。

使用的脈沖電刺激的電壓強(qiáng)度分別是：0、1V、2V、3V、4V、5V、6V、7V、8V、9V，電流強(qiáng)度分別是：0、2mA、4mA、6mA、8mA、10mA、12mA、14mA、16mA、18mA。刺激波形均是方波，頻率為10Hz，刺激方式均為連續(xù)單刺激。

2 實驗原理

本試驗采用的葉綠素測定原理是葉綠素儀法。測量儀器SPAD-502Plus葉綠素儀有可以發(fā)射紅光和紅外光的光源，發(fā)射紅色光的波長是660nm，發(fā)射紅外光的波長是940nm。該儀器通過發(fā)射源發(fā)射的紅色光被葉片吸收和放射情況來測量葉綠素相對含量值，同時利用紅外光的發(fā)射和接收來消除葉片厚度等因素對測量結(jié)果造成的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 脈沖電壓刺激下四種植物葉綠素響應(yīng)的分析

圖1 4種植物葉綠素含量與刺激電壓強(qiáng)度變化圖

從圖1中可以看出，0～9V的電壓刺激使得君子蘭、綠蘿和紫邊碧玉的葉綠素的相對含量均降低；而0～2V、6～9V的電壓刺激可以促進(jìn)荷葉碧玉葉綠素的合成。

對于葉綠素含量降低，這是由于葉綠素合成過程中所需的鎂離子和亞鐵離子受外界電壓形成的外電場作用下產(chǎn)生移動，使得葉片內(nèi)部離子濃度產(chǎn)生變化，影響了葉綠素的合成，使葉綠素含量降低。對于荷葉碧玉葉綠素含量增加，這是由于低電壓刺激時細(xì)胞內(nèi)部離子在外電場作用下移動變快，促進(jìn)了葉綠素的合成；當(dāng)電壓超過6V時葉綠素含量再次增加，這是由于高電壓改變了葉肉細(xì)胞細(xì)胞膜通透性，離子跨膜運(yùn)輸速度加快。

3.2 脈沖電流刺激下4種植物葉綠素響應(yīng)的分析

圖2 4種植物葉綠素含量與刺激電流強(qiáng)度變化圖

從圖2中可以看出，0～18mA的電流刺激使紫邊碧玉的葉綠素的相對含量均降低；而4mA、6mA、12mA、14mA的電流刺激可以促進(jìn)君子蘭和綠蘿葉綠素的合成。10mA、12mA的電流刺激可以促進(jìn)荷葉碧玉葉綠素的合成。對于該過程葉綠素的變化的解釋同對圖1內(nèi)容解釋相似，此處不再贅述。

綜合圖1、圖2分析，君子蘭、綠蘿在受脈沖電刺激下（無論電壓刺激還是電流刺激），其葉綠素含量在受脈沖電刺激產(chǎn)生的響應(yīng)基本相同，只是變化量上略有差別。紫葉碧玉在整個脈沖電刺激下，葉綠素受刺激后的響應(yīng)基本都是減少；荷葉碧玉在受電壓或者電流刺激后產(chǎn)生的響應(yīng)與前3者不同，有葉綠素相對含量增加的部分，也有葉綠素相對含量減小的部分?？梢婋娏鞔碳ひ欢ǔ潭壬峡梢源龠M(jìn)君子蘭、綠蘿、荷葉碧玉等植物葉綠素的合成，進(jìn)而促進(jìn)光合作用，而電流刺激時紫葉碧玉葉綠素基本處于減少狀態(tài)，不利于其光合作用。

4 結(jié)論與討論

本次試驗結(jié)果表明在施加0～9V電壓刺激時，對于君子蘭、綠蘿和紫邊碧玉，刺激均使其葉片葉綠素含量降低；對于荷葉碧玉，0～2V、6～9V刺激均使其葉綠素含量增加。在施加0～18mA電流刺激時，對于君子蘭和綠蘿，4mA、6mA、12mA、14mA刺激均使其葉綠素含量增加；對于荷葉碧玉，10mA、12mA刺激使其葉綠素增加；對于紫邊碧玉，刺激使得其葉綠素含量降低。

在綜合分析后發(fā)現(xiàn)，同一植物對不同類型刺激的響應(yīng)不相同，同一植物對同一類型不同強(qiáng)度的刺激響應(yīng)不相同，且不同植物對同一類型同一刺激的響應(yīng)也不相同。4種植物中，綠蘿和紫葉碧玉對脈沖電刺激的響應(yīng)較為劇烈，而君子蘭和荷葉碧玉響應(yīng)相對平緩。

本次實驗研究同時表明，在對植物進(jìn)行脈沖電刺激時，盡可能減小脈沖強(qiáng)度之間的間隔，從而建立更加精準(zhǔn)、更加全面的脈沖電刺激下植物生理參數(shù)響應(yīng)的關(guān)系模型，以實現(xiàn)不同刺激下的精準(zhǔn)調(diào)控。該研究為環(huán)境因子對植物生理及生長的影響提供了研究基礎(chǔ)和新的科學(xué)依據(jù)。

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作者簡介：胡俊煒，男，浙江杭州人，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，研究方向：電子信息科學(xué)與技術(shù)。endprint