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        紅光和遠(yuǎn)紅光比例對(duì)鹽脅迫下黃瓜幼苗生長(zhǎng)和光合特性的影響

        2021-11-15 01:57:08高星星李若嬋溫祥珍苗妍秀
        山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年10期
        關(guān)鍵詞:紅光葉面積色素

        高星星,李若嬋,溫祥珍,苗妍秀

        (山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院/山西省設(shè)施蔬菜提質(zhì)增效協(xié)同創(chuàng)新中心,山西 太谷 030801)

        土壤鹽漬化抑制作物生長(zhǎng),制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展,已成為限制我國(guó)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的重要因素之一[1,2]。設(shè) 施 土 壤 鹽 漬 化 往 往 是 由NaCl、Na2SO4、Ca(NO3)2等復(fù)合鹽造成,其中以NaCl為主[3]。鹽脅迫對(duì)植物具有毒害作用,會(huì)引起植物蛋白質(zhì)和細(xì)胞膜的不穩(wěn)定,對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育造成負(fù)面影響[4]。同時(shí),鹽脅迫還會(huì)引起植物一系列的生理代謝障礙,抑制葉片的凈光合速率、降低色素含量和碳水化合物積累,破壞初級(jí)和次級(jí)代謝過(guò)程。Stoeva等[5]研究發(fā)現(xiàn)NaCl和Na2SO4抑制菜豆幼苗生長(zhǎng),顯著降低葉片凈光合速率(Pn)和葉綠素含量。Farooq等[6]研究發(fā)現(xiàn)鹽脅迫引起豆類(lèi)作物離子毒害,葉片光合效率降低,抑制植株生長(zhǎng)和礦質(zhì)元素吸收。Parvin等[7]研究發(fā)現(xiàn)鹽脅迫顯著降低番茄植株生物量、葉片葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量,顯著提高葉片Na+/K+、H2O2和脯氨酸含量。因此如何緩解鹽脅迫給植物帶來(lái)的傷害尤為必要。

        光質(zhì)是影響植株生長(zhǎng)發(fā)育的重要光環(huán)境因素之一。紅光和遠(yuǎn)紅光比例(R/FR)不僅參與調(diào)控植物的光形態(tài)建成、光合作用和開(kāi)花時(shí)間等生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程,還可以有效緩解如高溫、低溫、鹽害、干旱等非生物脅迫對(duì)植物的傷害[8,9]。Robin等[10]研究發(fā)現(xiàn)低R/FR顯著增加白三葉草幼苗的下胚軸和葉片長(zhǎng)度。Terézia等[11]研究表明低R/FR顯著增加大麥葉片單半乳糖二酰甘油/二酰甘油的比值,有效增強(qiáng)大麥低溫抗性。于捷等[12]研究發(fā)現(xiàn)低R/FR顯著增加番茄葉片和根的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性,并顯著降低葉和根中MDA和活性氧含量,增強(qiáng)番茄的抗氧化能力。然而目前研究主要集中在R/FR對(duì)植株形態(tài)建成和抗氧化能力的影響方面,關(guān)于光合系統(tǒng)方面的調(diào)控機(jī)制還有待深入研究。

        黃瓜(Cucumis sativusL.)是重要的設(shè)施蔬菜之一,具有產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)豐富、效益好等特點(diǎn)[13]。由于黃瓜根系分布淺,對(duì)鹽漬化環(huán)境較為敏感,設(shè)施栽培中常發(fā)生的鹽漬傷害嚴(yán)重限制黃瓜植株生長(zhǎng)發(fā)育[14]。因此,本試驗(yàn)以黃瓜為試材,分析了不同R/FR對(duì)鹽脅迫下黃瓜植株生長(zhǎng)、葉片光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?,旨在為黃瓜抗鹽高效栽培提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料與處理

        試驗(yàn)所用黃瓜品種為“津春4號(hào)”。黃瓜種子經(jīng)溫湯浸種后,置于28℃培養(yǎng)箱中催芽,待種子“露白”,播種在裝有1倍霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液的水培箱里,置于人工氣候室培養(yǎng),培養(yǎng)條件為光周期12 h·d-1,光強(qiáng)280μmol·m-2·s-1,晝/夜溫度26/18℃。

        待黃瓜幼苗長(zhǎng)至兩葉一心時(shí)開(kāi)始處理,重復(fù)3次:L7(對(duì)照),0 mmol·L-1NaCl,R/FR=7;L0.7,0 mmol·L-1NaCl,R/FR=0.7;H7,80 mmol·L-1NaCl,R/FR=7;H0.7,80 mmol·L-1NaCl,R/FR=0.7。紅光和遠(yuǎn)紅光使用LED燈管提供,紅光的波長(zhǎng)范圍是620~700 nm,波峰是660 nm,遠(yuǎn)紅光的波長(zhǎng)范圍是700~800 nm,波峰是730 nm。

        1.2 測(cè)定項(xiàng)目和方法

        1.2.1 黃瓜植株生長(zhǎng)參數(shù) 處理第9天取樣,株高和莖粗使用游標(biāo)卡尺測(cè)量,葉面積采用LI-3000C葉面積測(cè)量?jī)x(美國(guó)LI-COR公司)測(cè)量;然后將黃瓜植株放入105℃烘箱殺青30 min,80℃烘干48 h,分析天平稱量全株干重。每個(gè)處理重復(fù)3次。

        1.2.2 黃瓜葉片光合參數(shù) 處理第9天,使用LI-6400XT(美國(guó)LI-COR公司)便攜式光合儀測(cè)定黃瓜幼苗第2片真葉的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)及蒸騰速率(Tr)。測(cè)定時(shí)選擇透明葉室,光強(qiáng)為280μmol·m-2·s-1,葉溫25℃,相對(duì)濕度50%~70%。

        1.2.3 黃瓜葉片PSⅡ最大光化學(xué)效率 處理第9天,取黃瓜植株第2片真葉,暗適應(yīng)30 min后,使用手持葉綠素?zé)晒鈨xFluor Pen FP110(捷克FluorCam公司)測(cè)定PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)。

        1.2.4 黃瓜葉片生理指標(biāo) 處理第9天,采集黃瓜植株第2片真葉,測(cè)定光合色素、可溶性糖和淀粉含量。葉綠素a、葉綠素b和類(lèi)胡蘿卜素含量使用95%乙醇提取,紫外分光光度法測(cè)定;可溶性糖和淀粉含量使用蒽酮比色法測(cè)定[15]。每處理重復(fù)3次。

        1.3 數(shù)據(jù)分析

        采用IBM SPSS 21軟件進(jìn)行方差分析,Duncan’s法進(jìn)行多重比較(P<0.05)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 R/FR對(duì)鹽脅迫下黃瓜植株生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

        從表1可知,與L7處理相比,L0.7處理的株高、莖粗、葉面積以及全株干重分別顯著增加13.37%、11.06%、15.73%和17.86%;H7處理的株高、莖粗、葉面積和全株干重分別顯著減少12.07%、9.54%、14.63%和11.90%;H0.7處理的葉面積和全株干重顯著減少,分別減少8.15%和10.71%,而株高和莖粗與L7處理的相當(dāng)。與H7處理相比,H0.7處理顯著增加了黃瓜幼苗的株高、莖粗和葉面積,增幅分別為13.73%、10.79%和7.60%,但全株干重增加不顯著。

        表1 R/FR對(duì)鹽脅迫下黃瓜植株生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

        2.2 R/FR對(duì)鹽脅迫下黃瓜葉片光合參數(shù)的影響

        與L7處理相比,L0.7處理顯著提高黃瓜葉片的Pn、Ci、Tr和Gs,分別增加18.71%、4.46%、65.38%和68.52%;H7處理的Pn、Tr和Gs顯著降低,分別降低18.48%、11.54%和10.71%,而Ci顯著增加3.73%;H0.7處理的Pn顯著減少12.54%,而Ci、Tr和Gs顯著增加14.47%、61.54%和66.45%。與H7處理相比,除Pn提高不顯著外,H0.7處理顯著提高了鹽脅迫下的Ci、Tr和Gs,增幅分別為10.36%、82.61%和86.42%。

        圖1 R/FR對(duì)鹽脅迫下黃瓜葉片光合參數(shù)的影響

        2.3 R/FR對(duì)鹽脅迫下黃瓜葉片PSⅡ最大光化學(xué)效率的影響

        從圖2可知,與L7處理相比,L0.7處理的Fv/Fm與之相當(dāng),而H7和H0.7處理顯著降低,分別降低6.85%和5.14%。與H7處理相比,H0.7處理的Fv/Fm顯著增加1.83%。

        圖2 R/FR對(duì)鹽脅迫下黃瓜葉片F(xiàn)v/Fm的影響

        2.4 R/FR對(duì)鹽脅迫下黃瓜葉片色素含量的影響

        由圖3可知,與L7處理相比,L0.7處理顯著提高黃瓜葉片中的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類(lèi)胡蘿卜素含量,增幅分別為43.01%、20.76%、17.26%和19.95%;H7處理則顯著降低葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類(lèi)胡蘿卜素的含量,分別降低22.04%、12.77%、20.61%和17.17%;H0.7處理各指標(biāo)與L7差異不顯著。與H7處理相比,H0.7處理提高了黃瓜葉片中的色素含量,且對(duì)葉綠素a+b和類(lèi)胡蘿卜素含量的提高效果達(dá)顯著水平,分別提高17.74%和14.63%。

        圖3 R/FR對(duì)鹽脅迫下黃瓜葉片色素含量的影響

        2.5 R/FR對(duì)鹽脅迫下黃瓜葉片碳水化合物積累的影響

        由圖4可知,與L7處理相比,L0.7處理增加了黃瓜葉片中的可溶性糖和淀粉含量,其中淀粉含量顯著增加116.07%;H7處理則顯著降低了黃瓜葉片中可溶性糖和淀粉的含量,分別降低51.40%和41.04%;H0.7處理顯著降低了黃瓜葉片中可溶性糖含量,降幅17.95%,但對(duì)淀粉含量的影響不顯著。與H7處理相比,H0.7處理顯著提高了黃瓜葉片中的可溶性糖和淀粉含量,增幅分別為68.84%和69.60%。

        圖4 R/FR對(duì)鹽脅迫下黃瓜葉片碳水化合物積累的影響

        3 討論

        鹽脅迫嚴(yán)重影響植株的正常生長(zhǎng)發(fā)育,易造成植株矮小、生長(zhǎng)發(fā)育緩慢等問(wèn)題。于捷[16]研究發(fā)現(xiàn),在100 mmol·L-1NaCl脅迫條件下,番茄植株的全株鮮重和干重均顯著降低。劉鳳蘭等[17]研究發(fā)現(xiàn)NaCl脅迫顯著降低黃瓜幼苗的株高、葉面積和地上部鮮重。然而,有研究發(fā)現(xiàn),提高紅光與遠(yuǎn)紅光比例,能夠顯著提高番茄株高和全株鮮重[18],增加天竺葵和金魚(yú)草的株高和總?cè)~面積[19,20]。本 研 究 結(jié) 果 也 表 明,80 mmol·L-1NaCl脅迫顯著降低了黃瓜幼苗的株高、莖粗、葉面積和全株干重,但低R/FR(0.7)處理能夠明顯降低鹽脅迫對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的抑制作用。

        光合作用是植物吸收光能并將其轉(zhuǎn)化為碳水化合物的過(guò)程,對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育起關(guān)鍵作用。葉綠素是植物葉片中重要的光合色素,在光合作用捕獲并傳遞光能中起重要作用。鹽脅迫能夠顯著降低植物葉片的光合色素含量和光合速率[21-23],但低比例紅光-遠(yuǎn)紅光處理能夠有效緩解這種抑制作用,促進(jìn)光合產(chǎn)物積累,提高植株耐鹽性,從而保障植物的生長(zhǎng)發(fā)育[24]。本試驗(yàn)中,鹽脅迫顯著降低了黃瓜幼苗葉片中的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類(lèi)胡蘿卜素含量及Pn、Tr和Gs,但增加低R/FR處理后葉片中的光合色素含量、Ci、Tr、Gs、可溶性糖和淀粉含量顯著提升,說(shuō)明低R/FR有利于鹽脅迫下光合作用順利進(jìn)行和碳水化合物積累,與前人的研究結(jié)果一致。這主要是因?yàn)橹参矬w內(nèi)吸收紅光和遠(yuǎn)紅光的光受體——光敏色素在感受低R/FR后,由Pfr型轉(zhuǎn)化為Pr型,激活了光敏色素的非線性信號(hào)傳遞鏈,并誘導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中間體和關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子如COP1、HY5、PIF3等激活光反應(yīng)基因,進(jìn)一步參與調(diào)控光合作用等過(guò)程[25]。

        Fv/Fm能靈敏地反映植物葉片的光合狀態(tài),在正常生長(zhǎng)條件下,葉片F(xiàn)v/Fm約為0.78~0.80,在逆境脅迫下則顯著降低。已有研究證明,鹽脅迫能夠抑制植株葉片PSⅡ活性,降低PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率(ФPSⅡ)和Fv/Fm[26-28]。本研究結(jié)果也表明,80 mmol·L-1NaCl脅迫下黃瓜幼苗葉片的Fv/Fm顯著降低,但增加低R/FR處理后Fv/Fm顯著提升。這可能是因?yàn)榈蚏/FR能緩解黃瓜葉片PSⅡ的受損程度,有效減輕光抑制,有利于葉片光合作用[29]。

        4 結(jié)論

        鹽脅迫抑制了黃瓜幼苗的光合特性和干物質(zhì)積累,顯著影響了植株的生長(zhǎng)發(fā)育;低R/FR處理則能有效緩解這些不良影響,促進(jìn)黃瓜植株生長(zhǎng)、提高葉片光合特性,增加葉片碳水化合物含量,提高黃瓜植株耐鹽性。

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