叶绿素含量降低对水稻叶片光抑制与光合电子传递的影响

摘要：

[目的]水稻突变体叶片叶绿素含量显著低于其野生型,但其光合电子传递效率与净光合值显著高于对照,文章旨在阐明其生理学机理并探讨其在高光效育种中的潜在应用价值.[方法]通过人工气候室的盆栽试验设置高光强(光照强度为700-800 μmo l·m-2·s-1)与低光强(光照强度约为100-200 μmol·m-2·s-1)2个处理,并结合大田试验,观测突变体与野生型的叶绿素荧光、超氧阴离子含量、丙二醛含量、S0D酶活性、叶绿体超微结构、叶片荧光显微结构与冠层温度.[结果]突变体材料叶绿素含量显著低于其野生型,并且光照强度对其叶绿素含量的效应也不相同.随着光照强度的增强,突变体叶片叶绿素含量增加60％,而野生型品种叶片叶绿素含量却降低20％以上.光反应曲线表明,突变体光合值显著高于野生型,尤其在1 000 μmol·m-2·s1光照下,低光强与高光强处理中低叶绿素含量突变体光合值分别比野生型高9.4％和46.5％.叶绿素荧光数据也表明,水稻突变体的电子传递速率(ETR)、光系统Ⅱ的量子产量(ΦPSⅡ)、光化学淬灭(qP)、光下最大光化学效率(F'v/F'm)显著高于其野生型.在高光强处理下,野生型材料中的应激活性氧超氧阴离子与丙二醛(MDA)含量受到光抑制.叶绿体超微结构与荧光显徽结构表明,野生型材料叶绿体受到一定程度的损伤,且其维管束间距离显著大于突变体,其维管束面积小于突变体,不利于水分在叶片中的传输.田间冠层热力学图像表明中午高温、高光照条件下,突变体冠层温度显著低于其野生型.综合以上结果,野生型叶片叶绿素含量高,在高光强下会导致过量光吸收,光系统Ⅱ电子传递效率下降,超氧阴离子与丙二醛累计,导致叶绿素结构与功能的破坏,因此,其光合值显著低于突变体材料.同时过量光吸收会导致叶片与冠层温度上升,不利于冠层群体光合.[结论]在未来高光效育种中选育叶绿素含量适当降低的品种,有助于避免高光强下叶片的过量光吸收,从而缓解活性氧的产生与光抑制,并有利于降低冠层温度从而缓解水稻群体光合“午休”现象.

关键词：水稻、光合速率、叶绿素、叶绿素荧光、光抑制

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资助基金：国家“973”计划2015CB150400、国家自然科学基金31501254,31371562、江苏省自然科学基金BK20140480、中国博士后基金2014M550312,2015T80590、江苏省高校优势学科建设项目

在线出版日期：2016-12-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：3709-3720