專利名稱：：一種提高旱地小麥光合特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種提高旱地小麥光合特性的方法。技術(shù)背景水資源短缺是限制千旱、半干旱地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)作物生產(chǎn)力的主要因素。小麥作為半干旱地區(qū)的重要糧食作物之一，在有限的可利用水條件下，最大限度地減少水分消耗，提高水分利用效率(WUE)是實(shí)現(xiàn)小麥作物高產(chǎn)和高效用水的根本途徑。因此，調(diào)控植物抗旱節(jié)水生理以提高作物的產(chǎn)量和WUE，是近年來(lái)植物節(jié)水生理和旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。水分虧缺對(duì)植物光合的影響機(jī)制是改善干旱、半干旱地區(qū)作物抗旱節(jié)水性能的重要理論基礎(chǔ)。目前，有關(guān)作物光合特性適應(yīng)干旱機(jī)制的研究倍受關(guān)注，也取得了一定進(jìn)展水分虧缺使植株葉片光合機(jī)構(gòu)發(fā)生異常，進(jìn)而影響光合系統(tǒng)I和II(PSI和PSII)的活性及光合電子傳遞過(guò)程，導(dǎo)致光合功能衰退(Flexasetal.2006)，但是抗旱植物在干旱條件下抗氧化酶活性的提高，使光合機(jī)構(gòu)中的活性氧分子(ROS)及時(shí)被清除，這時(shí)大量的電子被分配到光合及光呼吸過(guò)程中保護(hù)光合機(jī)構(gòu)，從而主動(dòng)地適應(yīng)水分虧缺(Kaouaetal.2006;王磊等，2007)。一氧化氮(NO)是一種新型植物信號(hào)分子和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)(徐茂軍，2007)，它廣泛存在于植物組織中，參與光形態(tài)建成(Beligni禾fILamattina，2000;)、種子萌發(fā)(Zhangetal.2003)、衰老(Beligni和Lamattina，2002)、對(duì)脅迫的響應(yīng)(Ruan2004)以及抗病防御(Dumereta1.1998)等生命過(guò)程。近年來(lái)，關(guān)于NO生理的研究一直是國(guó)內(nèi)外植物逆境生理學(xué)界研究的熱點(diǎn)。各種逆境如水分和鹽分脅迫、機(jī)械損傷、紫外線等都可以誘導(dǎo)ROS的形成，然而低濃度的NO可以通過(guò)各種方式與ROS作用，發(fā)揮抗氧化功能(陳明等，2004);也可通過(guò)增加植物體內(nèi)FAA和SS等有機(jī)溶質(zhì)終止自由基介導(dǎo)的脂質(zhì)氧化從而扮演保護(hù)角色(王憲葉等，2004)。研究表明，NO對(duì)非生物脅迫下光合特性的改善主要涉及葉綠素(張艷艷等，2004)、氣孔關(guān)閉和光合速率(王淼等，2005)，但干旱脅迫下，怎樣才能提高旱地小麥光合特性，使之能夠增產(chǎn)增收，目前還沒(méi)有相關(guān)的報(bào)道。1.BeligniMV,LamattinaL.Nitricoxideinterfereswithplantphoto國(guó)oxidativestressbydetoxifyingreactiveoxygenspecies.Plant，Cell&Environment.2002，25(6):737748.2.BeligniMV,LamattinaL.Nitricoxidestimulatesseedgerminationandde-etiolation，andinhibitshypocotylelongation,threelightinducibleresponsesinplants.Planta，2000，210(2):215~221.3.DurnerJ，Wendehe皿eD，KlessigDF.Defensegeneinductionintobaccobynitricoxide,cyclicGMP，andcyclicADP-ribose.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,1998，95(17):1032810333.4.FlexasJ，BotaJ，GalmesJetal.Keepingapositivecarbonbalanceunderadverseconditions:responsesofphotosynthesisandrespirationtowaterstress.PhysiologiaPlantarum，2006，127(3)，343~352.5.KaouaME，SerrajR，BenichouMetal.ComparativesensitivityoftwoMoroccanwheatvarietiestowaterstress:therelationshipbetweenfattyacidsandprolineaccumulation.BotanicalStudies,2006，47:51~60.6.RuanHH，ShenWB，XuLL.NitricoxidemodulatestheactivitiesofplasmamembraneKT-ATPaseandPPaseinwheatseedlingrootsandpromotesthesalttoleranceagainstsaltstress.ActaBotanicaSinica，2004，46(4):415~4227.ZhangH，ShenWB，XuLL.Effectsofnitricoxideonthegerminationofwheatseedsanditsreactiveoxygenspeciesmetabolismsunderosmoticstress.ActaBotanicaSinica，2003，45(8):901~905.8.王憲葉，沈文飚，徐朗萊.外源一氧化氮對(duì)滲透脅迫下小麥幼苗葉片膜脂過(guò)氧化的緩解作用.植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報(bào)，2004，30(2):195200.9.王淼，李秋榮，付士磊等.一氧化氮對(duì)楊樹(shù)耐旱性的影響.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，16(5):805~810.10.王磊，胡楠，張彤等.干旱和復(fù)水對(duì)大豆葉片光合及葉綠素?zé)晒獾挠绊?生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27(9):3630~3636.11.張艷艷，劉俊，劉友良.一氧化氮緩解鹽脅迫對(duì)玉米生長(zhǎng)的抑制作用.植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報(bào)，2004，30(4):455~459.12.陳明，沈文飚，阮海華等.一氧化氮對(duì)鹽脅迫下小麥幼苗根生長(zhǎng)和氧化損傷的影響.植物生理與分子生物學(xué)報(bào)，2004，30(5):569~576.B.徐茂軍.一氧化氮:植物細(xì)胞次生代謝信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)可能的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn).自然科學(xué)進(jìn)展，2007，17(12):1622~1630.
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題與缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種改善旱地小麥光合特性的方法，該方法可通過(guò)提高旱地小麥光合生理特性來(lái)解決旱地作物生產(chǎn)力低下這一難題。實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種提高旱地小麥光合特性的方法，其特征在于在小麥生長(zhǎng)分蘗期或拔節(jié)期，將濃度為5020(Hmiol丄"的硝普鈉SNP按每畝30-600克通過(guò)地下微灌或葉面噴施技術(shù)施入麥田。本發(fā)明提高旱地小麥光合特性的方法的理論依據(jù)SNP的施用促進(jìn)了小麥根系的生長(zhǎng)及其生理活性，調(diào)節(jié)地上部葉片的氣孔行為；緩解干旱脅迫對(duì)細(xì)胞膜的破壞，改善受旱小麥體內(nèi)的水分狀況；可優(yōu)化調(diào)控捕獲光能在光合作用中的分配，維持光合電子在PSII上的順利傳遞，促進(jìn)由干旱引起的過(guò)剩光能通過(guò)天線色素進(jìn)行的耗散，由此小麥葉片的光合特性明顯得到改善。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提高旱地小麥光合特性的方法的優(yōu)點(diǎn)1、用量少，見(jiàn)效快。由于SNP具有易溶性，能大量產(chǎn)生N0，釋放的N0氣體自由基能較快地被根系或葉片吸收，調(diào)控小麥生長(zhǎng)期間的光合生理特性。2、施用技術(shù)簡(jiǎn)單，產(chǎn)投比較高。在小麥分蘗期或拔節(jié)期通過(guò)微灌或葉面噴施，SNP溶液，可明顯提高旱區(qū)小麥的生理生態(tài)抗旱性，為麥田穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。3、技術(shù)理論基礎(chǔ)明顯。這一技術(shù)應(yīng)用的理論原理較為清楚；表現(xiàn)在SNP通過(guò)調(diào)節(jié)氣孔行為保持體內(nèi)的含水量，對(duì)受旱小麥PSII功能進(jìn)行調(diào)控，光合特性也明顯增強(qiáng)。.圖1不同濃度SNP對(duì)小麥游離氨基酸(FM)(a)和可溶性糖(SS)的影響。圖2不同濃度SNP處理對(duì)小麥葉片光合速率(尸n)、氣孔導(dǎo)度(。、光化學(xué)猝滅系數(shù)(*)、非光化學(xué)猝滅系數(shù)(yW切的影響。圖3100pmol'L/1SNP，N0的抑制劑Hb和SNP的副產(chǎn)物NaM)2對(duì)小麥葉片凈光合速率(尸)和光化學(xué)猝滅系數(shù)(化)的影響。圖4100pmol，L—^NP對(duì)受旱小麥葉片的光合功能相對(duì)限制值"。的影響。圖5100pmol丄"SNP處理后受旱小麥葉片的天線轉(zhuǎn)化效率(a)和非光化學(xué)熒光猝滅7V7^(b)對(duì)光強(qiáng)的適應(yīng)特性。圖6100jimol.L"SNP處理后受旱小麥葉片的I-*(關(guān)閉的PSII反應(yīng)中心)對(duì)光強(qiáng)的適應(yīng)性。圖7100^imol七"SNP對(duì)受旱小麥幼苗的葉綠素相對(duì)含量的影響。圖8100pmol七—SNP對(duì)受旱小麥的PSII反應(yīng)中心捕獲光能分配比例的影響。圖9100pmol丄"SNP處理對(duì)干旱脅迫后1、3天對(duì)PSII反應(yīng)中心潛在活性0VF。)(A)，光合電子傳遞效率(Opsn)(B)，潛在光合活性(^)(C),電子傳遞情況(F乂F。)(D)。圖10干旱脅迫和SNP處理后1-3天光化學(xué)猝滅(爭(zhēng))(A)，天線色素捕獲光能的轉(zhuǎn)換效率(A'/A')(B)，可變熒光猝滅參數(shù)(A,y,。)(C)，PSII的最大光化學(xué)量子產(chǎn)額(八//0(D)的變化。具體實(shí)施方式以下通過(guò)發(fā)明人給出的具體實(shí)施例、試驗(yàn)例來(lái)進(jìn)一步證明本發(fā)明提高旱地小麥光合特性的方法和有益效果。實(shí)施例12007年11月于陜西省楊陵區(qū)水土保持研究所試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)小麥試驗(yàn)田進(jìn)行葉面噴施硝普鈉SNP溶液試驗(yàn)，小麥品種為小偃22，此時(shí)小麥處于生長(zhǎng)分蘗期，于傍晚將濃度為50(imol七'1的硝普鈉SNP溶液2mV畝噴施，將同量的自來(lái)水作為對(duì)照處理，噴施到小麥葉面直到滴水為止，每個(gè)處理重復(fù)4次。在噴施3天后，我們利用SPAD-502(Minolta,Japan)于上午10時(shí)測(cè)定了小麥倒二葉的葉綠素相對(duì)含量，噴施硝普鈉SNP的小麥葉片葉綠素含量比對(duì)照增加14%，利LI-6400光合測(cè)定系統(tǒng)(LI-C0R，USA)測(cè)定了小麥葉片的凈光合速率，噴施硝普鈉SNP的小麥葉片的凈光合速率比對(duì)照增加25%。實(shí)施例22008年3月底于陜西省楊陵區(qū)水土保持研究所試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)小麥試驗(yàn)田進(jìn)行葉面噴施硝普鈉SNP溶液試驗(yàn)，小麥品種為小偃22，此時(shí)小麥處于拔節(jié)期，于傍晚將濃度為150pmoH/i的硝普鈉SNP溶液2mV畝噴施，將同量的自來(lái)水作為對(duì)照處理，噴施到小麥葉面直到滴水為止，每個(gè)處理重復(fù)4次。在噴施3天后，我們利用SPAD-502(Minolta,Japan)于上午10時(shí)測(cè)定了小麥倒二葉的葉綠素相對(duì)含量，噴施硝普鈉SNP溶液的小麥葉片葉綠素含量比對(duì)照增加19%，禾!J用LI-6400光合測(cè)定系統(tǒng)(LI-C0R，USA)測(cè)定了小麥葉片的凈光合速率，噴施硝普鈉SNP溶液的小麥葉片的凈光合速率比對(duì)照增加28%。實(shí)施例32007年11月于陜西省楊陵區(qū)五泉鄉(xiāng)節(jié)水示范園進(jìn)行小麥地下滴灌硝普鈉SNP溶液試驗(yàn)，小麥品種為小偃22，此時(shí)小麥處于生長(zhǎng)分蘗期，將濃度為150Mmol七"的硝普鈉SNP溶液10mV畝，將同量的純水作為對(duì)照處理，滴灌到小麥根際土壤，每個(gè)處理重復(fù)3次。滴灌3天后，我們利用SPAD-502儀(Minolta，Japan)于上午10時(shí)測(cè)定了小麥倒二葉的葉綠素相對(duì)含量，根際施入硝普鈉SNP溶液的小麥葉片葉綠素含量比對(duì)照增加14%，同時(shí)利用LI-6400光合測(cè)定系統(tǒng)(LI-COR，USA)測(cè)定小麥葉片的凈光合速率，施入硝普鈉SNP溶液的小麥葉片的凈光合速率比對(duì)照增加19%。試驗(yàn)例1本發(fā)明提高旱地小麥光合特性的方法的試驗(yàn)材料與方法1.材料培養(yǎng)以小麥品種小偃22為例，精選種子經(jīng)3%雙氧水消毒5min后，用去離子水沖洗干凈，25'C浸種20h后置25"C恒溫箱內(nèi)暗中催芽，萌發(fā)后選取露白一致的種子播種在沙盤上，沙面用浸水的紗布覆蓋以保持適宜的濕度。前期每天加水一次，后期定量補(bǔ)充1/4Hoagland營(yíng)養(yǎng)液。當(dāng)幼苗長(zhǎng)至1葉1心時(shí)，選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻的幼苗轉(zhuǎn)移至20cmX14cmX7cm塑料盒內(nèi)培養(yǎng)。幼苗在ZPW-280B植物生長(zhǎng)箱內(nèi)用1/2Hoagland營(yíng)養(yǎng)液水培，生長(zhǎng)條件是晝/夜溫度(25/18°C±2°C)、光強(qiáng)(400umol'nf2.s—')、濕度(60%±5%)，培養(yǎng)箱內(nèi)生長(zhǎng)7天后，換用全Hoagland營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)。每隔2天換一次營(yíng)養(yǎng)液，每天通氣8~10h。待幼苗長(zhǎng)至3葉1心時(shí)，選取長(zhǎng)勢(shì)一致健康的植株進(jìn)行根際飼喂處理，處理期間每天更換營(yíng)養(yǎng)液，每個(gè)處理重復(fù)3次。為避免生長(zhǎng)箱內(nèi)的生長(zhǎng)條件不均，每次更換營(yíng)養(yǎng)液時(shí)交換擺放次序。2.處理設(shè)計(jì)本項(xiàng)工作分三次實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)施前期濃度篩選試驗(yàn)、干旱脅迫試驗(yàn)和對(duì)比驗(yàn)證試驗(yàn)o前期濃度篩選試驗(yàn)主要進(jìn)行適宜SNP濃度的篩選，設(shè)6個(gè)濃度處理CK(Hoagland營(yíng)養(yǎng)液)，S！(100umolL—1SNP)，S2(200umolL—1SNP)，S5(500umolL—'SNP)，S10(1000卩molL^SNP)，S20(2000ymolL_1SNP)。篩選出最佳濃度的SNP后，進(jìn)行中期干旱處理試驗(yàn)。干旱脅迫試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，CK:Hoagland;D:-0.5MPaPEG(6000);D+SNP:-0.5MPaPEG(6000)+100拜01L—1SNP。試驗(yàn)主要進(jìn)行葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)的測(cè)定，這種方法主要反映PSII吸收能量的程度和被過(guò)量光線破壞的程度，它可以快速估計(jì)植物光合行為的潛在特性。后期對(duì)比試驗(yàn)為了進(jìn)一步驗(yàn)證NO對(duì)受早植物PSII中心的調(diào)控效應(yīng)，設(shè)置了5個(gè)處理，CK:Hoagland;D:-0.5MPaPEG(6000);D+SNP:-0.5MPaPEG(6000)+100(imolL—1SNP;D+SNP+Hb:-0.5MPaPEOlOO(imolL、NP+2.5細(xì)b;D+NCV:-0.5MPaPEG+20(^mo1L—'NaN02。實(shí)驗(yàn)證明NO在體內(nèi)會(huì)代謝為N(V，牛血紅蛋白(Hemoglobin,Hb)為NO的清除劑。因此設(shè)Hb和NaN02兩個(gè)處理作為SNP的對(duì)照。100ymolL/的SNP最多降解生成1limolL—1N02—的副產(chǎn)物(Delledonne等，1998),所以設(shè)NaN02的濃度為200(ommo1L—、NO供體硝普鈉[Na2Fe(CN)5].NO(SNP)，純度98.5%。先用蒸餾水配成40ramol.L—i的母液，4°C下黑暗保存，用時(shí)按所需濃度稀釋。每個(gè)處理重復(fù)3次。3.測(cè)定方法3.1葉片光合氣體交換參數(shù)利用LI-6400光合測(cè)定系統(tǒng)(LI-C0R，USA)在光強(qiáng)400,1m—2s—1，溫度25。C下測(cè)定倒二葉的凈光合速率(A，nmol'm—2'^)和氣孔導(dǎo)度(G，mmol'm-2-s-1)。3.2葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)與光合作用測(cè)定同時(shí)利用FMS2脈沖調(diào)制式熒光儀(Hansatech，UK)測(cè)定尸。、A、冗、尸。'及A等熒光參數(shù)。熒光參數(shù)及熒光猝滅曲線的測(cè)定與計(jì)算參見(jiàn)文獻(xiàn)(Demming-Adams，1996)。測(cè)量時(shí)，先用測(cè)量光(2畫(huà)lm—2s—》照射測(cè)量A，而后用飽和脈沖光照射0.8s，測(cè)量A，飽和脈沖光結(jié)束后，打開(kāi)測(cè)量光和光化學(xué)光，每隔30s照射1次飽和脈沖光測(cè)量《，關(guān)閉光化學(xué)光，打開(kāi)遠(yuǎn)紅光照射3s，測(cè)量《，遠(yuǎn)紅光結(jié)束后，重新打開(kāi)光化學(xué)光，開(kāi)始一個(gè)新的循環(huán)測(cè)量。測(cè)定時(shí)間分別在處理后第2、4和6天的9:0Q11:30，每個(gè)處理最少重復(fù)4次。熒光參數(shù)的測(cè)定按PFD依次為2000，1500，1000，800，600，400,200，100，50，25，0umolm—2s—1的順序做,v，/尸/—PFD，tW^^PFD，(1-^)—PFD響應(yīng)曲線。熒光參數(shù)的計(jì)算參照Deraming-Adams(1995，1996)的方法，熒光猝滅參數(shù)gP=(Fm'-Fs)/(Fm'-;7V/V的變化反映非光化學(xué)反應(yīng)的熱耗散開(kāi)放的PSII反應(yīng)中心捕獲激發(fā)能的轉(zhuǎn)化效率A'//T-ZT，由它可計(jì)算某PFD下量子效率的相對(duì)限制或光合功能的相對(duì)限制值A(chǔ)卿)；Z(PFD)=1-(pXA'/,/)/0.83;-尸s)/(/T-f。')，本文中1-^表示QA的還原程度。葉綠素分子捕獲光能的分配用于三個(gè)方面光化學(xué)反應(yīng)盧^X尸//尸/;過(guò)剩激發(fā)能在天線上的耗散ZM-A'/尸/;用于光化學(xué)反應(yīng)中的非天線耗散^(1-化)X尺，//T。其它參數(shù)還有可變熒光猝滅參數(shù)A尺/尸。二(^-尸s)/A;PSII的潛在活性A/F。=(A-A)/尸。；PSII的光合電子傳遞速率0剛-PSn中的電子傳遞情況A/F。；潛在的光合速率&=("-尸s)/^。3.3葉片光合色素和葉綠素相對(duì)含量稱取處理后第1、3天的小麥鮮葉0.1g加96%乙醇10ml研磨至組織變白；然后加96%乙醇定容至50ml。用UV-2300分光光度計(jì)(Shanghai,China)分別在663、646及470nm下測(cè)定OD值，計(jì)算出Chla、Chlb，Car的含量(mgg_1干重)。Chla的濃度，G=13.95U.881;Chlb的濃度，G二24.96A49-7.32A65;Car的濃度，6c,c二(100(U7?！?.114.8G)/245。葉綠素含量(mg.g")=(色素的濃度X提取液體積X稀釋倍數(shù))/干重。利用SPAD-502(Minolta,Japan)測(cè)定倒二葉的葉綠素相對(duì)含量。每個(gè)處理重復(fù)10次。3.4幼苗可溶性糖和游離氨基酸含量在SNP處理后第2天的9:0011:30取樣，選擇有代表性的植株，每個(gè)處理選擇3個(gè)重復(fù)，分別采用蒽酮比色法和茚三酮顯色法(李合生，2000)測(cè)定倒二葉和根系的游離氨基酸(FAA)、可溶性糖(SS)含量。3.5幼苗生物量在SNP處理前與處理后第6天進(jìn)行生物量的測(cè)定，將植株的地上部和地下部分開(kāi)，自來(lái)水沖洗3次，蒸餾水洗凈吸干，稱鮮重后，11(TC殺青5min后于8(TC烘干至恒重，每個(gè)處理重復(fù)15次。稱重后計(jì)算總干重及根冠比。試驗(yàn)例2不同濃度SNP處理調(diào)控小麥幼苗生長(zhǎng)與生理特性的濃度效應(yīng)1.幼苗的干物質(zhì)積累和分配實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明地上部和根系總的生物量積累的變化存在明顯差異(表l)，以S(處理效果最佳，比CK分別增加39.2。/。和45.9。/。(-0.001)。SNP濃度高于100limol'L—'后，生物量積累呈下降趨勢(shì)。除S2處理的小麥總生物量、地上部生物量分別比對(duì)照增加38.2%和43.5%夕卜，S5、Sm和S加處理的總生物量和地上部生物量與對(duì)照相比，分別下降19.3%、19.4%、15.7%和22.4%、21.2%、17.8%。不同濃度的SNP處理后小麥根系干物質(zhì)積累也存在明顯差異(表l)。S,和&處理分別比0(處理增加了5.8%和18.2%，SNP濃度高于200(imol七"后，根系千物質(zhì)積累呈下降趨勢(shì)。小麥根冠比對(duì)不同濃度SNP處理的響應(yīng)也存在明顯差異，S5、Su)和S2。分別比對(duì)照提高了20%、10%禾卩15°/。；S和S2處理的小麥根冠比顯著低于CK，其中以S:處理時(shí)根冠比最低。因此，低濃度的SNP能明顯提高植株的總生物量，降低植株的根冠比，對(duì)根系干物質(zhì)積累影響不明顯。表l不同濃度SNP處理6天后小麥干物質(zhì)的積累和分配的變化處理植株干重(mg株—')地上部干重(mg株—')根系千重W株—')根冠比CK102土40b85土30b17士4ab0.20±0.06abS,142土41a124土41a18士3ab0.16±0.05c141士41a122士40a20±6a0.18±0,07bcs582土23b66土19b16±4b0.24±0.05aSlO82土17b67土14b15±4b0.22±0.03aS2086土15b70土70b16±3ab0.23±0.06a注同列數(shù)值不同字母表示差異達(dá)5%顯著水平2.幼苗的滲透調(diào)節(jié)特性不同濃度的SNP處理后，葉、根系FAA含量的變化表現(xiàn)不同(圖1a)。處理后的葉FAA含量提高了98.9%，濃度大于100umolL—1的SNP處理后，葉FAA含量迅速降至對(duì)照以下；不同濃度的SNP處理后根FAA含量總體上較葉的變化緩和，200iimol'1^SNP處理后根系FAA含量最高，其含量隨著SNP濃度的增加而降低。表明濃度小于200"molL/1SNP顯著增加葉片的FAA含量(p<0.05)，對(duì)根系FAA含量的影響無(wú)顯著性。100limolL—、NP處理時(shí)，小麥葉片、根系SS含量顯著高于對(duì)照。Si處理的葉SS含量明顯比對(duì)照提高35.6%(;XO.05)。當(dāng)SNP濃度增加到2000umolL—'時(shí)，葉SS含量比對(duì)照下降51.3%，但是不同濃度的SNP處理后根SS含量的變化較葉片的緩和，其中S:處理提高了30.5%(p<0.05)(圖lb)。SNP濃度高于IOOiimol.r'后，根系的SS含量與對(duì)照相比都有不同程度的降低，說(shuō)明100umolL—i的SNP促進(jìn)了植物體內(nèi)SS含量的合成，且對(duì)葉片的影響顯著高于根系。3.葉片的光合氣體交換和葉綠素?zé)晒忖鐓?shù)在100umolL—12000umolL—1SNP的范圍內(nèi)，小麥葉片的尸。隨著SNP濃度的增加呈下降趨勢(shì)(圖3a)。處理前期，S^卩S2處理的^顯著高于S,。和Sz。處理OK0.05)，而Sn)和S加處理顯著低于對(duì)照OX0.05)。S處理后第2、4和6天分別比對(duì)照提高7.9%、0.8%和13.6%，除S5處理后第2、4天分別比對(duì)照提高5.3%和3.0%之外，其它濃度的SNP處理后葉片尸都低于對(duì)照。例如S^和S2。處理后的葉片/^顯著低于對(duì)照(;X0.05)，且S2。處理比S^處理下降的幅度大。不同濃度SNP處理后小麥葉片^沒(méi)有明顯差異(;〉0.05)(除第4天的S2。處理顯著高于對(duì)照以外)，隨處理時(shí)間延長(zhǎng)G呈顯著上升趨勢(shì)OK0.05)(圖3b)。Si處理后第2天和第6天，葉片G分別比對(duì)照平均提高了2.1%和21.0%，第4天低于對(duì)照。SNP處理后第2天中，隨著SNP濃度增加^下降，S2、S5、Su)和S加處理后葉片^分別比對(duì)照降低7.5%、32.6%、27.8%和40.1%。S:處理后第2、4和6天？P分別比對(duì)照增加O.1%、5.2%和5.2%(圖3c)，其它濃度的SNP對(duì)小麥葉片^影響不明顯(/7〉0.05)。處理后第2天中，當(dāng)SNP濃度超過(guò)IOOiiraol'l^后，葉片^呈下降趨勢(shì)。處理后第4、6天的化值沒(méi)有變化，但是明顯高于處理后第2天的化。不同濃度SNP對(duì)小麥葉片7^鵬影響存在顯著差異(/X0.05)，且明顯低于CK。在處理初期(第2天)，yV尸鵬著處理濃度增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)(圖3d)。處理后第4、6天，不同濃度處理間變化正好相反呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，且第4天和第6天不同濃度處理間的，"幾乎沒(méi)有差異，與^的變化趨勢(shì)一致，其中以S,下降的幅度最小。4.NO的抑制劑Hb對(duì)光合氣體交換參數(shù)的影響Delledonne(1998)試驗(yàn)證明Hb為NO的抑制劑，NaN02是SNP的副產(chǎn)物，為證明SNP中調(diào)控小麥幼苗光合生理的物質(zhì)是N0，本研究另設(shè)了2個(gè)處理SNP+Hb:lOOpmolL_1SNP+2.5%Hb;NaNO"200umolL—1NaN02禾卩CK、SNP兩個(gè)處理進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。Hb處理后，SNP溶液對(duì)小麥光合氣體交換參數(shù)等指標(biāo)(A和的調(diào)控作用消失，同樣NaN02處理后小麥葉片的A和化幾乎沒(méi)有變化(圖3)，因此可以推測(cè)SNP中起作用的是NO信號(hào)物質(zhì)。試驗(yàn)例3100Mmol，L"SNP處理對(duì)受旱小麥光能利用特性的調(diào)控效應(yīng)1.葉片的光合色素受旱脅迫1天的小麥葉片光合色素含量顯著高于對(duì)照，但SNP施入PEG溶液后相對(duì)單獨(dú)PEG處理顯著提高了干旱脅迫下光合色素的含量(表2)。其中，Chla、Chlb和Car含量分別增加45%、25%和36%。植物受干旱脅迫后也引起了細(xì)胞質(zhì)膜的透性增大，脅迫后1天，小麥葉片的膜相對(duì)透性增加19%，但是SNP和PEG同時(shí)處理恢復(fù)了葉片細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，比單獨(dú)干旱處理的小麥葉片膜透性降低22%。表2干旱脅迫1天后SNP處理對(duì)小麥葉片光合色素含量和細(xì)胞膜透性的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>注同列數(shù)值不同字母表示差異達(dá)5%顯著水平。每個(gè)處理重復(fù)5次，處理后第1天進(jìn)行以上指標(biāo)的測(cè)定2.葉片的光合功能限制值干旱脅迫1天后，小麥的光合生理功能受損，光照越強(qiáng)，Z，越大(圖4)。干旱條件下，"molm—2s—4寸，Z^基本無(wú)變化。但當(dāng)PF"超過(guò)1000Pmolm—2s—1時(shí)，PEG處理的丄附值顯著高于對(duì)照。如果PEG中加入了SNP，高光強(qiáng)在干旱脅迫下對(duì)植物光合功能的限制明顯得到緩解(圖4圖中〇CK參PEG▲PEG+SNPCK:Hoagland;PEG:-0.5MPaPEG(6000)+Hoagland;PEG+SNP:-0.5MPaPEG(6000)+100|imolL—1SNP+Hoagland。尤其是尸尸"》1000"molm—2s—'時(shí)，SNP的作用效果更明顯。說(shuō)明干旱條件下，植物光合機(jī)構(gòu)的運(yùn)行對(duì)光強(qiáng)的敏感程度大于正常條件下，但SNP處理后能恢復(fù)干旱條件下光合機(jī)構(gòu)的部分功能。3.葉片捕獲光能的熱耗散值在強(qiáng)光條件下，對(duì)照和單獨(dú)PEG處理的尸//尸/都低于弱光下的相應(yīng)值，尤其PEG脅迫1天后在小麥的葉片中降低更明顯(圖10，〇CK參D▲D+SNP),表明小麥?zhǔn)芎岛笕~片捕獲的激發(fā)能中有相當(dāng)一部分沒(méi)有傳遞給PSII反應(yīng)中心，很可能在天線上耗散了。小麥?zhǔn)芎岛笕~片的明顯高于對(duì)照，尤其在高光強(qiáng)下(尸/^》1000)，例如在尸尸Z為1000、1500、2000umol'nf、s一1條件下分別高于對(duì)照75%、91%、60%。但SNP加入PEG處理后/《'和都十分接近對(duì)照(圖5)。因此，干旱脅迫條件下小麥葉片捕獲的光能中用于非光化學(xué)反應(yīng)熱耗散的部分增加，SNP溶液的增加能提高受旱小麥捕獲的激發(fā)能轉(zhuǎn)化效率，減少PSII天線上的熱耗散，使得捕獲的光能更多地用于光化學(xué)過(guò)程。4.葉片QA的還原程度植物有隨光強(qiáng)升高，關(guān)閉的反應(yīng)中心所占比例增加的趨勢(shì)。干旱脅迫下，小麥葉片的l-化值增加，且脅迫的時(shí)間越長(zhǎng)其l-化值越大。但SNP和PEG同時(shí)處理時(shí)受旱小麥葉片的1-0=值降低，特別是處理后第1天，光強(qiáng)超過(guò)1000iiraolm—2s—'時(shí)，其1-化值顯著低于單獨(dú)干旱處理，處理2天后1-^降低趨勢(shì)比較緩和，但是處理后3天，1-化又恢復(fù)到干旱處理時(shí)的水平。因此，干旱降低了PSII反應(yīng)中心開(kāi)放的程度(圖6，〇CK參D▲D+SNP)，反應(yīng)中心捕獲的激發(fā)能將電子傳遞到Q"就不再往下傳遞，增加了激發(fā)壓力和QA的還原特性，且脅迫時(shí)間越長(zhǎng)，PSII反應(yīng)中心開(kāi)放的比例越小。SNP能增加受旱小麥的開(kāi)放PSII反應(yīng)中心，減輕干旱脅迫帶來(lái)的激發(fā)壓力，從而降低Q4的還原程度。但是SNP具有短效性，在處理后的13天內(nèi)，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，其對(duì)QA的還原特性的調(diào)控作用逐漸下降。試驗(yàn)例4lOOpmohl/SNP對(duì)受旱小麥葉片PSII功能的調(diào)控效應(yīng)1.葉片的葉綠素相對(duì)含量水分脅迫引起小麥葉片葉綠素相對(duì)含量的下降，其下降的程度隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)明顯增加(圖7)。例如，干旱脅迫后1天和3天葉綠素相對(duì)含量分別下降了8%禾B29%。SNP加入后小麥葉片葉綠素相對(duì)含量有所增加，但是Hb和NaN02都不能緩解PEG脅迫對(duì)葉綠素合成的抑制效應(yīng)。這些說(shuō)明NO可能參與了干旱脅迫條件下葉綠體的保護(hù)。2.葉片捕獲光能在PSII中的分配圖S表明PEG處理影響了捕獲光能在葉綠體內(nèi)的分配。植物葉片捕獲光能分配于3個(gè)方面光化學(xué)反應(yīng)(戶)，天線耗散(")和過(guò)剩光能的非天線耗散(f)。干旱處理后1天和3天捕獲光能用于光化學(xué)反應(yīng)的比例分別降低了10%和17%。另一方面，干旱也增加了過(guò)剩光能在天線上耗散的比例。例如，干旱處理后l天和3天分別增加了64%和100%。相反，干旱對(duì)"沒(méi)有影響。但是，SNP緩解了干旱引起的朋下降和瑰勺上升，實(shí)驗(yàn)還表明SNP在處理后13天內(nèi)表現(xiàn)了短效性。相比較，D+SNP+Hb和D+N(V對(duì)捕獲光能在葉綠體內(nèi)分配的作用效果差異很小。從而推測(cè)干旱脅迫增加了過(guò)剩光能的耗散，尤其在光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的耗散，NO扮演著十分重要的調(diào)節(jié)作用。3.葉片psn反應(yīng)中心的活性圖9(A—D)表明PSII反應(yīng)中心的光化學(xué)活性，如/V尸。，AU0PS在PEG脅迫后第1、3天明顯下降。結(jié)果表明，水分脅迫破壞了psn反應(yīng)中心的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而阻礙光合電子傳遞進(jìn)程。且隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，PSII光化學(xué)活性明顯降低，但是SNP能緩解PEG脅迫對(duì)PSII光化學(xué)活性的抑制。例如，PFX和SNP共同處理第1天的/V尸。，《d，八/尸。禾口0PS分別增加3.6%，7.0%，9.8%和19.5%。第3天時(shí)增加程度下降，表明SNP具有短效性。相對(duì)而言，當(dāng)Hb施入SNP和PEG溶液時(shí)，SNP對(duì)PSII的保護(hù)效應(yīng)受到抑制。NaN02加入PEG后與單獨(dú)干旱處理相比也沒(méi)有明顯的變化。因此，NO供體SNP能保護(hù)干旱脅迫下PSII的活性。4.葉片的PSII熒光猝滅系數(shù)PEG處理后PSII的光化學(xué)猝滅系數(shù)(圖10A)明顯降低，可變熒光猝滅(A尺/尸。)也明顯受到抑制(圖10C)。但是，NO緩解了PEGfc迫抑制的熒光猝滅，如^和A凡/^明顯增加(;X0.01)。表明NO能激發(fā)受損的PSII電子傳遞鏈的活性。PEG的脅迫使PSII反應(yīng)中心吸收的光能用于光化學(xué)反應(yīng)的比例明顯降低。例如天線色素捕獲光能的轉(zhuǎn)換效率)(圖iob)和psn的最大光化學(xué)量子產(chǎn)額(A/ZO明顯降低(圖10D)，且這種趨勢(shì)隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)愈加明顯。當(dāng)SNP和PEG同時(shí)處理后，PEG對(duì)光能轉(zhuǎn)換速率的抑制效應(yīng)明顯得到緩解。但是NO所表現(xiàn)出的對(duì)PSII光化學(xué)轉(zhuǎn)換速率的保護(hù)效應(yīng)在Hb加入后被清除，尤其是處理第3天時(shí)。結(jié)果表明NO能緩解干旱脅迫對(duì)PSII的損傷。本發(fā)明在前期調(diào)控植物生長(zhǎng)生理的適宜SNP濃度篩選的基礎(chǔ)上，分析了100iiraolL—^NP調(diào)控-0.5MPaPEG模擬干旱條件下小麥光合色素含量和光合特性的變化，得出以下主要結(jié)論1)不同濃度的SNP對(duì)植物生長(zhǎng)生理特性的調(diào)控效應(yīng)不同濃度的SNP對(duì)小麥生長(zhǎng)生理特性的調(diào)控效應(yīng)存在明顯差異。低濃度的N0(100jamolL—'SNP)促進(jìn)葉片細(xì)胞中FAA和SS等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的形成，以提高溶質(zhì)濃度及幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中干物質(zhì)的積累。濃度高于100umol「的SNP調(diào)控效果明顯下降。但是根系的干物質(zhì)積累、FAA和SS對(duì)SNP濃度的反應(yīng)不如地上部表現(xiàn)明顯。SNP處理后植物葉片光合氣體交換和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化也表現(xiàn)出一定的濃度效應(yīng)。100umol'L—'SNP處理使植物的,及^增加，7\^下降，從而改善小麥葉片對(duì)光能的利用和同化特性。2)SNP改善了受旱小麥葉片的光能利用特性干旱脅迫下，小麥葉片的葉綠素含量雖然有所增加，但PSII反應(yīng)中心的關(guān)閉增加了光合機(jī)構(gòu)內(nèi)的激發(fā)能，使psn的功能失靈。脅迫時(shí)間越長(zhǎng)，psn反應(yīng)中心破壞程度越劇烈。100LimolL—'SNP處理不但能明顯改善受旱小麥的光合色素(Chla、Chlb和Car)，還增加PSn反應(yīng)中心的幵放(1-*)和光能的轉(zhuǎn)化效率(Fv'/Fm')。因此，受旱小麥PSII反應(yīng)中心的激發(fā)能(W/幼減少?gòu)亩鲃?dòng)地適應(yīng)干旱。3)SNP修復(fù)了受旱小麥葉片的PSII功能100yniol'L—iSNP處理后葉綠素含量的提高為修復(fù)受旱植物失活的PSII反應(yīng)中心的功能和開(kāi)放提供了有利條件，表現(xiàn)為PSII的高活性、捕獲光能用于電子傳遞和光化學(xué)反應(yīng)比例增加。100Uinol.L—'SNP使捕獲光能在受旱植物葉綠體內(nèi)重新分配，將更多的光能用于光化學(xué)反應(yīng)。4)NO的抑制劑和SNP副產(chǎn)物對(duì)受旱小麥光合特性的影響NO的抑制劑Hb處理后，SNP溶液對(duì)受旱小麥光合生理的調(diào)控效應(yīng)消失，同樣SNP的副產(chǎn)物NaN02處理后和對(duì)照處理的小麥葉片光合特性幾乎沒(méi)有變化，因此可以推測(cè)SNP中起作用的是NO信號(hào)物質(zhì)。權(quán)利要求1.一種提高旱地小麥光合特性的方法，其特征在于一在小麥生長(zhǎng)分蘗期或拔節(jié)期，將濃度為50～200μmol·L-1的硝普鈉SNP按每畝30～600克施入麥田。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種提高旱地小麥光合特性的方法，其特征在于—在小麥生長(zhǎng)分蘗期或拔節(jié)期，將濃度為50～200μmol·L^-1的硝普鈉SNP按每畝30～600克施入麥田。該方法是根據(jù)SNP具有易溶性，能大量產(chǎn)生NO，釋放的NO氣體自由基能較快地被根系或葉片吸收，調(diào)控小麥生長(zhǎng)期間的光合生理特性。文檔編號(hào)A01G1/00GK101326888SQ20081015029公開(kāi)日2008年12月24日申請(qǐng)日期2008年7月9日優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日發(fā)明者上官周平,邵瑞鑫申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所