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滤除自然光中UV-B辐射成分对高山植物美丽风毛菊光合生理的影响
师生波, 尚艳霞, 朱鹏锦, 张德罡
植物生态学报    2011, 35 (2): 176-186.   DOI: 10.3724/SP.J.1258.2011.00176
摘要   (4717 HTML10 PDF(pc) (513KB)(4898)  

采用滤除自然光谱中UV-B辐射成分的方法, 探讨了高山植物美丽风毛菊(Saussurea superba)光合机构对青藏高原强UV-B辐射的响应和适应特性。结果表明, 强太阳光中的UV-B成分能引起净光合速率的降低。连续16天不同天气下的观测表明, 滤除UV-B处理时3 min暗适应的光化学量子效率有升高的趋势; 晴天下稳态光化学效率的分析也显示滤除UV-B处理的实际光化学量子效率和光化学猝灭系数有升高趋势, 意味着自然光中的UV-B成分可限制美丽风毛菊叶片PSII反应中心的激发能捕获效率。PSII有效光化学量子效率的增加和非光化学猝灭系数的降低进一步表明, UV-B辐射能导致有效光化学效率的降低和非光化学能量耗散的增加。由上可知, 自然强UV-B辐射是限制美丽风毛菊叶片光合作用的一个因素。滤除UV-B辐射处理对光合色素含量的影响较小, 无论以叶面积还是叶鲜重为基础的滤除UV-B处理仅有微弱的增加趋势, 说明强UV-B辐射具有加速光合色素的光氧化进程, 促进细胞成熟和叶片衰亡的潜在作用。同样UV-B吸收物质的含量也几乎没有变化, 表明强太阳辐射环境下生活的高山植物美丽风毛菊叶表皮层中已具有较多的紫外线屏蔽物质, 足以抵御目前环境中强太阳UV-B辐射可能引起的伤害, 较少受UV-B辐射波动的影响。



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图3 2008年8月滤除自然光中UV-B辐射成分处理对美丽风毛菊叶片稳态PSII光化学效率的影响。垂直条表示标准误差。*, p < 0.05。
正文中引用本图/表的段落
图3表明, low UV-B处理时, 除第2天和第4天的两次测定(p分别为0.474 9和0.651 6; n分别为10和4) 外, 美丽风毛菊叶片Fv′/Fm′高于对照amb UV-B (p分别为0.516 6、0.021 4、0.168 3、0.041 4、0.103 5和0.136 5; n分别为16、15、9、5、5和4) (图3A); 而ΦPSII在整个处理期间均较高(p分别为0.304 3、0.567 1、0.311 6、0.010 1、0.138 7、0.113 8、0.347 1和0.398 3; n分别为10、4、16、15、9、5、5和4) (图3B)。
稳态PSII光化学效率受测定时自然光强的影响较大, 故计算时仅挑选了晴天的数据。ΦPSII 为作用光下的PSII实际光化学量子效率, 代表PSII反应中心电荷分离的实际量子效率。ΦPSII与通过PSII反应中心的线性电子传递通量(liner electron flux, LEF)有直接的联系, 因此又被称为PSII运行效率(PSII operating efficiency), 可快速确定不同光下或其他环境条件下PSII反应中心的作用效率(Baker, 2008)。qP表示开放PSII反应中心占总PSII反应中心的比例, 为PSII反应中心初级接受体QA氧化还原状态的相对度量, 其数值与开放PSII反应中心呈非线性比例, 反映了QA氧化程度。氧化态的QA是PSII电子传递的原初醌受体, 决定着PSII激发能的捕获效率。qP也被称作PSII效率因子(PSII efficiency factor), 它将稳态作用光下的Fv′/Fm′和ΦPSII联系在一起(Baker, 2008)。短期滤除UV-B试验表明, low UV-B处理时ΦPSIIqP都增高(图3B, 图4A), 说明自然光中的UV-B成分依然是限制美丽风毛菊叶片光化学效率的一个因素。除第2天和第4天外, low UV-B处理后也引起了Fv′/Fm′的增加(图3A); 与Fv′/Fm′变化趋势相反, 除第2天和第4天外, low UV-B处理后导致了NPQ的降低(图4B)。Fv′/Fm′与反映整个光合作用过程的ΦPSII不同, 仅表示开放PSII反应中心的激发能捕获效率, 显然, Fv′/Fm′也能够用来评估非光化学猝灭对ΦPSII变化的贡献(Baker, 2008)。滤除自然光谱中UV-B成分处理时, NPQ以及Fv′/Fm′的变化表明, 自然光中的UV-B辐射成分能导致非光化学能量耗散的增加。进一步分析可知, 除滤除试验的第2天和第4天外, amb UV-B处理的FsFm′都相对较低(图表未列), 显然Fm′是引起NPQ以及Fv′/Fm′变化的原因。
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