缺钾胁迫对冬油菜叶片光合作用的限制性因子分析

【作者】 陆志峰； 刘涛； 任涛； 李小坤； 丛日环； 鲁剑巍；

【机构】 华中农业大学资源与环境学院,农业部长江中下游耕地保育重点实验室；

【摘要】 为探明缺钾胁迫对冬油菜叶片光合作用的限制性因子,以甘蓝型冬油菜中双11号为材料,对缺钾（-K）和施钾（+K）条件下油菜植株形态指标,叶片叶缘和叶心部位光合作用及其限制因子,以及两个部位气孔分布特性和叶绿体超微结构进行了研究。结果表明,缺钾胁迫显著抑制了中双11号植株和叶片的生长,单株重和单叶重分别下降29.7%和22.1%。缺钾胁迫主要影响叶缘部位光合性能,而未对叶心部位造成影响。缺钾导致叶缘光合速率（A）和气孔导度（g_s）分别下降43.4%和35.9%,却显著增加了胞间二氧化碳浓度（C_i）,说明气孔因子并非限制叶缘光合速率的主要原因。缺钾胁迫使叶肉导度（g_m）下降了42.4%,却使叶绿体二氧化碳浓度(C_c=145μmol mol^-1)最高,说明叶肉导度限制也不是光合速率下降的首要原因。缺钾胁迫导致叶缘最大电子传递速率(J_max)、最大羧化速率(V_{c1 max})和磷酸丙糖的利用效率（TPU）分别下降了30.7%、43.0%和37.1%。此外,缺钾胁迫导致叶缘部位叶绿素含量和Rubisco酶活性显著降低,O₂^·-产生速率显著增加。通过分析各限制因子的比例也可以发现,缺钾胁迫下油菜叶缘生化限制（B_L）占光合限制的43.8%,显著大于气孔导度限制（S_L）和叶肉限制（MC_L）所占的比例。由此可见,生化因子是限制光合速率的主要原因。此外,缺钾胁迫显著降低了叶缘部位气孔宽度和气孔面积,而对气孔密度和长度无影响。缺钾胁迫下油菜叶片两个部位叶绿体内均有淀粉粒积累,叶心部位叶绿体结构完整:而叶缘黄化部位破损严重,基粒片层结构模糊。缺钾胁迫下,单个叶片面积下降18.0%（叶缘黄化面积占总面积的17.6%）,叶片单位时间内所能同化的CO₂为487.5 nmol（叶缘和叶心分别为53.2和434.3 nmol）,比施钾处理下降了26.6%。以上结果表明,缺钾胁迫降低了冬油菜光合面积,通过增加生化限制（尤其是Rubisco酶活性）,大幅减弱叶缘黄化部位的光合能力,同时降低光合产物的运输能力,最终抑制了植株生长。更多还原