大田淹水对夏玉米叶片超微结构和光合特性的影响

【作者】 任佰朝； 张吉旺； 董树亭； 刘鹏； 赵斌；

【机构】 山东农业大学/作物生物学国家重点实验室；

【摘要】 【研究背景】涝害是影响作物生长发育的主要非生物逆境胁迫之一。黄淮海区域降水多集中在夏玉米生长季节,常造成农田积水,导致玉米涝害。关于淹水对夏玉米产量和生长发育的影响已有了一个较为深入的研究,但其研究多集中在淹水对夏玉米形态及其相关生理指标方面的研究,而对淹水状态下所发生的细胞学变化鲜见报道。逆境条件下植物叶片叶绿素合成减少,光合能力下降,其主要原因可归结为对功能叶片叶绿体形态和超微结构的损伤。叶绿体和线粒体是叶肉细胞内对光照最敏感的细胞器,伴随不同的环境条件产生不同的变化。从细胞水平研究淹水对夏玉米叶片光合特性的影响具有重要意义。【材料与方法】在大田条件下通过设置不同淹水时期(三叶期、拔节期、开花后10 d)和淹水持续时间(3 d和6 d),以不淹水处理为对照(CK),即三叶期淹水3 d和6 d(V3-3和V3-6),拔节期淹水3 d和6 d(V6-3和V6-6),开花后10 d淹水3 d和6 d(10VT-3和10VT-6),对照(CK),探讨淹水后夏玉米叶片叶肉细胞超微结构、叶绿素含量、气体交换参数和荧光特性等方面的变化,以期明确淹水对夏玉米叶片叶肉细胞超微结构及光合特性的影响。【结果与分析】淹水后叶面积指数、叶绿素含量、P_n、F_v/F_m和F_m/F_o等光合性能的指标显著降低,三叶期淹水对其的影响最显著,拔节期淹水次之,开花后10 d淹水对其的影响较小,且其影响随淹水持续时间的延长而加剧,说明淹水后夏玉米叶片的光合性能显著降低,进而导致夏玉米产量显著下降。DH605的V3-3、V3-6、V6-3、V6-6、10VT-3、10VT-6处理的产量较CK分别下降18.6%、30.3%、12.6%、18.8%、5.7%和13.9%,ZD958分别下降15.6%、30.4%、13.0%、21.4%、5.9%和12.8%。此外,淹水后叶肉细胞内叶绿叶绿体肿胀变圆,叶绿体内基粒个数和单个基粒片层数均显著降低,三叶期淹水6 d对其的影响最显著,DH605的叶绿体内基粒个数和单个基粒片层数较CK分别下降25.3%和35.5%,ZD958分别下降26.0%和35.0%。同时,淹水后MDA含量增加,加剧了膜脂过氧化作用,生物膜结构破坏,线粒体不同程度的损伤,导致叶片光合能力显著下降,进而导致夏玉米产量显著降低。【结论】淹水后叶肉细胞内叶绿体排列分散,类囊体结构被破坏,导致单位叶面积叶绿素合成减少。同时,淹水后MDA含量增加,加剧了膜脂过氧化作用,生物膜结构破坏,线粒体不同程度的损伤,都是导致夏玉米叶片光合能力下降的重要因素。淹水后叶片光合能力的降低导致夏玉米产量显著下降。三叶期淹水的影响最显著,拔节期淹水次之,开花后10天淹水的影响较小,且其影响程度随淹水持续时间的延长而加剧。更多还原