CN101326888A - 一种提高旱地小麦光合特性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高旱地小麦光合特性的方法，其特征在于—在小麦生长分蘖期或拔节期，将浓度为50～200μmol·L^－1的硝普钠SNP按每亩30～600克施入麦田。该方法是根据SNP具有易溶性，能大量产生NO，释放的NO气体自由基能较快地被根系或叶片吸收，调控小麦生长期间的光合生理特性。

Description

一种提高旱地小麦光合特性的方法

技术领域

本发明涉及一种提高旱地小麦光合特性的方法。

背景技术

水资源短缺是限制干旱、半干旱地区农田生态系统作物生产力的主要因素。小麦作为半干旱地区的重要粮食作物之一，在有限的可利用水条件下，最大限度地减少水分消耗，提高水分利用效率(WUE)是实现小麦作物高产和高效用水的根本途径。因此，调控植物抗旱节水生理以提高作物的产量和WUE，是近年来植物节水生理和旱区农业生产的热点和难点。

水分亏缺对植物光合的影响机制是改善干旱、半干旱地区作物抗旱节水性能的重要理论基础。目前，有关作物光合特性适应干旱机制的研究倍受关注，也取得了一定进展：水分亏缺使植株叶片光合机构发生异常，进而影响光合系统I和II(PSI和PSII)的活性及光合电子传递过程，导致光合功能衰退(Flexaset al.2006)，但是抗旱植物在干旱条件下抗氧化酶活性的提高，使光合机构中的活性氧分子(ROS)及时被清除，这时大量的电子被分配到光合及光呼吸过程中保护光合机构，从而主动地适应水分亏缺(Kaoua et al.2006；王磊等，2007)。

一氧化氮(NO)是一种新型植物信号分子和植物生长调节物质(徐茂军，2007)，它广泛存在于植物组织中，参与光形态建成(Beligni和Lamattina，2000)、种子萌发(Zhang et al.2003)、衰老(Beligni和Lamattina，2002)、对胁迫的响应(Ruan2004)以及抗病防御(Durner et al.1998)等生命过程。近年来，关于NO生理的研究一直是国内外植物逆境生理学界研究的热点。各种逆境如水分和盐分胁迫、机械损伤、紫外线等都可以诱导ROS的形成，然而低浓度的NO可以通过各种方式与ROS作用，发挥抗氧化功能(陈明等，2004)；也可通过增加植物体内FAA和SS等有机溶质终止自由基介导的脂质氧化从而扮演保护角色(王宪叶等，2004)。研究表明，NO对非生物胁迫下光合特性的改善主要涉及叶绿素(张艳艳等，2004)、气孔关闭和光合速率(王淼等，2005)，但干旱胁迫下，怎样才能提高旱地小麦光合特性，使之能够增产增收，目前还没有相关的报道。

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发明内容

针对上述现有技术中存在的问题与缺陷，本发明的目的在于提供一种改善旱地小麦光合特性的方法，该方法可通过提高旱地小麦光合生理特性来解决旱地作物生产力低下这一难题。

实现上述发明目的的技术方案是：一种提高旱地小麦光合特性的方法，其特征在于：在小麦生长分蘖期或拔节期，将浓度为50～200μmol·L^-1的硝普钠SNP按每亩30～600克通过地下微灌或叶面喷施技术施入麦田。

本发明提高旱地小麦光合特性的方法的理论依据：SNP的施用促进了小麦根系的生长及其生理活性，调节地上部叶片的气孔行为；缓解干旱胁迫对细胞膜的破坏，改善受旱小麦体内的水分状况；可优化调控捕获光能在光合作用中的分配，维持光合电子在PSII上的顺利传递，促进由干旱引起的过剩光能通过天线色素进行的耗散，由此小麦叶片的光合特性明显得到改善。

与现有技术相比，本发明提高旱地小麦光合特性的方法的优点：

1、用量少，见效快。由于SNP具有易溶性，能大量产生NO，释放的NO气体自由基能较快地被根系或叶片吸收，调控小麦生长期间的光合生理特性。

2、施用技术简单，产投比较高。在小麦分蘖期或拔节期通过微灌或叶面喷施，SNP溶液，可明显提高旱区小麦的生理生态抗旱性，为麦田稳产高产奠定了坚实的基础。

3、技术理论基础明显。这一技术应用的理论原理较为清楚；表现在SNP通过调节气孔行为保持体内的含水量，对受旱小麦PSII功能进行调控，光合特性也明显增强。

附图说明

图1不同浓度SNP对小麦游离氨基酸(FAA)(a)和可溶性糖(SS)的影响。

图2不同浓度SNP处理对小麦叶片光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、光化学猝灭系数(q_P)、非光化学猝灭系数(NPQ)的影响。

图3100μmol·L^-1SNP，NO的抑制剂Hb和SNP的副产物NaNO₂对小麦叶片净光合速率(P_n)和光化学猝灭系数(q_P)的影响。

图4100μmol·L^-1SNP对受旱小麦叶片的光合功能相对限制值L_PFD的影响。

图5100μmol·L^-1SNP处理后受旱小麦叶片的天线转化效率F_v′/F_m′(a)和

非光化学荧光猝灭NPQ(b)对光强的适应特性。

图6100μmol·L^-1SNP处理后受旱小麦叶片的1-q_P(关闭的PSII反应中心)对光强的适应性。

图7100μmol·L^-1SNP对受旱小麦幼苗的叶绿素相对含量的影响。

图8100μmol·L^-1SNP对受旱小麦的PSII反应中心捕获光能分配比例的影响。

图9100μmol·L^-1SNP处理对干旱胁迫后1、3天对PSII反应中心潜在活性(F_v/F₀)(A)，光合电子传递效率(Ф_PSII)(B)，潜在光合活性(R_fd)(C)，电子传递情况(F_m/F₀)(D)。

图10干旱胁迫和SNP处理后1-3天光化学猝灭(q_P)(A)，天线色素捕获光能的转换效率(F_v’/F_m’)(B)，可变荧光猝灭参数(ΔF_v/F₀)(C)，PSII的最大光化学量子产额(F_v/F_m)(D)的变化。

具体实施方式

以下通过发明人给出的具体实施例、试验例来进一步证明本发明提高旱地小麦光合特性的方法和有益效果。

实施例1

2007年11月于陕西省杨陵区水土保持研究所试验农场小麦试验田进行叶面喷施硝普钠SNP溶液试验，小麦品种为小偃22，此时小麦处于生长分蘖期，于傍晚将浓度为50μmol·L^-1的硝普钠SNP溶液2m³/亩喷施，将同量的自来水作为对照处理，喷施到小麦叶面直到滴水为止，每个处理重复4次。在喷施3天后，我们利用SPAD-502(Minolta，Japan)于上午10时测定了小麦倒二叶的叶绿素相对含量，喷施硝普钠SNP的小麦叶片叶绿素含量比对照增加14％，利用LI-6400光合测定系统(LI-COR，USA)测定了小麦叶片的净光合速率，喷施硝普钠SNP的小麦叶片的净光合速率比对照增加25％。

实施例2

2008年3月底于陕西省杨陵区水土保持研究所试验农场小麦试验田进行叶面喷施硝普钠SNP溶液试验，小麦品种为小偃22，此时小麦处于拔节期，于傍晚将浓度为150μmol·L^-1的硝普钠SNP溶液2m³/亩喷施，将同量的自来水作为对照处理，喷施到小麦叶面直到滴水为止，每个处理重复4次。在喷施3天后，我们利用SPAD-502(Minolta，Japan)于上午10时测定了小麦倒二叶的叶绿素相对含量，喷施硝普钠SNP溶液的小麦叶片叶绿素含量比对照增加19％，利用LI-6400光合测定系统(LI-COR，USA)测定了小麦叶片的净光合速率，喷施硝普钠SNP溶液的小麦叶片的净光合速率比对照增加28％。

实施例3

2007年11月于陕西省杨陵区五泉乡节水示范园进行小麦地下滴灌硝普钠SNP溶液试验，小麦品种为小偃22，此时小麦处于生长分蘖期，将浓度为150μmol·L^-1的硝普钠SNP溶液10m³/亩，将同量的纯水作为对照处理，滴灌到小麦根际土壤，每个处理重复3次。滴灌3天后，我们利用SPAD-502仪(Minolta，Japan)于上午10时测定了小麦倒二叶的叶绿素相对含量，根际施入硝普钠SNP溶液的小麦叶片叶绿素含量比对照增加14％，同时利用LI-6400光合测定系统(LI-COR，USA)测定小麦叶片的净光合速率，施入硝普钠SNP溶液的小麦叶片的净光合速率比对照增加19％。

试验例1本发明提高旱地小麦光合特性的方法的试验材料与方法

1.材料培养

以小麦品种小偃22为例，精选种子经3％双氧水消毒5min后，用去离子水冲洗干净，25℃浸种20h后置25℃恒温箱内暗中催芽，萌发后选取露白一致的种子播种在沙盘上，沙面用浸水的纱布覆盖以保持适宜的湿度。前期每天加水一次，后期定量补充1/4Hoagland营养液。当幼苗长至1叶1心时，选择长势均匀的幼苗转移至20cm×14cm×7cm塑料盒内培养。幼苗在ZPW-280B植物生长箱内用1/2Hoagland营养液水培，生长条件是：昼/夜温度(25/18℃±2℃)、光强(400μmol·m^-2·s^-1)、湿度(60％±5％)，培养箱内生长7天后，换用全Hoagland营养液进行培养。每隔2天换一次营养液，每天通气8～10h。待幼苗长至3叶1心时，选取长势一致健康的植株进行根际饲喂处理，处理期间每天更换营养液，每个处理重复3次。为避免生长箱内的生长条件不均，每次更换营养液时交换摆放次序。

2.处理设计

本项工作分三次实验来实施：前期浓度筛选试验、干旱胁迫试验和对比验证试验。

前期浓度筛选试验主要进行适宜SNP浓度的筛选，设6个浓度处理：CK(Hoagland营养液)，S₁(100μmol·L^-1SNP)，S₂(200μmol·L^-1SNP)，S₅(500μmol·L^-1SNP)，S₁₀(1000μmol·L^-1SNP)，S₂₀(2000μmol·L^-1SNP)。筛选出最佳浓度的SNP后，进行中期干旱处理试验。

干旱胁迫试验设3个处理，CK：Hoagland；D：-0.5MPaPEG(6000)；D+SNP：-0.5MPa PEG(6000)+100μmol·L^-1SNP。试验主要进行叶绿素荧光技术的测定，这种方法主要反映PSII吸收能量的程度和被过量光线破坏的程度，它可以快速估计植物光合行为的潜在特性。

后期对比试验为了进一步验证NO对受旱植物PSII中心的调控效应，设置了5个处理，CK：Hoagland；D：-0.5MPaPEG(6000)；D+SNP：-0.5MPa PEG(6000)+100μmol·L^-1SNP；D+SNP+Hb：-0.5MPaPEG+100μmol·L^-1SNP+2.5％Hb；D+NO₂ ^-：-0.5MPaPEG+200μmol·L^-1NaNO₂。实验证明NO在体内会代谢为NO₂ ^-，牛血红蛋白(Hemoglobin，Hb)为NO的清除剂。因此设Hb和NaNO₂两个处理作为SNP的对照。100μmol·L^-1的SNP最多降解生成1μmol·L^-1NO₂ ^-的副产物(Delledonne等，1998)，所以设NaNO₂的浓度为200μmmol·L^-1。

NO供体硝普钠[Na₂Fe(CN)₅].NO(SNP)，纯度98.5％。先用蒸馏水配成40mmol·L^-1的母液，4℃下黑暗保存，用时按所需浓度稀释。每个处理重复3次。

3.测定方法

3.1叶片光合气体交换参数

利用LI-6400光合测定系统(LI-COR，USA)在光强400μmol·m^-2·s^-1，温度25℃下测定倒二叶的净光合速率(P_n，μmol·m^-2·s^-1)和气孔导度(G_s，mmol·m^-2·s^-1)。

3.2叶片叶绿素荧光参数

与光合作用测定同时利用FMS2脉冲调制式荧光仪(Hansatech，UK)测定F₀、F_m、F_m’、F₀’及F_s等荧光参数。荧光参数及荧光猝灭曲线的测定与计算参见文献(Demming-Adams，1996)。测量时，先用测量光(2mmol·m^-2·s^-1)照射测量F₀，而后用饱和脉冲光照射0.8s，测量F_m，饱和脉冲光结束后，打开测量光和光化学光，每隔30s照射1次饱和脉冲光测量F_m’，关闭光化学光，打开远红光照射3s，测量F₀’，远红光结束后，重新打开光化学光，开始一个新的循环测量。测定时间分别在处理后第2、4和6天的9:00～11:30，每个处理最少重复4次。

荧光参数的测定按PFD依次为2000，1500，1000，800，600，400，200，100，50，25，0μmol·m^-2·s^-1的顺序做F_v’/F_m’-PFD，NPQ-PFD，(1-q_P)-PFD响应曲线。

荧光参数的计算参照Demming-Adams(1995，1996)的方法，荧光猝灭参数q_P＝(F_m′-F_s)/(F_m′-F₀′)；NPQ的变化反映非光化学反应的热耗散：NPQ(F_m-F_m’)/F_n’＝F_m/F_m’-1；开放的PSII反应中心捕获激发能的转化效率：F_v’/F_m’＝(F_m′-F₀′)/F_m′，由它可计算某PFD下量子效率的相对限制或光合功能的相对限制值L_(PFD)；L_(PFD)＝1-(q_P×F_v’F_m’)/0.83；q_P＝(F_m′-F_s)/(F_m′-F₀′)，本文中1-q_P表示Q_A的还原程度。叶绿素分子捕获光能的分配用于三个方面：光化学反应P＝q_P×F_v’/F_m’；过剩激发能在天线上的耗散D＝1-F_v’/F_m’；用于光化学反应中的非天线耗散E＝(1-q_P)×F_v’/F_m’。其它参数还有可变荧光猝灭参数：ΔF_v/F₀＝(F_m-F_s)/F₀；PSII的潜在活性：F_v/F₀＝(F_m-F₀)/F₀；PSII的光合电子传递速率：Ф_PSII＝(F_m’-F_s)/F_m’；PSII中的电子传递情况：F_m/F₀；潜在的光合速率R_fd＝(F_m-F_s)/F_s。

3.3叶片光合色素和叶绿素相对含量

称取处理后第1、3天的小麦鲜叶0.1g加96％乙醇10ml研磨至组织变白；然后加96％乙醇定容至50ml。用UV-2300分光光度计(Shanghai，China)分别在663、646及470nm下测定OD值，计算出Chla、Chl b，Car的含量(mg·g^-1干重)。Chla的浓度，G_a＝13.95A₆₆₅-6.88A₆₄₉；Chl b的浓度，C_b＝24.96A₆₄₉-7.32A₆₆₅；Car的浓度，Cx，c＝(1000A₄₇₀-2.05C_a-114.8C_b)/245。叶绿素含量(mg·g^-1)＝(色素的浓度×提取液体积×稀释倍数)/干重。

利用SPAD-502(Minolta，Japan)测定倒二叶的叶绿素相对含量。每个处理重复10次。

3.4幼苗可溶性糖和游离氨基酸含量

在SNP处理后第2天的9:00～11:30取样，选择有代表性的植株，每个处理选择3个重复，分别采用蒽酮比色法和茚三酮显色法(李合生，2000)测定倒二叶和根系的游离氨基酸(FAA)、可溶性糖(SS)含量。

3.5幼苗生物量

在SNP处理前与处理后第6天进行生物量的测定，将植株的地上部和地下部分开，自来水冲洗3次，蒸馏水洗净吸干，称鲜重后，110℃杀青5min后于80℃烘干至恒重，每个处理重复15次。称重后计算总干重及根冠比。

试验例2 不同浓度SNP处理调控小麦幼苗生长与生理特性的浓度效应

1.幼苗的干物质积累和分配

实验结果表明地上部和根系总的生物量积累的变化存在明显差异(表1)，以S₁处理效果最佳，比CK分别增加39.2％和45.9％(p＜0.001)。SNP浓度高于100μmol·L^-1后，生物量积累呈下降趋势。除S₂处理的小麦总生物量、地上部生物量分别比对照增加38.2％和43.5％外，S₅、S₁₀和S₂₀处理的总生物量和地上部生物量与对照相比，分别下降19.3％、19.4％、15.7％和22.4％、21.2％、17.8％。不同浓度的SNP处理后小麦根系干物质积累也存在明显差异(表1)。S₁和S₂处理分别比CK处理增加了5.8％和18.2％，SNP浓度高于200μmol·L^-1后，根系干物质积累呈下降趋势。

小麦根冠比对不同浓度SNP处理的响应也存在明显差异，S₅、S₁₀和S₂₀分别比对照提高了20％、10％和15％；S₁和S₂处理的小麦根冠比显著低于CK，其中以S₁处理时根冠比最低。因此，低浓度的SNP能明显提高植株的总生物量，降低植株的根冠比，对根系干物质积累影响不明显。

表1  不同浓度SNP处理6天后小麦干物质的积累和分配的变化

注：同列数值不同字母表示差异达5％显著水平

2.幼苗的渗透调节特性

不同浓度的SNP处理后，叶、根系FAA含量的变化表现不同(图1a)。S₁处理后的叶FAA含量提高了98.9％，浓度大于100μmol·L^-1的SNP处理后，叶FAA含量迅速降至对照以下；不同浓度的SNP处理后根FAA含量总体上较叶的变化缓和，200μmol·L^-1SNP处理后根系FAA含量最高，其含量随着SNP浓度的增加而降低。表明浓度小于200μmol·L^-1SNP显著增加叶片的FAA含量(p＜0.05)，对根系FAA含量的影响无显著性。100μmol·L^-1SNP处理时，小麦叶片、根系SS含量显著高于对照。S₁处理的叶SS含量明显比对照提高35.6％(p＜0.05)。当SNP浓度增加到2000μmol·L^-1时，叶SS含量比对照下降51.3％，但是不同浓度的SNP处理后根SS含量的变化较叶片的缓和，其中S₁处理提高了30.5％(p＜0.05)(图1b)。SNP浓度高于100μmol·L^-1后，根系的SS含量与对照相比都有不同程度的降低，说明100μmol·L^-1的SNP促进了植物体内SS含量的合成，且对叶片的影响显著高于根系。

3.叶片的光合气体交换和叶绿素荧光猝灭参数

在100μmol·L^-1～2000μmol·L^-1SNP的范围内，小麦叶片的P_n随着SNP浓度的增加呈下降趋势(图3a)。处理前期，S₁和S₂处理的P_n显著高于S₁₀和S₂₀处理(p＜0.05)，而S₁₀和S₂₀处理显著低于对照(p＜0.05)。S₁处理后第2、4和6天分别比对照提高7.9％、0.8％和13.6％，除S₅处理后第2、4天分别比对照提高5.3％和3.0％之外，其它浓度的SNP处理后叶片P_n都低于对照。例如S₁₀和S₂₀处理后的叶片P₀显著低于对照(p＜0.05)，且S₂₀处理比S₁₀处理下降的幅度大。不同浓度SNP处理后小麦叶片G_s没有明显差异(p＞0.05)(除第4天的S₂₀处理显著高于对照以外)，随处理时间延长G_s呈显著上升趋势(p＜0.05)(图3b)。S₁处理后第2天和第6天，叶片G_s分别比对照平均提高了2.1％和21.0％，第4天低于对照。SNP处理后第2天中，随着SNP浓度增加G_s下降，S₂、S₅、S₁₀和S₂₀处理后叶片G_s分别比对照降低7.5％、32.6％、27.8％和40.1％。

S₁处理后第2、4和6天q_P分别比对照增加0.1％、5.2％和5.2％(图3c)，其它浓度的SNP对小麦叶片q_P影响不明显(p＞0.05)。处理后第2天中，当SNP浓度超过100μmol·L^-1后，叶片q_P呈下降趋势。处理后第4、6天的q_P值没有变化，但是明显高于处理后第2天的q_P。不同浓度SNP对小麦叶片NPQ的影响存在显著差异(p＜0.05)，且明显低于CK。在处理初期(第2天)，NPQ随着处理浓度增加呈现先上升后下降的趋势(图3d)。处理后第4、6天，不同浓度处理间变化正好相反呈现先下降后上升的趋势，且第4天和第6天不同浓度处理间的NPQ几乎没有差异，与q_P的变化趋势一致，其中以S₁下降的幅度最小。

4.NO的抑制剂Hb对光合气体交换参数的影响

Delledonne(1998)试验证明Hb为NO的抑制剂，NaNO₂是SNP的副产物，为证明SNP中调控小麦幼苗光合生理的物质是NO，本研究另设了2个处理：SNP+Hb：100μmol·L^-1SNP+2.5％Hb；NaNO₂：200μmol·L^-1NaNO₂和CK、SNP两个处理进行对比试验。

Hb处理后，SNP溶液对小麦光合气体交换参数等指标(P_n和q_P)的调控作用消失，同样NaNO₂处理后小麦叶片的P_n和q_P几乎没有变化(图3)，因此可以推测SNP中起作用的是NO信号物质。

试验例3  100μmol·L^-1SNP处理对受旱小麦光能利用特性的调控效应

1.叶片的光合色素

受旱胁迫1天的小麦叶片光合色素含量显著高于对照，但SNP施入PEG溶液后相对单独PEG处理显著提高了干旱胁迫下光合色素的含量(表2)。其中，Chl a、Chl b和Car含量分别增加45％、25％和36％。植物受干旱胁迫后也引起了细胞质膜的透性增大，胁迫后1天，小麦叶片的膜相对透性增加19％，但是SNP和PEG同时处理恢复了叶片细胞膜的稳定性，比单独干旱处理的小麦叶片膜透性降低22％。

表2  干旱胁迫1天后SNP处理对小麦叶片光合色素含量和细胞膜透性的影响

注：同列数值不同字母表示差异达5％显著水平。每个处理重复5次，处理后第1天进行以上指标的测定

2.叶片的光合功能限制值

干旱胁迫1天后，小麦的光合生理功能受损，光照越强，L_PFD越大(图4)。干旱条件下，PFD≤800μmol·m^-2·s^-1时，L_PFD基本无变化。但当PFD超过1000μmol·m^-2·s^-1时，PEG处理的L_PFD值显著高于对照。如果PEG中加入了SNP，高光强在干旱胁迫下对植物光合功能的限制明显得到缓解(图4图中○CK●PEG▲PEG+SNP CK：Hoagland；PEG：-0.5MPa PEG(6000)+Hoagland；PEG+SNP：-0.5MPa PEG(6000)+100μmol·L^-1SNP+Hoagland。尤其是PFD≥1000μmol·m^-2·s^-1时，SNP的作用效果更明显。说明干旱条件下，植物光合机构的运行对光强的敏感程度大于正常条件下，但SNP处理后能恢复干旱条件下光合机构的部分功能。

3.叶片捕获光能的热耗散值

在强光条件下，对照和单独PEG处理的F_v′/F_m′都低于弱光下的相应值，尤其PEG胁迫1天后在小麦的叶片中降低更明显(图10，○ CK ● D ▲D+SNP)，表明小麦受旱后叶片捕获的激发能中有相当一部分没有传递给PSII反应中心，很可能在天线上耗散了。小麦受旱后叶片的NPQ明显高于对照，尤其在高光强下(PFD≥1000)，例如在PFD为1000、1500、2000μmol·m^-2·s^-1条件下分别高于对照75％、91％、60％。但SNP加入PEG处理后F_v′F_m′和NPQ都十分接近对照(图5)。因此，干旱胁迫条件下小麦叶片捕获的光能中用于非光化学反应热耗散的部分增加，SNP溶液的增加能提高受旱小麦捕获的激发能转化效率，减少PSII天线上的热耗散，使得捕获的光能更多地用于光化学过程。

4.叶片Q_A的还原程度

植物有随光强升高，关闭的反应中心所占比例增加的趋势。干旱胁迫下，小麦叶片的1-q_P值增加，且胁迫的时间越长其1-q_P值越大。但SNP和PEG同时处理时受旱小麦叶片的1-q_P值降低，特别是处理后第1天，光强超过1000μmol·m^-2·s^-1时，其1-q_P值显著低于单独干旱处理，处理2天后1-q_P降低趋势比较缓和，但是处理后3天，1-q_P又恢复到干旱处理时的水平。因此，干旱降低了PSII反应中心开放的程度(图6，○ CK ● D ▲ D+SNP)，反应中心捕获的激发能将电子传递到Q_A就不再往下传递，增加了激发压力和Q_A的还原特性，且胁迫时间越长，PSII反应中心开放的比例越小。SNP能增加受旱小麦的开放PSII反应中心，减轻干旱胁迫带来的激发压力，从而降低Q_A的还原程度。但是SNP具有短效性，在处理后的1～3天内，随着处理时间的延长，其对Q_A的还原特性的调控作用逐渐下降。

试验例4  100μmol·L^-1SNP对受旱小麦叶片PSII功能的调控效应

1.叶片的叶绿素相对含量

水分胁迫引起小麦叶片叶绿素相对含量的下降，其下降的程度随处理时间的延长明显增加(图7)。例如，干旱胁迫后1天和3天叶绿素相对含量分别下降了8％和29％。SNP加入后小麦叶片叶绿素相对含量有所增加，但是Hb和NaNO₂都不能缓解PEG胁迫对叶绿素合成的抑制效应。这些说明NO可能参与了干旱胁迫条件下叶绿体的保护。

2.叶片捕获光能在PSII中的分配

图8表明PEG处理影响了捕获光能在叶绿体内的分配。植物叶片捕获光能分配于3个方面：光化学反应(P)，天线耗散(D)和过剩光能的非天线耗散(E)。干旱处理后1天和3天捕获光能用于光化学反应的比例分别降低了10％和17％。另一方面，干旱也增加了过剩光能在天线上耗散的比例。例如，干旱处理后1天和3天分别增加了64％和100％。相反，干旱对D没有影响。但是，SNP缓解了干旱引起的P的下降和E的上升，实验还表明SNP在处理后1～3天内表现了短效性。相比较，D+SNP+Hb和D+NO₂ ^-对捕获光能在叶绿体内分配的作用效果差异很小。从而推测干旱胁迫增加了过剩光能的耗散，尤其在光化学反应过程中的耗散，NO扮演着十分重要的调节作用。

3.叶片PSII反应中心的活性

图9(A-D)表明PSII反应中心的光化学活性，如F_v/F₀，R_fd，F_m/F₀，Ф_PSII在PEG胁迫后第1、3天明显下降。结果表明，水分胁迫破坏了PSII反应中心的结构和功能，进而阻碍光合电子传递进程。且随着胁迫时间的延长，PSII光化学活性明显降低，但是SNP能缓解PEG胁迫对PSII光化学活性的抑制。例如，PEG和SNP共同处理第1天的F_v/F₀，R_fd，F_m/F₀和Ф_PSII分别增加3.6％，7.0％，9.8％和19.5％。第3天时增加程度下降，表明SNP具有短效性。相对而言，当Hb施入SNP和PEG溶液时，SNP对PSII的保护效应受到抑制。NaNO₂加入PEG后与单独干旱处理相比也没有明显的变化。因此，NO供体SNP能保护干旱胁迫下PSII的活性。

4.叶片的PSII荧光猝灭系数

PEG处理后PSII的光化学猝灭系数(q_P)(图10A)明显降低，可变荧光猝灭(ΔF_v/F₀)也明显受到抑制(图10C)。但是，NO缓解了PEG胁迫抑制的荧光猝灭，如q_P和ΔF_v/F₀明显增加(p＜0.01)。表明NO能激发受损的PSII电子传递链的活性。

PEG的胁迫使PSII反应中心吸收的光能用于光化学反应的比例明显降低。例如：天线色素捕获光能的转换效率(F_v’/F_m’)(图10B)和PSII的最大光化学量子产额(F_v/F_m)明显降低(图10D)，且这种趋势随着胁迫时间的延长愈加明显。当SNP和PEG同时处理后，PEG对光能转换速率的抑制效应明显得到缓解。但是NO所表现出的对PSII光化学转换速率的保护效应在Hb加入后被清除，尤其是处理第3天时。结果表明NO能缓解干旱胁迫对PSII的损伤。

本发明在前期调控植物生长生理的适宜SNP浓度筛选的基础上，分析了100μmol·L^-1SNP调控-0.5MPaPEG模拟干旱条件下小麦光合色素含量和光合特性的变化，得出以下主要结论：

1)不同浓度的SNP对植物生长生理特性的调控效应

不同浓度的SNP对小麦生长生理特性的调控效应存在明显差异。低浓度的NO(100μmol·L^-1SNP)促进叶片细胞中FAA和SS等渗透调节物质的形成，以提高溶质浓度及幼苗生长过程中干物质的积累。浓度高于100μmol·L^-1的SNP调控效果明显下降。但是根系的干物质积累、FAA和SS对SNP浓度的反应不如地上部表现明显。SNP处理后植物叶片光合气体交换和叶绿素荧光参数的变化也表现出一定的浓度效应。100μmol·L^-1SNP处理使植物的P_n及q_P增加，NPQ下降，从而改善小麦叶片对光能的利用和同化特性。

2)SNP改善了受旱小麦叶片的光能利用特性

干旱胁迫下，小麦叶片的叶绿素含量虽然有所增加，但PSII反应中心的关闭增加了光合机构内的激发能，使PSII的功能失灵。胁迫时间越长，PSII反应中心破坏程度越剧烈。100μmol·L^-1SNP处理不但能明显改善受旱小麦的光合色素(Chl a、Chl b和Car)，还增加PSII反应中心的开放(1-q_P)和光能的转化效率(Fv′/Fm′)。因此，受旱小麦PSII反应中心的激发能(NPQ)减少从而主动地适应干旱。

3)SNP修复了受旱小麦叶片的PSII功能

100μmol·L^-1SNP处理后叶绿素含量的提高为修复受旱植物失活的PSII反应中心的功能和开放提供了有利条件，表现为PSII的高活性、捕获光能用于电子传递和光化学反应比例增加。100μmol·L^-1SNP使捕获光能在受旱植物叶绿体内重新分配，将更多的光能用于光化学反应。

4)NO的抑制剂和SNP副产物对受旱小麦光合特性的影响

NO的抑制剂Hb处理后，SNP溶液对受旱小麦光合生理的调控效应消失，同样SNP的副产物NaNO₂处理后和对照处理的小麦叶片光合特性几乎没有变化，因此可以推测SNP中起作用的是NO信号物质。

Claims (1)

1.一种提高旱地小麦光合特性的方法，其特征在于一在小麦生长分蘖期或拔节期，将浓度为50～200μmol·L^-1的硝普钠SNP按每亩30～600克施入麦田。

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