植物电生理特性对干旱的响应及其在诊断水分状况中的应用

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叶片的生理电特性变化可以用来反映植物的干旱情况。植物细胞含有大量的水分,可产生静水压,以维持细胞的紧张度,使枝叶挺立、花朵开放、根系得以伸展。干旱情况下,植物叶片细胞液浓度发生变化,从而影响植物体内水分的变化,对植物捕获光能、交换气体、传粉受精以及对水肥的吸收产生一定的影响。因此研究反映植物水分状况及抗干旱能力至关重要。  本文构建了叶片生理电信号的夹持测量装置,通过测定植物叶片不同时刻的生理电容值和组织水势,利用生理电容和组织水势与细胞液浓度的偶联关系推导出计算植物各时刻叶片紧张度的关系模型。利用叶片紧张度来反映植物水分状况的变化。通过叶片紧张度表征出相对叶片紧张度,累加后定量出不同植物的抗干旱能力。另外将叶绿素荧光参数定量,比较不同植物的抗干旱能力。  本实验的研究结果如下:  (1)以野外自然生长的构树、桑树叶片为实验材料,测定不同时刻叶片的生理电容值、组织水势以及光合指标参数。利用叶片紧张度的关系模型计算出两种植物各测定时刻的叶片紧张度。结果显示,不同植物不同时刻的叶片紧张度是不同的,叶片紧张度的日变化较好地反映了植物在每个时刻的水分状况。同时利用SPSS软件对两种植物的叶片紧张度、生理电容、组织水势日变化与光合指标曰变化进行回归分析,其中构树三种参数与光合指标的相关系数(r)分别为0.933、0.926、0.631,桑树为0.843、0.820、0.217。由此可以看出叶片紧张度比生理电容、组织水势能更好地反映植物水分状况的变化情况,同时叶片紧张度还可以指示植物光合作用的变化情况。  (2)以野外自然生长的构树与桑树以及人工种植的诸葛菜、油菜分别为对比实验材料,经过饱水后测定不同失水时刻叶片的生理电容值和组织水势值。利用生理电容值、组织水势值的模型(叶片紧张度)以及相对叶片紧张度的定义式计算出六个时间段构树和桑树的相对紧叶片张度,最后累加得到构树和桑树定量的抗干旱能力值分别为3.971和2.627;六个时间段诸葛菜和油菜定量的抗干旱能力值分别为4.815和1.680。结果表明构树的抗干旱能力大于桑树,诸葛菜的抗干旱能力大于油菜。植物的相对叶片紧张度的变化速率为我们提供了一种快速反映植物抗干旱能力方法,为快速选择作物品种以及节水灌溉提供理论依据。  (3)设定了植物的饱水状态和标准的失水模式,通过IMAGING-PAM调制式叶绿素荧光仪测定初始荧光(Fo)和PSII最大光化学量子产量(Fv/Fm),利用定义的累加相对初始荧光、累加相对最大光化学量子产量公式,得到待测植物叶片的累加相对初始荧光值TRSF和累加相对最大光化学量子产量TRPF数值。分别比较不同植物的TRSF和TRPF数值大小,从而定量出不同植物固有的抗干旱能力。另外,利用SPSS软件对相对叶片紧张度和叶绿素荧光参数综合作用进行相关分析,结果显示构树的相关系数(r)为0.957(P为0.001),桑树为0.848(P为0.016)。表明两种植物的相对叶片紧张度和叶绿素荧光参数综合作用之间有着显著的相关关系,抗干旱能力方法(RDC)和定量计算植物固有抗干旱能力方法都可以用来比较不同植物的抗旱能力。  (4)总结了利用电生理信号判断植物抗干旱能力的技术规程。
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