監(jiān)測(cè)背景

高等植物是需氧有機(jī)體，需要氧氣（O2）才能完成支持其生命的氧化反應(yīng)。淹水導(dǎo)致根區(qū)的O2缺乏，缺氧導(dǎo)致有氧呼吸停止，導(dǎo)致植物體內(nèi)的能量缺乏，繼而對(duì)根系活動(dòng)和光合代謝產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，許多遭受非生物脅迫的農(nóng)作物的根大小與生物學(xué)性能之間存在密切相關(guān)性。葉綠素?zé)晒馐枪庖蕾?lài)性光合作用過(guò)程的定量和定性指標(biāo)，已被用作鷹嘴豆和硬質(zhì)小麥的耐熱性，大麥的耐旱性或某些豆科和谷類(lèi)作物的耐鹽性的篩選方法。 葉綠素?zé)晒夂腿~片氣體交換的組合測(cè)量已被用來(lái)描述暴露于遮蔭菌株下的地下三葉草基因型的適應(yīng)性和植物衰老模式。

系統(tǒng)布設(shè)

意大利卡塔尼亞大學(xué)農(nóng)學(xué)部Rosario 和Michele等人于2018年通過(guò)測(cè)量水培番茄的葉綠素?zé)晒�，光合速率，葉片電解質(zhì)滲漏和植物生長(zhǎng)變量，研究番茄對(duì)根區(qū)O2濃度變化的響應(yīng)。在控制箱中，通過(guò)氣泵進(jìn)行連續(xù)的通風(fēng)，將O2含量（以下稱(chēng)為Ox）保持在飽和水平。在低氧（Ox-）處理中，僅當(dāng)根部呼吸將營(yíng)養(yǎng)液中的O2含量降低至2 mg L-1時(shí)才開(kāi)始通氣，而當(dāng)濃度達(dá)到3 mg L-1時(shí)再次停止通氣。 

在缺氧處理開(kāi)始后30天，使用美國(guó)Opti公司OS1p葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)量了光系統(tǒng)II（PSII）的效率。使用英國(guó)ADC公司的LCiT便攜式光合作用系統(tǒng)對(duì)完全展開(kāi)的葉子進(jìn)行了氣體交換測(cè)量。在中午左右（當(dāng)?shù)貢r(shí)間）測(cè)量葉片凈光合速率An、蒸騰速率E、氣孔導(dǎo)度Gs和胞間CO2濃度Ci。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

圖1是觀測(cè)過(guò)程中根區(qū)O2濃度的控制水平
 

圖1 脅迫處理期間根區(qū)O2濃度變化

研究結(jié)果顯示，在大多數(shù)情況下，根水平O2濃度低的條件下，F(xiàn)o最小葉綠素?zé)晒庾兇螅�而Fv可變?nèi)~綠素?zé)晒�、Fm最大葉綠素?zé)晒猓現(xiàn)v/Fm最大光化學(xué)效率都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和根生物量也都表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。在缺氧條件下，根系的水力特性降低，隨后氣孔導(dǎo)度降低，導(dǎo)致葉片二氧化碳的利用度降低。
 

圖2 根際缺氧條件下，葉綠素?zé)晒鈪��?shù)、氣體交換和植物生物量的變化

本實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量葉綠素?zé)晒馍婕暗氖敲绹?guó)Opti公司生產(chǎn)的OS1p葉綠素?zé)晒鈨x，該儀器的特點(diǎn)如下：

1、內(nèi)置閉環(huán)回路反饋系統(tǒng)，保持長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量光強(qiáng)輸出的穩(wěn)定

2、多相飽和光閃Fm’校正協(xié)議，即使較弱的光化光強(qiáng)，也可以測(cè)得可靠的Y(II)、ETR和RLC（快速光曲線），降低頻繁使用強(qiáng)飽和光閃對(duì)植物光合器官造成損傷。

3、采用25ms內(nèi)8點(diǎn)滾動(dòng)平均的算法計(jì)算最大葉綠素?zé)晒釬m。

4、自動(dòng)設(shè)置調(diào)制光強(qiáng)，減少手動(dòng)調(diào)節(jié)的誤差。

參考文獻(xiàn)

Chlorophyll Fluorescence, Photosynthesis and Growth of Tomato Plants as Affected by Long-Term Oxygen Root Zone Deprivation and Grafting

Rosario Paolo Mauro* , Michele Agnello, Miriam Distefano, Leo Sabatino,Alberto San Bautista Primo, Cherubino Leonardi and Francesco Giuffrida

Published:  www.mdpi.com/journal/agronomy  Agronomy 2020, 10, 137;