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夏季高温严重制约着冷季型草坪草在亚热带地区的大面积推广和应用。高温胁迫不仅可以降低冷季型草坪草的生长发育,甚至能引起植株死亡。植物通过光合作用将吸收的光能转化为分子形式的化学能供自己生长发育所用。氮素是植物生长发育所必须的大量元素,它与光合作用有非常密切关系。所以研究高温胁迫对冷季型草坪草的光合作用和氮代谢有着非常重要的理论和现实意义。当前高羊茅草坪草是全球范围应用最多的冷季型草坪草之一。但目前关于高温胁迫对高羊茅草坪草的影响的研究很少。本文以耐热型美洲虎3号和热敏感型TF 66两种耐热性不同的高羊茅草坪草为材料,重点比较研究了高温胁迫对二者光合作用和氮代谢的影响与调节,主要结果有:
(1)高温胁迫下美洲虎3号和TF 66的相对生长率降低、叶面积率和具体叶面积增加。胁迫后美洲虎3号的根冠比增加,叶重率降低,而TF 66的则变化不显著。
(2)高温胁迫下,美洲虎3号和TF 66的净光合速率都降低,而且随着胁迫时间延长降低幅度加大。净光合速率降低是由于气孔限制和非气孔限制共同作用造成的。高温胁迫下二者的气孔限制水平逐渐降低而非气孔限制水平逐渐上升。气孔限制和非气孔限制水平与高羊茅草坪草的耐热性有关。
(3)高温胁迫下美洲虎3号和TF 66的光补偿点、CO2补偿点、光呼吸速率和叶片水分利用效率都升高,表观量子效率和羧化效率都降低,同时二者的光饱和点也发生了变化。高温胁迫下,二者的光补偿点、光饱和点和表观量子效率差异不大,但TF 66的CO2补偿点、光呼吸速率和叶片水分利用效率都高于美洲虎3号的。
(4)高温胁迫下,美洲虎3号和TF 66的叶绿素a、b和类胡萝卜素含量以及叶绿素/类胡萝卜素比值都降低,而叶绿素a/b比值都增加。常温下二者的这些参数差异不明显,但在高温胁迫下美洲虎3号的叶绿素a、b和类胡萝卜素含量以及叶绿素/类胡萝卜素比值都比TF 66的高,而叶绿素a/b比值比TF 66的低。
(5)高温胁迫后,美洲虎3号和TF 66的初始荧光都上升,可变荧光、PS Ⅱ最大光化学量子产量、PS Ⅱ光下开放中心效率和PS Ⅱ的潜在活性都降低,特别是在TF 66中这些变化更为明显。二者叶绿体的损伤程度,特别是TF 66的随着胁迫时间延长而不断增加。
(6)高温胁迫下,美洲虎3号和TF 66的叶绿体和叶片线粒体膜脂脂类饱和水平升高。同时高温胁迫下高羊茅草坪草叶片叶绿体和叶片线粒体膜脂的亚麻酸含量和双键指数可能与其耐热性大小有关。此外,两供试品种的根系线粒体膜脂的变化状况差异较大。
(7)随着高温胁迫时间延长,美洲虎3号和TF 66,特别是TF 66的叶片和根系细胞膜的膜脂过氧化程度增加、细胞膜完整性降低、细胞抗氧化能力发生改变。但高温胁迫对两种高羊茅草坪草叶片和根系的核DNA没有造成伤害。
(8)高温胁迫下两供试品种的叶片总氮含量降低。高温胁迫对二者叶片硝酸还原酶,谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶、△1-吡咯啉—5—羧酸还原酶和脯氨酸脱氢酶等酶活性的改变影响了它们的有机和无机氮的代谢过程。高温胁迫下硝态氮、氨态氮、可溶性蛋白和自由氨基酸的积累与高羊茅草坪草的耐热性有关。高温胁迫下美洲虎3号和TF 66的叶片谷氨酸和谷氨酰胺含量、以及谷氨酸脱氢酶活性的变化表明在20天高温胁迫下,TF 66可能启动了通过谷氨酸脱氢酶同化氨的途径。
(9)高温胁迫下美洲虎3号和TF 66的叶片光合氮利用效率升高,这种增变化可能是一种积极的光合响应机制。
(10)高温胁迫下叶绿素a和b含量在施硝态氮植株中出现了下降趋势,而在施氨态氮植株中则随着高温胁迫时间的延长而上升。分别施硝态氮和氨态氮植株的叶片氨态氮含量在高温胁迫5天内上升。高温胁迫下施氨态氮的叶片氨态氮含量比施硝态氮的高。