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C4等面叶作物背腹侧结构相似并分别暴露在散射光和直射光下,并且散射光和直射光的光强和光质都差异很大,为阐述散射光和直射光对其光合功能的驱动作用,本文以高粱为材料,研究了散射光和直射光对叶片背腹侧光合功能的影响。环境胁迫能够通过影响光合器官和光合过程来影响叶片光合速率,但是对整个植株来说,新生功能叶与成熟叶由于发育程度不同,其结构和功能变化存在差异,但以往研究忽视了环境胁迫下成熟叶和新生功能叶间的差异,因此得出的结论不一致。为了全面阐述个体对环境胁迫的适应机制,本文以C4作物高粱为材料,研究了NaCl胁迫下成熟叶和新生叶结构和光合功能的变化及其差异。这对进一步认识叶片结构与其光合功能的关系,全面认识叶片的环境适应机理提供依据。
研究结果表明,(1)高粱叶片背腹侧解剖结构相似,其光谱学特性差异很小,与近轴侧相比,远轴侧的气孔密度、气孔下腔面积、维管束鞘细胞与叶肉细胞接触面积较大;在相同直射光下近、远轴侧均具有较高的光合速率,在近轴侧照光同时用PE膜封闭叶片受光侧气孔,观察到远轴侧在叶片自身透射光下能够维持较高的净光合速率;相反,近轴侧在自身透射光下光合速率很低;自然光照条件下一天内直射光和散射光强度差异很大,大部分时间的散射光强度明显低于远轴侧光补偿点。(2)较长时间NaCl胁迫下,随NaCl浓度的增加,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)显著降低,但细胞间隙CO2浓度(Ci)却呈上升趋势。NaCl胁迫没有改变成熟叶组织和细胞结构,但使新生叶的细胞数目增加、体积变小;叶片横切面中叶肉细胞叶绿体面积、维管束鞘细胞叶绿体面积、维管束鞘细胞与叶肉细胞的接触面积均随NaCl浓度增加而显著降低,且在成熟叶中降低程度较大。光系统Ⅱ最大光化学效率(Fv/Fm)随盐浓度提高有一定程度的变化;单位面积氮素含量(Na)和叶片光合氮素利用效率(PNUE)与净光合速率降低趋势一致,并且在新生叶中Na随NaCl梯度降低较快,但其PNUE降低却比成熟叶慢。由此认为,高粱远轴侧光合作用主要由自身透射光驱动,散射光作用很小,该特性是对光环境的适应;NaCl胁迫下,叶片氮素含量降低叶片净光合速率降低的重要原因;盐胁迫下成熟叶和新生叶氮素利用方式不同,故导致其组织结构和光合功能的差异。