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以高州普通野生稻的17个集群为供试材料,以耐光氧化能力较强的超级杂交稻两优培九和华南地区广泛种植的常规稻粤香占为对照,运用水稻耐光氧化简易鉴定技术对高州普通野生稻进行耐光氧化种质资源的筛选。对筛选出的一个耐光氧化野生稻材料(野2)进一步在田间进行光合特性和叶绿素荧光特征分析。人工气候室光强1200μmol·m-2·s-1、不同温度(25℃和35℃)处理条件下分析了野2叶片色素含量的变化。人工气候室光强(350μmol·m-2·s-1和1200μmol·m-2·s-1)、温度(25℃和35℃)处理条件下分析了野2叶片有关耐光氧化生理指标的变化。主要研究结果如下:
1.高州普通野生稻种质资源耐光氧化能力整体表现为:匍匐型>半直立型>直立型。匍匐型的野1和野2的耐光氧化能力均要高于两优培九。
2.田间晴天自然条件下,野2叶片净光合速率的日变化趋势与两优培九和粤香占一致,呈双峰型。野2一天中最大净光合速率与对照相比并无优势,中午强光高温时光合“午睡”现象也有发生。但是,中午强光高温时野2叶片的净光合速率的下降幅度要明显低于两优培九和粤香占,说明在午间强光高温条件下野2具有较高的抗光抑制能力。野2叶片的表观光合量子效率高于对照,表明野2在弱光下具有较高的量子效率。光强1200μmol·m-2·s-1下,野2叶片净光合速率对CO2浓度的响应曲线要高于对照,表明强光下野2对CO2利用效率高。人工气候室强光高温处理下野2叶片磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性明显高于两优培九和粤香占。
3.田间晴天自然条件下,野2叶片叶绿素荧光参数最大光化学效率(Fv/Fm)、光系统Ⅱ(PSⅡ)电子传递量子效率(φPSⅡ)、光化学猝灭系数(qp)和非光化学猝灭系数(NPQ)的日变化趋势与两优培九和粤香占一致。但是,中午强光高温时,野2叶片Fv/F、mφPSⅡ和qp下降幅度较两优培九和粤香占小,NPQ增幅较两优培九和粤香占大。表现出强光高温下野2叶片PSⅡ具有较稳定的光能转化效率和较强的光合机构保护能力。
4.强光高温24h处理后,野2叶片叶绿素a含量下降的幅度明显小于两优培九和粤香占,表明强光高温下野2受光抑制程度较轻;野2叶片胡萝卜素(Car)含量下降幅度要明显低于粤香占和两优培九,说明在强光高温下野2叶片中Car含量的持续而稳定是其具有较高耐光氧化能力的内在生理因素之一。野2在强光高温处理下,叶黄素循环的脱环氧化状态受抑制的程度要低于两优培九和粤香占,说明依赖叶黄素循环耗散过多能量,可能是野2在强光高温下受光抑制程度较低和光合速率较高的生理机制之一。
5.与弱光低温处理相比,强光高温处理后3个材料叶片活性氧超氧阴离子自由基(O2-·)和过氧化氢(H2O2)的积累,丙二醛(MDA)含量和电导率均有较大幅度的增加,说明强光高温对3个试验材料叶片光合膜结构产生了破坏作用。野2增加的幅度最小,表明野2光合膜受破坏程度最小。强光高温处理较强光低温处理,野2活性氧清除系统的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性下降幅度小,且活性高于对照;抗氧化剂抗坏血酸(ASA)和谷胱甘肽(GSH)含量下降幅度小,且含量明显高于对照;ASA-GSH再生途径酶单脱氢抗坏血酸还原酶(MDAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性高于对照,表明野2叶片中酶促反应和非酶促反应系统对活性氧保持较高的清除能力,是其能够在强光高温下具有较强的抗光氧化能力的重要生理机制。