高温和干旱胁迫下,植物叶片光合系统变化、气孔运动及其调控研究进展（可编辑）.doc

高温和干旱胁迫下,植物叶片光合系统变化、气孔运动及其调控研究进展 辽宁农业科学 : ~文章编号: ? ? ? 高温和干旱胁迫下,植物叶片光合系统变化、 气孑 运动及其调控研究进展 肖万欣 。,王延波 ,谢甫绨 ,赵海岩.沈阳农业大学农学院,辽宁 沈阳 ; .辽宁省农业科学院玉米所,辽宁 沈阳 摘要:全球气候变暖导致灾难性天气发生频率增高,高温和干旱同时发生的几率逐年增加,针对高温和干旱给 植物带来的影响,本文从植物叶片光合系统、气孔运动、逆境胁迫信号传导和叶片气孔开闭调控 个方面进行 详细阐述,从植物生理学和细胞生物学角度,讨论了植物叶片气孔运动规律及应用脱落酸对气孔开闭进行调 控的研究进展,为抗旱耐高温型植物新品种选育提供理论基础,为科学、经济、高效调控植物叶片气孔运动,防 御短暂和长期性逆境胁迫,保证粮食稳产、高产提供科学依据。 关键词:高温;干旱;光合系统;气孔运动;脱落酸 中图分类号: 文献标识码: 干旱是一个世界性的问题,世界干旱半干旱 可以明显降低春小麦光合作用和产量” 。虽然 地区遍及 多个国家和地区,总面积约为陆地面 干旱和高温经常同时发生 ,可是这种复合胁 积的 / ,在耕地中,主要依靠自然降水从事农业 迫对植物的影响机理还没有被很深入的研究,这 生产的旱地占 %。 世纪末,由于温室气体的 样的胁迫将对植物生长、光合作用和营养代谢带 大量排放,全球气温升高 ,和白天相比,地球的 来很多的负面影响 ” 引。和单独的干旱胁迫 环境温度在夜间将有较大幅度的升高 。全球 相比,干旱和高温复合胁迫进一步降低了叶片含 变暖改变了降雨分布,加剧了世界土壤干旱面 水量,破坏了渗透调节和水的关系¨ ,降低了叶 积 。 片光合速率和植株生长速度 。而且,一些研 究已经表明,水分缺失可能增加叶片光合对高温 干旱和高温胁迫对植物叶片光合系统 的抗性 ?,证明了干旱和高温复合胁迫对植物的 的影响 影响还需深入研究下去。 光合作用是植物最基本的生命活动,是对水 干旱和高温能够单独影响植物生长、光合、氧 分胁迫最敏感的生理过程之一,植物受到水分胁 化防御系统和细胞超微结构,而干旱和高温复合 迫后会出现光合速率下降的现象 ,高温对植 胁迫将从一个新的角度改变植物新陈代谢¨ 。 物生长和光合系统的影响已在许多研究中被提 目前,水分胁迫如何影响光合电子传递的研究主 及 “ ,严重的干旱伴随高温能够抑制植物生长 要集中在光合系统Ⅱ 上,且机理尚未定 和光合速率的提高 ,降低根部碳的分配¨ , 论。高温和干旱复合胁迫下,与光合电子传递有 影响叶片气孔性状和叶肉细胞超微结构,同时,还 提高膜质过氧化程度¨ 。和 关的光能吸收、传递以及电子转换为光化学能的 过程受到抑制,对于保护光化学链有着重要的意 年发现,夜间升温能够降低株高,提高叶面 积和叶片呼吸速率¨ 。最近研究表明,夜间高温 义。叶绿素荧光与光合作用中各个反应过程紧密 收稿日期:? ? 基金项目:辽宁省博士启动基金计划和国家科技支撑计划 。 作者简介:肖万欣 一 ,男,辽宁本溪人,博士,助理研究员,从事植物逆境生理生态与调控研究。 ?: . 。辽 宁农 业 科 学 相关,任何逆境对光合作用各过程产生的影响都 体反映方面的研究数据较少。 可通过体内叶绿素荧光诱导动力学变化反映出 逆境胁迫信号在植物体内的传导 来,因此,叶绿素荧光参数可作为逆境条件下植物 植物适应水分胁迫的机理之一就是通过脱落 抗逆反应的指标之一。等 年研究表 酸 调控叶片气孔开闭。在水分胁迫下,内 明,在干旱和高温胁迫下,肯塔基州牧草冠层光合 生浓度增加,经过一系列复杂的信号传导, 速率 和叶片光化学效率/下降,处理 引起保卫细胞缩水,气孔关闭,最终减少了由于蒸 不同天数下, 和 / 下降的幅度不同,但和 腾作用带来的水分损失 ’” 。调控气孔 干旱、高温单独胁迫相比,干旱和高温复合胁迫下 反应是依靠剂量实现的过程,可以通过增加内生 的 和 / 下降幅度最大,同时,在持续的高 浓度,或通过光敏处理来激发保卫细胞对激 温胁迫处理中,预先干旱处理的植株保持了相对 素的响应来调控气孑 运动 。植物组织中蔗糖 较高的水势、气孔导度和蒸腾速率,并且具有较高 的积累也是影响植物不同产量表达进程的信号之 的 。由于灌溉和降雨不充分,夏季干旱胁 一 ,类似的合成和信号传导路径存在于 迫也经常早于高温胁迫发生。一些研究表明,预 所有植物中。 先干旱处理可以降低植株渗透压,利于气孔开放, 植物叶片气孔很少完全开放和关闭 ,气孔 提高叶片光合速率,从而提高植株对胁迫的抗 开闭状态依赖于环境信号的强弱 ,同时也与 性 。 不同基因型有关,因此,在适宜水分条件下,