淹水胁迫对植物光合荧光特性的影响

高等植物是需氧有机体，需要氧气（O2）才能完成支持其生命的氧化反应。淹水导致根区的O2缺乏，缺氧导致有氧呼吸停止，导致植物体内的能量缺乏，继而对根系活动和光合代谢产生严重影响。

据文献报道，许多遭受非生物胁迫的农作物的根大小与生物学性能之间存在密切相关性。叶绿素荧光是光依赖性光合作用过程的定量和定性指标，已被用作鹰嘴豆和硬质小麦的耐热性，大麦的耐旱性或某些豆科和谷类作物的耐盐性的筛选方法。 叶绿素荧光和叶片气体交换的组合测量已被用来描述暴露于遮荫菌株下的地下三叶草基因型的适应性和植物衰老模式。

意大利卡塔尼亚大学农学部Rosario 和Michele等人于2018年通过测量水培番茄的叶绿素荧光，光合速率，叶片电解质渗漏和植物生长变量，研究番茄对根区O2浓度变化的响应。在控制箱中，通过气泵进行连续的通风，将O2含量（以下称为Ox）保持在饱和水平。在低氧（Ox-）处理中，仅当根部呼吸将营养液中的O2含量降低至2 mg L-1时才开始通气，而当浓度达到3 mg L-1时再次停止通气。 

在缺氧处理开始后30天，使用美国Opti公司OS1p叶绿素荧光仪测量了光系统II（PSII）的效率。使用英国ADC公司的LCiT便携式光合作用系统对完全展开的叶子进行了气体交换测量。在中午左右（当地时间）测量叶片净光合速率An、蒸腾速率E、气孔导度Gs和胞间CO2浓度Ci。

图1是观测过程中根区O2浓度的控制水平

图1 胁迫处理期间根区O2浓度变化

研究结果显示，在大多数情况下，根水平O2浓度低的条件下，Fo最小叶绿素荧光变大，而Fv可变叶绿素荧光、Fm最大叶绿素荧光，Fv/Fm最大光化学效率都呈现下降趋势。

叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度和根生物量也都表现出降低的趋势。在缺氧条件下，根系的水力特性降低，随后气孔导度降低，导致叶片二氧化碳的利用度降低。

图2 根际缺氧条件下，叶绿素荧光参数、气体交换和植物生物量的变化

本实验中，测量叶绿素荧光涉及的是美国Opti公司生产的OS1p叶绿素荧光仪，该仪器的特点如下：

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;