李玲玉^1,2, 杨浩萌¹, 任为波³, 吴新宏³, 黄芳^1,*,
1中国科学院植物研究所, 光生物学重点实验室, 北京 100093
²中国科学院大学, 北京 100049
³中国农业科学院草原研究所, 呼和浩特 010010
Li Lingyu^1,2, Yang Haomeng¹, Ren Weibo³, Wu Xinhong³, Huang Fang^1,*,
1Key Laboratory of Photobiology, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China
²University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
³Institute of Grassland Research, Chinese Academy of Agricultural Science, Hohhot 010010, China
引用本文
李玲玉, 杨浩萌, 任为波, 吴新宏, 黄芳. 利用叶绿素荧光评估草原植物羊草缺磷缺氮状况. , 2017, 52(3): 271-276

贡献者
*通讯作者。E-mail: fhuang@ibcas.ac.cn
基金资助
国家重点基础研究发展计划(No.2014CB138800);
接受日期:2016-10-21接受日期:2017-01-18网络出版日期:2017-05-1
-->Copyright
20172010 《植物学报》编辑部

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Contributors
Corresponding * Author for correspondence. E-mail: fhuang@ibcas.ac.cn

History
Received:Accepted:Online:

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摘要:羊草(Leymus chinensis)是北方草原的重要牧草。准确评估其营养状况, 对维护羊草草原的生产力具有重要意义。以羊草幼苗为材料, 利用能同时表征2个光系统光化学活性的叶绿素荧光检测技术, 对缺氮和缺磷处理下的叶片光化学活性进行分析。结果表明, 缺氮处理20天后羊草叶片叶绿素含量降低近50%。同期缺磷及缺氮处理对PSII功能的影响总体大于PSI。与对照相比, 缺氮叶片的Φ(II)和Φ(I)分别比对照降低了30.3%与38.5%; ETR(II)与ETR(I)分别降低30.8%和28.9%。缺磷处理组Φ(II)和ETR(II)的降低幅度约为缺氮的1/2。这些定量研究结果对及时有效地诊断和区分羊草植物氮磷缺乏状况具有重要的参考价值。
关键词: 羊草 ; 缺氮 ; 缺磷 ; PSII ; PSI

Abstract: Sheepgrass (Leymus chinensis) is a forage plant species dominant in the north steppes. Accurate assessment of nutritional status of L. chinensis is essential to rational management of the grassland. For accurate assessment, we characterized and compared the photochemical activity of PSII and PSI in L. chinensis under Pi and N deprivation by using chlorophyll fluorescence spectroscopy. The effect of N deficiency on L. chinensis seedlings was greater than Pi deprivation. After 20 days of N-deprivation, chlorophyll content decreased nearly 50%. The activity of PSII was more affected than was PSI on the basis of in situ steady chlorophyll fluorescence measurements and light responsive curves. As compared with control plants, N-deprivated plants showed reduced Φ(II) and Φ(I) by 30.3% and 38.5%, and ETR(II) and ETR(I) were reduced 30.8% and 28.9%. Under Pi deprivation, the decreased values of Φ(II) and ETR(II) were about 1/2 those detected in N-deprivated plants. These quantitative results of chlorophyll fluorescence analysis provide new insights into photochemical characteristics of L. chinensis under N- and Pi-deficiency and also a valuable approach for efficient assessment of the nutritional status of L. chinensis plants.

Key words:Leymus chinensis ; N deficiency ; Pi depletion ; PSII ; PSI


氮、磷是植物生长必需的大量元素, 缺乏会导致植株生长缓慢, 影响包括牧草在内的经济作物产量。而过度使用化肥又会造成浪费以及生态环境恶化。因此, 适时准确地评估它们的缺乏程度对合理施肥十分重要。羊草(Leymus chinensis)是欧亚大陆草原主要的优势种和建群种(Bai et al., 2004; Liu et al., 2008), 其生长状况直接决定该地区的草原生产力。植物生态学调查分析结果表明, 我国陆地植物叶片总磷含量低于世界其它区域植物的平均水平, 说明磷饥饿是我国陆地生态系统植物普遍遭遇的营养胁迫之一(常杰和葛滢, 1995; Han et al., 2005)。但是, 文献调研显示, 以往对羊草缺素的研究多集中在缺氮及氮磷的添加效应方面(Chen et al., 2005; 白雪等, 2014), 对其缺磷的耐受性及生理响应特征的研究报道甚少。目前磷饥饿或缺磷条件下该植物的相关生物学信息极为有限。

近期, 我们对低磷胁迫下羊草叶绿体超微结构及光合复合体结构-功能的变化特征进行了初步研究, 发现光系统II (PSII)是对磷饥饿最敏感的复合体(Li et al., 2016)。本研究利用先进且能够同时表征2个光系统(PSII和PSI)光化学活性的Dual-PAM叶绿素荧光技术(Heinz Walz GmbH, Effeltrich, Germany), 对缺氮和缺磷胁迫条件下羊草叶片的光化学活性进行了比较分析, 旨在建立一种灵敏快速诊断该植物缺素的新方法, 并为天然草原保护及人工草地管理提供重要的基础研究数据。

1 材料与方法1.1 材料培养植物材料培养参照Li等(2016)描述的步骤进行。将种子在KMnO₄ (0.7%, w/v)溶液中消毒10分钟后用蒸馏水冲洗2遍, 置于湿润的滤纸上在光照培养箱中萌发。培养条件为白天25°C, 夜晚20°C, 光照强度为270 μmol·m^-2·s^-1, 湿度为50%, 光照时间每天14小时。将萌发10天左右的幼苗置于1/4浓度的Hoagland溶液(Hoagland and Arnon, 1949)中通气培养, 每周更换1次培养液, 4周后用于胁迫处理。

1.2 胁迫处理将上述幼苗分为对照、缺氮和缺磷3组, 在培养箱中进行胁迫处理。对照组采用上述配制的新鲜完全培养液进行培养。用等摩尔的K₂SO₄与CaCl₂代替上述完全培养液中的Ca(NO₃)₂和KNO₃处理缺氮组。 用等摩尔的K₂SO₄代替上述完全培养液中的KH₂PO₄ (Wu et al., 2003)处理缺磷组。每组处理设3个重复, 共9株幼苗。培养不同天数(13、20和25天)后观察生长状况。由于缺氮处理20天以上的植株已近衰老死亡, 不能与同期缺磷的植株(仅生长受抑)作比较实验, 故确定用处理13和20天植株的第3片叶作进一步的光合相关参数分析。

1.3 叶绿素含量的测定叶绿素含量参照Arnon (1949)的方法测定。叶片用液氮固定后在80%丙酮中研磨提取, 离心10分钟后取上清液, 用分光光度计(Bio-Rad, SmartSpec^TMPlus, 美国)测定663和645 nm波长处的吸光值。按照公式Chl(a+b)=8.02×OD₆₆₃+20.21×OD₆₄₅计算叶绿素含量。实验重复3次, 结果用平均值±标准差表示(n=9)。

1.4 PSII的光化学活性测定使用双通道脉冲调制叶绿素荧光仪Dual-PAM 100 (Walz, Germany), 参照仪器使用说明书进行测定。叶片暗适应30分钟后, 置于弱光(7 µmol·m^-2·s^-1)下测定初始荧光(minimal fluorescence yield of the dark-adapted state, F₀), 随后进行饱和脉冲(20 000 µmol·m^-2·s^-1), 测得最大荧光(maximal fluorescence yield of the dark-adapted state, F_m)。然后黑暗40秒, 打活化光(270 µmol·m^-2·s^-1) 1秒后, 跟随1次饱和脉冲, 测定光适应状态下的最大荧光(maximal fluorescence yield of the light-adapted state, F_mʹ)。关闭后打1次远红光(8 µmol·m^-2·s^-1), 测得光适应下的初始荧光(minimal fluorescence yield of the light-adapted state, F₀ʹ)、最大光化学效率(maximal photochemical efficiency, F_v/F_m) (F_v/F_m=(F_m-F₀)/F_m)、PSII实际光化学量子产量(effective quantum yield of photosystem II, Φ(II)) (Φ(II)=(F_mʹ-F)/F_mʹ)、PSII相对电子传递速率(relative photosynthetic electron transfer rate of photosystem II, ETR(II)) (ETR(II)=0.5×Φ(II)×0.84× PAR, PAR单位为µmol·m^-2·s^-1)和非光化学猝灭(non-photochemical quenching, NPQ) (NPQ=(F_m- F_mʹ)/F_mʹ。实验重复3次, 结果用平均值±标准差表示(n=9)。

1.5 PSI的光化学活性测定PSI光化学活性使用上述叶绿素荧光仪的双波长单元(830/875 nm)进行测定。叶片暗适应30分钟后, 打开P₇₀₀测量光(18 µmol·m^-2·s^-1)测得P₀。打饱和脉冲 (20 000 µmol·m^-2·s^-1), 测得PSII的最大荧光F_m之后, 打开远红光(8 µmol·m^-2·s^-1) 10秒后进行饱和脉冲(20 000 µmol·m^-2·s^-1)光处理, 测得P_m。黑暗40秒后打开活化光(270 µmol·m^-2·s^-1) 1秒, 再打饱和脉冲测得P_mʹ。此过程中, 当P₇₀₀全部处于还原态时, P₇₀₀的信号最低; 当P₇₀₀全部处于氧化态时, P₇₀₀的信号最强(P_m)。P_700red表示某个特定的光强下所有P₇₀₀中还原态P₇₀₀所占的比例。PSI供体侧热耗散效率Y(ND)= 1-P_700red; 受体侧热耗散效率Y(NA)=(P_m-P_mʹ)/P_m。PSI实际光化学量子产量(effective quantum yield of photosystem I, Φ(I))按照以下公式计算: Φ(I)=1-Y (ND)-Y(NA)。PSI相对电子传递速率(relative photosynthetic electron transfer rate of photosystem I, ETR(I))用公式ETR(I)=0.5×Φ(I)×0.84×PAR (PAR单位为µmol·m^-2·s^-1)计算。实验重复3次, 结果用平均值±标准差表示(n=9)。

2 结果与讨论2.1 缺氮和缺磷处理对植株生长和叶绿素含量的影响众所周知, 氮磷均为植物的生命元素, 但二者的生理作用有所不同。氮素是叶绿素的主要组成成分, 其缺乏会导致叶片发黄。而磷素是核酸及磷脂等的组成成分, 其缺乏对叶色的影响不大(Foyer and Spencer, 1986; Seemann et al., 1987)。的确, 我们在预备实验中观察处理不同天数(13、20和25天)的羊草植株时, 发现缺氮处理20天以上的植株已近衰老死亡, 不能与同期缺磷的植株(仅生长受抑)作比较实验。缺磷处理13天对植株的生长抑制程度又不甚明显。因此, 确定用处理20天的植株进行光合参数的测定和比较分析。图1A为缺素处理20天的幼苗。从图1A可以看出, 缺素处理的植株长势明显比对照弱, 且缺氮比缺磷对植株生长的影响更大。此外, 对叶色的观察也发现, 缺氮叶片发黄, 缺磷叶片则明显发紫(图1A)。叶绿素含量测定结果(图1B)表明, 缺氮处理使叶绿素含量降低近50%, 而同期的缺磷处理对叶绿素含量影响不大。
图1https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-3-271/img_1.png
Figure 1https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-3-271/img_1.png

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图1
不同缺素处理对羊草生长(A)和叶绿素含量(B)的影响(平均值±标准差, n=9)
实验重复3次, 获得重复性结果。**表示在0.01水平上差异显著(t-检验)。
Figure 1
The morphology (A) and chlorophyll content (B) of Leymus chinensis under different conditions (means±SD, n=9)
Experiments were repeated 3 times with similar results. ** refers to P<0.01 in Student’s t-test.



2.2 缺氮和缺磷对叶片光合活性的影响为了进一步探究2种缺素对羊草叶片光合活性的影响, 我们对处理13及20天植株的稳态叶绿素荧光参数进行了测定。结果(表1)显示, 与对照相比, 缺氮处理13天植株的光化学活性已有所降低, 处理20天后降低更显著(13天, -N)。缺磷处理13天对叶片PSII最大光化学效率(F_v/F_m)的影响不大, 但实际光化学效率(Φ(II)和Φ(I))略低于对照。延长处理(20天)后这些参数降低的幅度有所增加(20天, -P)。缺氮处理20天后, Φ(II)和Φ(I)分别比对照降低了28.6%和7%, 相对电子传递速率(ETR(II)和ETR(I))的降低程度与各自实际光化学效率相当。非光化学淬灭(NPQ)的变化趋势则相反, 缺氮和缺磷处理20天后NPQ分别提高了44.9%和16.8% (表1), 表明叶片细胞的叶绿体内启动了将吸收的光能以热形式耗散的光保护机制。综合生长表型及稳态叶绿素荧光参数的测定结果, 我们认为实际光化学效率降低是缺氮和缺磷条件下羊草植物光合生产力降低的重要原因。
表1
Table 1
表1
表1 不同缺素处理下羊草叶片叶绿素荧光参数的比较(平均值±标准差, n=9) Table 1 The comparison of chlorophyll fluorescence parameters of leaves in Leymus chinensis under different condition (means±SD, n=9)

Treatments	Time (d)	Fv/Fm	Φ (II)	ETR(II)	Φ (I)	ETR(I)	NPQ
Control		0.77±0.01	0.48±0.05	54.70±1.87	0.69±0.05	76.70±2.08	0.89±0.17
-N -P	13	0.74±0.02 0.77±0.02	0.40±0.04 0.44±0.05	46.65±2.70* 50.54±1.67	0.59±0.03* 0.66±0.06	66.31±3.40 74.60±3.27	1.16±0.10 0.97±0.07
Control		0.78±0.01	0.46±0.06	52.04±2.19	0.67±0.06	75.10±2.13	1.07±0.18
-N	20	0.74±0.02	0.32±0.06*	36.67±2.67*	0.49±0.08*	55.71±6.02*	1.55±0.04*
-P		0.77±0.01	0.41±0.04	47.40±3.38	0.65±0.04	73.30±3.31	1.25±0.26

F_v/F_m: Maximal photochemical efficiency; Φ(II): Effective quantum yield of photosystem II; ETR(II): Relative photosynthetic electron transfer rate of photosystem II; Φ(I): Effective quantum yield of photosystem I; ETR(I): Relative photosynthetic electron transfer rate of photosystem I; NPQ: Non-photochemical quenching. *refers to P<0.05 in Student’s t-test.
F_v/F_m: 最大光化学效率; Φ(II): PSII实际光化学量子产量; ETR(II): PSII相对电子传递速率; Φ(I): PSI实际光化学量子产量; ETR(I): PSI相对电子传递速率; NPQ: 非光化学淬灭。*表示在0.05水平上差异显著(t-检验)。


表1
不同缺素处理下羊草叶片叶绿素荧光参数的比较(平均值±标准差, n=9)
Table 1
The comparison of chlorophyll fluorescence parameters of leaves in Leymus chinensis under different condition (means±SD, n=9)



2.3 缺氮和缺磷对PSII和PSI光化学活性的影响从上述稳态荧光测定结果可以看出, 缺磷处理20天比处理13天的效果更明显。因此, 在进一步探究2种缺素处理下光系统光化学活性变化的差异实验中, 我们选定处理20天的植株并对它们的光强响应曲线进行了测定和比较。图2A和2B为对照及缺氮缺磷处理材料PSII实际光化学量子产量(Φ(II))和相对电子传递速率(ETR(II))随光强变化的情况。随着光强的提高, 二者呈现降低(图2A)或加快(图2B)的趋势。与对照相比, 缺氮材料降低或增加的幅度更大, 且在光强326 µmol·m^-2·s^-1处最为显著, 分别比对照降低或增加了30.3%和30.8%。缺磷处理材料Φ(II)和ETR(II)降低或增加的数值约为缺氮的1/2 (15.2%和14.9%)。此外, 从图2还可看出, 2种缺素之间的差异在ETR(II)参数上的反映比Φ(II)更明显。光强为100 µmol·m^-2·s^-1时二者的ETR(II)值基本相当, 大于150 µmol·m^-2·s^-1时差异显著, 在350 µmol·m^-2·s^-1时达到最大值, 相差约15% (图2B)。
图2https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-3-271/img_2.png
Figure 2https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-3-271/img_2.png

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图2
不同缺素处理下羊草叶片Φ(II) (A)、ETR(II) (B)、Φ(I) (C)和ETR(I) (D)的比较(平均值±标准差, n=9)
Φ(II)、ETR(II)、Φ(I)和ETR(I)同表1。实验重复3次, 获得重复性结果。
Figure 2
The comparison of Φ(II) (A), ETR(II) (B), Φ(I) (C) and ETR(I) (D) of leaves in Leymus chinensis under different conditions (means±SD, n=9)
Φ(II), ETR(II), Φ(I) and ETR(I) see Table 1. Experiments were repeated 3 times with similar results.


图2C和2D为对照及缺氮缺磷处理20天植株PSI实际光化学量子产量(Φ(I))以及相对电子传递速率(ETR(I))随光强变化的情况。从图2可以看出, 缺氮材料的Φ(I)和ETR(I)均明显低于对照, 在光强326 µmol·m^-2·s^-1处分别降低了38.5%或28.9%。与缺氮相比, 缺磷对Φ(I)的影响不大(图2C), ETR(I)值仅在光强高于300 µmol·m^-2·s^-1后比对照有所降低, 但仍高于缺氮处理的材料(图2D)。这些研究结果表明, 缺磷对羊草PSI光化学活性的影响不大。光强响应曲线的这一特征对快速确定缺氮还是缺磷十分有用。

2.4 缺氮和缺磷对NPQ的影响非光化学淬灭(NPQ)表征将过剩的光能以热形式耗散的能力, 是植物重要的光保护机制之一(Niyogi, 1999)。从光强响应曲线(图3)可以看出, 光强低于300 µmol·m^-2·s^-1时缺磷植株的NPQ随光强的增加几呈线性增加趋势。缺氮植株的NPQ的增加趋势与缺磷略有不同。在极低(<100 µmol·m^-2·s^-1)光强下, 缺氮植株的NPQ值增加缓慢, 之后随光强的增加快速升高, 光强在300 µmol·m^-2·s^-1以上时达到与缺磷相当的高值, 比对照高约20%。该结果可能暗示, 缺磷羊草在极弱光强下即可迅速启动通过NPQ的光保护机制。
图3https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-3-271/img_3.png
Figure 3https://www.chinbullbotany.com/article/2017/1674-3466/1674-3466-52-3-271/img_3.png

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图3
不同缺素处理下羊草叶片非光化学猝灭(NPQ)的变化(平均值±标准差, n=9)
实验重复3次, 获得重复性结果。
Figure 3
The comparison of NPQ (non-photochemical quenching) of leaves in Leymus chinensis under different conditions (means±SD, n=9)
Experiments were repeated 3 times with similar results.



2.5 讨论草原植物羊草的生长对我国北方天然草原及人工草地生产力起决定作用。氮磷是植物生长必需的大量元素, 缺乏或过量均会对植物和环境产生不良影响。因此, 适时准确地评估羊草氮磷的缺乏程度对羊草草原(草地)的科学管理十分重要。叶绿素荧光技术是一种非损伤的、灵敏可靠的且可以用以检测植物光合活性的有效手段(Berry and Bjorkman, 1980; Xu et al., 2004; Kalaji et al., 2014)。本研究利用目前最先进的能够同时表征PSII和PSI光化学活性的叶绿素荧光检测仪器-双通道脉冲调制叶绿素荧光仪Dual-PAM 100 (Heinz Walz GmbH, Effeltrich, Germany), 对缺氮和缺磷处理的羊草叶片的光合活性进行了测定, 获得了羊草缺磷缺氮比较研究的叶绿素荧光参考数据, 为该技术在羊草缺素诊断中的运用奠定了重要基础。
本研究表明, 缺氮对羊草植物光合活性的影响比同期缺磷更大(表1)。缺氮导致光合活性显著下降, 这在众多植物中均有报道(徐爱东等, 2010; 林郑和等, 2013)。其原因是氮素不仅是蛋白质等生物大分子的组成成分, 而且是叶绿素的主要组成成分, 与光合作用直接相关(Seemann et al., 1987; Antal et al., 2010)。磷素是核酸、磷脂及ATP等重要生物分子的组成成分, 以多种方式调节包括光合作用在内的诸多生理过程(Foyer and Spencer, 1986; Zhang et al., 2014)。的确, 从形态上观察缺磷处理20天对羊草地上部分生长和色素水平的影响并不明显(图1)。故对缺磷程度的及早诊断, 尤其需要更灵敏准确的生理学参数(如本研究中使用的叶绿素荧光)分析。
对稳态叶绿素荧光测定的结果表明, 缺磷对羊草PSII的影响远大于PSI。虽然PSII最大光化学效率(F_v/F_m)与对照相比无差异, 但ETR(II)比对照降低了近10%, 比同期缺氮的也高约23%。光强响应曲线呈现的趋势与之相似, 且差异更显著。在前期研究中也发现, PSII的ETR(II)与外源磷供给浓度呈明显的正相关(Li et al., 2016)。因此, ETR(II)的这一特征可能在诊断低磷(缺磷及磷饥饿)时具重要的参考价值。结合缺氮使PSI光化学活性显著降低的结果(表1; 图2), 我们认为使用能够同时表征PSII和PSI光化学活性的叶绿素荧光技术, 可以及时、方便并可靠地诊断和区分羊草植物的缺素状况, 对天然草原保护与人工草地的科学管理具重要意义。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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被引期刊影响因子

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1
2014

... 氮、磷是植物生长必需的大量元素, 缺乏会导致植株生长缓慢, 影响包括牧草在内的经济作物产量.而过度使用化肥又会造成浪费以及生态环境恶化.因此, 适时准确地评估它们的缺乏程度对合理施肥十分重要.羊草(Leymus chinensis)是欧亚大陆草原主要的优势种和建群种(Bai et al., 2004; Liu et al., 2008), 其生长状况直接决定该地区的草原生产力.植物生态学调查分析结果表明, 我国陆地植物叶片总磷含量低于世界其它区域植物的平均水平, 说明磷饥饿是我国陆地生态系统植物普遍遭遇的营养胁迫之一(常杰和葛滢, 1995; Han et al., 2005).但是, 文献调研显示, 以往对羊草缺素的研究多集中在缺氮及氮磷的添加效应方面(Chen et al., 2005; 白雪等, 2014), 对其缺磷的耐受性及生理响应特征的研究报道甚少.目前磷饥饿或缺磷条件下该植物的相关生物学信息极为有限. ...

羊草群落主要营养元素吸收相关性分析
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1995

... 氮、磷是植物生长必需的大量元素, 缺乏会导致植株生长缓慢, 影响包括牧草在内的经济作物产量.而过度使用化肥又会造成浪费以及生态环境恶化.因此, 适时准确地评估它们的缺乏程度对合理施肥十分重要.羊草(Leymus chinensis)是欧亚大陆草原主要的优势种和建群种(Bai et al., 2004; Liu et al., 2008), 其生长状况直接决定该地区的草原生产力.植物生态学调查分析结果表明, 我国陆地植物叶片总磷含量低于世界其它区域植物的平均水平, 说明磷饥饿是我国陆地生态系统植物普遍遭遇的营养胁迫之一(常杰和葛滢, 1995; Han et al., 2005).但是, 文献调研显示, 以往对羊草缺素的研究多集中在缺氮及氮磷的添加效应方面(Chen et al., 2005; 白雪等, 2014), 对其缺磷的耐受性及生理响应特征的研究报道甚少.目前磷饥饿或缺磷条件下该植物的相关生物学信息极为有限. ...

缺氮条件下不同品种茶树叶片光合特性的变化
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2013

... 本研究表明, 缺氮对羊草植物光合活性的影响比同期缺磷更大(表1).缺氮导致光合活性显著下降, 这在众多植物中均有报道(徐爱东等, 2010; 林郑和等, 2013).其原因是氮素不仅是蛋白质等生物大分子的组成成分, 而且是叶绿素的主要组成成分, 与光合作用直接相关(Seemann et al., 1987; Antal et al., 2010).磷素是核酸、磷脂及ATP等重要生物分子的组成成分, 以多种方式调节包括光合作用在内的诸多生理过程(Foyer and Spencer, 1986; Zhang et al., 2014).的确, 从形态上观察缺磷处理20天对羊草地上部分生长和色素水平的影响并不明显(图1).故对缺磷程度的及早诊断, 尤其需要更灵敏准确的生理学参数(如本研究中使用的叶绿素荧光)分析. ...

判断玉米幼苗缺氮程度的叶绿素荧光动力学指标
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2010

... 本研究表明, 缺氮对羊草植物光合活性的影响比同期缺磷更大(表1).缺氮导致光合活性显著下降, 这在众多植物中均有报道(徐爱东等, 2010; 林郑和等, 2013).其原因是氮素不仅是蛋白质等生物大分子的组成成分, 而且是叶绿素的主要组成成分, 与光合作用直接相关(Seemann et al., 1987; Antal et al., 2010).磷素是核酸、磷脂及ATP等重要生物分子的组成成分, 以多种方式调节包括光合作用在内的诸多生理过程(Foyer and Spencer, 1986; Zhang et al., 2014).的确, 从形态上观察缺磷处理20天对羊草地上部分生长和色素水平的影响并不明显(图1).故对缺磷程度的及早诊断, 尤其需要更灵敏准确的生理学参数(如本研究中使用的叶绿素荧光)分析. ...

1
2010

... 本研究表明, 缺氮对羊草植物光合活性的影响比同期缺磷更大(表1).缺氮导致光合活性显著下降, 这在众多植物中均有报道(徐爱东等, 2010; 林郑和等, 2013).其原因是氮素不仅是蛋白质等生物大分子的组成成分, 而且是叶绿素的主要组成成分, 与光合作用直接相关(Seemann et al., 1987; Antal et al., 2010).磷素是核酸、磷脂及ATP等重要生物分子的组成成分, 以多种方式调节包括光合作用在内的诸多生理过程(Foyer and Spencer, 1986; Zhang et al., 2014).的确, 从形态上观察缺磷处理20天对羊草地上部分生长和色素水平的影响并不明显(图1).故对缺磷程度的及早诊断, 尤其需要更灵敏准确的生理学参数(如本研究中使用的叶绿素荧光)分析. ...

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1949

... 叶绿素含量参照Arnon (1949)的方法测定.叶片用液氮固定后在80%丙酮中研磨提取, 离心10分钟后取上清液, 用分光光度计(Bio-Rad, SmartSpec^TMPlus, 美国)测定663和645 nm波长处的吸光值.按照公式Chl(a+b)=8.02×OD₆₆₃+20.21×OD₆₄₅计算叶绿素含量.实验重复3次, 结果用平均值±标准差表示(n=9). ...

1
2004

... 氮、磷是植物生长必需的大量元素, 缺乏会导致植株生长缓慢, 影响包括牧草在内的经济作物产量.而过度使用化肥又会造成浪费以及生态环境恶化.因此, 适时准确地评估它们的缺乏程度对合理施肥十分重要.羊草(Leymus chinensis)是欧亚大陆草原主要的优势种和建群种(Bai et al., 2004; Liu et al., 2008), 其生长状况直接决定该地区的草原生产力.植物生态学调查分析结果表明, 我国陆地植物叶片总磷含量低于世界其它区域植物的平均水平, 说明磷饥饿是我国陆地生态系统植物普遍遭遇的营养胁迫之一(常杰和葛滢, 1995; Han et al., 2005).但是, 文献调研显示, 以往对羊草缺素的研究多集中在缺氮及氮磷的添加效应方面(Chen et al., 2005; 白雪等, 2014), 对其缺磷的耐受性及生理响应特征的研究报道甚少.目前磷饥饿或缺磷条件下该植物的相关生物学信息极为有限. ...

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1980

... 草原植物羊草的生长对我国北方天然草原及人工草地生产力起决定作用.氮磷是植物生长必需的大量元素, 缺乏或过量均会对植物和环境产生不良影响.因此, 适时准确地评估羊草氮磷的缺乏程度对羊草草原(草地)的科学管理十分重要.叶绿素荧光技术是一种非损伤的、灵敏可靠的且可以用以检测植物光合活性的有效手段(Berry and Bjorkman, 1980; Xu et al., 2004; Kalaji et al., 2014).本研究利用目前最先进的能够同时表征PSII和PSI光化学活性的叶绿素荧光检测仪器-双通道脉冲调制叶绿素荧光仪Dual-PAM 100 (Heinz Walz GmbH, Effeltrich, Germany), 对缺氮和缺磷处理的羊草叶片的光合活性进行了测定, 获得了羊草缺磷缺氮比较研究的叶绿素荧光参考数据, 为该技术在羊草缺素诊断中的运用奠定了重要基础. ...

1
2005

... 氮、磷是植物生长必需的大量元素, 缺乏会导致植株生长缓慢, 影响包括牧草在内的经济作物产量.而过度使用化肥又会造成浪费以及生态环境恶化.因此, 适时准确地评估它们的缺乏程度对合理施肥十分重要.羊草(Leymus chinensis)是欧亚大陆草原主要的优势种和建群种(Bai et al., 2004; Liu et al., 2008), 其生长状况直接决定该地区的草原生产力.植物生态学调查分析结果表明, 我国陆地植物叶片总磷含量低于世界其它区域植物的平均水平, 说明磷饥饿是我国陆地生态系统植物普遍遭遇的营养胁迫之一(常杰和葛滢, 1995; Han et al., 2005).但是, 文献调研显示, 以往对羊草缺素的研究多集中在缺氮及氮磷的添加效应方面(Chen et al., 2005; 白雪等, 2014), 对其缺磷的耐受性及生理响应特征的研究报道甚少.目前磷饥饿或缺磷条件下该植物的相关生物学信息极为有限. ...

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1986

... 众所周知, 氮磷均为植物的生命元素, 但二者的生理作用有所不同.氮素是叶绿素的主要组成成分, 其缺乏会导致叶片发黄.而磷素是核酸及磷脂等的组成成分, 其缺乏对叶色的影响不大(Foyer and Spencer, 1986; Seemann et al., 1987).的确, 我们在预备实验中观察处理不同天数(13、20和25天)的羊草植株时, 发现缺氮处理20天以上的植株已近衰老死亡, 不能与同期缺磷的植株(仅生长受抑)作比较实验.缺磷处理13天对植株的生长抑制程度又不甚明显.因此, 确定用处理20天的植株进行光合参数的测定和比较分析.图1A为缺素处理20天的幼苗.从图1A可以看出, 缺素处理的植株长势明显比对照弱, 且缺氮比缺磷对植株生长的影响更大.此外, 对叶色的观察也发现, 缺氮叶片发黄, 缺磷叶片则明显发紫(图1A).叶绿素含量测定结果(图1B)表明, 缺氮处理使叶绿素含量降低近50%, 而同期的缺磷处理对叶绿素含量影响不大. ...
... 本研究表明, 缺氮对羊草植物光合活性的影响比同期缺磷更大(表1).缺氮导致光合活性显著下降, 这在众多植物中均有报道(徐爱东等, 2010; 林郑和等, 2013).其原因是氮素不仅是蛋白质等生物大分子的组成成分, 而且是叶绿素的主要组成成分, 与光合作用直接相关(Seemann et al., 1987; Antal et al., 2010).磷素是核酸、磷脂及ATP等重要生物分子的组成成分, 以多种方式调节包括光合作用在内的诸多生理过程(Foyer and Spencer, 1986; Zhang et al., 2014).的确, 从形态上观察缺磷处理20天对羊草地上部分生长和色素水平的影响并不明显(图1).故对缺磷程度的及早诊断, 尤其需要更灵敏准确的生理学参数(如本研究中使用的叶绿素荧光)分析. ...

1
2005

... 氮、磷是植物生长必需的大量元素, 缺乏会导致植株生长缓慢, 影响包括牧草在内的经济作物产量.而过度使用化肥又会造成浪费以及生态环境恶化.因此, 适时准确地评估它们的缺乏程度对合理施肥十分重要.羊草(Leymus chinensis)是欧亚大陆草原主要的优势种和建群种(Bai et al., 2004; Liu et al., 2008), 其生长状况直接决定该地区的草原生产力.植物生态学调查分析结果表明, 我国陆地植物叶片总磷含量低于世界其它区域植物的平均水平, 说明磷饥饿是我国陆地生态系统植物普遍遭遇的营养胁迫之一(常杰和葛滢, 1995; Han et al., 2005).但是, 文献调研显示, 以往对羊草缺素的研究多集中在缺氮及氮磷的添加效应方面(Chen et al., 2005; 白雪等, 2014), 对其缺磷的耐受性及生理响应特征的研究报道甚少.目前磷饥饿或缺磷条件下该植物的相关生物学信息极为有限. ...

1
1949

... 植物材料培养参照Li等(2016)描述的步骤进行.将种子在KMnO₄ (0.7%, w/v)溶液中消毒10分钟后用蒸馏水冲洗2遍, 置于湿润的滤纸上在光照培养箱中萌发.培养条件为白天25°C, 夜晚20°C, 光照强度为270 μmol·m^-2·s^-1, 湿度为50%, 光照时间每天14小时.将萌发10天左右的幼苗置于1/4浓度的Hoagland溶液(Hoagland and Arnon, 1949)中通气培养, 每周更换1次培养液, 4周后用于胁迫处理. ...

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2016

... 近期, 我们对低磷胁迫下羊草叶绿体超微结构及光合复合体结构-功能的变化特征进行了初步研究, 发现光系统II (PSII)是对磷饥饿最敏感的复合体(Li et al., 2016).本研究利用先进且能够同时表征2个光系统(PSII和PSI)光化学活性的Dual-PAM叶绿素荧光技术(Heinz Walz GmbH, Effeltrich, Germany), 对缺氮和缺磷胁迫条件下羊草叶片的光化学活性进行了比较分析, 旨在建立一种灵敏快速诊断该植物缺素的新方法, 并为天然草原保护及人工草地管理提供重要的基础研究数据. ...
... 对稳态叶绿素荧光测定的结果表明, 缺磷对羊草PSII的影响远大于PSI.虽然PSII最大光化学效率(F_v/F_m)与对照相比无差异, 但ETR(II)比对照降低了近10%, 比同期缺氮的也高约23%.光强响应曲线呈现的趋势与之相似, 且差异更显著.在前期研究中也发现, PSII的ETR(II)与外源磷供给浓度呈明显的正相关(Li et al., 2016).因此, ETR(II)的这一特征可能在诊断低磷(缺磷及磷饥饿)时具重要的参考价值.结合缺氮使PSI光化学活性显著降低的结果(表1; 图2), 我们认为使用能够同时表征PSII和PSI光化学活性的叶绿素荧光技术, 可以及时、方便并可靠地诊断和区分羊草植物的缺素状况, 对天然草原保护与人工草地的科学管理具重要意义. ...

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2008

... 氮、磷是植物生长必需的大量元素, 缺乏会导致植株生长缓慢, 影响包括牧草在内的经济作物产量.而过度使用化肥又会造成浪费以及生态环境恶化.因此, 适时准确地评估它们的缺乏程度对合理施肥十分重要.羊草(Leymus chinensis)是欧亚大陆草原主要的优势种和建群种(Bai et al., 2004; Liu et al., 2008), 其生长状况直接决定该地区的草原生产力.植物生态学调查分析结果表明, 我国陆地植物叶片总磷含量低于世界其它区域植物的平均水平, 说明磷饥饿是我国陆地生态系统植物普遍遭遇的营养胁迫之一(常杰和葛滢, 1995; Han et al., 2005).但是, 文献调研显示, 以往对羊草缺素的研究多集中在缺氮及氮磷的添加效应方面(Chen et al., 2005; 白雪等, 2014), 对其缺磷的耐受性及生理响应特征的研究报道甚少.目前磷饥饿或缺磷条件下该植物的相关生物学信息极为有限. ...

1
1999

... 非光化学淬灭(NPQ)表征将过剩的光能以热形式耗散的能力, 是植物重要的光保护机制之一(Niyogi, 1999).从光强响应曲线(图3)可以看出, 光强低于300 µmol·m^-2·s^-1时缺磷植株的NPQ随光强的增加几呈线性增加趋势.缺氮植株的NPQ的增加趋势与缺磷略有不同.在极低(<100 µmol·m^-2·s^-1)光强下, 缺氮植株的NPQ值增加缓慢, 之后随光强的增加快速升高, 光强在300 µmol·m^-2·s^-1以上时达到与缺磷相当的高值, 比对照高约20%.该结果可能暗示, 缺磷羊草在极弱光强下即可迅速启动通过NPQ的光保护机制. ...

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1987

... 众所周知, 氮磷均为植物的生命元素, 但二者的生理作用有所不同.氮素是叶绿素的主要组成成分, 其缺乏会导致叶片发黄.而磷素是核酸及磷脂等的组成成分, 其缺乏对叶色的影响不大(Foyer and Spencer, 1986; Seemann et al., 1987).的确, 我们在预备实验中观察处理不同天数(13、20和25天)的羊草植株时, 发现缺氮处理20天以上的植株已近衰老死亡, 不能与同期缺磷的植株(仅生长受抑)作比较实验.缺磷处理13天对植株的生长抑制程度又不甚明显.因此, 确定用处理20天的植株进行光合参数的测定和比较分析.图1A为缺素处理20天的幼苗.从图1A可以看出, 缺素处理的植株长势明显比对照弱, 且缺氮比缺磷对植株生长的影响更大.此外, 对叶色的观察也发现, 缺氮叶片发黄, 缺磷叶片则明显发紫(图1A).叶绿素含量测定结果(图1B)表明, 缺氮处理使叶绿素含量降低近50%, 而同期的缺磷处理对叶绿素含量影响不大. ...
... 本研究表明, 缺氮对羊草植物光合活性的影响比同期缺磷更大(表1).缺氮导致光合活性显著下降, 这在众多植物中均有报道(徐爱东等, 2010; 林郑和等, 2013).其原因是氮素不仅是蛋白质等生物大分子的组成成分, 而且是叶绿素的主要组成成分, 与光合作用直接相关(Seemann et al., 1987; Antal et al., 2010).磷素是核酸、磷脂及ATP等重要生物分子的组成成分, 以多种方式调节包括光合作用在内的诸多生理过程(Foyer and Spencer, 1986; Zhang et al., 2014).的确, 从形态上观察缺磷处理20天对羊草地上部分生长和色素水平的影响并不明显(图1).故对缺磷程度的及早诊断, 尤其需要更灵敏准确的生理学参数(如本研究中使用的叶绿素荧光)分析. ...

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2003

... 将上述幼苗分为对照、缺氮和缺磷3组, 在培养箱中进行胁迫处理.对照组采用上述配制的新鲜完全培养液进行培养.用等摩尔的K₂SO₄与CaCl₂代替上述完全培养液中的Ca(NO₃)₂和KNO₃处理缺氮组. 用等摩尔的K₂SO₄代替上述完全培养液中的KH₂PO₄ (Wu et al., 2003)处理缺磷组.每组处理设3个重复, 共9株幼苗.培养不同天数(13、20和25天)后观察生长状况.由于缺氮处理20天以上的植株已近衰老死亡, 不能与同期缺磷的植株(仅生长受抑)作比较实验, 故确定用处理13和20天植株的第3片叶作进一步的光合相关参数分析. ...

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2004

... 草原植物羊草的生长对我国北方天然草原及人工草地生产力起决定作用.氮磷是植物生长必需的大量元素, 缺乏或过量均会对植物和环境产生不良影响.因此, 适时准确地评估羊草氮磷的缺乏程度对羊草草原(草地)的科学管理十分重要.叶绿素荧光技术是一种非损伤的、灵敏可靠的且可以用以检测植物光合活性的有效手段(Berry and Bjorkman, 1980; Xu et al., 2004; Kalaji et al., 2014).本研究利用目前最先进的能够同时表征PSII和PSI光化学活性的叶绿素荧光检测仪器-双通道脉冲调制叶绿素荧光仪Dual-PAM 100 (Heinz Walz GmbH, Effeltrich, Germany), 对缺氮和缺磷处理的羊草叶片的光合活性进行了测定, 获得了羊草缺磷缺氮比较研究的叶绿素荧光参考数据, 为该技术在羊草缺素诊断中的运用奠定了重要基础. ...

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2014

... 本研究表明, 缺氮对羊草植物光合活性的影响比同期缺磷更大(表1).缺氮导致光合活性显著下降, 这在众多植物中均有报道(徐爱东等, 2010; 林郑和等, 2013).其原因是氮素不仅是蛋白质等生物大分子的组成成分, 而且是叶绿素的主要组成成分, 与光合作用直接相关(Seemann et al., 1987; Antal et al., 2010).磷素是核酸、磷脂及ATP等重要生物分子的组成成分, 以多种方式调节包括光合作用在内的诸多生理过程(Foyer and Spencer, 1986; Zhang et al., 2014).的确, 从形态上观察缺磷处理20天对羊草地上部分生长和色素水平的影响并不明显(图1).故对缺磷程度的及早诊断, 尤其需要更灵敏准确的生理学参数(如本研究中使用的叶绿素荧光)分析. ...