植物水分脅迫/輕度干旱脅迫測量新方法

 

利用葉綠素?zé)晒鈨x測量C3和C4植物的水分脅迫和輕度干旱脅迫一直是個難題。C4植物的水分脅迫可以通過測量光量子產(chǎn)量（Yield）和電子傳遞速率（ETR）進(jìn)行判斷(J Cavender-Bares & Fakhri A. Bazzaz 2004 ) (Cerovic 1996)，但對于C3植物，則無法使用該方法。眾多研究表明，F(xiàn)s這一參數(shù)（有時候也表達(dá)為F/Fm’ 或Fms – Fs/Fms）對中度水分脅迫特別敏感(Flexas 1999 & Flexas 2000)；PI參數(shù)在植物受到水分脅迫7天后，能夠很好的反映狀況(Thach 2007 & Zivcak M., Brestic M, Olsovska K. Slamka P. 2008)；而Fv/Fm則對水分脅迫不敏感(Bukhov & Carpentier 2004)。

2007年，來自美國德克薩斯州拉伯克植物脅迫研究室的John Burke教授發(fā)表了一篇名為“棉花葉源頭葉對干旱脅迫響應(yīng)研究的新方法（Plant Physiology，2007，Volume143，pp108-121）”的論文，提供了一種測量植物輕度水分脅迫的新方法。

今年（2010）5月份，John Burke教授再次發(fā)表論文（Burke J., 2010）驗證了上述方法并做了相應(yīng)改進(jìn)。Burke 指出C3和C4植物都能用這個方法測量，且可以一次性測量200～300個植物葉片樣品。

該方法的理論基礎(chǔ)主要是基于正常的葉片在夜間會將蔗糖分配到代謝庫（消耗或積累同化物的器官或組織，如根、莖、果實、種子等）去，而受到干旱脅迫的葉片不會進(jìn)行這一過程。

該方法從灌溉停止后一天開始，將未受到脅迫的對照植物和受干旱脅迫植物的測量結(jié)果進(jìn)行對比，一直持續(xù)好幾天。已有研究顯示，灌溉停止后24小時之內(nèi)，測量結(jié)果即能很好地反映水分脅迫狀況。這一結(jié)果也得到了其它實驗室（文中未列出具體名稱）的驗證。

 

測量方法步驟如下：

1、在黎明前，使用6號帶有橡膠塞的打孔器從植株的葉源頭葉（不同植物位置可能不同）上進(jìn)行鉆孔采樣，將采集的所有葉片迅速置于一個每個格子都注了水的24格樣品盤上，迅速蓋上樣品盒的蓋子。這個操作過程中的關(guān)鍵點(diǎn)是要讓葉片一直保持濕潤。

2、回到實驗室后，將植物葉片樣品轉(zhuǎn)移到耐熱玻璃盤內(nèi)的濕潤凝膠干燥濾紙上，上面蓋上可以透過CO2的保鮮膜，并用滾筒輕輕滾動以除去氣泡并確保葉片和濾紙之間接觸緊密。

3、將樣品放在熒光燈下進(jìn)行誘導(dǎo)（這和真正的暗適應(yīng)還是有區(qū)別的），然后使用美國OPTIC公司的OS-1FL調(diào)制式葉綠素?zé)晒鈨x（現(xiàn)在被新型號OS-1P取代）測量初始的暗適應(yīng)參數(shù)Fv/Fm’ （△F/Fm’）或光適應(yīng)參數(shù)Yield，測量時將熒光探頭垂直于植物葉片上方，并將探頭緊貼保鮮膜，使葉片樣品有短暫的幾秒鐘暗適應(yīng)，然后按下測量激發(fā)按鈕進(jìn)行光量子產(chǎn)量測量，所有的樣品葉片和對照葉片都用此步驟測量。

4、測量完成后，將樣品放入已經(jīng)預(yù)熱了的低溫干燥箱中，在40℃在條件下烘30分鐘，按照上述步驟再次測量暗適應(yīng)參數(shù)Fv/Fm’ （△F/Fm’）或光適應(yīng)參數(shù)Yield，對比前后測量結(jié)果值，從而判斷植物受到的脅迫程度。

5、加熱之后葉片的熒光測量結(jié)果如果顯著降低，則表明葉片未受到水分脅迫；如果加熱之后葉片的熒光測量變化較小，則表明該葉片受到了水分脅迫�！�

    注：美國OPTIC公司的OS5P調(diào)制試熒光儀也可以完成這個測量。

 

    

     

 

 

 

Bukhov & Carpentier. 2004. Effects of Water Stress on the Photosynthetic Efficiency of Plants, Bukhov NG., & Robert Carpentier, From Chapter 24, “Chlorophyll a Fluorescence a Signature of Photosynthesis”, edited by George Papaqeorgiou and Govindjee, published by Springer 2004, PO Box 17, 3300 AA Dordrecht, The Netherlands, page 627-628

 

Burke J. (2007) Evaluation of Source Leaf Responses to Water-Deficit Stresses in Cotton Using a Novel Stress Bioassay, Plant Physiology, Jan. 2007, Vol 143, pp108-121

 

Cavender-Bares J. & Fakhri A. Bazzaz 2004 – “From Leaves to Ecosystem: Using Chlorophyll Fluorescence to Assess Photosynthesis and Plant Function in Ecological Studies”. Jeannine Cavender Bares, Fakhri A. Bazzaz, From Chapter 29, “Chlorophyll a Fluorescence a Signature of Photosynthesis”, edited by George Papaqeorgiou and Govindjee, published by Springer 2004, PO Box 17, 3300 AA Dordrecht, The Netherlands, page 746-747

 

Cerovic Z, Goulas Y. Gorbunov M, Britantais J-M, Camenen L, & Moya I., (1996) Fluoresensing of water stress in plants. Diurinal changes of mean lifetime and yield of chlorophyll fluorescence, measured simultaneous at distance with a Lidar and modified PAM-fluorometer, in maize, sugar beet and Kalanchoe. Remote Sens Environment 58:311-321 

 

Flexas 1999 – “Water stress induces different levels of photosynthesis and electron transport rate regulation in grapevines” J. FLEXAS, J. M. ESCALONA & H. MEDRANO Plant, Cell & Environment Volume 22 Issue 1 Page 39-48, January 1999

 

Flexas 2000 – “Steady-State and Maximum Chlorophyll Fluorescence Responses to Water Stress In Grape Vine Leaves: A New Remote Sensing System”, J. Flexas, MJ Briantais, Z Cerovic, H Medrano, I Moya, Remote Sensing Environment 73:283-270

 

Thach L. B., Shapcott A., Schmidt S. Critchley C. “The OJIP fast fluorescence rise characterizes Graptophyllum species and their stress responses”, Photosynth Res (2007) 94:423–436

 

Živčák M., Brestič M., Olšovská K., Slamka P.(2008) Performance index as a sensitive indicator of water stress in Triticum aestivum PLANT SOIL ENVIRON., 54, 2008 (4): 133–1