植物水分脅迫/輕度干旱脅迫測量新方法

 

利用葉綠素熒光儀測量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量（Yield）和電子傳遞速率（ETR）進行判斷(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，Fs這一參數（有時候也表達為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改進。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果進行對比，一直持續(xù)好幾天。已有研究顯示，灌溉停止后24小時之內，測量結果即能很好地反映水分脅迫狀況。這一結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鍵點是要讓葉片一直保持濕潤。

2、回到實驗室后，將植物葉片樣品轉移到耐熱玻璃盤內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行誘導（這和真正的暗適應還是有區(qū)別的），然后使用美國OPTIC公司的OS-1FL調制式葉綠素熒光儀（現在被新型號OS-1P取代）測量初始的暗適應參數Fv/Fm’ （△F/Fm’）或光適應參數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，然后按下測量激發(fā)按鈕進行光量子產量測量，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，將樣品放入已經預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參數Fv/Fm’ （△F/Fm’）或光適應參數Yield，對比前后測量結果值，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