高温干旱复合胁迫抑制夏玉米光系统Ⅱ性能降低籽粒产量

【目的】探究高温干旱复合胁迫降低玉米光合作用的深层次原因,为缓解高温干旱复合胁迫提供理论依据。【方法】选用登海605为试验材料,设置2个温度水平,分别为正常温度对照(昼(8:00-18:00)/夜(18:00-次日8:00)为30℃/22℃)和高温处理(昼/夜温度为38℃/28℃);2种水分条件,分别为正常供水对照(土壤含水量为田间持水量的70%-80%)和干旱处理(土壤含水量设置为田间持水量的50%-60%)。试验共4个处理,分别为对照(CK)、高温胁迫(H)、干旱胁迫(D)、高温干旱复合胁迫(HD),于开花期(VT)开始处理,分析不同胁迫处理下叶片气体交换参数、PSⅡ性能、光合关键酶活性、植株干物质积累及籽粒产量的变化。【结果】高温、干旱及复合胁迫均导致叶片叶绿素荧光参数FK占振幅F_(0)-F_(J)的比例(WK)、F_(J)占振幅F_(0)-FP的比例(V_(J))升高,损伤PSⅡ供体侧与受体侧,与对照相比,PSⅡ最大光化学效率(φ_(P0))、捕获的激子将电子传递到电子传递链中超过Q_(A)的其他电子受体的概率(Ψ_(0))、用于电子传递的量子产额(φ_(E0))、用于热耗散的量子比率(φ_(D_(0)))、用于还原PSⅠ受体侧末端电子受体的量子产额(φ_(R0))、以吸收光能为基础的性能指数(PIABS)显著降低,抑制光能的吸收与传递;单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)、捕获的用于还原Q_(A)的能量(TR_(0)/RC)及耗散的能量(DI_(0)/RC)显著增加,而用于电子传递的能量(ET_(0)/RC)显著降低,影响反应中心能量分配,降低PSⅡ活性反应中心数目,抑制PSⅡ性能。其中复合胁迫通过损伤供体侧和受体侧及活性反应中心加剧对PSⅡ性能的抑制。同时1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)活性降低,抑制光合碳同化。高温、干旱及复合胁迫通过降低PSⅡ性能及光合关键酶活性来降低净光合速率,与对照相比,VT+5 d净光合速率分别降低14.6%、31.4%、39.9%。光合速率降低抑制干物质积累及其向籽粒的转运,高温、干旱及复合胁迫下籽粒产量分别较对照降低80.3%、27.1%、84.0%。【结论】高温干旱复合胁迫主要通过抑制叶片PSⅡ性能来降低净光合速率,阻碍干物质积累,降低籽粒产量。复合胁迫对PSⅡ性能及籽粒产量的影响大于高温、干旱单一胁迫。