光合荧光同步测量│促进番茄生长的温室光转换涂层也有副作用?

时间:2023-03-23 19:16:18 来源:哔哩哔哩


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俄罗斯科研人员将一种含氟聚合物的涂层应用在温室大棚的塑料薄膜上,该涂层可将有害的UV-A和紫光转换为对植物有用的蓝光和红光。这一转换可促进番茄的生长和光合作用。但是,在应用了新型涂层的大棚中,植物的耐热能力却出现了下降。科研人员使用德国WALZ公司的GFS-3000光合-荧光测量系统与Dual-PAM-100双通道叶绿素荧光仪联用,对这一过程进行了深入研究。发现通常可提高抗逆能力的胁迫电信号对光合机构的保护作用减弱了,这一现象可以通过H2O2浓度的降低来解释。因此,在生产实践中,当使用光转换技术时,需更加注意植物生长过程中栽培条件的稳定。开发新的光配方时也应更细致地完善相关实证研究。

提高温室的效率是农业中的一个紧迫问题。在温带和极地地区,最严重的问题之一是光照不足,特别是在光合反应过程中使用的波长。这个问题可以通过使用LED或其他光源的主动补光来解决。然而,这种方法却提高了经济和能源成本,并导致碳足迹的增加。另一种方法是使用薄膜和涂层进行被动光谱校正。迄今为止,温室光活性涂层的研究主要集中在三个方面:对近红外辐射的保护、对UV辐射的保护以及将非光合活性光谱范围的光子转换为蓝光和红光后一种方法似乎特别有前途,因为它对各种植物的形态计量参数和生理过程的活性具有显著的刺激作用。

除了植物的生产力外,抵抗各种胁迫影响也非常重要。在温室条件下,对植物最重要的损害因素是晴天的高温和各种病原生物。对于在整个植物水平上形成对应激源的复杂抗性,远距离应激信号是重要的一种。通常,信号在植物最脆弱或敏感的区域产生,例如在上部幼叶中,然后传播到全身,调节细胞内信号通路和生理过程的活性,从而导致抗性增加。根据性质,远距离胁迫信号可细分为几种类型,每种类型都由其自身的一组压力源引起,并具有特征性的传播速度和覆盖范围。主要有液压、化学和电信号三种。电信号(ES)代表细胞膜上电位的一波变化,在快速增长的应激源的作用下尤其令人感兴趣,需要在整个植物的水平上快速提高抗性。ROS和Ca2+信号系统参与ES的产生和增殖。Ca2+可能通过ROS激活的阳离子通道进入细胞,导致阴离子通道打开和质子ATP酶失活,由此产生电信号。这些信号由广泛的刺激引起,包括温度、湿度、过度照明和食叶昆虫的啃食。ES以mm×s-1数量级的速度在植物中传播,导致功能反应,首先,暂时抑制光合作用和蒸腾作用的光依赖和非光依赖反应,这使植物能够以最小的损害度过不利时期。需要注意的是,参与长距离信号传导的ROS和Ca2+系统受到光照的调节。

之前的研究发现含氟聚合物涂层可将UV-A和紫光转换为蓝光和红光,从而刺激植物的生长、发育和产量,但抑制热诱导的电信号。本文通过光合荧光同步测量技术进一步研究了这些光转换涂层对电信号诱导的番茄植物对热胁迫抗性的影响

为了同时获得光合同化速率、蒸腾速率、PSII和PSI的活性等信息,研究中使用了GFS-3000光合-荧光测量系统与Dual-PAM-100双通道叶绿素荧光仪,两者通过3010-Dual联用叶室(Heinz Walz GmbH, Germany)进行了同步测量。

—— 参考文献 ——

Grinberg M, Gromova E, Grishina A, et al. Effect of Photoconversion Coatings for Greenhouses on Electrical Signal-Induced Resistance to Heat Stress of Tomato Plants[J]. Plants, 2022, 11(2): 229.

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