CN113176235A - 基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法 - Google Patents
基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113176235A CN113176235A CN202110318863.3A CN202110318863A CN113176235A CN 113176235 A CN113176235 A CN 113176235A CN 202110318863 A CN202110318863 A CN 202110318863A CN 113176235 A CN113176235 A CN 113176235A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- high temperature
- sample
- fluorescence
- rapid
- curve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims abstract description 31
- 241000899834 Obovaria olivaria Species 0.000 title claims abstract description 25
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims abstract description 24
- 235000009025 Carya illinoensis Nutrition 0.000 claims abstract description 23
- 241001453450 Carya illinoinensis Species 0.000 claims abstract description 23
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 claims abstract description 23
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 claims abstract description 23
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 claims abstract description 23
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 13
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 claims description 10
- 238000001543 one-way ANOVA Methods 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 6
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 6
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 230000004300 dark adaptation Effects 0.000 claims description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 3
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012258 culturing Methods 0.000 abstract 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 44
- 241000723418 Carya Species 0.000 description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 5
- 230000008642 heat stress Effects 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 240000004875 Carya cathayensis Species 0.000 description 4
- 235000005663 Carya cathayensis Nutrition 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 4
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 2
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 241000758791 Juglandaceae Species 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 244000044283 Toxicodendron succedaneum Species 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000001338 necrotic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 208000037974 severe injury Diseases 0.000 description 1
- 230000009528 severe injury Effects 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6402—Atomic fluorescence; Laser induced fluorescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
- G01N1/44—Sample treatment involving radiation, e.g. heat
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明公开了基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法，包括先收集样品并培养，然后对样品进行热处理，采用多功能植物效率分析仪对样品进行测定，获得快速荧光诱导动力学曲线(OJIP曲线)和参数，最后根据部温度下各组样品OJIP曲线变化和参数的差异进行比对分析，得到山核桃耐热性的评价结果。本发明中提出一种利用快速叶绿素荧光上升动力学技术，无损伤地评价不同砧木嫁接山核桃耐热性的方法，可通过不同品种山核桃的快速叶绿素荧光在不同温度的变化，分析出山核桃的耐热性，是一种科学有效、无损、准确的方法。
Description
技术领域
本发明涉及山核桃耐高温性评价技术领域，特别涉及一种基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法。
背景技术
山核桃是一种落叶乔木，为胡桃科山核桃属植物，又名小核桃、野漆树。主要产于浙、皖交界的天目山区、昌北区及横路乡一带，是我国重要的经济作物之一。
温度是影响植物生长的主要环境因子。山核桃幼苗要求生长在阴凉环境下。在夏季高温季节或者干旱少雨的月份，常导致山核桃叶片出现不同程度的萎蔫或坏死，表现出较差的抗热性。高温会影响植物的生长代谢，使植物体受到伤害，严重时甚至导致植物死亡。因此耐热性研究是经济植物生理抗性研究的热点和重点。
快速叶绿素荧光动力学OJIP上升曲线和JIP-test分析，以其无损、准确、快速的特点，被广泛而成功地应用于植物逆境生理状态的研究。目前人们对于山核桃耐热性研究方法较多较杂，且都是破坏性的，需要取样分析，导致这些方法操作繁杂，不够直观，尤其缺乏利用快速叶绿素荧光动力学，***地无损伤地对山核桃耐热性进行试验和评价，筛选不同山核桃苗的耐热性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明建立了利用快速叶绿素荧光上升动力学技术，评价不同砧木嫁接山核桃耐热性的方法，可以解决现在对于山核桃耐热性研究方法较多较杂，且都是破坏性的，操作繁杂，不够直观，尤其缺乏利用快速叶绿素荧光动力学，***地无损伤地对山核桃耐热性进行试验和评价的难题。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案，基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法，包括以下具体步骤：
S1：样品收集和培养：选用不同品种山核桃幼苗栽于培养钵，作为样品放置苗圃中进行缓苗养护；
S2：样品热处理：将幼苗设立对照组和实验组，分别放于热处理环境，热处理环境因素均设置相同，并且设定不同的胁迫温度；
S3：获得OJIP曲线和参数：测定样品叶片的OJIP曲线与相关的叶绿素荧光参数；
S4：分析与评价：对获得的OJIP曲线进行JIP-test分析，对数据进行处理与绘图，进行单因素方差分析(one-wayANOVA)和Duncan多重比较分析(α＝0.05)，将分析结果统计整理后得到评价结果。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S3中，测定样品叶片的OJIP曲线的具体步骤为：
S301：测定前将样品均暗适应20min，向暗适应后的叶片连续照射1s饱和脉冲红光(650nm，3500μmol·m-2·s-1)；
S302：选取植株从上往下第4-5片成熟叶片作为测定叶片，采用多功能植物效率分析仪测定样品叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线，即OJIP曲线，并获得以下叶绿素荧光参数，包括初始荧光Fo(50μs)、反应中心(RCs)、K点(300μs)的荧光水平Fk、J点(2ms)的荧光水平FJ、I点(30ms)的荧光水平FI和P点(0.3-2s)处的最大荧光强度FM。
作为本发明的一种优选技术方案，每天对样品进行快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的测定，每个品种的山核桃幼苗选取6株，并且对每株植物进行两次测量，每次测量后，将植物放回生长室并继续热处理。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S4中，对获得的OJIP曲线的参数对照表格中的公式加以计算，转换为本发明中所选用的JIP-test试验参数，参照表格为：
表1 OJIP曲线和JIP-test参数的公式说明
作为本发明的一种优选技术方案，所述S4中，进行单因素方差分析的具体步骤为：
分析各组样品的OJIP荧光诱导动力学曲线在不同胁迫温度时的表现、分析各组样品叶片OJIP曲线K相和J相在不同高温时的表现、分析，荧光诱导动力学OJIP曲线与荧光强度和温度之间存在相关性，因此可以分析不同的样品叶片在不同高温胁迫下的伤害程度差异和不同样品的相对可变荧光(ΔVt)的差异。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S4中，进行Duncan多重比较分析(α＝0.05)的具体步骤为：
通过WK＝W300μs＝(F300μs-FO)/(Fj-FO)计算得出WK和ΔWK，并分析WK和ΔWK在不同温度的高温胁迫时的变化，分析不同样品在不同温度的高温胁迫下ABS/RC和DIo/RC的变化；
分析各组样品叶片光合性能在不同高温下的表现：Fv/Fm反映PSⅡ的最大光能转换效率，观察在不同温度时各样品
值的变动，同时根据各样品的PIABS值对植物的耐热能力进行排序；
分析各组样品叶片的PSI和PSII电子传递在不同高温的变化，高温胁迫后样品电子传递连通性越低，表明该样品对温度更加敏感。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S2中，热处理环境具体设置为：光照强度为520-680μmol·m-2·s-1，空气相对湿度为65％-75％，每天定时按量补充土壤水分，土壤相对含水量保持在75％-85％，且设定胁迫温度为：轻度高温30℃昼14h/25℃夜10h、中度高温35℃昼14h/25℃夜10h，重度高温40℃昼14h/35℃10h和43℃昼14h/38℃夜10h，以25℃昼14h/20℃夜10h作为对照组(CK)。
(三)有益效果
1.本发明提供的基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价评价方法，其OJIP曲线的变化主要取决于对PSII(QA)初级电子受体的影响，而OJIP曲线的变化反映了光合作用电子传递链的传递，OJIP测试反映了PSII功能的行为，包括能量吸收、捕获和电子传输，进而可以通过OJIP曲线了解到山核桃在光***中电子传递的连通性程度，便于对该品种山核桃的耐高温性做出评价；
2.本发明提供的基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价评价方法，其所有处理叶片测定前均暗适应20min，向暗适应后的叶片连续照射1s饱和脉冲红光(650nm，3500μmol·m-2·s-1)时会诱导快速荧光曲线上升，便于观察曲线变化；
3.本发明提供的基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价评价方法，对各组样品之间的相对可变荧光(ΔVt)进行差异分析，可以明显地反映出叶片放氧复合体和PSII复合物单元的变化，进而便于作为参考，分析各组山核桃的耐高温性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明的流程示意框图；
图2是本发明的高温胁迫对山核桃叶片快速荧光诱导曲线的变化示意图；
图3是本发明的高温胁迫对山核桃叶片相对可变荧光(ΔVt)的影响示意图；
图4是本发明实施例1中的曲线L带的各组样品Ft-FO在FK-FO上的可变荧光速率图；
图5是本发明实施例1中的曲线K带的各组样品Ft-FO在FJ-FO上的可变荧光速率图；
图6是本发明的高温胁迫对山核桃叶片OJIP中VK、VJ、WK、ΔWK的影响示意图；
图7是本发明的高温胁迫对山核桃叶片PSII反应中心的能量通量的影响示意图
图8是本发明的高温胁迫对山核桃叶片光合性能指数的影响示意图；
图9是本发明的高温胁迫对山核桃叶片量子产额和通量比的影响示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1-9所示，基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法，具体包括以下步骤：
S1：样品收集和培养：供试品种分别为：湖南砧木山核桃、美国砧木山核桃、临安砧木山核桃及实生苗(以下简写‘HN’、‘MG’、‘LA’、‘SS’)。选用生长势良好、生长一致的幼苗栽于聚乙烯培养钵(上口径约24cm，高度26cm，下口径19.7cm)，作为样品放置苗圃中进行缓苗养护；
S2：样品热处理：将幼苗分别放于智能光照培养箱，光照强度为600μmol·m-2·s-1，空气相对湿度约为70％，每天定按量补充土壤水分，土壤相对含水量保持在80％，且设定胁迫温度为：轻度高温30℃/25℃(昼14h/夜10h)、中度高温35℃/25℃(昼14h/夜10h)，重度高温40℃/35℃(昼14h/夜10h)和43℃/38℃(昼14h/夜10h)，以25℃/20℃作为对照组(CK)；
S3：获得OJIP曲线和参数：采用多功能植物效率分析仪测定样品叶片的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线，即OJIP曲线，每天对样品进行快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的测定，每个品种的山核桃幼苗选取6株，并且对每株植物进行两次测量，每次测量后，将植物放回生长室并继续热处理；
S4：分析与评价：参照表格的公式说明对获得的OJIP曲线进行JIP-test分析，使用Origin2017软件对数据进行处理与绘图，采用SPASS17.0进行单因素方差分析(one-wayANOVA)和Duncan多重比较分析(α＝0.05)，将分析结果统计整理后得到评价结果。
S301：测定前将样品均暗适应20min，向暗适应后的叶片连续照射1s饱和脉冲红光(650nm，3500μmol·m-2·s-1)；
S302：选取植株从上往下第4-5片成熟叶片作为测定叶片，采用多功能植物效率分析仪测定样品叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线，即OJIP曲线，并获得以下叶绿素荧光参数，包括初始荧光Fo(50μs)、反应中心(RCs)、K点(300μs)的荧光水平Fk、J点(2ms)的荧光水平FJ、I点(30ms)的荧光水平FI和P点(0.3-2s)处的最大荧光强度FM，便于接下来能够准确记录高温胁迫下PSIIRCs能量捕获及PSII供体侧和受体侧电子传递的变化。
对获得的OJIP曲线的参数对照表格中的公式加以计算，转换为本发明中所选用的JIP-test试验参数，参照表格为：
表1 OJIP曲线和JIP-test参数的公式说明
采用SPASS17.0进行单因素方差分析和进行Duncan多重比较分析(α＝0.05)的具体步骤为：
4种山核桃对照组(25℃)的荧光诱导动力学曲线呈典型的O-J-I-P曲线。30℃高温处理下，4种山核桃的OJIP曲线与相较于对照组无明显差异。随着胁迫温度升高(从35℃到43℃)，4种山核桃的OJIP曲线，在300ms左右出现“K”相，逐渐转变为O-K-J-I-P曲线。‘LA’与‘SS’的OJIP曲线分别在35℃开始发生变化，随着处理温度越高，OJIP曲线的变化越明显。随着温度的升高，‘LA’、‘SS’的OJIP曲线比‘HN’和‘MG’的OJIP曲线上升趋势更显著。胁迫温度高于35℃时，叶片的叶绿素荧光强度和P点荧光水平都会急剧下降(见图2C-E)。‘SS’在35℃-43℃高温胁迫时，K点较25℃有显著的上升，同时I点和P点急剧下降，P点明显低于其他三个品种。在43℃处理的情况下，‘SS’的K点荧光水平超过其他三个品种(见图2E)。相比之下，‘HN’和‘MG’叶片在40℃或43℃的高温胁迫下，叶绿素荧光强度下降幅度较小，K点水平也较低。另外，在40℃和43℃热胁迫下，FO和FM值也有不同程度的增加和降低。与其他三种山核桃相比，‘SS’的FO值和FM值变化明显(见图2F)。
对4个山核桃之间的相对可变荧光(ΔVt)进行差异分析。如图3所示，在35℃高温处理下，4种山核桃苗的ΔK、ΔJ均＞0，其中‘HN’和‘MG’的ΔK、ΔJ低于‘LA’和‘SS’的ΔK、ΔJ。40℃和43℃处理时，300μs左右出现K点处的叶绿素荧光产量均有明显增加(ΔK>0)。其中‘LA’和‘SS’的ΔK植较‘HN’和‘MG’显著上升。2ms处的ΔJ值也表现出同样的上升趋势，说明35℃处理时，‘HN’、‘LA’、‘SS’的放氧复合体的活性受到抑制。受抑制程度为‘LA’>‘SS’>‘HN’>‘MG’。
绘制4种山核桃在O(50μs)-K(300μs)相之间标准化的OJIP诱导曲线，即Wok＝(Ft-Fo)/(Fk-Fo)和高温处理与CK间的动力学差异(ΔVok＝Vok处理-Vok对照)。通过差值可以观察到隐藏在O点和K点之间的大约150μs额外的L带。L带是PSII单位能量连通性的指示器，当连通性较低时，L带较高。因此‘LA’、‘SS’在轻度高温胁迫(35℃)下，ΔVok随温度变化而升高，说明L带的能量连通性明显地随温度变化而降低。在相同处理温度下，‘MG’的能量连通性高于其它品种，受损成度依次为：‘SS’>‘LA’>‘HN’>‘MG’。因此，失去PSII能量连接的‘LA’、‘SS’对高温更加敏感。图5表明，在35℃和40℃或43℃热胁迫下，4种山核桃的K相逐渐被激发，但在30℃K点无法被激发。VOJ(Wk)反映放氧复合体的状况，且与温度有关。VOJ越大,放氧复合体受到的伤害越严重。这一趋势与上述相同。不同的高温胁迫导致‘LA’、‘SS’ΔVOJ的K相强度明显高于‘HN’、‘MG’，表明‘LA’、‘SS’的OEC中心更容易失去活性。
4种山核桃叶片OJIP曲线K相和J相的WK和ΔWK值(图6C-D)，胁迫温度从35℃升高到43℃时，相对于“HN”和“MG”，“LA”和“SS”增长的更快，其中‘MG’受高温胁迫的影响最小。
单位反应中心能量活性参数可以更准确地反映光合器官对光能的吸收，转化和耗散。ABS/RC是单位反应中心吸收的光能；叶片受到高温胁迫导致ABS/RC的增加。参考图7，受到高温胁迫的影响，‘LA’和‘SS’ABS/RC显著升高(P<0.05)。在43℃热胁迫后，该值增加了29％，远远高于‘HN’、‘MG’。TRo/RC是单位反应中心捕获的光能，‘LA’和‘SS’从30℃开始，其通量显著增加；而‘HN’和‘MG’则发生在40℃后。ETo/RC是单位反应中心用于电子传输的光能。在高温处理之前，‘LA’和‘SS’较对照组下降了15.4％和14.3％，‘HN’和‘MG’在40℃热胁迫后开始下降。在相同条件下，‘LA’和‘SS’DIo/RC的增幅明显高于‘HN’和‘MG’，35℃高温胁迫下就开始显着增加(P<0.05)。
Fv/Fm反映PSⅡ的最大光能转换效率。参考图8，30℃和35℃时，4种山核桃叶片的
值保持在0.816±0.007。35℃以上，‘LA’和‘SS’的
开始显著下降。此外，‘LA’和‘SS’的
对40℃以上的高温比‘HN’和‘MG’更敏感。较25℃时‘LA’下降了6.21％，‘SS’下降了7.5％，‘HN’下降了5.34％，‘MG’下降了4.5％。
PIABS是所有荧光参数中最敏感的参数，是以吸收光能为基础的性能指数，用来表达PSII总体光合作用的活性，从而可以根据植物的耐热能力对其进行排序。在Fv/Fm及其它许多参数尚未发生变化时，PIABS已出现明显的变化。30℃时，‘HN’和‘MG’的PIABS值有轻微的上升，‘LA’和‘SS’的PIABS值开始下降，说明开始受到高温胁迫的影响。对于‘HN’和‘MG’，在35℃或更高温度时，PIABS才会明显下降。其中‘LA’和‘SS’下降幅度明显大于其他两个品种。与对照组(25℃)相比，在43℃时，四种山核桃叶片的PIABS下降了约44.2％、37.9％、57.9％和54.9％。
参考图9，当4种山核桃叶片在轻度胁迫(30℃)时，ΨEo和
都没有出现明显变化。在中度胁迫下(35℃)下，‘HN’和‘MG’的ΨEo和
略有增加，而‘LA’和‘SS’的ΨEo和
值开始降低。在胁迫温度到达40℃和43℃时，ΨEo和
急剧下降，其中‘LA’的ΨEo和
较对照组分别下降了22.2％和21.4％。
参数δRo表示电子传递到PSI末端的效率。在35℃时，4种山核桃叶片δRo开始增加，当胁迫温度升高到40℃和43℃时，δRo值进一步升高。‘LA’和‘SS’在30℃时，
显著增加，胁迫温度升到35℃以上时，
开始急剧下降；‘HN’和‘MG’在30℃时
无明显的变化，当胁迫温度上升到35℃时，
开始显著上升再显著下降。许多研究人员发现，适度的温度胁迫确实会增加PSI的活性。但是，当‘LA’、‘SS’和‘HN’、‘MG’胁迫温度分别上升35℃和40℃时发生了变化，
开始显著下降，并在胁迫温度到达43℃时降到最低。
光合作用是植物对高温胁迫最敏感的生理过程之一，而叶绿素荧光动力学技术可以反映出光合器官在逆境胁迫下的内在变化。大量的研究表明，高温胁迫会导致OEC失活，电子传递能力降低，PSII活性下降。高温胁迫后，山核桃叶片OJIP曲线J-I和I-P相在35℃开始大幅下降，其中在43℃时都处于最低水平。其中‘LA’和‘SS’比‘MG’和‘HN’下降的更快。图2表明，在35℃高温胁迫下，‘LA’和‘SS’的ΔK、ΔJ值较‘MG’和‘HN’显著上升，说明35℃处理时，品种‘LA’和‘SS’叶片的光合性能受到损伤，OEC受到破坏，电子传递受到抑制；43℃处理时，品种‘LA’和‘SS’的ΔK值较其它两个品种显著上升，说明‘LA’和‘SS’叶片有大量QA－积累，QA与QB之间的电子传递受到严重抑制，PSII受体侧遭受到更严重的伤害，而‘MG’、‘HN’能够在高温胁迫下维持PSII(OEC)的稳定性。L带可表示PSII不同组分间的聚集性或天线色素与PSII活性反应中心RCs的能量传递连通性,植物遭受胁迫后,L带较高。品种‘LA’即使是在轻度热胁迫下(30℃)也会导致L带的能量连接性明显降低。在相同的胁迫温度下，‘LA’的连通性远低于其他三个品种。高温胁迫后的‘LA’的L带幅度增加得更快，因此，失去更多PSII能量连接的‘LA’对温度更加敏感。
综上分析，‘LA’和‘SS’的山核桃耐高温性弱于‘MG’和‘HN’，其中‘MG’也就是美国砧木山核桃耐高温性表现最为出色。
综上所述，本发明可以通过利用OJIP曲线了解到山核桃在光***中电子传递的连通性程度，便于对该品种山核桃的耐高温性做出评价，在此过程中运用了快速叶绿素荧光动力学OJIP上升曲线和JIP-test分析，用于品种间耐热性差异筛选，以其无损、准确、快速的特点，科学有效地对山核桃的耐高温性作出评价。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1：样品收集和培养：选用不同品种山核桃幼苗栽于培养钵，作为样品放置苗圃中进行缓苗养护；
S2：样品热处理：将幼苗设立对照组和实验组，分别放于热处理环境，热处理环境因素均设置相同，并且设定不同的胁迫温度；
S3：OJIP曲线和参数：测定样品叶片的OJIP曲线与相关的叶绿素荧光参数；
S4：分析与评价：对获得的OJIP曲线进行JIP-test分析，对数据进行处理与绘图，进行单因素方差分析(one-wayANOVA)和Duncan多重比较分析(α＝0.05)，将分析结果统计整理后得到评价结果。
2.根据权利要求1所述的基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法，其特征在于，所述S3中，测定样品叶片的OJIP曲线的具体步骤为：
S301：测定前将样品均暗适应20min，向暗适应后的叶片连续照射1s饱和脉冲红光(650nm，3500μmol·m-2·s-1)；
S302：选取植株从上往下第4-5片成熟叶片作为测定叶片，采用多功能植物效率分析仪测定样品叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线，即OJIP曲线，并获得以下叶绿素荧光参数，包括初始荧光Fo(50μs)、反应中心(RCs)、K点(300μs)的荧光水平Fk、J点(2ms)的荧光水平FJ、I点(30ms)的荧光水平FI和P点(0.3-2s)处的最大荧光强度FM。
3.根据权利要求2所述的基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法，其特征在于，所述S2和S3中，每天对样品进行快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的测定，每个品种的山核桃幼苗选取6株，并且对每株植物进行两次测量，每次测量后，将植物继续热处理。
4.根据权利要求2所述的基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法，其特征在于，所述S4中，对获得的OJIP曲线的参数对照表格中的公式加以计算，转换为本发明中所选用的JIP-test试验参数，参照表格为：
表1 OJIP曲线和JIP-test参数的公式说明
5.根据权利要求4所述的基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法，其特征在于，所述S4中，进行单因素方差分析的具体步骤为：
分析各组样品的OJIP荧光诱导动力学曲线在不同胁迫温度时的表现、分析各组样品叶片OJIP曲线K相和J相在不同高温时的表现、分析，荧光诱导动力学OJIP曲线与荧光强度和温度之间存在相关性，因此可以分析不同的样品叶片在不同高温胁迫下的伤害程度差异和不同样品的相对可变荧光(ΔVt)的差异。
6.根据权利要求4所述的基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法，其特征在于，所述S4中，进行Duncan多重比较分析(α＝0.05)的具体步骤为：
通过WK＝W300μs＝(F300μs-FO)/(Fj-FO)计算得出WK和ΔWK，并分析WK和ΔWK在不同温度的高温胁迫时的变化，分析不同样品在不同温度的高温胁迫下ABS/RC和DIo/RC的变化；
分析各组样品叶片光合性能在不同高温下的表现：Fv/Fm反映PSⅡ的最大光能转换效率，观察在不同温度时各样品
值的变动，同时根据各样品的PIABS值对植物的耐热能力进行排序；
分析各组样品叶片的PSI和PSII电子传递在不同高温的变化，高温胁迫后样品电子传递连通性越低，表明该样品对温度更加敏感。
7.根据权利要求1所述的基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法，其特征在于，所述S2中，热处理环境具体设置为：光照强度为520-680μmol·m-2·s-1，空气相对湿度为65％-75％，每天定时按量补充土壤水分，土壤相对含水量保持在75％-85％，且设定胁迫温度为：轻度高温30℃昼14h/25℃夜10h、中度高温35℃昼14h/25℃夜10h，重度高温40℃昼14h/35℃10h和43℃昼14h/38℃夜10h，以25℃昼14h/20℃夜10h作为对照组(CK)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110318863.3A CN113176235A (zh) | 2021-03-25 | 2021-03-25 | 基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110318863.3A CN113176235A (zh) | 2021-03-25 | 2021-03-25 | 基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113176235A true CN113176235A (zh) | 2021-07-27 |
Family
ID=76922356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110318863.3A Pending CN113176235A (zh) | 2021-03-25 | 2021-03-25 | 基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113176235A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113640267A (zh) * | 2021-08-28 | 2021-11-12 | 西北农林科技大学 | 一种基于叶绿素荧光的适宜作物生长氮素浓度区间获取方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105693298A (zh) * | 2016-01-21 | 2016-06-22 | 浙江省农业科学院 | 一种山核桃蒲壳快速无害化处置方法 |
| CN110907417A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-03-24 | 上海市农业科学院 | 一种用于快速评价矾根耐热性的方法 |
| CN111802155A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-10-23 | 浙江农林大学暨阳学院 | 基于叶绿素荧光ojip曲线的杜鹃花耐高温性评价方法 |
-
2021
- 2021-03-25 CN CN202110318863.3A patent/CN113176235A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105693298A (zh) * | 2016-01-21 | 2016-06-22 | 浙江省农业科学院 | 一种山核桃蒲壳快速无害化处置方法 |
| CN110907417A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-03-24 | 上海市农业科学院 | 一种用于快速评价矾根耐热性的方法 |
| CN111802155A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-10-23 | 浙江农林大学暨阳学院 | 基于叶绿素荧光ojip曲线的杜鹃花耐高温性评价方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 康玉杰: "《不同砧木嫁接山核桃对高温胁迫的生理响应》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库农业科技辑》, 15 April 2014 (2014-04-15), pages 1 - 35 * |
| 张北壮: "生态学实验教程", 31 January 2015, 中山大学出版社, pages: 169 * |
| 张谧: "《超旱生植物沙冬青高温胁迫下的快速叶绿素荧光动力学特征》", 《生态环境学报》, vol. 18, no. 6, 31 December 2009 (2009-12-31), pages 2272 - 2277 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113640267A (zh) * | 2021-08-28 | 2021-11-12 | 西北农林科技大学 | 一种基于叶绿素荧光的适宜作物生长氮素浓度区间获取方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Stanton et al. | Populus breeding: from the classical to the genomic approach | |
| CN107389548A (zh) | 一种油菜产量的早期预测方法及油菜角果遮光装置 | |
| Sawatraksa et al. | Chlorophyll fluorescence and biomass of four cassava genotypes grown under rain‐fed upper paddy field conditions in the tropics | |
| CN113176235A (zh) | 基于快速荧光诱导动力学的山核桃耐高温性评价方法 | |
| Hale et al. | Sugarcane breeding programs in the USA | |
| CN103889211B (zh) | 植物的收获时生物量的管理方法以及管理*** | |
| CN105210750B (zh) | 一种基于叶绿素荧光动力筛选广适性水稻的方法 | |
| CN103205501B (zh) | 一种鉴定野生稻抗稻瘟病基因的方法 | |
| Wilson et al. | Chlorophyll fluorescence of stem cambial tissue reflects dormancy development in Juglans nigra seedlings | |
| Pallas | Research in Plant Transpiration, 1962 | |
| Geetha et al. | Effect of moisture stress on key physiological parameters in sunflower genotypes | |
| CN102141516B (zh) | 用延迟荧光发射光谱鉴定作物耐热性的方法 | |
| Prashantha et al. | Identification of resistant sources against bakanae disease in short grained aromatic rice (Oryza sativa) | |
| CN113748946A (zh) | 一种陆地棉的抗冷性鉴定方法 | |
| CN109118488B (zh) | 一种红掌新种质耐寒性的鉴定方法 | |
| CN106706579A (zh) | 一种利用叶绿素荧光技术筛选耐高温玉米品种的方法 | |
| Zhang et al. | Effect of moderately-high temperature stress and recovery on the photosynthetic characteristics of tomato (Lycopersicon esculentum L.) | |
| Havryliuk et al. | Photosynthetic potential of Malus domestica columnar group | |
| Nogueira et al. | Reaction of Sour Passion Fruit Lineages and Hybrids to Bacterial Spot Caused by Xanthomonas axononopodis pv. passiflorae Under Protected Cultivation and Field Conditions | |
| Gong et al. | Effects of hybridization on the determinants of photosynthetic capacity in Buddleja F1 hybrids. | |
| Petrova et al. | Screening of temperature tolerance and adaptive potential of Sorghum vulgare var. technicum [Körn] genotypes. | |
| Xu et al. | Responses of chlorophyll fluorescence and nitrogen level of Leymus chinensis seedling to changes of soil moisture and temperature | |
| Feng et al. | Influence of long-term different fertilization on soil weed seed bank diversity of a paddy soil under rice/rape rotation | |
| Copp et al. | Disentangling the cascading effects of Grapevine Red Blotch Virus infection on vine physiology | |
| Booth et al. | Constraints on the assembly of cliff communities at the seed bank stage |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |