不同温度对烟草生长发育及光合作用的影响

不同温度对烟草生长发育及光合作用的影响杨利云;段胜智;李军营;逄涛;杨双龙;王莎莎;龚明【摘要】Tobacco (Nicotiana tabacum L.)plants were cultivated in phytotron set at relatively low temper-ature (daily average 16.5 ℃),normal temperature (daily average 23.5 ℃)and relatively high temperature (daily average 30.5 ℃),and the effects of different temperature ongrowth,development and photosyn-thesis of tobacco plants were investigated.The results showed that:(1 )Compared with the plants under normal temperature,the plants grown under the relatively higher and lower temperatures decreased the plant height,leaf length,width and showed an inhibiting effects on tobacco plants to some extent.(2) Plants under relative higher and lower temperature reduced the net photosynthetic rate(Pn ),intercellular CO2 concentration (Ci ),stomatal conductance(Gs ),transpiration rate (Tr ),maximum quantum yield of PSⅡ photochemistry (Fv/Fm ),quantum efficient of PSⅡ (ΦPSⅡ ),photochemical quenching (qp ),Rubisco activity,but increased the minimal fluorescence of dark-adapted state (F0 )of tobacco leaves.Tobacco plants grown under long-term relative higher and lower temperatures both inhibited the growth by partly damaging or inactiving the photosynthetic apparatus,and reduced the photosynthesis efficiency of tobacco plants to some extent.Long-term daily average temperature at 23.5 ℃ could be the optimal temperature for growth and photosynthesis of tobacco plants.%该试验通过人工气候室模拟相对低温(日均温16.5℃)、常温(日均温23.5℃)和相对高温(日均温30.5℃)3种日动态温度,研究了不同温度对烟草生长发育及光合作用的影响.结果表明:(1)与常温下生长的烟草相比,相对低温和高温处理均降低了烟株的株高、叶长和叶宽,在一定程度上抑制了烟草的生长.(2)相对低温和高温处理比常温处理下有较低的烟叶净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、PSⅡ最大光化学量子效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学量子效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qp)、Rubisco羧化酶活性和相对较高的初始荧光强度(F0).长期较高或较低的温度均会对烟草的生长发育产生抑制,这可能因其在一定程度上抑制了烟叶的光合机构活性并对反应中心造成了损伤,从而降低了烟草的光合作用,抑制了烟株的生长,长期日均温23.5℃有利于烟草的生长和光合作用.【期刊名称】《西北植物学报》【年(卷),期】2017(037)002【总页数】9页(P330-338)【关键词】温度;烟草;生长发育;光合特性【作者】杨利云;段胜智;李军营;逄涛;杨双龙;王莎莎;龚明【作者单位】云南师范大学生命科学学院,生物能源持续开发利用教育部工程研究中心,云南省生物质能与环境生物技术重点实验室,昆明 650500;云南师范大学生命科学学院,生物能源持续开发利用教育部工程研究中心,云南省生物质能与环境生物技术重点实验室,昆明 650500;云南省烟草农业科学研究院,云南玉溪 653100;云南省烟草农业科学研究院,云南玉溪 653100;云南师范大学生命科学学院,生物能源持续开发利用教育部工程研究中心,云南省生物质能与环境生物技术重点实验室,昆明650500;云南师范大学生命科学学院,生物能源持续开发利用教育部工程研究中心,云南省生物质能与环境生物技术重点实验室,昆明 650500;云南师范大学生命科学学院,生物能源持续开发利用教育部工程研究中心,云南省生物质能与环境生物技术重点实验室,昆明 650500【正文语种】中文【中图分类】Q945.79温度是影响植物生长发育及其地理分布的一个重要生态因素，植物只有在适宜的温度环境下才能正常生长发育并顺利完成其生活史[1]。

绿色植物通过光合作用将光能转化为化学能，同时将无机物转变为有机物贮存在植物体内，是地球上所有生命现象的能量和物质基础，而高等植物的光合作用受温度影响尤为显著[2]，光合作用包括光反应和暗反应两个过程，前者受温度影响较小，而暗反应则是由一系列的酶促反应组成，明显的受温度的制约，但无论是哪种反应受阻或反应速率下降，都会使植物的光合速率降低[3-4]。

前人研究也表明，过高和过低的生长温度都会对植物的生长发育及光合特性产生显著的影响[5-8]。

烤烟是一种重要的经济作物，在世界各地被广泛种植，同时其作为一种喜温作物对环境温度的变化较为敏感。

温度不仅影响烟草的种子萌发、植株生长发育进程，还对烟叶中物质代谢及其品质和风格有重要的影响[9-10]。

而不同的纬度、海拔等地理条件下的环境温度不同，从而对烟草的生长发育和光合特性产生影响，进而影响烟叶的产量和品质[11-12]。

同时，近年来随着全球变暖的趋势，全球气温一直呈上升的趋势，过去一个世纪，地表温度升高了0.6 ℃，在这个世纪可能会继续升高2～5 ℃，由此产生和加剧的热胁迫会对许多植物造成影响，因此探究全球气温升高对植物生长发育和光合特性的影响也有助于人们了解全球变暖对植物生长发育的影响和危害[13-14]。

近年来，一些研究者报道了温度对烟草生长发育、物质代谢等的影响[15-17]，我们研究组近两年对此也做了一些相关的研究报道[18-23]。

但这些研究中的试验温度大多在低温胁迫的范围，或者只关注了不同温度对烟草不同生育时期生长发育、生理生化过程、物质代谢及基因表达的影响，在烟草上仅对低温胁迫的条件下或局部叶温变化对光合的影响做了少量报道[15, 24]，对长期生长在不同的非胁迫温度下的烟草的生长发育及光合作用的影响还未见详尽的报道，同时这些研究大多在大田环境或简单的温室内进行，受外界环境(光照、温度、降水等生态因素)变化影响较大或仅仅探究了短期内单一、恒定温度变化对烟草的生长发育影响。

因此，本研究基于环境稳定精准的人工气候室内模拟不同的动态环境温度，并保证3个处理间光照(时间、强度)、降水、施肥及人工管理措施等其他因素一致，对长期生长在不同温度下烟草的生长状况和光合特性进行了探究，以揭示不同环境温度对烟草生长发育及光合特性的影响，为不同生态烟区、不同海拔等地理条件下烟草的栽培提供指导，同时为植物生长发育和光合作用对全球气候变暖的响应研究提供参考借鉴。

1.1 材料试验于云南省烟草农业科学研究院进行，试验材料为烤烟(Nicotiana tobacum L.)品种‘云烟87’。

将烟草种子播种于漂浮盘基质(泥炭和蛭石，2∶1)中，每孔播种1粒，采用漂浮育苗方式在温室内育苗，光照为自然光源，播种45 d后移栽至桶内(35 cm×45 cm，土壤类型为水稻土与基质混合，3∶1)，置于均温23.5 ℃的人工气候室内生长40 d。

1.2 不同生长温度处理待烟株生长至团棵期时(叶片数为12片时)，将其分别置于低温、常温和高温(均温分别为16.5 ℃、23.5 ℃、30.5 ℃)的气候室内进行不同温度处理，以自下向上第12片烟叶作为研究对象，此时叶长为5 cm并记为0 d，并于0～80 d内每间隔10 d分别测定生长指标和相关光合参数和生理指标。

人工气候室3间(库蓝科技有限公司，北京)，每间各有灯架6列，每列灯架6盏灯，以高压钠灯为光源，根据烟株的生长状况及时调整灯架的高度，保证整个处理期间第12片烟叶所照射的光强为300 μmol·m-2·s-1。

光周期(昼14 h：6:00-19:00；夜10 h：20:00-5:00)，CO2浓度400 μL/L。

根据一天中温度变化的趋势，设置动态的温度变化(图1)。

每隔1 d 3个处理下每烟株分别浇水1 kg，其它同大田管理一致。

1.3 生长指标测定于人工气候室内用直尺测量株高、叶长、叶宽,计算叶面积系数=[(单叶面积×单位土地面积株数)/ 单位土地面积][25]。

1.4 光合作用参数测定于各测定时间点上午9:00～11:00，采用LI-6400XT便携式光合仪(LI-COR, 美国)于活体上测定各处理第12片烟叶的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率和相关荧光参数。

使用仪器自带的光源并将测定光强统一设定为1 200μmol·m-2·s-1，相关参数由仪器给出和计算得到[26]。

1.5 Rubisco羧化酶活性测定将0.3 g叶片于液氮中捣碎, 加入1 mL酶提取液(50 mmol·L-1 Tris-HCl, pH 7.5, 含0.5 mmol·L-1 EDTA、50 mmol·L-1MgCl2、10 mmol·L-1 NaHCO3)于冰浴上研磨, 4 ℃、20 000×g下离心15 min后，上清作为酶粗提取液备用。

活性测定时, 1 mL反应体系内含5 mmol·L-1 HEPES-NaOH (pH 8.0)、2 mmol·L-1 MgCl2、1 mmol·L-1 NaHCO3、0.1 mmol·L-1 EDTA、0.25 mmol·L-1 DTT、1 U 3-磷酸甘油酸激酶、1 U磷酸肌酸激酶、1 U甘油醛-3-磷酸脱氢酶、0.5 mmol·L-1 ATP、0.015 mmol·L-1 NADH、0.5 mmol·L-1磷酸肌酸、0.06 mmol·L-1 RuBP 和100 μL酶提取液。