一種快速定量計算植物固有抗干旱能力的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速定量計算植物固有抗干旱能力的方法，包括以下步驟：將待測植物葉片清理后放入水中浸泡，30分鐘后取出葉片并將表面的水吸干；用IMAGING-PAM調(diào)制式葉綠素熒光儀測定0水平熒光時葉片的初始熒光（Fo）和PSⅡ最大光化學量子產(chǎn)量（Fv/Fm），重復(fù)3次；隨后，讓上述葉片失水，每隔1小時重復(fù)上述操作。將飽水0小時的測得結(jié)果作為參照，計算各測定時刻的相對Fo和相對Fv/Fm，分別相加得到飽水后前5個小時累積相對Fo（TRSF）和累積相對Fv/Fm（TRPF）。比較TRSF和TRPF數(shù)值大小，定量不同植物固有的抗干旱能力。本發(fā)明具有精確度高，操作簡便快捷、速度快等優(yōu)點，可用于耐旱品種的選育。
【專利說明】一種快速定量計算植物固有抗干旱能力的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及標準的失水模式下，一種快速定量計算植物固有的抗干旱能力的方法，屬于抗旱選種、農(nóng)業(yè)工程和農(nóng)作物信息檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]植物的生長發(fā)育離不開光合作用，光合作用是生物界所有物質(zhì)代謝和能量代謝的基礎(chǔ)，包括一系列光物理、光化學和生物化學轉(zhuǎn)變的復(fù)雜過程，在光合作用的原初反應(yīng)，將吸收光能傳遞、轉(zhuǎn)換為電能的過程中，有一部分光能損耗是以較長的熒光方式釋放的。
[0003]自然條件下的葉綠素熒光和光合作用有著十分密切的關(guān)系。一方面，當植物被暴露在過強的光照條件下，熒光起著十分重要的保護作用，避免葉綠體吸收光能超過光合作用的消化能力，將強光灼傷的損失降低到最小；另一方面，一般來說，自然條件下葉綠素熒光和光合速率是相互負關(guān)聯(lián)的，光合速率高，突光弱；反之，當光合強度下降時，則突光的發(fā)射就增強。
[0004]葉綠素熒光動力學技術(shù)在測定葉片光合作用過程中光系統(tǒng)對光能的吸收、傳遞、耗散、分配等方面具有獨特的作用，與“表觀性"的氣體交換指標相比，葉綠素熒光參數(shù)更具有反映“內(nèi)在性”的特點。
[0005]研究表明植物體內(nèi)發(fā)出的葉綠素熒光信號包含了十分豐富的光合作用信息，其特性與植物的營養(yǎng)和受脅迫程度密切相關(guān)，可以快速、靈敏和無損地探測植物在脅迫下光合作用的真實行為。通過植物光合過程中熒光特性的探測可以了解植物受脅迫的狀況。
[0006]由于葉綠素熒光技術(shù)具有靈敏、簡便、快速和無損傷檢測等優(yōu)點，目前葉綠素熒光技術(shù)廣泛應(yīng)用于植物生理學、植物育種、園藝學、農(nóng)藝學、林學、生態(tài)學、農(nóng)用化學、海洋與湖沼學、微藻生物技術(shù)和環(huán)境保護等領(lǐng)域。其中在植物生理學上的研究主要有以下幾個方面:光照(光強和光質(zhì))，養(yǎng)分脅迫，溫度，水分，CO2和鹽度脅迫等影響因子對其葉綠素熒光參數(shù)的影響。在測定植物葉綠素熒光參數(shù)時，使用IMAGING-PAM調(diào)制式葉綠素熒光儀一次可測多點、多個參數(shù)，比普通的葉綠素熒光儀方便快速。
[0007]光合作用受多種因素的影響，水分脅迫是其中一個重要因素。在水分脅迫條件下，植物葉片光合能力降低。目前，測定植物的抗干旱能力是通過測定已處于干旱條件下的、包括葉綠素熒光參數(shù)等的植物生理生化參數(shù)來表征抗干旱能力的，這需要一個復(fù)雜的實驗設(shè)計和較長的時間，而且不同植物的測定值不具有可比性。使得測定的葉綠素熒光參數(shù)等只能定性地反映植物即時的抗逆性，而對于固有的抗干旱能力則無法定量。為了消去植物的葉綠素熒光參數(shù)受到先前干旱逆境脅迫狀態(tài)的影響，本發(fā)明建立植物的飽水狀態(tài)和標準的失水模式，在動態(tài)失水過程中，測定葉綠素熒光對失水速率的響應(yīng)情況，進而定量判斷植物固有的抗干旱能力。
[0008]對現(xiàn)行專利《一種定量檢測植物抗干旱能力的方法》(專利號:201310701096.X)，主要從葉片相對緊張度角度反映植物的抗干旱能力；使用LCR測試儀(H10KI3532-50，日本日置)、水勢儀(Water Potential System, WESCOR, USA)測定植物葉片緊張度時，由于需要穩(wěn)定及平衡，致使測定時間較長、對植物水分變化狀況響應(yīng)較慢。本發(fā)明從光響應(yīng)角度反映植物的抗干旱脅迫能力，使用IMAGING-PAM調(diào)制式葉綠素熒光儀測定葉綠素熒光參數(shù)，測定時穩(wěn)定、所需時間短，一次可測多點、多個參數(shù)，可以快速、穩(wěn)定地響應(yīng)植物失水情況，進而診斷抗干旱能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種快速定量計算植物固有抗干旱能力的方法，以更方便地獲取植物固有的抗干旱能力，為植物耐旱性鑒定、耐旱品種的選育提供科學數(shù)據(jù)。
[0010]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明通過建立植物的飽水狀態(tài)和標準的失水模式，在動態(tài)失水過程中，利用葉綠素熒光參數(shù)對失水速率的響應(yīng)情況，無損快速定量計算植物固有的抗干旱能力；而且在O水平熒光時，不需要暗處理，直接測定葉綠素初始熒光值及光系統(tǒng)II (PS II )最大光化學量子產(chǎn)量兩項參數(shù)；采用的具體技術(shù)方案如下:
[0011]一種快速定量計算植物固有抗干旱能力的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0012]步驟一，取帶有葉片的待測植物的新鮮枝條，并用濕布包住植株枝干基部，以減緩水分散發(fā)；
[0013]步驟二，立即返回實驗室，清理葉片表面灰塵后，將新鮮枝條的葉片采摘下來，放入裝有水的盆中浸泡30分鐘；
[0014]步驟三，葉片浸泡30分鐘后，成飽水狀態(tài)，取出浸泡后的飽水葉片，用面巾紙將葉片表面上的水快速輕輕吸干；
[0015]步驟四，取上述葉片，用德國Heinz Walz GmbH公司生產(chǎn)的IMAGING-PAM調(diào)制式葉綠素熒光儀，于實驗室內(nèi)測定O水平熒光時植物葉片初始熒光值(Fo)和PS II最大光化學量子產(chǎn)量(Fv/Fm);每片植物葉片重復(fù)測定3次；
[0016]步驟五，隨后，將所述飽水葉片，放在干燥通風的桌面上讓其失水；每隔I個小時用IMAGING-PAM調(diào)制式葉綠素熒光儀，測定光照強度為O時即O水平熒光時該葉片初始熒光值(Fo)和PS II最大光化學量子產(chǎn)量(Fv/Fm)；
[0017]步驟六，將飽水O小時即飽水后未失水時測得的結(jié)果作為參照，計算各個測定時刻的相對初始突光值和相對最大光化學量子產(chǎn)量值；
[0018]飽水后不同失水時刻相對初始熒光值的計算按公式為RSFi = SFiZSF0,其中SFi為飽水后i失水時刻葉綠素初始熒光值Fo，i分別為0，1，2，3，4，5小時；
[0019]飽水后不同失水時刻相對最大光化學量子產(chǎn)量的計算按公式為RPFi = PFiZiPFtl，其中PFi為飽水后i失水時刻PS II最大光化學量子產(chǎn)量Fv/Fm，i分別為0，1，2，3,4, 5小時；
[0020]步驟七，將飽水后前5個小時待測植物葉片的相對初始熒光值相加得到待測植物的累積相對初始突光值Tesfo即Tesf = Σ Rspi = Rsfo+Rsfi+Rsf2+Rsf3+Rsf4+Rsf5°將飽水后前5個小時待測植物葉片的相對最大光化學量子產(chǎn)量相加得到待測植物的累積相對最大光化學里子廣里 Trpf,即 Trpf — Σ Rppi — RpFQ+RpF1+RpF2+RpF3+RpF4+RpF5 ;
[0021]步驟八，分別比較待測植物葉片的累積相對初始熒光值Tksf和累積相對最大光化學量子產(chǎn)量Tkpf數(shù)值大小，從而定量計算出不同植物固有的抗干旱能力。本發(fā)明的基本原理為:自然條件下，植物受到先前干旱逆境脅迫的影響，葉綠素熒光參數(shù)等植物的生理生化參數(shù)只能定性地反映植物即時的抗逆性。本發(fā)明設(shè)定植物的飽水狀態(tài)和標準的失水模式，可消除外界環(huán)境的影響；利用IMAGING-PAM調(diào)制式葉綠素熒光儀通過測定葉綠素熒光參數(shù)，響應(yīng)植物葉片的失水速率，以定量植物固有的抗干旱能力。
[0022]本發(fā)明具有有益效果。本發(fā)明精確度高，操作簡便快捷、速度快，能快速定量地反映植物固有的抗干旱能力，不受自然環(huán)境的限制。既可以對不同品種植物的抗干旱能力進行比較，也可以對同一品種植物不同苗齡的抗旱能力進行比較，簡便快速，為耐旱品種的選育及精確灌溉提供科學數(shù)據(jù)。
[0023]雖然現(xiàn)行方法《一種定量檢測植物抗干旱能力的方法》(專利號:201310701096.X)也能定量測定植物抗干旱能力，但是，該現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明存在缺陷，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
[0024]1、植物葉片細胞膨脹、收縮存在一定的時間，現(xiàn)有技術(shù)用葉片緊張度反映的植物抗干旱能力具有延遲性，增加了測定時間。而本發(fā)明則不需要考慮細胞水分狀況發(fā)生變化時對緊張度產(chǎn)生的影響，熒光信息反應(yīng)及時。
[0025]2、現(xiàn)有技術(shù)測量植物組織水勢值時，先將葉片打孔，屬于有損檢測；本發(fā)明直接測定葉片葉綠素熒光參數(shù)，對植物不會產(chǎn)生損壞。
[0026]3、現(xiàn)有技術(shù)實驗所用儀器測定時間較長:測量葉片生理電容，為了減小誤差、增加精確度，每個時刻的測量值需要10分鐘；而測量組織水勢，每個測定點先平衡6分鐘，每次3個重復(fù)，共需要20分鐘。本發(fā)明使用IMAGING-PAM調(diào)制式葉綠素熒光儀測定葉綠素熒光參數(shù)時，一次可測多點、多個參數(shù)，重復(fù)測定3次，大概2分鐘，快速便捷。
[0027]4、現(xiàn)行方法涉及參數(shù)包括環(huán)境溫度，不同的環(huán)境溫度會影響測定結(jié)果。而本發(fā)明不需要考慮環(huán)境溫度的影響。
[0028]5、現(xiàn)行方法為了計算出葉片的緊張度，以反映植物的抗干旱能力，將葉片溶質(zhì)設(shè) 定為鹿糖Cl3H22O11,這樣就限定了公式
【權(quán)利要求】
1.一種快速定量計算植物固有抗干旱能力的方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一，取帶有葉片的待測植物的新鮮枝條，并用濕布包住植株枝干基部，以減緩水分散發(fā); 步驟二，立即返回實驗室，清理葉片表面灰塵后，將新鮮枝條的葉片采摘下來，放入裝有水的盆中浸泡30分鐘； 步驟三，葉片浸泡30分鐘后，成飽水狀態(tài)，取出浸泡后的飽水葉片，用面巾紙將葉片表面上的水快速輕輕吸干； 步驟四，取上述葉片，用德國Heinz Walz GmbH公司生產(chǎn)的IMAGING-PAM調(diào)制式葉綠素熒光儀，于實驗室內(nèi)測定O水平熒光時植物葉片初始熒光值和PS II最大光化學量子產(chǎn)量；每片植物葉片重復(fù)測定3次； 步驟五，隨后，將所述飽水葉片，放在干燥通風的桌面上讓其失水；每隔I個小時用IMAGING-PAM調(diào)制式葉綠素熒光儀，測定光照強度為O時即O水平熒光時該葉片初始熒光值和PS II最大光化學量子產(chǎn)量； 步驟六，將飽水O小時即飽水后未失水時測得的結(jié)果作為參照，計算各個測定時刻的相對初始突光值和相對最大光化學量子產(chǎn)量值； 飽水后不同失水時刻相對初始熒光值的計算按公式為RSFi = SFiZiSFtl，其中SFi為飽水后i失水時刻葉綠素初始熒光值Fo，i分別為0，I，2，3，4，5小時； 飽水后不同失水時刻相對最大光化學量子產(chǎn)量的計算按公式為RPFi = PFiZiPFtl，其中PFi為飽水后i失水時刻PS II最大光化學量子產(chǎn)量Fv/Fm，i分別為0，1，2，3，4，5小時； 步驟七，將飽水后前5個小時待測植物葉片的相對初始熒光值相加得到待測植物的累積相對初始滅光值 TRSF。即 Tesf = Σ Rspi = Rsfci+Rsfi+Rsf2+Rsf3+Rsf4+Rsf5。將飽水后 ill 5 個小時待測植物葉片的相對最大光化學量子產(chǎn)量相加得到待測植物的累積相對最大光化學量子廣里 Trpf,即 Trpf — Σ Rppi — RpFQ+RpF1+RpF2+RpF3+RpF4+RpF5 ; 步驟八，分別比較待測植物葉片的累積相對初始熒光值Tksf和累積相對最大光化學量子產(chǎn)量Tkpf數(shù)值大小，從而定量計算出不同植物固有的抗干旱能力。
【文檔編號】G01N21/64GK104007093SQ201410218776
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】吳沿友, 張明明, 邢德科, 于睿, 趙寬, 周貴堯, 喬韡軼 申請人:江蘇大學