动态光环境下蓝光调控番茄光合诱导及其对光合性能的影响机理

Photosynthetic induction plays a pivotal role in limiting light use efficiency under dynamic light condition. Our previous study showed that blue light stimulates photosynthetic induction rate of tomato, while the mechanism of blue light regulates photosynthetic induction and its effect on photosynthetic performance has not yet been investigated. This project will start from exploring the effect of different percentage of blue light on photosynthetic induction curve as well as quantifying the induction status during each stage. Thereafter, exploring the effect of different percentage of blue light on the limiting factors and photosynthetic electron transport during the photosynthetic induction process. Finding out the appropriate blue light percentage which could induce the maximum photosynthetic induction rate, applying this parameter and simulating the dynamic light condition with LED. Investigating the photosynthetic induction properties, photo-protection mechanism, photosynthetic capacity, plant morphological and physiological properties under such condition. This study will be helpful to deeply understand the physiological nature of blue light regulation of plant photosynthesis, and provide scientific evidence for optimizing the application of supplementary light with LED and light quality regulation under facilities condition.

光合诱导是限制动态光环境下光能利用率的关键因素。申请人前期研究发现蓝光具有促进番茄光合诱导速率的特性，但蓝光调控光合诱导及其对光合性能的影响机理尚不清楚。本项目拟首先从不同比例蓝光对植物光合诱导曲线的影响及其对各阶段诱导状态的量化分析入手，探讨光合诱导进程对蓝光的响应机理；其次，探讨不同比例蓝光对光合诱导各限制因子及电子传递的影响，探明引起最大光合诱导速率的蓝光比例；并以所获取的优化蓝光比例参数为依据，构建基于LED的模拟动态光环境，研究光合诱导特性、光保护机制、光合能力以及植物形态生理特征对蓝光的响应。本研究将有助于深入了解蓝光调控植物光合作用的生理本质，为优化设施条件下LED补光及光质调控提供理论依据。

光合诱导是限制动态光环境下光能利用率的关键因素。本项目首先系统探究红蓝光对番茄叶片动态光合性能的影响。结果表明，不同红蓝光比例的生长光与测量光显著改变植物的稳态光合速率，而对光合诱导速率没有显著性影响。光合诱导期间，虽然其诱导速率没有受到红蓝光的影响，但纯红光下生长的叶片其光合速率最低。纯蓝光下生长的叶片，其非光化学淬灭系数最大瞬时值最高，其有利于提高叶片在动态光下的光破坏防御能力。不同红蓝比例短期测量光对光合诱导速率及气孔张开速率都没有显著性差异，但纯蓝测量光下其光合速率最低。其次，本研究探究了叶片动态光合速率对盐胁迫的响应机制。结果表明，短期盐胁迫虽然对叶片稳态光合能力没有显著影响，但对动态光合速率具有显著限制作用。由于遭受盐胁迫的叶片具有较低的气孔导度及Rubisco活化速率，当其由黑暗转移到强光下，其光合诱导速率显著下降。光合诱导期间，非光化学淬灭和内在水分利用效率与盐胁迫程度呈正相关。当叶片由强光转移到弱光下，弱光持续时间越长，盐胁迫对光合速率提升的抑制现象越明显。当叶片处于持续变化的光强下，盐胁迫降低叶片光合速率达12-42%，其主要归结于气孔导度的下降。最后，本项目构建了基于LED的模拟动态光环境，研究植物形态特征对动态生长光及盐胁迫交互作用的响应。对于非胁迫植物，动态与稳态生长光对番茄苗的生物量与叶面积没有显著性影响。盐胁迫处理降低了番茄苗的生物量与叶面积，且在动态光下降低的程度比稳态光下更为显著，说明动态光与盐胁迫对植物的生长具有交互作用。综合上述结果，本研究有助于深入了解红蓝光及盐胁迫调控植物动态及稳态光合作用的生理本质，为优化设施条件下红蓝光质调控，以及提高盐胁迫下植物动态光合作用提供途径。