灌浆期高温对玉米叶片光合特性及抗氧化酶活性的影响

本文由余梦奇、路梦莉、张雅婷等人撰写，研究团队来自安徽科技学院农学院（College of Agronomy, Anhui Science and Technology University）。该研究于2023年在《中国农业气象》期刊（Chinese Journal of Agrometeorology）第44卷第7期上发表。研究的主要内容是探讨高温对玉米叶片在灌浆期的光合特性、光合荧光特性及抗氧化酶活性的影响。通过盆栽试验，研究了不同温度条件下玉米品种“隆平206”和“安科985”的生长表现以及相关生理参数的变化。

研究背景

随着全球气候变化的加剧，尤其是温室效应导致的气温升高，极端天气频率增大，尤其是在玉米生长的关键阶段，如灌浆期。玉米是我国重要的粮食作物，而高温灾害已成为影响玉米生产的主要非生物逆境之一。高温胁迫不仅会直接影响玉米的生理过程，还会通过损害光合作用系统和抗氧化系统，进一步影响玉米的产量和品质。研究人员通过分析高温处理对玉米叶片光合作用的影响，旨在揭示高温对玉米灌浆期光合机制、抗氧化防御系统以及最终产量的潜在影响。

研究方法与实验设计

本文采用了盆栽试验法，对玉米品种隆平206（lp206）和安科985（ak985）进行了实验分析。试验设置了两组温度处理：高温处理和自然温度对照组。高温处理的白天平均温度为37±2℃，持续30天，而自然温度组的温度为31±2℃，作为对照组。每组分别测定了玉米产量、叶绿素相对含量（SPAD值）、光合参数、叶绿素荧光参数、抗氧化酶活性（如超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT）及丙二醛（MDA）含量等多项生理指标。

1. 叶绿素相对含量（SPAD值）：使用SPAD仪器测定玉米穗位叶叶片的叶绿素相对含量，反映叶片的光合作用能力。
2. 光合参数：通过便携式光合仪器（LI-6400）测定了净光合速率（PN）、气孔导度（GS）、胞间二氧化碳浓度（CI）等指标。
3. 叶绿素荧光参数：采用叶绿素荧光仪（Dual-PAM-100）测定最大光化学量子产量（FV/FM）、实际光化学效率（φPSII）、光化学猝灭系数（QP）及非光化学猝灭系数（QN）。
4. 抗氧化酶活性：使用传统的光化还原法和滴定法，分别测定了SOD、POD和CAT的活性。
5. 丙二醛（MDA）含量：MDA是细胞膜氧化损伤的指标，研究了其在高温处理下的变化。

研究结果

研究发现，灌浆期高温显著影响了玉米叶片的光合特性和抗氧化酶活性，具体结果如下：

1. 叶绿素相对含量（SPAD值）：高温处理下，玉米叶片的SPAD值显著低于对照组。随着高温处理时间的延长，SPAD值的降幅逐渐增大。特别是在高温处理30天后，SPAD值下降了30.5%（ak985品种）和22.82%（lp206品种）。
2. 光合速率（PN）：高温处理导致玉米叶片净光合速率显著降低。20天高温处理后，ak985品种光合速率下降了45.22%，而lp206品种下降了36.71%。
3. 气孔导度（GS）：高温处理下，玉米叶片气孔导度也显著降低。20天后，ak985品种气孔导度下降了29.33%，lp206品种下降了24.42%。
4. 胞间二氧化碳浓度（CI）：高温处理后，玉米叶片胞间二氧化碳浓度显著增加。20天后，ak985品种的CI增加了72.52%，lp206品种增加了59.19%。
5. 叶绿素荧光参数：高温处理显著降低了玉米叶片的最大光化学量子产量（FV/FM）和实际光化学效率（φPSII），而非光化学猝灭系数（QN）显著升高。高温处理20天后，ak985品种的FV/FM和φPSII分别下降了32.46%和41.30%，lp206品种分别下降了26.58%和40%。
6. 抗氧化酶活性：高温处理使玉米叶片的SOD、POD、CAT活性显著降低。特别是SOD和POD活性在20天高温处理后下降显著，分别下降了31.97%（ak985品种）和28.33%（lp206品种）。
7. 丙二醛（MDA）含量：随着高温处理时间的延长，玉米叶片中的MDA含量显著增加，20天高温处理后，ak985和lp206品种的MDA含量分别增加了106.62%和92.85%。

结论与讨论

该研究的结论表明，灌浆期高温处理显著降低了玉米叶片的光合作用能力和抗氧化酶活性，导致了叶绿素含量和光合速率的下降，同时加剧了膜质过氧化和氧化损伤，进而影响了玉米的生长和产量。研究指出，高温通过非气孔因素影响玉米叶片的光合速率，造成了叶片的衰老和光合作用的抑制。此外，高温处理下，抗氧化酶活性下降导致了活性氧的积累，进一步损害了玉米的细胞结构，导致了叶片的老化。

研究还强调了高温对玉米叶片生理特性影响的时间性和累积效应，即高温处理的时间越长，影响越显著。特别是在灌浆期，长时间的高温胁迫使玉米叶片的光合作用受到持续压制，最终导致了玉米产量的显著下降。

研究的意义与价值

本研究揭示了高温胁迫对玉米灌浆期光合作用和抗氧化酶活性的影响，为今后研究高温胁迫下玉米生理响应提供了重要的实验数据和理论支持。研究结果为制定应对高温灾害的玉米抗逆栽培措施提供了科学依据，尤其是在温室栽培和田间管理方面，具有较高的应用价值。

研究亮点

1. 高温胁迫的多维度影响：本研究综合分析了高温胁迫对玉米光合作用、叶绿素荧光特性、抗氧化酶活性等多个生理指标的影响，提供了高温胁迫作用机制的全面视角。
2. 光合作用与抗氧化系统的关联：研究揭示了高温如何通过影响光合作用和抗氧化系统，导致玉米叶片损伤和产量降低，为进一步理解高温胁迫下的生理响应提供了新的视角。
3. 高温影响的时间效应：本研究特别强调了高温影响的累积效应，即高温胁迫的时间越长，玉米叶片的损害越严重，进而影响产量。

本文通过详细的实验数据分析，全面揭示了高温对玉米灌浆期生理特性和产量的影响，为农业生产中的高温应对提供了宝贵的理论依据和数据支持。