钙素对马铃薯生长发育、光合作用及物质代谢影响的研究

论文摘要

钙是细胞内重要的信号分子,参与植物从种子萌发、生长分化、形态建成,到开花结果的全过程,参与植物的光合电子传递、光合磷酸化、细胞的向性运动和激素调控等,因此,钙是植物生长发育的重要调节因子,对植物的生理活动进行广泛的调节。马铃薯主根吸收的Ca2+,主要以蒸腾流的方式输送到植物的各个器官,马铃薯的块茎生长在地下,蒸腾效率很低,所以主根吸收的钙很难直接输送到马铃薯的块茎中去。缺钙会导致马铃薯生长发育中某些生理活动紊乱,引起马铃薯褐斑病、内部空洞和细菌性软腐病等生理性病害,造成马铃薯产量和品质的下降,严重制约了马铃薯产业的快速发展和经济效益的增加。自二十世纪八十年代以来,国外对钙在马铃薯生长发育中的作用做了一些研究,证明外源补施钙肥,可促进主茎增粗,减少块茎形成的数量,增加商品薯产量和块茎内钙的含量,提高块茎的品质,并能延长块茎的贮藏期,减少生理病害的发生。提高块茎中的钙含量最好的方法有两种:一是选育高钙品种,二是增施钙肥。在目前国内的研究中,有关钙肥的施用和钙素在果树生长发育作用,以及钙在逆境胁迫方面的作用研究较多,但关于钙对马铃薯产量和品质的影响及钙在马铃薯生长发育中作用的系统研究尚未见报道。本文利用无土栽培和组织培养的方法,以马铃薯品种费乌瑞它为试材,通过设置不同的钙浓度水平,、研究钙在马铃薯生长发育、干物质积累与分配和块茎形成中的作用,以及钙与光合作用、碳水化合物代谢和激素代谢之间的关系,探讨钙在块茎发育中的作用和生理功能,为马铃薯生产中钙肥的合理施用和优质高产提供理论依据。主要研究结果如下:1通过对紫花白、费乌瑞它、大西洋、布尔班克和诺兰等五个品种的生长发育及钙含量的比较,证明了五个品种的钙含量以紫花白和诺兰较高,分别达到了283.7μg·g-1DW和255.8μg·g-1DW,其次是布尔班克为184.8μg·g-1DW,费乌瑞它和大西洋最低,分别为145.5μg·g-1DW和144.6μg·g-1DW,表明品种的钙含量存在着遗传上的差异。2无土栽培法和组织培养法的研究结果不完全一致,随钙水平的提高,无土营养液栽培试验中块茎数量减少,而组织培养试验中块茎数量增加,但块茎的重量、大小、商品率及块茎钙含量,均随钙水平的提高而增加。3通过对两个马铃薯品种（Solanum tuberosum L.）紫花白和费乌瑞它干物质积累和钙含量变化的动态分析,结果表明,两个品种块茎中钙含量的变化趋势相似,即从块茎形成期开始钙含量迅速提高,到块茎膨大结束时降低。在块茎的整个生长发育期间,块茎形成期和膨大期吸收的钙占全部钙含量的60%以上。4明确了随钙水平的提高,马铃薯根、茎叶和块茎中的干物质积累增加。适当的外源钙浓度水平,有助于提高干物质在叶片和块茎中的分配率。随钙水平的提高,块茎中蛋白质、VC和淀粉的含量均有一定幅度的增加,可溶性糖含量,在块茎生长的前期随钙水平的增加而提高,后期下降。5随外源钙素水平的提高,马铃薯叶片的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量均有一定程度的增加,缺钙导致叶片光合色素的降低;增加钙浓度水平有利于提高叶片的净光合速率,其变化情况与叶绿素增加的趋势基本一致。缺钙条件下,净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）下降,胞间CO2浓度（Ci）升高,表明净光合速率的下降是由于非气孔限制因素引起的;但当钙水平达500 mg·L-1时,净光合速率低于钙水平为300mg·L-1的处理,气孔导度下降,胞间CO2浓度也下降,说明钙水平为500 mg·L-1时,造成光合速率下降的主要原因是气孔限制引起的。最有利于净光合速率提高的钙浓度水平为300 mg·L-1。缺钙时,Fo、Fv/FM、Fv/Fo、YIELD和ET均下降,但加钙可使荧光参数上升。随钙处理水平的提高,马铃薯叶片的比叶重增加。6马铃薯叶片的净光合速率日变化呈双峰变化曲线,缺钙导致叶片净光合速率的日变化始终保持在较低的水平,明显低于加钙的处理。当外源钙处理的浓度达300 mg·L-1时,一天中叶片的光合速率达到了最大值,当钙浓度再提高时,光合速率反而有所下降。缺钙处理的气孔导度（Gs）,胞问CO2浓度（Ci）,蒸腾速率（Tr）均比加钙处理的要低,说明缺钙导致的光合速率的降低由于气孔限制性因素造成的。增加外源钙浓度水平,可以有效的提高叶片的羧化效率。高钙(300 mg·L-1和500 mg·L-1)处理可以有效的提高了马铃薯不同叶位叶片的净光合速率,特别是对上位叶片光合速率的提高更为明显。7适宜Ca2+的浓度有利于降低高温胁迫下马铃薯叶片细胞膜的渗漏和MDA含量,显著提高了POD,CAT、SOD以及Ca2+-ATP和Mg2+-ATP活性,提高马铃薯叶片脯氨酸和可溶性糖的含量。8加钙有利于叶片和块茎中蔗糖和淀粉含量的提高,但降低了葡萄糖和果糖的含量;叶片和块茎中蔗糖磷酸合成酶的活性随钙水平的的提高而增强,而中性转化酶和酸性转化酶的活性却相应的降低;但缺钙处理,蔗糖合成酶活性始终较低,但其转化酶的活性却在各时期都相对较高。10、加钙可以促进叶片和块茎中GA3、IAA和ZR含量的提高,但却降低了叶片中ABA的含量,提高块茎中ABA的含量。在苗期,钙水平为300和500 mg·L-1的处理对叶片中GA3含量的提高效果更为明显,但在块茎中却低于钙水平为75和150 mg·L-1的处理;从盛花期开始,钙水平为300和500 mg·L-1的处理,叶片和块茎中GA3的含量明显下降,含量低于钙水平为75和150 mg·L-1的处理,块茎中GA3含量的降低有利于块茎的发生和形成,钙水平为300和500 mg·L-1处理的块茎中ABA含量高于钙水平为75和150 mg·L-1的处理,而叶片中却低,表现出较高钙水平处理有抑制叶片衰老和促进块茎形成的作用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 第一章 钙素对马铃薯生长发育的影响
• 第一节 马铃薯不同品种生长发育和钙含量的比较
• 第二节 外源钙处理对马铃薯块茎重量和数量的影响
• 第三节 不同钙水平对试管马铃薯生长发育和钙含量的影响
• 本章讨论
• 第二章 钙素对马铃薯干物质积累、分配与品质影响
• 第一节 马铃薯干物质积累与钙含量变化的动态分析
• 第二节 外源钙处理对马铃薯干物质积累及分配的影响
• 第三节 不同钙水平对马铃薯块茎品质的影响
• 本章讨论
• 第三章 钙对马铃薯光合作用的影响
• 第一节 不同钙素水平对马铃薯生长发育期间光合作用的影响
• 第二节 不同钙素水平对马铃薯叶片光合作用日变化的影响
• 2+-ATPase、Mg²⁺-ATPase活性的影响'>第三节 不同钙素水平对马铃薯叶片保护酶及Ca²⁺-ATPase、Mg²⁺-ATPase活性的影响
• 本章讨论
• 第四章 钙素对马铃薯碳水化合物代谢和激素变化的影响
• 第一节 不同钙素水平对马铃薯叶片碳水化合物代谢的影响
• 第二节 不同钙素水平对马铃薯块茎碳水化合物代谢的影响
• 第三节 钙对马铃薯不同形态匍匐茎碳水化合物代谢的影响
• 第四节 不同钙水平对马铃薯叶片激素变化的影响
• 第五节 不同钙水平对马铃薯块茎激素变化的影响
• 本章讨论
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 一、攻读博士论文期间发表的论文
• 二、论文图表统计