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温度是限制植物生长发育,造成植物生物量下降,影响植物地区分布的一个重要的环境因子。由于季节的变化等诸多外界不稳定因素,大多数植物在其生长发育过程中往往会遭受冷胁迫。大多数C4植物耐热而不耐冷,但中亚滨藜却具有较强的耐冷性。本文主要通过比较耐冷C4植物中亚滨藜以及另外两种C4植物苋菜和玉米在冷胁迫下生理生化变化,来探究中亚滨藜植株耐冷的机理。本实验结果如下所示:1.中亚滨藜、苋菜和玉米的冷害临界温度:冷胁迫下,随着温度的不断降低,中亚滨藜、苋菜和玉米植株的ΦPSⅡ、ETR、Fv/Fm、PIabs、ΦEo、ΦRo都会随之降低,当温度降低到植物的冷害临界温度以下时,植株的ΦPSⅡ、ETR、Fv/Fm、PIabs、ΦEo、ΦRo的值都会急剧下降。中亚滨藜的ΦPSⅡ、ETR、Fv/Fm、PIabs、ΦEo、ΦRo的值在1℃、-2℃、-5℃时下降明显,苋菜和玉米在4℃、7℃、10℃时下降明显。综合实验结果,中亚滨藜的冷害临界温度是在3℃左右,苋菜的冷害临界温度是在10℃左右。玉米的冷害临界温度是在14℃左右。因此,中亚滨藜的耐冷性远高于苋菜和玉米。2.不同温度处理下中亚滨藜、苋菜和玉米植株的光响应模型:光是光合作用的必要条件,光合-光响应曲线可以反映植物利用光的能力,也是确定光合作用能力与环境因素关系的重要工具,且光合-光响应曲线模型的精度比较高。本部分实验采用非直角双曲线模型和直角双曲线修正模型分别对三种植物的光响应曲线进行拟合,通过分析光合作用的关键指标拟合值在正常温度下和冷胁迫温度下的差异,来研究植物的耐冷性。实验结果显示,10℃低温处理后,中亚滨藜、苋菜、玉米的光响应曲线的初始斜率α相较于25℃下生长的都有所下降;相较于苋菜和玉米,中亚滨藜的初始斜率α下降较小,表明中亚滨藜的量子产额下降小。另外,中亚滨藜、苋菜、玉米的最大净光合速率和光饱和点10℃低温处理后相较于25℃也都有所下降,且相较于苋菜和玉米,中亚滨藜的最大光合速率和光饱和点下降较小,表明中亚滨藜在低温下仍有利用强光的能力,不易发生光抑制。10℃低温处理下,中亚滨藜、苋菜、玉米的光补偿点和暗呼吸速率都显著上升,并以中亚滨藜的变化幅度最小。10℃低温处理后,中亚滨藜、苋菜、玉米的相对电子传递速率的光响应曲线的初始斜率Φ相较于25℃下生长的都有所下降;相较于苋菜和玉米,中亚滨藜的初始斜率Φ下降较小。中亚滨藜、苋菜、玉米的最大电子流和光饱和点10℃低温处理后也都有所下降,且相较于苋菜和玉米,中亚滨藜的下降最小,说明中亚滨藜的光合电子传递受低温影响最小,由光能激发的电子的量子产额、电子传递速率最稳定,电子的产生与传递在高光强下也保持相对稳定。3.不同温度处理对中亚滨藜、苋菜、玉米植株的生理、生化指标的影响:冷胁迫下中亚滨藜、苋菜、玉米的光合作用都受到抑制,光合机构功能遭到一定程度的破坏。主要表现为Pn、Gs和Fv/Fm、ΦPSII的下降,但是不同植株的下降幅度存在着一定的差异,中亚滨藜相对于苋菜和玉米下降幅度较小。与此同时,冷胁迫下,中亚滨藜、苋菜和玉米的PEP羧化酶活性、丙酮酸磷酸双激酶活性都下降,但是中亚滨藜的PEP羧化酶活性、丙酮酸磷酸双激酶活性下降幅度小,仍保持较高的活性,这与中亚滨藜在低温下保持较高的光合速率是一致的。进一步实验发现,在低温下中亚滨藜的膜不饱和脂肪酸指数下降,-SH含量明显升高,交替呼吸途径明显升高,显著高于苋菜和玉米的,说明这些生理改变与中亚滨藜的耐冷性密切相关。冷胁迫下,中亚滨藜、苋菜和玉米都表现出抗氧化酶SOD活性的升高和MDA含量的增加,但中亚滨藜的SOD活性的升高、MDA含量增加都低于苋菜和玉米,说明中亚滨藜的膜脂过氧化程度轻,而SOD在此起的作用不大。