監測背景

高等植物是需氧有機體，需要氧氣（O2）才能完成支持其生命的氧化反應。淹水導致根區的O2缺乏，缺氧導致有氧呼吸停止，導致植物體內的能量缺乏，繼而對根系活動和光合代謝產生嚴重影響。

據文獻報道，許多遭受非生物脅迫的農作物的根大小與生物學性能之間存在密切相關性。葉綠素熒光是光依賴性光合作用過程的定量和定性指標，已被用作鷹嘴豆和硬質小麥的耐熱性，大麥的耐旱性或某些豆科和谷類作物的耐鹽性的篩選方法。 葉綠素熒光和葉片氣體交換的組合測量已被用來描述暴露于遮蔭菌株下的地下三葉草基因型的適應性和植物衰老模式。

系統布設

意大利卡塔尼亞大學農學部Rosario 和Michele等人于2018年通過測量水培番茄的葉綠素熒光，光合速率，葉片電解質滲漏和植物生長變量，研究番茄對根區O2濃度變化的響應。在控制箱中，通過氣泵進行連續的通風，將O2含量（以下稱為Ox）保持在飽和水平。在低氧（Ox-）處理中，僅當根部呼吸將營養液中的O2含量降低至2 mg L-1時才開始通氣，而當濃度達到3 mg L-1時再次停止通氣。 

在缺氧處理開始后30天，使用美國Opti公司OS1p葉綠素熒光儀測量了光系統II（PSII）的效率。使用英國ADC公司的LCiT便攜式光合作用系統對完全展開的葉子進行了氣體交換測量。在中午左右（當地時間）測量葉片凈光合速率An、蒸騰速率E、氣孔導度Gs和胞間CO2濃度Ci。

監測數據

圖1是觀測過程中根區O2濃度的控制水平
 

圖1 脅迫處理期間根區O2濃度變化

研究結果顯示，在大多數情況下，根水平O2濃度低的條件下，Fo最小葉綠素熒光變大，而Fv可變葉綠素熒光、Fm最大葉綠素熒光，Fv/Fm最大光化學效率都呈現下降趨勢。

葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和根生物量也都表現出降低的趨勢。在缺氧條件下，根系的水力特性降低，隨后氣孔導度降低，導致葉片二氧化碳的利用度降低。
 

圖2 根際缺氧條件下，葉綠素熒光參數、氣體交換和植物生物量的變化

本實驗中，測量葉綠素熒光涉及的是美國Opti公司生產的OS1p葉綠素熒光儀，該儀器的特點如下：

1、內置閉環回路反饋系統，保持長時間測量光強輸出的穩定

2、多相飽和光閃Fm’校正協議，即使較弱的光化光強，也可以測得可靠的Y(II)、ETR和RLC（快速光曲線），降低頻繁使用強飽和光閃對植物光合器官造成損傷。

3、采用25ms內8點滾動平均的算法計算最大葉綠素熒光Fm。

4、自動設置調制光強，減少手動調節的誤差。

參考文獻

Chlorophyll Fluorescence, Photosynthesis and Growth of Tomato Plants as Affected by Long-Term Oxygen Root Zone Deprivation and Grafting

Rosario Paolo Mauro* , Michele Agnello, Miriam Distefano, Leo Sabatino,Alberto San Bautista Primo, Cherubino Leonardi and Francesco Giuffrida

Published:  www.mdpi.com/journal/agronomy  Agronomy 2020, 10, 137;