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在无土栽培中,营养液供氧不足或基质根垫的形成均会造成低氧胁迫,对所有无土栽培作物的根系机能来说,氧不足是决定性的障碍因素,从生物学角度找到提高作物在低氧胁迫下耐性和抗性的途径对无土栽培生产意义重大。作为植物生长必需的大量元素和偶联胞外信号与胞内生理反应的第二信使,细胞内Ca2+含量在逆境胁迫下显著提高,与胞内CaM形成Ca2+·CaM复合物,能维持细胞壁、细胞膜及膜蛋白的稳定性;Ca2+可活化ATP酶,促进光合产物的运转;Ca2+可调节气孔运动和放氧活性。Ca2+与缓解多种逆境胁迫对植物的伤害密切相关。 本试验以耐低氧性不同的两个黄瓜(Cucumis sativus L)品种‘中农8号’和‘绿霸春四号’为材料,采用营养液加减Ca2+处理,研究了Ca2+对低氧胁迫下黄瓜幼苗植株生长和光合作用的影响,初步揭示了Ca2+减轻根际低氧胁迫下黄瓜植株伤害的光合生理基础。主要结果如下: 与通气对照相比,根际低氧胁迫下黄瓜幼苗的生长受到抑制,表现为植株叶片鲜重、干重和叶面积降低,植株地上部干重下降,高钙有效缓解了低氧胁迫下叶片鲜重、干重和叶面积的降低,缓解效果‘绿霸春四号’大于‘中农8号’;黄瓜幼苗在低氧胁迫下根长、根表面积和根体积减小,均显著低于通气对照水平,以低氧缺钙处理最小,低氧胁迫下根长、根表面积和根体积随营养液中钙浓度升高而增大,根径的变化规律与根长、根表面积和根体积相反,在低氧胁迫下随营养液中钙浓度升高而减小;低氧胁迫下高钙对地下部干重没有促进作用,在‘绿霸春四号’品种中高钙与单纯低氧胁迫相比甚至抑制了地下部干物质的积累。 与通气对照相比,根际低氧胁迫下,两个黄瓜品种幼苗叶片的Pn(光合速率)、Gs(气孔导度)、Ci(胞间二氧化碳浓度)和Tr(蒸腾速率)均降低,Ls(气孔限制值)升高,气孔限制因素是Pn下降的主要原因;Fv/Fm、Fv’/Fm’、ΦPSⅡ、ETR、qP和Prate下降,低氧缺钙处理下降幅度最大;qN、L(PFD)和Drate升高,低氧缺钙处理升高幅度最大。高钙可以显著降低低氧胁迫下光合荧光的变化幅度,使其接近于对照,表明高钙可以有效缓解短时间低氧胁迫造成的伤害。 低氧胁迫下,黄瓜幼苗的光补偿点和光强饱和时的Pn下降,高钙可使其恢复到接近对照水平;低氧胁迫下,叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量下降,高钙可提高叶绿素含量;低氧胁迫下,细胞超微结构受到破坏,基粒片层松散,线粒体出现空洞现象,‘中农8号’受破坏的程度大于‘绿霸春四号’,高钙可修复受破坏的叶绿体和线粒体。 通气对照和低氧胁迫处理黄瓜的Pn和Gs日变化均呈先上升后下降的变化