本发明涉及一种定量测定植物光呼吸途径份额的方法，属于生物生理生化领域。
背景技术：
：光呼吸(Photorespiration)是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。它是光合作用一个损耗能量的副反应。过程中氧气被消耗，并且会生成二氧化碳。光呼吸约抵消30％的光合作用。因此降低光呼吸被认为是提高光合作用效能的途径之一。但是人们后来发现，光呼吸有着很重要的细胞保护作用。在光呼吸过程中，参与光合作用的一对组合：反应物1,5-二磷酸核酮糖(Ribulose-1,5-bisphosphate，简称为RuBP)和催化剂1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Ribulose-1,5-bisphosphatecarboxylase/oxygenase，简称为Rubisco)发生了与其在光合作用中不同的反应。RuBP在Rubisco的作用下增加两个氧原子，再经过一系列反应，最终生成3-磷酸甘油酸。呼吸作用包括无论光下和暗下都进行的呼吸和光呼吸。无论光下和暗下都进行的呼吸我们有别于光呼吸称为暗呼吸。因此，光呼吸速率则是呼吸作用与暗呼的差值。净光合速率是植物在光下进行的光合作用(光合作用产生糖类的速率)与暗呼吸的差值。一般的气体交换方法不能测出光呼吸的二氧化碳/氧气使用情况。能够测定光呼吸的可用方法有如下几种：①对植物进行光照，突然停止，这时会发生所谓的“二氧化碳猝发”，其速率可代表植物光呼吸的速率。这种方法难以测定与光合作用相同量纲的光呼吸速率，更不可能测定光呼吸速率占总光合速率的份额。②先让植物在低氧环境下进行光合作用，此时光呼吸不能进行。在将植物置于大气中，可根据两种状态之间的差异推算光呼吸的速率。这种测定方法难以控制低氧环境，也难以定量光呼吸途径的份额。③用具有14C同位素的二氧化碳供应植物进行光合作用。然后在暗室向植物通入不含二氧化碳的空气，测定其呼吸情况一次。再在光照条件下测定一次。可根据两次之差进行推算。这种方法所需条件苛刻，并且不能定量光呼吸途径的份额。④将二氧化碳与光合速率关系曲线移动至二氧化碳为0，光合速率为负的位置，即可读出光呼吸速率。这种方法实际上测定的光呼吸速率为光下所进行的总呼吸速率(包括光呼吸和暗呼吸)，测不出光呼吸速率占总光合速率的份额。因此需要开发一种既可以测定光呼吸速率也可以测定出光呼吸途径份额的方法，能够准确反映植物的真实光合同化能力，为研究不同环境对植物的光合同化能力以及光合产物在光呼吸和暗呼吸之间的歧化的影响，提供了科学数据。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种定量测定植物光呼吸途径份额的方法，以克服现有方法中未考虑到在光下的暗呼吸过程的缺陷。本发明采取以下技术方案：它包括以下步骤：第一，选定待测植物，测定待测植物在上午10:00至11:00所处的环境中的平均二氧化碳浓度和平均光强；第二，取待测植物第三完全展开叶，按常规方法测定该叶片在特定的二氧化碳浓度下的光合作用的光响应曲线；第三，同样，取待测植物第三完全展开叶，按常规方法测定该叶片在特定光强下的光合作用的二氧化碳响应曲线；第四，依特定的二氧化碳浓度下光合作用的光响应曲线获取特定的二氧化碳浓度下暗呼吸速率RD；第五，依特定光强下的光合作用的二氧化碳曲线获取特定光强下的总呼吸速率RT；第六，根据特定光强下的光合作用的二氧化碳响应曲线找出特定二氧化碳浓度和特定光强下的净光合速率PN；第七，依据特定光强下的总呼吸速率RT和特定的二氧化碳浓度下暗呼吸速率RD计算特定二氧化碳浓度和特定光强下的光呼吸速率RP，计算公式为：RP＝RT-RD；第八，依据特定二氧化碳浓度和特定光强下的净光合速率PN和特定光强下的总呼吸速率RT计算特定二氧化碳浓度和特定光强下的总光合速率PT，计算公式为：PT＝PN+RT；第九，依据特定二氧化碳浓度和特定光强下的总光合速率PT和特定二氧化碳浓度和特定光强下的光呼吸速率RP计算该植物在此环境下光呼吸途径份额SP，计算公式为：SP＝RP/PT。在第一步骤中，测定待测植物在上午10:00至11:00所处的环境中的平均二氧化碳浓度和平均光强是指测定上午10:00至11:00时间段中3-5个时间点的待测植物所处的环境中二氧化碳浓度和光强值，分别取这些时间点的平均值为待测植物在上午10:00至11:00所处的环境中的平均二氧化碳浓度和平均光强；在第二步骤中，所述的特定的二氧化碳浓度是指待测植物在上午10:00至11:00所处的环境中的平均二氧化碳浓度；在第三步骤中，所述的特定光强是指待测植物在上午10:00至11:00所处的环境中的平均光强；在第四步骤中，取特定的二氧化碳浓度下光合作用的光响应曲线中光强为0μmolm–2时的净光合速率的绝对值为特定的二氧化碳浓度下暗呼吸速率RD；在第五步骤中，取特定光强下的光合作用的二氧化碳曲线中二氧化碳浓度为0μmolmol–1时的净光合速率的绝对值为特定光强下的总呼吸速率RT；在第六步骤中，依据插值法从特定光强下的光合作用的二氧化碳响应曲线中获取特定二氧化碳浓度下的净光合速率PN；在第九步骤中，光呼吸途径份额以百分比值来进行体现。本发明的优点如下：1)本方法不仅可以定量和预测任何环境下植物的光呼吸速率和光呼吸途径的份额，而且还能快速定量同一环境下不同植物的光呼吸途径份额，测定结果具有可比性。2)通过本方法的定量测定，可以为筛选低光呼吸植物提供科学依据。3)本方法既考虑到光呼吸又考虑到光下的暗呼吸，不仅可以准确地反映植物的能量分配，而且还可以准确反映植物的真实光合同化能力，为研究不同环境对植物的光合同化能力以及光合产物在光呼吸和暗呼吸之间的歧化的影响，提供了科学数据，克服了现有技术难以研究不同环境对植物的真实光合同化能力的影响的弱点。4)本方法所测定的光合作用的光响应曲线以及二氧化碳响应曲线，都是人为控制条件下进行的，可以避开恶劣天气等因素的影响。5)本方法依据光合作用的光响应曲线以及二氧化碳响应曲线外推结果，比单点测定的结果，其数据更具可靠性。本发明的基本原理为：光合速率是用于表示光合作用强弱的一种表示法，又称“光合强度”。光合速率的大小可用单位时间、单位叶面积所吸收的二氧化碳或释放的氧气表示，亦可用单位时间、单位叶面积所生成的糖类表示。总光合速率是指光合作用产生糖类的速率，而净光合速率(PN)是指光合作用产生的糖类减去呼吸作用消耗的糖类(即植物累积的糖类)的速率，净光合速率＝总光合速率﹣呼吸速率消耗。这里的呼吸速率实际上为总呼吸速率。总呼吸速率包括无论光下和暗下都进行的呼吸速率和光呼吸速率。无论光下和暗下都进行的呼吸速率我们有别于光呼吸称为暗呼吸速率。因此，光呼吸速率＝总呼吸速率-暗呼吸速率。特定光强下的光合作用的二氧化碳响应曲线是表征净光合速率随二氧化碳浓度的变化而变化，在二氧化碳为0μmolmol–1时的净光合速率的绝对值则为特定光强下的总呼吸速率RT；特定的二氧化碳浓度下光合作用的光响应曲线是表征净光合速率随光强的变化而变化，在光强为0μmolm–2时的净光合速率的绝对值则为特定的二氧化碳浓度下暗呼吸速率RD。根据特定光强下的光合作用的二氧化碳响应曲线找出特定二氧化碳浓度和特定光强下的净光合速率PN；特定二氧化碳浓度和特定光强下的总光合速率PT的计算公式为：PT＝PN+RT；特定二氧化碳浓度和特定光强下的光呼吸速率RP的计算公式为：RP＝RT-RD；因此，光呼吸途径份额SP的计算公式则为：SP＝RP/PT。具体实施方式本发明的实例：它包括以下步骤：第一，选定待测植物，测定待测植物在上午10:00至11:00时间段中3-5个时间点的待测植物所处的环境中二氧化碳浓度和光强值，分别取这些时间点的平均值为所处的环境中的平均二氧化碳浓度和平均光强；第二，取待测植物第三完全展开叶，按常规方法测定该叶片在上述平均二氧化碳浓度下的光合作用的光响应曲线；第三，同样，取待测植物第三完全展开叶，按常规方法测定该叶片在上述平均光强下的二氧化碳响应曲线；第四，依光合作用的光响应曲线获取光强为0μmolm–2时的净光合速率的绝对值为特定的二氧化碳浓度下暗呼吸速率RD；第五，依光合作用的二氧化碳曲线获取二氧化碳浓度为0μmolmol–1时的净光合速率的绝对值为特定光强下的总呼吸速率RT；第六，根据光合作用的二氧化碳响应曲线找出所处的环境中的平均二氧化碳浓度和平均光强的净光合速率PN；第七，依据特定光强下的总呼吸速率RT和特定的二氧化碳浓度下暗呼吸速率RD计算特定二氧化碳浓度和特定光强下的光呼吸速率RP，计算公式为：RP＝RT-RD；第八，依据特定二氧化碳浓度和特定光强下的净光合速率PN和特定光强下的总呼吸速率RT计算特定二氧化碳浓度和特定光强下的总光合速率PT，计算公式为：PT＝PN+RT；第九，依据特定二氧化碳浓度和特定光强下的总光合速率PT和特定二氧化碳浓度和特定光强下的光呼吸速率RP计算该植物在此环境下光呼吸途径份额SP，计算公式为：SP＝RP/PT；光呼吸途径份额以百分比值来进行体现。实施例1分别将生长4个月的桑树幼苗分成三个处理组培养，三个处理组分别是对照组(Hoagland营养液)、轻度干旱(Hoagland营养液+20gL-1PEG6000)和中度干旱(Hoagland营养液+60gL-1PEG6000)。分别在处理7天和14天后，进行测定环境的平均光强和平均二氧化碳浓度，随后测定该平均光强下的光合作用的二氧化碳响应曲线以及该平均二氧化碳浓度下光合作用的光响应曲线，依据光合作用的二氧化碳响应曲线以及光合作用的光响应曲线，分别获取总呼吸速率RT和暗呼吸速率RD。随后再从光合作用的二氧化碳响应曲线找出特定二氧化碳浓度和特定光强下的净光合速率PN；依据净光合速率PN、总呼吸速率RT和暗呼吸速率RD，分别计算光呼吸速率RP和光呼吸途径份额SP。其结果如下表所示(表1)。表1桑树在不同处理条件下光呼吸速率RP和光呼吸途径份额SP(环境中平均光强300μmolm–2s–1、平均二氧化碳浓度400μmolmol–1)(RT、RD、RP、PN单位为μmolm–2s–1)实施例2分别将生长3个月的构树幼苗分成三个处理组培养，三个处理组分别是对照组(Hoagland营养液)、轻度干旱(Hoagland营养液+20gL-1PEG6000)和中度干旱(Hoagland营养液+60gL-1PEG6000)。分别在处理7天和14天后，进行测定环境的平均光强和平均二氧化碳浓度，随后测定该平均光强下的光合作用的二氧化碳响应曲线以及该平均二氧化碳浓度下光合作用的光响应曲线，依据光合作用的二氧化碳响应曲线以及光合作用的光响应曲线，分别获取总呼吸速率RT和暗呼吸速率RD。随后再从光合作用的二氧化碳响应曲线找出特定二氧化碳浓度和特定光强下的净光合速率PN；依据净光合速率PN、总呼吸速率RT和暗呼吸速率RD，分别计算光呼吸速率RP和光呼吸途径份额SP。其结果如下表所示(表2)。表2构树在不同处理条件下光呼吸速率RP和光呼吸途径份额SP(环境中平均光强300μmolm–2s–1、平均二氧化碳浓度400μmolmol–1)(RT、RD、RP、PN单位为μmolm–2s–1)处理处理时间RTRDRPPNSP(％)对照组7天1.050.370.684.5112.2轻度干旱7天1.340.370.976.1013.0中度干旱7天1.110.410.704.2313.1对照组14天1.230.500.735.1611.4轻度干旱14天1.250.930.322.947.6中度干旱14天1.010.680.331.9311.2从表1和表2结果中可以看出，同样处理的无论是构树还是桑树，处理7天的光呼吸途径份额大于处理14天；无论是7天还是14天，桑树轻度干旱的光呼吸途径份额都小于其他两个处理的，中度干旱的光呼吸途径份额大于其他两个处理；构树的处理7天的光呼吸途径份额无显著差异，处理14天时，轻度干旱的光呼吸途径份额最小。最小的光呼吸途径份额与最小的光呼吸相对应，如轻度干旱的桑树和处理14天的构树就具有极小的光呼吸。无论是对照的还是处理，处理7天的，构树的光呼吸大于桑树的，但是处理14天的，构树的光呼吸却小于桑树的。这些结果表明，无干旱或轻度干旱时构树具有较高的光呼吸来适应环境。但对于中度干旱来说，短期处理使桑树光呼吸大大增加，随着处理时间的增加，光呼吸则趋于稳定(与对照相近)；而构树随着处理时间的增加光呼吸则大大减少，但光呼吸途径份额则与对照相近。这些结果为认识植物的抗旱机理提供新的视野。当前第1页1 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