脈沖電刺激下植物葉綠素含量響應的研究

胡俊煒++黃雷++程甜甜

摘 要：以君子蘭、綠蘿、荷葉碧玉、紫葉碧玉為材料，采用SPAD-502Plus葉綠素測定儀，測定脈沖電刺激后植物葉片葉綠素含量，探究脈沖電刺激下植物葉片葉綠素含量的響應。試驗結果表明：在施加0～9V電壓刺激時，對于君子蘭、綠蘿和紫邊碧玉，刺激均使其葉片葉綠素含量降低；對于荷葉碧玉，0～2V、6～9V刺激均使其葉綠素含量增加。在施加0～18mA電流刺激時，對于君子蘭和綠蘿，4mA、6mA、12mA、14mA刺激均使其葉綠素含量增加；對于荷葉碧玉，10mA、12mA刺激使其葉綠素增加；對于紫邊碧玉，刺激使得其葉綠素含量降低。該研究為脈沖電刺激對植物生理及生長的影響提供了研究基礎和新的科學依據。

關鍵詞：脈沖電刺激；葉綠素含量；響應

中圖分類號：Q945.3 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170833004

植物葉片中的葉綠素在光合作用過程中起著重要作用，葉綠素含量的高低是反映植物葉片光合能力及植株健康狀態的主要指標。在對被測植物施加一定時間的脈沖電刺激后，將引起植物葉片內部葉綠素相對含量的變化，通過研究葉綠素相對含量變化，來進一步研究脈沖電刺激對植物生長狀況的影響。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

試驗選用4種共8盆同期培育的君子蘭、綠蘿、荷葉碧玉、紫葉碧玉，其中每種植物各2盆，且同種植物生長狀況相同。在正式試驗前，將植物置于環境參數可以調節的溫控補光屏蔽箱內調節其生理狀況至較佳的狀態，設置屏蔽箱的參數為：空氣溫度25℃，光照度25klux，土壤含水率20%～25%，空氣相對濕度60%～65%。試驗時每天8：00開始測試，脈沖電刺激1.5h后采集葉片葉綠素含量及環境參數等數據，每次測試周期為2h，連續測試30d。

1.2 試驗方法

為了嚴格控制環境因子的變化，本試驗的溫控補光屏蔽箱可實現對溫度的控制和光照的調節，同時也能對外部的電磁干擾進行屏蔽，從而盡可能地減小外界環境的變化對試驗的干擾。圖1是溫控補光屏蔽箱的示意圖，其中箱體由40mm厚的耐火隔熱材料構成；加熱導線和溫控儀表可以實現溫控補光屏蔽箱內溫度的調控；補光裝置可以對植物進行自然光補光，同時能實現光照調節；風扇可以使溫控補光屏蔽箱內外CO2濃度保持平衡，同時可以在溫控補光屏蔽箱內溫度過高的時候降低內部溫度。

使用的脈沖電刺激的電壓強度分別是：0、1V、2V、3V、4V、5V、6V、7V、8V、9V，電流強度分別是：0、2mA、4mA、6mA、8mA、10mA、12mA、14mA、16mA、18mA。刺激波形均是方波，頻率為10Hz，刺激方式均為連續單刺激。

2 實驗原理

本試驗采用的葉綠素測定原理是葉綠素儀法。測量儀器SPAD-502Plus葉綠素儀有可以發射紅光和紅外光的光源，發射紅色光的波長是660nm，發射紅外光的波長是940nm。該儀器通過發射源發射的紅色光被葉片吸收和放射情況來測量葉綠素相對含量值，同時利用紅外光的發射和接收來消除葉片厚度等因素對測量結果造成的影響。

3 結果與分析

3.1 脈沖電壓刺激下四種植物葉綠素響應的分析

圖1 4種植物葉綠素含量與刺激電壓強度變化圖

從圖1中可以看出，0～9V的電壓刺激使得君子蘭、綠蘿和紫邊碧玉的葉綠素的相對含量均降低；而0～2V、6～9V的電壓刺激可以促進荷葉碧玉葉綠素的合成。

對于葉綠素含量降低，這是由于葉綠素合成過程中所需的鎂離子和亞鐵離子受外界電壓形成的外電場作用下產生移動，使得葉片內部離子濃度產生變化，影響了葉綠素的合成，使葉綠素含量降低。對于荷葉碧玉葉綠素含量增加，這是由于低電壓刺激時細胞內部離子在外電場作用下移動變快，促進了葉綠素的合成；當電壓超過6V時葉綠素含量再次增加，這是由于高電壓改變了葉肉細胞細胞膜通透性，離子跨膜運輸速度加快。

3.2 脈沖電流刺激下4種植物葉綠素響應的分析

圖2 4種植物葉綠素含量與刺激電流強度變化圖

從圖2中可以看出，0～18mA的電流刺激使紫邊碧玉的葉綠素的相對含量均降低；而4mA、6mA、12mA、14mA的電流刺激可以促進君子蘭和綠蘿葉綠素的合成。10mA、12mA的電流刺激可以促進荷葉碧玉葉綠素的合成。對于該過程葉綠素的變化的解釋同對圖1內容解釋相似，此處不再贅述。

綜合圖1、圖2分析，君子蘭、綠蘿在受脈沖電刺激下（無論電壓刺激還是電流刺激），其葉綠素含量在受脈沖電刺激產生的響應基本相同，只是變化量上略有差別。紫葉碧玉在整個脈沖電刺激下，葉綠素受刺激后的響應基本都是減少；荷葉碧玉在受電壓或者電流刺激后產生的響應與前3者不同，有葉綠素相對含量增加的部分，也有葉綠素相對含量減小的部分?？梢婋娏鞔碳ひ欢ǔ潭壬峡梢源龠M君子蘭、綠蘿、荷葉碧玉等植物葉綠素的合成，進而促進光合作用，而電流刺激時紫葉碧玉葉綠素基本處于減少狀態，不利于其光合作用。

4 結論與討論

本次試驗結果表明在施加0～9V電壓刺激時，對于君子蘭、綠蘿和紫邊碧玉，刺激均使其葉片葉綠素含量降低；對于荷葉碧玉，0～2V、6～9V刺激均使其葉綠素含量增加。在施加0～18mA電流刺激時，對于君子蘭和綠蘿，4mA、6mA、12mA、14mA刺激均使其葉綠素含量增加；對于荷葉碧玉，10mA、12mA刺激使其葉綠素增加；對于紫邊碧玉，刺激使得其葉綠素含量降低。

在綜合分析后發現，同一植物對不同類型刺激的響應不相同，同一植物對同一類型不同強度的刺激響應不相同，且不同植物對同一類型同一刺激的響應也不相同。4種植物中，綠蘿和紫葉碧玉對脈沖電刺激的響應較為劇烈，而君子蘭和荷葉碧玉響應相對平緩。

本次實驗研究同時表明，在對植物進行脈沖電刺激時，盡可能減小脈沖強度之間的間隔，從而建立更加精準、更加全面的脈沖電刺激下植物生理參數響應的關系模型，以實現不同刺激下的精準調控。該研究為環境因子對植物生理及生長的影響提供了研究基礎和新的科學依據。

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作者簡介：胡俊煒，男，浙江杭州人，南京農業大學工學院，研究方向：電子信息科學與技術。endprint