一种采用铈改善干旱环境黑麦草叶绿素荧光动力的方法.pdf

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1、(10)授权公告号 CN 102598987 B (45)授权公告日 2013.05.08 CN 102598987 B *CN102598987B* (21)申请号 201210081156.8 (22)申请日 2012.03.26 A01G 1/00(2006.01) A01G 7/06(2006.01) A01N 59/16(2006.01) A01P 21/00(2006.01) (73)专利权人 天津师范大学 地址 300387 天津市西青区宾水西道 393 号 (72)发明人 多立安 赵树兰 滕萌 (74)专利代理机构 天津市杰盈专利代理有限公 司 12207 代理人 朱红星 CN。

2、 101723757 A,2010.06.09, CN 1508100 A,2004.06.30, CN 1961634 A,2007.05.16, 张守仁 . 叶绿素荧光动力学参数的意义及讨 论 .植物学通报 .1999, 第 16 卷 ( 第 4 期 ), 郜红建等 . 稀土在植物抗逆中的生理作 用 .中国稀土学报 .2003, 第 21 卷 ( 第 5 期 ), 滕萌等 . 铈浸种对两种草坪植物种子萌发及 其初期生长的影响 .种子 .2007, 第 26 卷 ( 第 2 期 ), 林侯 . 镧稀土对鹅毛竹光合作用及叶绿素荧 光特性的影响 .中国优秀硕士学位论文全文数 据库 .2008, 。

3、(54) 发明名称 一种采用铈改善干旱环境黑麦草叶绿素荧光 动力的方法 (57) 摘要 本发明涉及一种采用铈改善黑麦草叶绿素荧 光动力的方法， 它是将黑麦草种子播于草坪建植 的园土上， 100-200g园土含有硝酸铈200mg/Kg 800mg/Kg， 然后 3 个星期后开始测量正常供水下 的叶绿素荧光动力学参数 ； 然后控制水分， 使得 水分含量达到中度干旱胁迫程度， 7d 后再一次测 量叶绿素荧光动力学参数 ； 再控制水分达到重度 干旱胁迫， 在重度干旱胁迫下 7d 后最后一次测量 叶绿素荧光动力学参数。植物叶绿素荧光动力学 一种新型、 快速、 简便、 精确且植株整体无损伤检 测植物光合作。

4、用生理状况的新技术。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 李霞 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (10)授权公告号 CN 102598987 B CN 102598987 B *CN102598987B* 1/1 页 2 1. 采用铈改善黑麦草叶绿素荧光动力的方法， 其特征在于按如下的步骤进行 ： （1） 将黑麦草种子播于草坪建植的园土上， 100-200g 园土含有硝酸铈 200mg/Kg 800 mg/Kg， 播种初期， 充分浇水， 保证种子能顺利萌发和幼苗初期的生。

5、长 ； （2） 然后 3 个星期后开始测量正常供水下的叶绿素荧光动力学参数 ； 然后控制水分， 使 得水分含量达到中度干旱胁迫程度， 7d 后再一次测量叶绿素荧光动力学参数 ； 再控制水分 达到重度干旱胁迫， 在重度干旱胁迫下 7d 后最后一次测量叶绿素荧光动力学参数 ； 其中所 述的胁迫程度指的是 ： 采用称重法控制正常供水为 70 80（重量） 的田间最大持水量， 中度为 55 65（重量） ， 重度为 35 50（重量） ； （3） 培养的条件为 ： 在湿度为 68% 78%， 白天进行光照， 温度为 22 26， 夜间温度 为 18 22， 培养 40 60 天， 光照强度为 800m。

6、ol m-2s-1900mol m-2s-1； （4） 草坪植物建植过程中按通常草坪植物的管理要求进行 ； 待黑麦草生长到 40 天至 50 天， 采用美国生产的 Li-6400 光合仪测量， 测量的前一天把草坪植物放置到暗室， 暗 12 h 以上， 然后在暗室里测定初始荧光 （Fo） 、 最大荧光 （Fm） ， 经光照活化以后用 Li-6400 测定 Fo 、 Fm 、 Fv/Fm、 Fm 、 F0 、 Fv /Fm 、 ETR、 PS 、 qP 及 qN 指标。 2. 权利要求 1 所述的方法， 其中黑麦草种子的播种密度为 35.0g/m2-45.0g/m2。 3. 权利要求 1 所述的方。

7、法， 其中硝酸铈重量为 500mg/Kg ； 所述的硝酸铈分子式为 ： Ce(NO3)36H2O。 权 利 要 求 书 CN 102598987 B 1/5 页 3 一种采用铈改善干旱环境黑麦草叶绿素荧光动力的方法 技术领域 0001 本发明涉及稀土铈在城市草坪建植技术领域中的应用， 特别是涉及采用铈改善干 旱环境下黑麦草叶绿素荧光动力的方法。 背景技术 0002 草坪作为一个生态系统， 它是一个庞大的碳源贮存库， 世界上草地土壤每年可以 吸收沉积 0.010.3Gt 碳。因此减少了空气中 CO2， 在一定程度上减轻温室效应。其次， 草坪 所形成的致密的地表覆盖层和草根层具有良好的防治土壤侵蚀。

8、的作用 ； 草坪还可以减少地 表的日温差， 因此可以有效地减轻土壤因 “冻胀” 而引起的土壤崩落。草坪有巨大飘尘吸附 能力， 可以有效防止二次扬尘， 还可以减少风速， 防止起尘等。草坪具有吸附空气中 CO2、 SO2 及 NO2等有毒害的气体等。草坪还具有吸附尘埃的能力， 因此草坪具有净化空气， 减少污染 的能力。 城市草坪是人类文明的产物， 它既可以美化环境， 草坪特殊的静怡姿态和明丽的色 调给人以回归自然之感， 给人以精神陶冶。 0003 城市人工草坪不像天然草地那样耐旱， 尤其是耐渴能力很差。 草坪根系较浅， 不足 以在土壤中吸收足够的水分， 只能靠人工浇灌。在旱季草坪每天要浇一次水， 。

9、即使在雨季， 每月至少也要浇两次水。一旦缺水会导致草坪生长不良。尤其是在我国北方城市， 每年要 消耗大量的水， 年灌水量大约为 0.61.0 m3/m2。所以草坪水分管理的高成本往往使得我国 北方城市草坪水分不足， 使得草坪的质量下降， 长期供水不足， 草坪就会慢慢的退化， 从而 导致草坪失去了原有的价值和功能， 这个时候人们的选择只能是放弃草坪。 因此， 在人类面 临水资源匮乏的今天， 水资源的调配与利用将是草坪建植和管理上人们面临的最大挑战。 0004 稀土元素应用于大田作物， 增加种子活力， 促进植物生长 ； 增加农作物产量， 大量 的研究还表明稀土元素有利于增加植物体内抗氧化酶的活性，。

10、 大大提高植物的抗逆能力。 通过长期稀土农用基础理论研究表明 ： 稀土元素可以提高作物的叶绿素含量、 增强光合作 用， 促进根系的发育、 增加根系对养分的吸收。 稀土还能促进种子萌发、 增加种子萌发率、 促 进幼苗生长。 0005 关于稀土元素的应用， 现有文献有关于铈对酸雨胁迫下大麦种子萌发的影响的报 道， 还有硝酸铈对水稻种子活力和萌发期间酶活性的影响报道等文献， 它们均属于农作物 学科， 但有关采用铈改善黑麦草叶绿素荧光动力方法的研究尚未见到报道。另外也有文献 有报道 “有稀土在草地生产中的作用” ， 所属的专业领域为畜牧学科， 草地生产专业， 涉及到 的饲草或牧草与草坪无关。其中的草地。

11、指的是能进行放牧、 割草发展畜牧业的土地 （或地 段） ， 其目的为人们生活提供肉、 奶、 毛等畜产品的。草坪所属的专业领域为园艺学科， 观赏 园艺专业， 指的是用于城市绿化、 并为城市提供生态服务的。草坪与草地有着本质的差别 的。 草坪植物在幼苗期的根系活力较弱， 地上部生长缓慢， 而草坪植物这种前期生长较弱的 特性， 往往使草坪植物在生长前期与杂草的竞争中处于劣势地位， 这样的结果可导致草坪 建植失败 ； 另外， 这种情况在干旱缺水的环境条件下， 草坪植物在生长前期与杂草的竞争中 处于劣势的现象尤为突出 ； 这直接影响到草坪植物的成活率 ； 这也是草坪建植应用在实践 说 明 书 CN 10。

12、2598987 B 2/5 页 4 中的最大困难， 即草坪建植经历技术 “瓶颈” 制约的问题所在。本发明人于 2006 年 12 月 05 日， 申请了 “硝酸铈在草坪建植技术中的应用 (2006101298780)” 重点公开了硝酸铈在提高 种子活力方面的应用， 在此基础上本发明人又进一步研究了采用铈改善黑麦草叶绿素荧光 动力的方法。 发明内容 0006 本发明公开了一种采用铈改善黑麦草叶绿素荧光动力的方法， 其特征在于按如下 的步骤进行 ： 0007 （1）将黑麦草种子播于草坪建植的园土上， 100-200g 园土含有硝酸铈 200 mg/ Kg 800 mg/Kg， 播种初期， 充分浇水。

13、， 保证种子能顺利萌发和幼苗初期的生长 ； 0008 （2） 然后 3 个星期后开始测量正常供水下的叶绿素荧光动力学参数 ； 然后控制水 分， 使得水分含量达到中度干旱胁迫程度， 7d 后再一次测量叶绿素荧光动力学参数 ； 再控 制水分达到重度干旱胁迫， 在重度干旱胁迫下 7d 后最后一次测量叶绿素荧光动力学参数。 0009 其中所述的胁迫程度定量给水指的是 ： 采用称重法控制正常供水为 70 80 （重 量） 的田间最大持水量， 中度为 55 65（重量） ， 重度为 35 50（重量） ； 0010 （3） 培养的条件为 ： 在湿度为 68% 78%， 白天进行光照， 温度为 22 26，。

14、 夜间 温度为 18 22， 培养 40 60 天， 光照强度为 800 mol m-2s-1900 mol m-2s-1； 0011 （4） 草坪植物建植过程中按通常草坪植物的管理要求进行 ； 待黑麦草生长到 40 天 至 50 天， 采用美国生产的 Li-6400 光合仪测量， 测量的前一天把草坪植物放置到暗室， 暗 12 h以上， 然后在暗室里测定初始荧光 （Fo） 、 最大荧光 （Fm） ， 经光照活化以后用Li-6400测 定 Fo 、 Fm 、 Fv/Fm、 Fm 、 F0 、 Fv /Fm 、 ETR、 PS 、 qP 及 qN 指标。 0012 其中黑麦草种子的播种密度为 35。

15、.0g/m2-45.0g/m2。 0013 其中硝酸铈重量为 500mg/Kg。 0014 本发明所述的水胁迫指的是 ： 中度胁迫为5565 （重量） ， 重度胁迫为3550 （重量） 0015 本发明所述的稀土铈为硝酸铈， 分子式为 ： Ce(NO3)36H2O。 0016 本发明所述干旱程度的控制采用称重法。 0017 本发明更加详细的制备方法如下 ： 0018 本发明利用叶绿素荧光技术从光系统的活性上探讨了铈对干旱胁迫下草坪植 物光合作用的影响。植物叶绿素荧光动力学一种新型、 快速、 简便、 精确且植株整体无损伤 检测植物光合作用生理状况的新技术。 0019 材料与方法 0020 1.1。

16、 实验材料 0021 本实验选用我国北方比较常见多年生黑麦草 ( Lolium perenne L.)为实验材 料。 采用土培的方法培养植物， 用一次性塑料杯加140g烘干的园土， 每杯播种草坪草种100 粒。稀土铈为硝酸铈， 分子式为 ： Ce(NO3)36H2O。 0022 1.2 实验方法 0023 (1) 实验处理 0024 草坪植物的培养采用土培的方式， 塑料杯内加 140g 烘干的园土， 按照铈元素含量 说 明 书 CN 102598987 B 3/5 页 5 为 0、 200、 500、 800 mgKg-1的四个水平， 每个水平 3 次重复。草坪植物在人工气候箱内培 养， 光照。

17、时间为 8 ： 00am 至 19 ： 30pm， 温度为 25， 相对湿度设为 45% 至 60%。实验过程中 采取称重控水的方法， 干旱胁迫强度设为， 对照为 70 80% 的田间最大持水量 （Max Field Capacity 简称 ： MFC） ， 中度为 55 65% MFC， 重度为 35 50% MFC。播种开始正常供水， 然 后 3 个星期后开始测量正常供水下的叶绿素荧光动力学参数 ； 然后控制水分， 使得水分含 量达到中度干旱胁迫程度， 7 d后再一次测量叶绿素荧光动力学参数 ； 再控制水分达到重度 干旱胁迫， 在重度干旱胁迫下 7d 后最后一次测量叶绿素荧光动力学参数。 。

18、0025 (2) 指标测定 0026 采用美国生产的 Li-6400 光合仪测量， 测量的前一天把草坪植物放置到暗室， 暗 适应一夜 （12 h 以上） 以后， 然后在暗室里测定初始荧光 （Fo） 、 最大荧光 （Fm） 。经光照活化 以后用 Li-6400 测定 Fo 、 Fm 、 Fv/Fm、 Fm 、 F0 、 Fv /Fm 、 ETR、 PS 、 qP 及 qN 等指标。 0027 结果与分析 0028 2.1 稀土铈对干旱胁迫下草坪植物 Fv/Fm 的影响 0029 Fv/Fm 是 PS 最大光化学量子产量， 反映 PS 中原初光能转化效率 （张守仁， 1999） 。干旱胁迫造成了黑。

19、麦草 Fv/Fm 下降， 干旱胁迫程度越大， Fv/Fm 值越低 ( 图 1)， 黑 麦草重度干旱胁迫使得 Fv/Fm 比对照下降 4.1% 黑麦草 Fv/Fm 随着铈浓度的增加先上升后 下降， 500 mgKg-1浓度处理效果最好， 正常供水、 中度胁迫、 重度胁迫三种水分梯度下 Fv/ Fm 同比 0 mgKg-1分别增加了 2.8%、 3.9% 与 5.3%。稀土铈在正常供水下， 可见， 稀土铈能 明显促进黑麦草的 Fv/Fm， 缓解干旱胁迫造成的 Fv/Fm 下降。 0030 2.2 稀土铈对干旱胁迫下草坪植物 Fv /Fm 的影响 0031 Fv /Fm 表示有效光化学量子产量， 它。

20、反映了开放的光系统反应中心实际原初 光能捕获效率。干旱胁迫均能造成黑麦草的 Fv /Fm 下降， 重度干旱胁迫下均比对照下降 了 6.1%（图 2） 。稀土铈对黑麦草 Fv /Fm 无明显影响， 各处理之间没有明显差异， 总之， 稀 土铈对黑麦草的 Fv /Fm 无显著影响。 0032 2.3 稀土铈对干旱胁迫下草坪植物 PS 的影响 0033 干旱胁迫均造成了黑麦草的 PS 下降， 黑麦草在重度干旱胁迫下， PS 均 比对照下降了 47.3%（图 3） 。稀土铈在一定程度上能促进黑麦草的 PS ， 但在正常供水 与重度干旱胁迫下都不明显， 在中度干旱胁迫下， 铈能够明显促进黑麦草的 PS 。。

21、中度 干旱胁迫下， 黑麦草以 500 mgKg-1处理最高， 同比高于 0 mgKg-1处理 72.2%， 可见， 稀土 铈能缓解一定程度上的干旱造成的 PS 下降。 0034 2.4 稀土铈对干旱胁迫下草坪植物 ETR 的影响 0035 ETR表示表观光合电子传递速率。 干旱胁迫造成了黑麦草的ETR下降， 并且随着干 旱程度的增加， 降低的幅度越大， 重度干旱胁迫下， 分别比对照下降了 47.4%（图 4） 。稀土 铈能促进黑麦草 ETR 的增加， 在正常供水或者重度胁迫时， 200 mgKg-1较高， 但当铈达到 高浓度时， 反而抑制了黑麦草的 ETR ； 在中度干旱胁迫下， 黑麦草 ET。

22、R 随着铈浓度的增加先 增加后下降， 500 mgKg-1最高， 同比 0 mgKg-1处理增加了 25.2%。 0036 2.5 稀土铈对干旱胁迫下草坪植物光化学淬灭 （qP） 的影响的影响 0037 qP 表示光化学淬灭， 它反映了 QA的还原状态， qP 越大表明， 光系统的电子传递 活性越大 （陈建明等， 2006） 。干旱胁迫明显抑制了黑麦草的光化学淬灭， 在重度胁迫下， 黑 说 明 书 CN 102598987 B 4/5 页 6 麦草与高羊的光化学淬灭分别下降了 44.2% 和 38.1%（图 5） 。而稀土铈则增加了黑麦草的 光化学淬灭， 黑麦草在各供水条件下， 其光化学淬灭随。

23、着铈浓度的增加先上升后下降， 500 mg Kg-1处理下光化学淬灭最高， 正常供水时高于对照 7.7%， 中度与重度干旱胁迫时分别同 比 0 mgKg-1处理增加了 72.8% 和 9.5%。总之， 稀土铈能黑麦草光化学淬灭， 缓解干旱胁 迫造成的负面作用。 0038 2.6 稀土铈对干旱胁迫下草坪植物非光化学淬灭 （qN） 的影响 0039 qN 表示非光化学淬灭， 它反映的是光系统天线色素吸收的光能不能用于光合电 子传递而以热的形式耗散掉的光能部分 （张守仁， 1999） 。干旱胁迫造成了黑麦草非光化学 淬灭的减少， 在重度干旱胁迫下， 黑麦草 qN 分别比对照下降了 5.0% ， 黑麦。

24、草下降不显著 （P0.005） 。稀土铈对黑麦草非光化学淬灭的影响是， 低浓度降低了其非光化学淬灭， 高浓 度增加了非光化学淬灭， 即黑麦草在 800 mgKg-1处理下表现较高的非光化学淬灭。 0040 3 结论 0041 本实验研究了稀土铈和干旱胁迫两因素作用下黑麦草叶绿素荧光动力学特征。 实 验结果表明， 在干旱胁迫下， 黑麦草光系统的最大光化学量子产量 （Fv/Fm） 、 有效光化学 量子产量 （Fv /Fm ） 均呈下降趋势， 但未和对照产生明显差异。而外源铈能够促进黑麦草 最大光化学量子产量的增加， 以 500 mg Kg-1铈用量最好， 各供水分胁迫下 Fv/Fm 的值最高 对草。

25、坪植物实际光化学效率 （PS ） 的测定结果表明， 随着干旱程度的加深， PS 下降 就越明显， 重度干旱胁迫下黑麦草下降了 47.3% ； 外源铈则能促进草坪植物的 PS ， 中读 干旱胁迫下效果最明显， 黑麦草是500 mg Kg-1最高， 干旱胁迫也造成了光化学淬灭 （qP） 和 非光化学淬灭 （qN） 的下降， 在重度胁迫下， 黑麦草的 qP 下降了 44.2%， qN 分别下降了 5.0% ； 外源铈对黑麦草的 qP 有一定的促进作用， 黑麦草是 500 mgKg-1处理效果最佳， 黑麦草的 qN 均随着铈用量的增加先下降后上升， 800 mgKg-1处理有较高的 qP。 0042 。

26、附图说明 : 0043 图 1 不同浓度铈对干旱胁迫下草坪植物 Fv/Fm 的影响 ； 0044 图 2 不同浓度铈对干旱胁迫下草坪植物 Fv /Fm 的影响 ； 0045 图 3 不同浓度铈对干旱胁迫下草坪植物 PS 的影响 ； 0046 图 4 不同浓度铈对干旱胁迫下草坪植物 ETR 的影响 ； 0047 图 5 不同浓度铈对干旱胁迫下草坪植物光化学淬灭的影响 ； 0048 图 6 不同浓度铈对干旱胁迫下草坪植物非光化学淬灭的影响。 具体实施方式 0049 下面结合实施例说明本发明， 这里所述实施例的方案， 不限制本发明， 本领域的专 业人员按照本发明的精神可以对其进行改进和变化， 所述的。

27、这些改进和变化都应视为在本 发明的范围内， 本发明的范围和实质由权利要求来限定。 硝酸铈有市售， 其他所用到的试剂 也有市售。 0050 实施例 1 0051 （1） 将黑麦草种子播于草坪建植的园土上， 140g 园土含有硝酸铈 500 mg/Kg， 播种 密度为 35.0g/m2， 播种初期， 充分浇水， 保证种子能顺利萌发和幼苗初期的生长 ； 0052 （2） ） 然后 3 个星期后开始测量正常供水下的叶绿素荧光动力学参数 ； 然后控制水 说 明 书 CN 102598987 B 5/5 页 7 分， 使得水分含量达到中度干旱胁迫程度， 7d 后再一次测量叶绿素荧光动力学参数 ； 再控 制。

28、水分达到重度干旱胁迫， 在重度干旱胁迫下 7d 后最后一次测量叶绿素荧光动力学参数。 其中所述的胁迫程度定量给水指的是 ： 采用称重法控制正常供水为 70（重量） 的田间最 大持水量， 中度为 55（重量） ， 重度为 40（重量） ； 0053 （3）培养的条件为 ： 在湿度为 68%， 白天 进行光照， 温度为 22， 夜间温度为 18， 培养 40 天， 光照强度为 800 mol m-2s-1； 0054 （4） 草坪植物建植过程中按通常草坪植物的管理要求进行 ； 待黑麦草生长到 40 天， 剪取叶片进行测定。 采用美国生产的Li-6400 光合仪测量， 测量的前一天把草坪植物放 置到。

29、暗室， 暗 12 h 以上， 然后在暗室里测定初始荧光 （Fo） 、 最大荧光 （Fm） ， 经光照活化以后 用 Li-6400 测定 Fo 、 Fm 、 Fv/Fm、 Fm 、 F0 、 Fv /Fm 、 ETR、 PS 、 qP 及 qN 指标。 0055 实施例 2 0056 （1） 将黑麦草种子播于草坪建植的园土上， 180g 含有硝酸铈 300 mg/Kg， 播种密度 为 45.0g/m 播种初期， 充分浇水， 保证种子能顺利萌发和幼苗初期的生长 ； 0057 （2） ） 然后 3 个星期后开始测量正常供水下的叶绿素荧光动力学参数 ； 然后控制水 分， 使得水分含量达到中度干旱胁迫程。

30、度， 7d 后再一次测量叶绿素荧光动力学参数 ； 再控 制水分达到重度干旱胁迫， 在重度干旱胁迫下 7d 后最后一次测量叶绿素荧光动力学参数。 0058 其中所述的胁迫程度定量给水指的是 ： 采用称重法控制正常供水为 80（重量） 的田间最大持水量， 中度为 55（重量） ， 重度为 35（重量） ； 0059 （3） 培养的条件为 ： 在湿度为 78%， 白天 进行光照， 温度为 22， 夜间温度为 22， 培养 60 天， 光照强度为 900 mol m-2s-1； 0060 （4） 草坪植物建植过程中按通常草坪植物的管理要求进行 ； 待黑麦草生长到 50 天， 剪取叶片进行测定， 采用美。

31、国生产的 Li-6400 光合仪测量， 测量的前一天把草坪植物放 置到暗室， 暗 12 h 以上， 然后在暗室里测定初始荧光 （Fo） 、 最大荧光 （Fm） ， 经光照活化以后 用 Li-6400 测定 Fo 、 Fm 、 Fv/Fm、 Fm 、 F0 、 Fv /Fm 、 ETR、 PS 、 qP 及 qN 指标。 说 明 书 CN 102598987 B 1/3 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102598987 B 2/3 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102598987 B 3/3 页 10 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 102598987 B 。