不同氮水平下冬油菜光合氮利用效率与光合器官氮分配的关系

【目的】氮是限制作物光合作用的重要因子,除含量之外,氮在光合器官各组分间的分配可能也是影响光合作用的重要因素。本研究从叶片尺度探究冬油菜苗期氮素在光合器官中的分配,分析不同氮水平下光合氮素利用特征及其与光合氮利用效率的关系,以揭示氮素营养影响光合氮利用效率的机制。【方法】采用田间试验,设3个施氮水平(0、 180、 360 kg/hm2,分别以N0、 N180、 N360表示),在苗期测定最新完全展开的叶净光合速率(Pn)、 氮含量、 光合氮利用效率(PNUE)以及最大羧化速率(Vc max)、 最大电子传递速率(Jmax)等相关生理、 光合参数,并计算叶片氮素在光合器官(羧化系统、 生物力能学组分和捕光系统)的分配比例。【结果】施氮明显改善冬油菜苗期的生长,显著增加了叶片数、 叶面积和叶片干重,但单位叶面积干重低于不施氮处理。与N0相比,N180和N360处理的冬油菜最新完全展开叶的氮含量和Pn显著升高,其中叶片氮含量分别增加了155.0%、 157.3%,Pn则增加57.6%、 56.1%,N180与N360处理间无显著差异; 而PNUE随施氮水平的提高而降低,与N0相比,N180和N360处理分别下降了35.6%和39.6%。施氮提高了冬油菜苗期叶片的光合能力,N180和N360处理的最大净光合速率(Pn max)、 羧化效率(CE)、 最大羧化速率(Vc max)及最大电子传递速率(Jmax)显著高于N0处理。氮肥用量同样影响氮素在光合器官中的分配,与N0相比,N180和N360处理的氮素在叶片光合器官投入的比例显著降低,降低幅度分别为29.3%、 34.5%; 其分配比例在羧化系统(PC)、 生物力能学组分(PB)及捕光系统(PL)分别降低了24.1%、 23.3%、 34.6%和31.0%、 26.7%、 38.5%。相关分析表明,叶片中羧化和生物力能学组分及光合组分氮的分配比例与PNUE均呈显著正相关关系,而与非光合组分氮分配比例呈显著负相关关系。【结论】随施氮量的升高,油菜苗期光合氮利用效率呈下降趋势。氮素在光合器官(羧化系统、 生物力能学组分和捕光系统)分配的差异是影响冬油菜苗期叶片光合氮利用效率的重要原因。在保证苗期适宜氮素供应的情况下,通过协调氮素在光合器官的分配对进一步提高作物光合氮素利用效率具有重要意义。     

LED光源R／B对叶用莴苣生理性状及品质的影响

研究不同红／蓝（R／B）光强配比对叶用莴苣（LactucasativaL．）生理性状及品质方面的影响,以便为新型人工光源在莴苣生产上的应用提供理论依据。试验利用波长为660nm（±20nm）红光与450nm（±20nm）蓝光发光二极管（LightEmittingDiode,LED）作为人工光源,设置3个R／B试验处理,分别为LED1（R／B=10）、LED2（R／B=8）、LED3（R／B=6）,以1个荧光灯处理为对照（CK）,选用水耕栽培模式在不同光照环境下培育叶用莴苣30d。结果表明：660nm红光和450nm蓝光组合可以有效提高莴苣的光能利用率,促进光合作用;适宜的红蓝光比例能有效增加植物Vc含量,并降低硝酸盐含量。其中,处理LED2（R／B=8）的叶用莴苣净光合速率及Vc含量明显高于其他试验处理,而硝酸盐含量最低,表现出良好的生理和品质特性,因此,R／B=8相对更适宜叶用莴苣的生长发育。     

北京松山林下典型灌木绣线菊光、水利用效率的季节动态及其对环境因子的响应

[目的]植物资源利用效率是反映植物对环境条件适应性的重要指示指标,是气候变化生态学领域的研究热点,因此对林下灌木物种光能利用效率(LUE)和水分利用效率(WUE)的环境调控机理需进一步明晰。[方法]以北京松山天然阔叶林下典型灌木绣线菊(Spiraea salicifolia)为研究对象,于2019年6月至9月完全展叶期开展原位叶片光合测定和同步环境因子的连续观测,分析了绣线菊LUE和WUE的变化特征及其对环境因子的响应。[结果]LUE和WUE具有较为明显的季节变化特征,其中LUE随着光合有效辐射(PAR)和空气温度(T_a)的变化呈现逐渐增大的趋势,季节平均为0.03 mol/mol; WUE随PAR和空气饱和水汽压差(VPD)的变化呈现先增大后减小的趋势,季节平均为8.32 μmol/mmol。PAR和T_a是影响LUE变化的主要因子,分别为指数和线性负相关; PAR和VPD是影响WUE变化的主要因子,均与WUE呈线性负相关,其中VPD通过影响气孔导度(g_s)限制叶片蒸腾,从而影响WUE; LUE、WUE的季节变化和土壤含水量(SWC)均无显著相关性。LUE与WUE对环境因子存在趋同响应关系。[结论]研究初步确定光合有效辐射、空气温度和空气饱和水汽压差是研究区林下灌木绣线菊资源利用效率的主要限制因子,而非土壤水分; 林下灌木绣线菊在有限资源条件下呈现资源保守策略,具体表现为在光能受限的条件下能够最大限度地使用光能进行光合作用,从而具备较高的光能利用效率。     

LED光质和日累积光照量对番茄种苗生长及能量利用效率的影响

为了提高育苗质量，降低冬春季低温弱光环境对设施种苗优质生产的制约，本文利用人工光型植物工厂的LED光照与环控技术研究光质和日累积光照量（Daily Light Integral，DLI）对番茄种苗形态建成和生物量累积的影响，通过对光能利用效率（Light Energy Use Efficiency，LUE）和电能利用效率（Electric Energy Use Efficiency，EUE）的实际测试，分析人工光育苗的能耗水平。光质环境以白色荧光灯为对照，选用红蓝比（R∶B）为0.9的白色LED和R∶B为1.2和2.2的白红LED灯具，在DLI为10.1、12.6和15.1 mol/(m2·d)下培育"丰收"番茄种苗31 d。结果表明：在LED下生长的番茄种苗的壮苗指数、生物量和光合能力均显著优于荧光灯下，增强DLI有利于番茄种苗的形态建成和生物量累积；在R∶B为1.2的白红LED（L1.2）下设置DLI为12.6 mol/(m2·d)时，番茄种苗的株高、茎粗、叶面积、干质量日均增长量（G值）、壮苗指数、及干/鲜质量都达到最大。番茄种苗在相同光质下的光合能力不受DLI的影响，但在L1.2下的净光合速率最高。利用LED生产番茄种苗的LUE和EUE比在荧光灯下显著提高，当DLI为12.6 mol/(m2·d) 时，L1.2下的该值比荧光灯下分别提高79%和321%。因此，R∶B为1.2的白红LED比其他光质的LED更适合番茄种苗生产，推荐DLI为12.6 mol/(m2·d) 作为番茄设施育苗的光环境调控指标。     

玉米光能利用率和产量对密度、施氮量及其互作的响应

  【目的】  合理密植和施肥是提高雨养农业区作物产量和肥料利用效率的有效途径。我们研究了半湿润雨养黑土农业区玉米不同种植密度和施氮量及其互作对光能利用率和产量的影响,为进一步挖掘东北玉米产量潜力提供理论依据和数据支撑。  【方法】  于2017—2019年以郑单958 (ZD958)为供试品种进行了田间试验。试验采用裂区设计,种植密度为主区,分别为4.5×104株/hm2 (M4.5)、6.0 ×104株/hm2 (M6.0)、7.5 ×104株/hm2 (M7.5)和9.0 ×104株/hm2 (M9.0),施氮量为裂区,分别为N 120 kg/hm2 (N120)、180 kg/hm2 (N180)和240 kg/hm2 (N240),各处理均设3次重复。分析了玉米光能利用率(LUE),玉米地上部干物质累积量、籽粒产量、净光合速率(P_n)和叶面积指数(LAI)等指标。  【结果】  年度间玉米产量、干物质量、LAI、净光合速率(P_n)和光能利用率(LUE)差异均达显著水平。2017、2018、2019年玉米的光能利用率(LUE)平均分别为1.58%、1.99%和2.20%。种植密度对玉米产量、干物质量、LAI、光合速率(P_n)和LUE的影响均显著(P<0.05),在密度M7.5处理下,LUE和平均产量最高(2.07%和12219 kg/hm2),在光合辐射较低年份(如2019年)可通过适当增加种植密度来提高玉米的光能利用率(LUE)和产量。施氮量对玉米干物质量和LAI有显著影响(P<0.05),LUE在N180处理下最高,平均为2.0%。密度与施氮量互作对玉米产量、干物质量、LAI、光合速率(P_n)无显著影响,但对LUE影响显著,以M7.5+N240处理LUE平均值最高(2.16%),且密度对光能利用率(LUE)的影响(9.93%)大于施氮量的影响(6.01%)。  【结论】  在半湿润雨养黑土农业区,密度、密度与施氮量交互作用均显著影响玉米的光能利用率,密度的影响大于施氮量。适当增密(7.5×104株/hm2)和合理施氮量(N 180～240 kg/hm2)是实现玉米高产的重要措施。     

不同光强下红蓝光配比对樱桃萝卜生长与产量的影响

采用LED光源在室内可控环境下设置3种光照强度（180、240、300μmol·m^-2·s^-1）和2种红蓝光配比（1R:1B、2R:1B）,以研究不同光强和红蓝光配比组合对樱桃萝卜真叶数、叶绿素含量、肉质根形态以及干鲜重的影响。结果表明,光强为180μmol·m^-2·s-1时,2R:1B处理的新叶叶绿素含量略高于1R:1B处理,但地上部鲜重却略低于1R:1B处理,其它生长指标不同光质处理间无显著差异。光强为240μmol·m^-2·s^-1时,相比1R:1B 处理,2R:1B处理显著提高了樱桃萝卜的新叶叶绿素含量、地上部干鲜重、根直径、根体积、肉质根干鲜重以及干鲜根冠比（P＜0.05）。光强300μmol·m^-2·s^-1时,2R:1B处理的新叶叶绿素含量略低于1R:1B处理,但地上部干鲜重显著高于1R:1B处理（P＜0.05）,其它指标无显著差异。相同红蓝光配比下,樱桃萝卜新叶叶绿素含量、根直径、根体积、肉质根干鲜重及根冠比均随着光强的增加而增加。地上部干鲜重随光强增加的变化因光质而异。总之,一定强度的LED红蓝光质是植物工厂樱桃萝卜高产的光环境基础,并且光强高于一定水平时适宜的红蓝光配比对其生长具有显著促进作用。     

云南玉溪烟区两烟草品种叶片光合作用对光和CO_2的响应

通过大田试验,比较了云南玉溪烟区两个主栽烟草品种NC297和K326旺长初期叶片光合作用的光响应和CO2响应曲线特征。结果表明:两个品种的光合特性存在一定的差异,NC297最大净光合速率(Amax)、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、表观量子效率(AQY)、表观羧化效率(ACE)均较高,气孔限制值(Ls)低而气孔导度(Cs)大,由于NC297的净光合速率远大于K326,其水分利用效率(WUE)也较高。此外,NC297叶片的光合色素(叶绿素a、b和类胡萝卜素)和可溶性蛋白质含量也较K326高。试验说明,处于所选研究地的海拔高度和生态环境条件下,NC297比K326具有更高的羧化速率、光能利用效率以及对强光的适应能力,光合能力较大,水分利用效率高,其潜在的生产能力也比较大。     

LED光源不同R/B处理对甘薯组培苗品质及节能效果的影响

采用红色LED(660±20nm)和蓝色LED(450±20nm)组合制成的LED灯管作为组培人工光源,研究光照度为35μmol.m-2.s-1时,红蓝光质比(R/B)分别为4、6、8、10的光环境培养条件下甘薯组培苗的生长情况,以相同光照度的荧光灯为对照,培育甘薯组培苗28d。结果表明:660nm红光和450nm蓝光组合可以有效抑制植物徒长,有降低地上部分含水率和提高根冠比的作用,荧光灯下生长的植株地上鲜重、叶片含水率和株高均最大,但是植株徒长,干物质积累不良。高的R/B处理能提高植株高度和根冠比,增大地下鲜重,降低地上含水率,有利于干物质积累;R/B为8时甘薯组培苗的地下鲜重和根冠比均最大;R/B变化对叶片光合色素含量没有显著影响。另外,LED光源的电能消耗与R/B值呈线性增加关系,并比荧光灯节能27.6%~48.0%。     

光照度对酶解秸秆料液光合产氢的影响

为了提高光合细菌的产氢能力和光能转化效率,该文以高粱秸秆超微粉体酶解48?h料液为光合产氢碳源,在反应温度30℃,光合混合菌群接种量为体积分数20%的条件下,研究了光照度对光合产氢过程中累积产氢量、产氢速率和光能利用效率的影响。结果表明：当光照度低于5?000?lx时,光合细菌的累积产氢量和光合产氢速率随着光照度的增大而增大,超过5?000?lx时累积产氢量和产氢速率反而减小,说明光合细菌的光合产氢存在一个类似于植物光合作用的光饱和点,当光照度超过光饱和点时出现光抑制现象。反映光能利用效率的光能增量影响系数的最大值出现在＞1?000～3?000?lx之间,说明该试验条件下从能量转换角度采用此区间的光照度比较合适。     

光强对福建马蓝光合特性的影响

以药用植物福建马蓝(Strobilanthes cusia)为材料,研究不同光强对福建马蓝光合特性的影响。结果表明,不同光强(100%自然光照、30%自然光照、6%自然光照)处理下,马蓝叶片的光合速率日变化均呈双峰型曲线。3种光强处理中,以30%自然光强下光合速率最高。与自然光照相比,遮荫条件下(30%自然光照、6%自然光照)马蓝具有较高的初始荧光(Fm)、PSⅡ的光化学活性(Fv/Fo)、原初光能转换效率(Fv/Fm)、光化学量子产额(Yield)、光化学淬灭系数(qP)和较低的非光化学淬灭系数(qN);遮荫条件下,马蓝是通过提高叶片叶绿素a/b含量,降低光补偿点,提高光系统中光反应中心光化学活性,增强系统的光能转换效率来提高光合速率,以弥补弱光条件下光能的不足。试验发现遮荫条件下,光合速率和气孔导度相关度较低,非气孔因素应是遮阴影响马蓝光合的主要因子,同时发现遮荫使得马蓝气孔对于光照强度响应的敏感度显著增加。光强对马蓝叶片药效学成分靛蓝、靛玉红中靛蓝含量影响不显著,100%自然光处理的靛玉红含量大于两个遮荫处理。福建马蓝适宜于30%自然光照条件下的间作套种或林下栽培,对其生长有利。     

弱光与偏低温弱光下温室黄瓜耐性指标的研究

采用弱光以及偏低温与弱光互作对4个生态型的16个黄瓜品种进行苗期处理，结果表明：弱光、偏低温弱光均未显著影响到黄瓜的光合系统Ⅱ，但对黄瓜叶绿素荧光参数M峰以及荧光猝灭系数(qN)有影响，各生态型的反应不一。弱光与偏低温组合时，弱光对黄瓜的影响处于主导地位。弱光(60～80 μmolm^-2·s^-1)、偏低温(20℃/12℃)弱光胁迫下不同黄瓜的叶面积增长量与其已知的低温弱光耐性一致。与各项生理指标相比，叶面积更适宜作低温弱光耐受性的评价指标，以子叶展开时进行弱光处理为最佳。     

设施环境中红光与远红光比值调控的研究进展

该文详述了近年来国内外设施园艺环境中R/FR比值对植物形态、生长发育的影响以及实验、生产中R/FR比值调控方法的研究进展。介绍了几种人工光源及光质调控薄膜的R/FR特性，对进一步开展此项研究工作提出建议。     

弱光与偏低温弱光下温室黄瓜耐性指标的研究

采用弱光以及偏低温与弱光互作对4个生态型的16个黄瓜品种进行苗期处理,结果表明:弱光、偏低温弱光均未显著影响到黄瓜的光合系统Ⅱ,但对黄瓜叶绿素荧光参数M峰以及荧光猝灭系数(qN)有影响,各生态型的反应不一。弱光与偏低温组合时,弱光对黄瓜的影响处于主导地位。弱光(60~80μm o lm-2.-s 1)、偏低温(20℃/12℃)弱光胁迫下不同黄瓜的叶面积增长量与其已知的低温弱光耐性一致。与各项生理指标相比,叶面积更适宜作低温弱光耐受性的评价指标,以子叶展开时进行弱光处理为最佳。     

Growth of rice plants under red light with or without supplemental blue light

Abstract

The effects of blue light supplementation to red light on growth, morphology and N utilization in rice plants (Oryza sativa L. cv. Sasanishiki and Nipponbare) were investigated. Plants were grown under two light quality treatments, red light alone (R) or red light supplemented with blue light (RB; red/blue-light photosynthetic photon flux density [PPFD] ratio was 4/1), at 380 mol m^?2 s^?1 PPFD. The biomass production of both cultivars grown under RB conditions was higher than that of plants grown under R conditions. This enhancement of biomass production was caused by an increase in the net assimilation rate (NAR). The higher NAR was associated with a higher leaf N content per leaf area at the whole-plant level, which was accompanied by higher contents of the key components of photosynthesis, including Rubisco and chlorophyll. In Sasanishiki, preferential biomass investment in leaf blades and expansion of wider and thinner leaves also contributed to the enhancement of biomass production. These morphological changes in the leaves were not observed in Nipponbare. Both the changes in physiological characteristics, including leaf photosynthesis, and the changes in morphological characteristics, including leaf development, contributed to the enhancement of biomass production under RB conditions, although the extent of these changes differed between the two cultivars.     

光温耦合效应对蝗虫趋光增益的影响（英）

为给蝗虫灾害光电诱导捕集治理技术中蝗虫趋光增益性热源温度参数的确定及光温耦合调控效应的有效实施提供技术支持,该文利用LED光源、温控加热装置和行为反应试验装置,采用对比试验法进行蝗虫趋光增益性热源温度的优选,探讨光温耦合效应与环境温度作用对蝗虫趋光增益行为影响的机理。结果显示：热源温度高低、光谱色光照、环境温度及蝗虫昼行夜伏性活动规律影响夜间蝗虫对光温耦合效应的选择,热源温度于蝗虫的趋光响应具有增益效应,其中以65℃热源温度于蝗虫的趋光增益作用最佳;同一时间段内,蝗虫对紫光与65℃热源温度耦合效应的选择最优;热源温度对蝗虫的光温诱导起增益群集作用,而光谱色光照对蝗虫诱导起主要作用。该项目的开展对于蝗虫光电诱导捕集机械化技术中在确定温度增益调控参数以及诱导区域内光温耦合效应对蝗虫诱导率的评估可提供实践指导参考。     

后备母猪对人工光照强度的偏好性选择

为明确人工光环境下后备母猪的适宜光照强度,该研究搭建了一套猪舍光环境偏好性选择系统,以LED白光（400～700 nm）为人工光源,设置4种光照强度（40、100、350、1200 lx）,每7 d为一个周期对单元猪舍对应的光照方案进行调整,光照时长16 h,以24头二元杂交后备母猪为试验对象,进行了为期28 d的试验,探究后备母猪对人工光环境光照强度的偏好性选择规律。结果表明,在猪只数量的时空分布方面,相较于40、350、1200 lx,后备母猪在开灯期间表现出对100 lx光照强度的显著性偏好（P<0.05）,占整体数量29.33% ± 1.14%;猪群对其余3种光照强度的偏好呈现明显的节律性,表现为开灯后和关灯前3 h对40 lx光照强度的偏好显著高于350、1200 lx（P<0.05）;在猪只活跃度方面,开灯后的前6 h,较强光照组（350 lx: 37.97% ± 3.47%和1200 lx：35.42% ± 4.04%）的猪只活跃度显著高于较弱光照组（40 lx: 27.90% ± 8.44%和100 lx: 23.94% ± 3.79%）;在猪只采食方面,较强光照（350、1200 lx）组后备母猪的饲料消耗量和采食时长均高于较弱光照组（40、100 lx）。由此,建议后备母猪舍的照明制度中设置一定的光照过渡阶段,以100 lx光照强度为主,开灯后和关灯前3 h使用40 lx较弱光环境避免刺激,此外,可在09:00—11:00增加2 h较强光照（350 lx）增加猪只活动量。该研究结果可为后备母猪舍光环境精准调控提供理论参考依据。     

植物群体受光结构与光截获研究综述

植物群体受光结构与光截获的研究是冠层小气候研究重要领域之一.较为系统地讨论了植物群体受光结构参数及参数获取的新技术新方法、光截获模型及受光结构参数与光截获的关系.在对已有成果综合分析的基础上,探讨了植物群体受光结构与光截获研究中亟待解决的问题.     

控制光照强度条件下1年生连翘幼苗的生理生态响应

为了调查连翘在发育早期对于不同光照强度条件的生理生态响应和适应性,提高苗期管理质量和出苗率,以1年生连翘幼苗为材料,在人工控制大田环境中设置100%、50%、25%和12.5%4个光照强度水平,通过测量1个生长季后连翘幼苗的存活率、光合生理、地上地下形态、生物量积累和分配等生理生态指标,研究控制光照强度条件下1年生连翘幼苗的生理生态响应。结果表明:1)1年生连翘幼苗在50%光照强度条件下的最大净光合速率、光饱和点和叶绿素b含量显著下降,苗高、地径、总根长、根表面积以及各器官的生物量积累增加显著,根质量比减小,茎质量比和冠根质量比增大;2)在25%光照强度条件下,幼苗的存活率、最大净光合速率、苗高、地径、总根长、根表面积以及各器官的生物量积累增加显著且达到最大值,茎质量比增大;3)在12.5%光照强度条件下,仅最大净光合速率、地径和根系形态指标显著增加,但增幅小于50%和25%光照强度,叶质量比减小。1年生连翘幼苗在光合生理特性上对于遮荫处理表现出不一致的响应,形态和生物量积累在中等光照强度下响应积极一致,且能够通过增加对地上结构生物量的分配比例而适应中等光照强度条件,建议在今后的苗圃培育和管理中应当重视连翘在发育早期的光环境要求。     

一种用于叶片散射光分布测定的新型装置及性能评价

采用微功率激光管作为光源,围绕被测样品旋转的硅光电池作为检测器,研制了一种可以测定植物单个叶片反射和透射光在入射面上分布的装置。分别在650 nm和830 nm波长光照条件下,测定了标准白板(参比样)的反射光和大叶黄杨树叶的反射和透射在入射面上的光强分布。测定结果表明该装置有很好的重现性。所研制的装置可用于植物冠层光辐射传输机理研究。