花铃期干旱胁迫下氮素水平对棉花光合作用与叶绿素荧光特性的影响

于2004—2005在江苏南京农业大学卫岗试验站进行盆栽试验, 设置干旱与对照2个土壤水分处理, 每个处理再设置3个氮素水平, 研究了花铃期干旱胁迫下氮素水平对棉花叶片光合作用与叶绿素荧光参数的影响, 以期为棉花花铃期干旱时的合理氮肥运筹提供理论依据。结果表明, 与对照相比, 干旱处理显著降低了棉株凌晨叶水势、土壤相对含水量、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)与胞间CO₂浓度(C_i), 但提高了叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、总叶绿素(Chl a+b)及类胡萝卜素(Car)的含量。干旱处理下, P_n、G_s、C_i、Chl a、Chl b、Chl a+b及Car均以240 kg hm^-2氮素水平最高。干旱胁迫下叶绿素初始荧光(Fo)明显升高, 且随氮素水平的提高而增大; 而最大光化学效率(F_v/F_m)、光系统II(PS II)量子产量(ΦPS II)、电子传递速率(ETR)与光化学猝灭系数(qP)均显著降低, 干旱胁迫亦增大了非光化学猝灭系数(NPQ)。干旱胁迫下F_v/F_m、ΦPS II、ETR与qP均以240 kg hm^-2氮素水平最高。干旱胁迫显著降低叶片蒸腾速率(Tr), 导致叶温升高, 增施氮肥进一步增大了叶温。干旱胁迫降低了棉株各器官干物质重, 而施氮则增大水分胁迫指数。综合分析认为, 过量施氮或施氮不足均不利于提高棉花叶片光合性能。两年试验结果表明, 在本试验设置的3个氮素水平中, 花铃期干旱胁迫下以240 kg hm^-2纯氮, 且基施50%, 初花期追施50%较适宜。     

小麦叶片叶绿素荧光参数与反射光谱特征的关系

以宁麦9号(低蛋白质含量)、淮麦20(中蛋白质含量)和豫麦34(高蛋白质含量)为试材,设0~300 kg hm^-2不同施氮水平,经2003—2004年和2004—2005年田间试验,对小麦顶部4张叶片叶绿素荧光参数和反射光谱特征的变化规律及其相互关系进行了分析。结果表明,小麦叶片叶绿素荧光参数F_v/F_m和F_v/F_o随施氮水平提高呈上升趋势,同时叶片光谱反射率在不同施氮水平、叶位和生育期均有明显差异。小麦植株顶1叶和顶2叶反射光谱在可见光区（520~680 nm）和近红外区（750~850 nm）与叶绿素荧光参数稳定相关。顶端2张叶片的植被指数DVI(750, 550)、DVI(735, 690)和TVI(750, 670, 550)与荧光参数F_o、F_m、F_v、F_v/F_m、F_v/F_o、F_s、F_m’、F_o’、F_v’、F_v’/F_m’的相关性均较好,其中DVI(750, 550)的相关性最好,且回归系数在不同品种和不同生育期之间没有显著差异。表明利用小麦叶片反射光谱监测其叶绿素荧光参数是可行的。     

半干旱区沟垄集雨对玉米光合特性及产量的影响

在中国西北黄土高原半干旱区, 沟垄集雨种植(RFPRH)系统被逐步推行, 以改善农田水分状况, 提高作物水分利用效率(WUE), 达到高产稳产的目的。为了探索该种植方式的适宜降雨量, 在人工模拟不同降雨量下, 以传统平作为对照, 研究了沟垄集雨种植对夏玉米土壤水分含量、功能叶片的光合参数、荧光参数和叶绿素相对含量(SPAD)以及籽粒产量的影响。结果表明, 在230 mm和340 mm降雨量下, 集雨处理的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、最大荧光(F_m)、可变荧光(F_v)、PS II最大光化学量子产量(F_v/F_m)、PS II的潜在活性(F_v/F_o)和光化学猝灭系数(qP)均较对照显著增加; 叶绿素相对含量(SPAD)分别提高17.7%和13.9%, 叶片瞬时水分利用效率提高26.9%和10.1%, 籽粒产量增加75.4%和36.7%。在440 mm降雨量条件下, 集雨处理的F_m、F_v/F_m、F_v/F_o、qP和SPAD值在拔节期显著增加, G_s在抽雄期显著增加, P_n在抽雄期和孕穗期显著下降, 水分利用效率在全生育期比对照平均低13.2%, 其他各生育时期光合生理特性及籽粒产量与对照相比差异不明显。说明沟垄集雨种植在偏旱的年份, 可显著提高玉米光合效率和叶片水分利用效率, 其全生育期适宜雨量上限可能是440 mm。     

小麦叶片氮含量与荧光动力学参数的关系

通过分析不同氮素水平下不同品种小麦上部叶片氮含量和荧光参数随生育进程的变化模式及小麦叶片氮含量与荧光参数的相关关系,提出小麦叶片氮含量的预测方程。结果表明,小麦不同叶位叶片氮含量和荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo均随施氮量的增加呈上升趋势。从孕穗到成熟,F_v/F_m和F_v/F_o表现为先上升后下降的趋势。小麦各叶位叶片氮含量与荧光参数F_m、F_v、F_v/F_m、F_v/F_o、F_s和Fo’都呈极显著正相关,且顶部2张叶片的相关性最好。不同小麦品种顶2叶氮含量分别与F_v/F_o和F_v/F_m呈良好的幂函数关系,平均决定系数分别达0.66和0.61。对于低、中、高蛋白质含量的小麦品种类型,可以利用统一的回归方程来描述顶部2张叶片氮含量随F_v/F_o的变化模式。     

氮、钾水平对小麦花后旗叶光合特性的影响

在大田栽培条件下,以冬小麦（Triticum aestivum L.）弱筋品种宁麦9号和中筋品种扬麦10号为材料,研究了不同氮、钾施肥水平下花后旗叶叶绿素含量（SPAD）、净光合速率（P_n）和荧光参数的变化特征及其与开花期叶片氮、钾营养的关系。结果表明,与不施氮、钾的对照（N0K0）相比,施氮、钾肥增加小麦开花后旗叶SPAD和P_n,提高PSⅡ最大光量子产量（F_v /F_m）、潜在光化学活性（F_v /F_o）、有效光量子产量（F_v’/F_m’）和实际光量子产量（Φ_PSⅡ）等叶绿素荧光参数,其中氮肥效应高于钾肥。除SPAD外,扬麦10号的Pn及叶绿素荧光参数（F_v /F_m、F_v /F_o、F_v’ /F_m’和Φ_PSⅡ）均高于宁麦9号。相关分析表明,F_v /F_m、F_v /F_o、F_v’/F_m’和Φ_PSⅡ等叶绿素荧光参数受开花期叶片氮/钾比的显著影响,是施氮、钾肥提高净光合速率的主要生理原因,较高的光能转化特性是满足扬麦10号较高能量需求的生理基础。     

青稞的光合特性及光破坏防御机制

通过气体交换、荧光猝灭动力学以及反射光谱等技术研究了两个青稞(Hordeum vulgare L.)品种的光合特性及激发能分配。结果表明, 青稞的光饱和点1 000 μmol m^-2 s^-1左右。在0~500 mmol m^-2 s^-1的光强范围里, 青稞叶片的光呼吸(Pr)随着光强升高而增加; 光强超过500 mmol m^-2 s^-1以后, 光呼吸变化不明显。光呼吸占总光合的比例(P_r/P_m)随光强增强下降。随着光强增强, 光系统II开放反应中心转化效率(F_v′/F_m′), 光系统II实际光化学量子效率(Φ_PSII), 光化学猝灭系数(qP)不断降低而青稞叶片的非光化学猝灭(NPQ)持续升高, 说明越来越多的光能以热的形式耗散掉。光谱分析表明△PRI随着青稞叶片暴露于光下的时间迅速增大。因此, 光呼吸不是青稞主要的光破坏防御机制, 依赖叶黄素循环的热耗散可能是田间青稞耗散过剩光能的主要途径。     

高温胁迫对水稻灌浆结实期叶绿素荧光、抗活性氧活力和稻米品质的影响

选用西农优30和富优1号两个水稻品种, 在灌浆结实期利用人工气候室进行高温处理, 测定叶绿素含量、叶绿素荧光参数、抗活性氧活力的动态及成熟稻米的营养品质。结果表明, 高温胁迫下水稻叶片叶绿素含量降低, 叶绿素荧光参数初始荧光(F_o)明显上升, PS II的潜在活性(F_v/F_o)和PS II的最大光能转化效率(F_v/F_m)均低于对照, 呈下降趋势; 灌浆结实后期F_v/F_o和F_v/F_m的下降速率最快; 灌浆结实后期抗氧化活力低于对照。同时, 高温胁迫下的成熟稻米总淀粉及直链淀粉含量降低, 蛋白质含量升高, 垩白度上升而千粒重下降。高温胁迫下光合作用的原初反应被抑制, 抗活性氧活力降低, 水稻叶片功能期缩短, 可能是稻米品质降低的重要原因。     

高油115籽粒灌浆期光能利用效率

在种植密度为3万株 hm^-2的大田条件下,研究了高油115上、中和下部叶片灌浆期光能利用和耗散特性。结果表明,高油115净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）、叶色值等均显著低于普通玉米农大108（P<0.05）,细胞间隙CO₂浓度（C_i）和水分利用效率（WUE）略低于普通玉米（P>0.05）;PSⅡ最大光能转化效率（F_v/F_m）显著低于农大108;PSⅡ活性（F_v/F_o）略低于普通玉米（P>0.05）。高油115表观电子传递速率低于农大108,在相同光能下,高油玉米热耗散比例较普通玉米高,光能利用效率明显低于普通玉米叶片,3个叶位中中部叶差异最大,表明高油115光合速率较低主要是因光能利用率偏低造成的。在高油玉米育种和栽培中应选用高光效自交系配组和改善肥水条件以提高光能利用率。     

不同产量水平玉米杂交种生育后期光合效率比较分析

大田条件下,玉米的光合速率(Pn)受光子流密度(PFD)的影响要大于受二氧化碳浓度(Ca)的影响,并且对PFD和Ca的响应也存在着差异.最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光合速率(Pn)、非光化学猝灭(NPQ)和光化学猝灭系数(qP)存在着明显的日变化.其中Fv/Fm、ΦPSⅡ、 qP呈倒抛物线型日变化,在中午强光下降低到一天中的     

HgCl2短时处理对蚕豆叶片光合作用的效应

以不同浓度HgCl₂溶液涂抹蚕豆(Vicia faba L.)叶片30 min后, 测定进入叶片组织的汞含量、叶片的气体交换和叶绿素荧光。随着外施HgCl2溶液浓度的增大, 进入叶片组织的汞含量增加。当HgCl₂溶液浓度高于10 mg L^-1时, 处理显著抑制蚕豆叶片的净光合速率(P_n)和表观光合量子效率(AQY), 且随着浓度增加, 抑制程度也加强。同时, HgCl₂溶液处理能够显著降低PSⅡ光量子产量(DF/ F_m’)和表观光合电子传递速率(ETR), 增加叶片的叶绿素荧光非光化学猝灭(NPQ)。 结果表明, 低浓度HgCl₂短时间处理导致蚕豆叶片P_n降低的主要原因是由于HgCl₂抑制了光合电子传递过程。     

施氮量对济麦20旗叶光合特性和蔗糖合成及籽粒产量的影响

在田间高产条件下,研究了施氮量对强筋小麦品种济麦20旗叶光合特性、蔗糖合成及籽粒产量的影响。结果表明,在0～168 kg hm^-2施氮量范围内,随施氮量的增加,旗叶蒸腾速率提高,气孔导度增大,细胞间隙二氧化碳浓度降低,旗叶净光合速率与蔗糖磷酸合酶活性显著提高,从而促进旗叶蔗糖合成,提高生物产量、籽粒产量和氮肥利用率;施氮量增加至240 kg hm^-2,旗叶净光合速率、蔗糖磷酸合酶活性、蔗糖含量和生物产量显著提高,但收获指数降低,籽粒产量和氮肥利用率无显著变化。施氮量继续增加至275 kg hm^-2,旗叶蒸腾速率、气孔导度、气孔限制值和净光合速率均显著降低,细胞间隙二氧化碳浓度则显著升高,旗叶光合作用受非气孔限制,蔗糖磷酸合酶活性、蔗糖含量、生物产量和收获指数均显著降低,籽粒产量减少,氮肥利用率降低。在本试验条件下,济麦20的适宜施氮量为168~240 kg hm^-2。     

玉米花生间作复合体系光合特性的研究

以单作玉米和单作花生为对照，研究了间作玉米花生功能叶片的光合速率、PSⅡ最大光化学效率（F_v/F_m）和PSⅡ实际光化学效率（Φ_PSⅡ）的日变化以及叶绿素含量。结果表明，间作提高了玉米、花生叶绿素含量，其光合速率日变化呈单峰曲线，中午达到最大值；玉米东西行向种植东侧功能叶片的光合速率，上午间作明显大于单作，下午相反；间作明显提高了玉米阴天和晴天的光合速率，却明显降低了花生光合速率；在晴天，间作玉米花生的F_v/F_m、Φ_PSⅡ日变化均呈倒抛物线，上午间作玉米明显大于单作的，下午相反，间作明显提高了花生的F_v/F_m，中午花生的Φ_PSⅡ间作低于单作，上午和下午反之；阴天的F_v/F_m、Φ_PSⅡ，间作玉米除中午小于外，上午和下午均大于单作玉米，间作花生全天均高于单作花生，说明玉米花生间作提高了花生对弱光的吸收利用效率。     

转PEPC基因水稻种质的稳定光合生理特性

本文运用稳定和放射性碳同位素研究了第8代转PEPC基因水稻，并测定其光合速率和荧光特性，结果表明该种质为C₃植物，但C₄原初光合产物增多，表现出C₄光合特性有所改善；转PEPC基因水稻种质已稳定，为我国的高光效育种提供了一个新的种质资源。     

不同水分供给对小麦叶与非叶器官叶绿体结构和功能的影响

在田间不同灌水条件(春季不灌水、春季灌2水和春季灌4水, 每次灌水750 m3 hm^-2)下, 于灌浆后期对小麦叶片与非叶器官(穗颖、穗下节和叶鞘)叶绿体结构进行了电镜观察, 并对不同器官的净光合速率(P_n)和光化学效率(F_v/F_m)进行了测定, 以期探明小麦叶与非叶器官光合结构和功能对水分变化的适应性差异。结果表明, 在充足供水条件(春季灌4水)下, 叶片的叶绿体数目明显多于各非叶器官, 但护颖和外稃叶绿体含有较多的淀粉粒。在灌浆期上层土壤重度水分亏缺(春季不灌水)条件下, 植株各器官叶绿体均出现明显的衰老特征, 但衰老程度存在器官间显著差异, 旗叶叶片叶绿体受损程度明显大于非叶器官。在所测非叶器官中, 外稃叶绿体对干旱胁迫反应较为敏感, 而护颖、穗下节间和旗叶鞘叶绿体结构具有较强的稳定性。水分胁迫下各器官P_n和F_v/F_m值均降低, 叶片降低幅度最大, 且随灌浆进程其光合下降最快, 但穗下节间、旗叶鞘和穗器官较为稳定, 可能与其叶绿体结构的稳定性有关。说明小麦非叶绿色器官光合结构与功能对水分亏缺具有较强的耐性。     

不同生育期水稻耐冷性的鉴定及耐冷性差异的生理机制

以粳稻9516、H45、武育粳、转PEPC基因水稻、Kitaake、苏沪香粳，籼稻扬稻6号、香籼、IR64，培矮64S以及杂交稻粤优938、汕优63、X07S/紫徽100、两优培九等14个水稻品种为材料，分别鉴定了芽期（胚根1 cm, 胚芽0.5 cm）、苗期（三叶）和孕穗期的耐冷性，同时选取南京对水稻播种敏感的自然低温条件，进行低温鉴定。结果表明，芽期存活率、苗期的枯死率和孕穗期结实率均为可靠的水稻耐冷性鉴定指标。进一步从叶片的光合速率、PSⅡ光化学效率（F_v/F_m）、脂肪酸组分、活性氧指标(丙二醛,过氧化氢和超氧阴离子和抗氧化物质(抗坏血酸和谷胱甘肽)的变化等方面，研究耐冷性不同的水稻的耐冷生理机制。表明耐冷的水稻品种武育粳含较多的不饱和脂肪酸，在低温逆境下，膜的流动性愈大，低温对其伤害愈小；对杂交稻汕优63而言，其叶内抵御逆境的保护系统抗坏血酸和谷胱甘肽的循环被较大地激活，特别是谷胱甘肽再生的高速运转，与不耐冷的品种香籼相比，汕优63叶内的过氧化物质累积较少，其耐冷性表现中等。看来水稻叶片维持高的脂肪酸不饱和指数和谷胱甘肽的周转循环能力是水稻耐冷的重要特征。     

沼液与尿素配施对冬小麦光合特性及产量的影响

2007—2009年度,在总施氮量相同的条件下,比较了沼液与尿素氮肥不同基追比对冬小麦品种温麦28光合特性及产量的影响。在基施沼液的基础上追施尿素,提高叶片PSII潜在活性(F_v/F_o)、PSII光化学最大效率(F_v/F_m)和荧光光化学猝灭系数(q_P),降低荧光非光化学猝灭系数(q_N),其PSII量子效率(ΦPSII)和电子传递速率(ETR)优势明显,具有较高的光合速率,尤其是基施25%沼液氮+追施75%尿素氮处理,光合功能强,籽粒产量最高,2007—2008年度达8 277.90 kg hm^-2,2008—2009年度为7 318.07 kg hm^-2。整个生育期单施沼液处理使小麦营养生长过旺,荧光参数变劣,光合速率下降,产量显著降低。单施尿素氮肥处理F_v/F_o和F_v/F_m在开花期前具有明显优势,但在开花期后不再延续前期优势,Φ_PSII和ETR参数年度间存在差异,q_P值持续低于基施沼液追施尿素的配施处理,而q_N值表现相反,荧光参数间不够协调,产量较基施沼液追施尿素处理降低,而较单施沼液处理显著提高。