小麦灌浆过程中旗叶光合及抗氧化代谢与氮素营养关系研究

 【目的】小麦灌浆过程中旗叶光合、抗氧化代谢与氮素营养密切相关,本研究通过田间试验,以进一步揭示其关系。【方法】试验选用多穗中粒（MM）型品种藁城8901（GC8901）和大穗大粒（LL）型品种山农1391（SN1391）,设12 g N•m-2（LN）和24 g N•m-2（HN）2个氮肥处理,在田间条件下研究了小麦灌浆期旗叶光合色素含量、氮素含量、光合特性和抗衰老酶活性对氮素水平的响应。【结果】小麦开花后旗叶氮素含量与叶绿素含量呈下降趋势,净光合速率（Pn）、实际光化学效率（ΦPSⅡ）、开放的光系统Ⅱ反应中心的量子效率（Fv′/Fm′）和光化学猝灭系数（qp）在花后14 d左右开始下降,光系统Ⅱ的最大光化学效率直到衰老末期才有小幅下降,而非光化学猝灭系数（NPQ）呈上升趋势。旗叶光能的吸收和利用之间存在矛盾,这是促其衰老的重要原因。与MM型小麦品种GC8901相比,LL型品种SN1391群体较小,籽粒灌浆后期旗叶的光合色素含量高,光系统Ⅱ的活性下降慢,净光合速率高;同时,抗衰老酶活性下降慢,膜脂过氧化程度轻。氮素水平对2个品种籽粒灌浆过程中旗叶的光合及抗氧化代谢的影响不同。LL型品种SN1391表现为,增施氮肥后旗叶光系统Ⅱ的开放程度和实际光化学效率提高,热耗散降低,净光合速率提高;旗叶的SOD、POD、CAT和APX活性均提高,膜脂过氧化程度降低。增施氮肥后MM型品种GC8901光系统Ⅱ活性下降,用于热耗散的能量增加,光合速率降低;抗氧化酶系活性下降,膜脂过氧化程度加重。【结论】小麦生育后期旗叶光能吸收和利用间的矛盾是促其衰老的重要原因。不同类型小麦品种旗叶生育后期的光合及抗氧化代谢存在显著差异。施用氮肥对小麦旗叶光合、衰老特性的影响因品种类型而不同。     

花后喷肥对不同穗型小麦旗叶光合速率及籽粒产量的影响

为了探讨不同穗型小麦品种对花后喷肥的反应,选用大穗型和多穗型小麦品种为试验材料,研究了花后混喷多种肥料对2种穗型小麦品种旗叶光合速率、干物质积累及籽粒产量的影响。结果表明:花后喷肥可提高旗叶净光合速率,增加单茎地上干物质积累,多穗型品种豫麦49旗叶净光合速率和地上干物质积累增幅均大于大穗型品种宿2001。喷肥后茎节单位长度干重增加,茎节贮存物质有所增加,以宿2001较为明显。混喷多种肥料后2种穗型小麦品种的籽粒产量均显著高于对照,其中,豫麦49增产7.41%,宿2001增产6.35%,品种间差异不明显。     

剪叶对不同穗型小麦品种干物质积累及籽粒产量的影响

 【目的】为了探讨高产条件下不同穗型小麦品种叶片对产量的贡献。【方法】选用两种穗型小麦品种为试验材料，研究了抽穗期剪叶对剩余叶片净光合速率、地上干物质积累、茎节重、籽粒结实与粒重的影响。【结果】抽穗期剪叶均导致两种穗型品种的干物质积累量下降和籽粒产量降低，以多穗型品种豫麦49受影响较大；剪叶提高了剩余叶片净光合速率，以多穗型品种豫麦49增幅较大；剪叶提高了茎秆内贮存物质的转移率，以大穗型品种宿2001转移率增幅较大，表现为茎节干重明显减轻。剪叶后，剩余叶片净光合速率和茎秆内贮存物质转移率的提高，均不足以弥补剪叶造成的损失，最终表现为结实粒数减少，粒重降低；随被剪叶片数增加、叶位升高，结实粒数和粒重降低更多。【结论】不同穗型小麦品种叶片对籽粒产量的贡献存在差异，多穗型品种大于大穗型品种，因此，在小麦抽穗后，多穗型品种叶片对增加籽粒产量起着重要作用。     

旱地高产小麦光合速率与产量变化的研究

在旱地大田条件下对鲁麦 2 1与D2 7两品种生育后期旗叶与群体光合速率、籽粒灌浆速率及产量变化进行了研究 ,认为旱地小麦要获得高产必须保持开花后高的旗叶与群体光合速率 ,以有利于籽粒灌浆速率维持 ,形成高产     

密度对弱筋小麦扬麦9号光合特性及光合产量的影响

弱筋小麦扬麦9号5个密度处理生育后期光合特性及光合产量存在着差异,以基本苗240万/hm2处理的旗叶净光合速率(Pn)、叶绿素含量,群体LAI变化、群体叶面积指数垂直分布、群体透光率垂直分布及旗叶、籽粒中合成的蔗糖含量等几个重要光合指标表现出明显的优势,且其产量显著高于其它处理,品质也符合国标弱筋小麦优质水平的要求。研究结果表明,弱筋小麦扬麦9号高产优质栽培应合理增加基本苗,科学运筹肥水,协调好个体与群体的关系,提高后期群体光合能力,增加光合产物的合成与积累,是实现其高产优质的关键。     

不同类型高产小麦品种的光合特性研究

以多穗型、中穗型和大穗型3种类型9个小麦品种为试验材料,对高产小麦品种光合特性及其与产量性状的相关性进行了研究。结果表明,在陕西关中灌区生产条件下,高产小麦品种与丰产品种相比,其光合性能在小麦生育后期具有明显的优势:灌浆期叶面积系数(LAI)和叶绿素(Chl(a+b))含量一直维持较高水平;旗叶丙二醛(MDA)增长速率和净光合速率(Pn)下降速率明显小于丰产品种。旗叶Pn与Chl(a+b)呈较高的正相关,与MDA含量呈显著或极显著负相关。千粒重、穗粒数、穗粒重及产量均与灌浆后期旗叶的Chl(a+b)含量、Pn及叶面积持续期呈显著或极显著正相关,与后期MDA含量呈显著负相关。     

两种不同穗型小麦品种光合生理特性研究

比较了大穗型和多穗型小麦品种的光合生理特性。结果表明 ,与多穗型品种豫麦 4 9相比 ,大穗型品种鲁麦 91 - 3具有较好的光合源和光合能力 ,在整个灌浆期旗叶具有较高的净光合速率和蒸腾速率 ,灌浆中后期旗叶叶绿素含量较高 ,叶面积系数 (L AI)衰减迟缓 ,叶片功能期较长。进一步提高大穗品种产量潜力的途径是 ,在保持或适当提高生物学产量的同时 ,较大幅度提高收获指数     

种植密度对超高产小麦生育后期光合特性及产量的影响

不同种植密度条件下,以超高产小麦品种石麦12为实验材料,生育后期光合特性及产量存在着明显差异。每公顷150万基本苗的种植密度条件下小麦旗叶净光合速率、RUBP羧化酶活性、叶绿素含量、群体光合速率、群体叶源量等光合指标都表现出明显优势,相对于其它处理来说产量表现出极显著。研究结果表明,超高产小麦品种石麦12应适当控制基本苗数,协调好群体与个体的关系,以提高生育后期光合能力,增加干物质积累,提高产量。     

小麦叶片逆向衰老过程中叶绿素含量及光合特性的变化

【目的】研究小麦叶片逆向衰老过程中旗叶和倒二叶叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的变化规律,为进一步揭示叶片逆向衰老的生理机制提供研究思路和理论指导。【方法】以逆向衰老小麦‘温麦19’和‘兰考矮早8’为试验材料,在小麦扬花后6,12,18,24,30和36d,分别采用CCM-200手持式叶绿素仪和LI-6400XT型便携式光合测定系统,在田间测定旗叶和倒二叶的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度。【结果】‘温麦19’和‘兰考矮早8’在灌浆结实后期(花后18～36d)均出现倒二叶叶绿素含量高于旗叶的现象,即叶片逆向衰老的现象;‘温麦19’较‘兰考矮早8’叶片逆向衰老现象出现早。在灌浆后期,‘温麦19’旗叶的光合速率、蒸腾速率和气孔导度均低于倒二叶,而‘兰考矮早8’旗叶的光合速率低于倒二叶,蒸腾速率和气孔导度仍高于倒二叶。【结论】在逆向衰老过程中,随着小麦旗叶和倒二叶叶绿素含量的变化,其净光合速率、蒸腾速率和气孔导度也发生相应的变化,且品种之间存在较大差异。     

连作对糜子抽穗后光合特性和干物质积累的影响

【目的】探究连作对糜子生长发育及籽粒产量形成的影响,明确导致糜子连作障碍的生理机制,为糜子高产高效栽培提供理论依据。【方法】以"内糜5号"为试验材料,设置糜子连作和芸豆与糜子轮作(对照)2个处理,分别于抽穗期、开花期、灌浆前期、灌浆后期、成熟期,测定连作、轮作下糜子旗叶光合特性、叶绿素含量、植株主茎绿叶面积和地上部干物质量,并于成熟期测定产量及其构成因素等指标。【结果】(1)连作显著降低了糜子旗叶净光合速率、叶绿素总含量、叶绿素b含量及植株主茎绿叶面积,在抽穗期和开花期影响尤为显著;(2)连作导致糜子抽穗后植株衰老进程加快,籽粒灌浆被迫提前终止,使植株干物质积累量减少、籽粒产量下降。【结论】连作糜子植株早衰和功能叶片光合性能下降是导致籽粒产量下降的主要原因,因此在栽培中应注重合理的轮作倒茬。     

小麦品种改良过程中物质积累转运特性与产量的关系

【目的】探明小麦品种改良过程中物质积累与转运特性及其与产量形成的关系,为选育高产品种、制定育种目标提供理论依据。【方法】选用32个20世纪不同年代代表性小麦品种于2007-2009年进行大田试验,分析小麦不同生育时期干物质生产与积累转运特性的演进特征及其与产量的关系。【结果】随着品种改良进程,籽粒产量和收获指数逐步提高,而20世纪60年代品种生物产量显著降低随后保持稳定;开花期叶面积、叶面积指数及旗叶光合速率逐步提高,为花后物质积累提供了物质和能量来源。品种改良显著提高了小麦拔节前和开花后物质积累量及群体生长速率,但降低了拔节至开花期积累量和生长速率;提高了花前干物质转运量、转运率及贡献率,但降低了花后干物质贡献率。小麦籽粒产量与拔节前及开花后干物质积累量、生长速率及花前干物质贡献率显著正相关,与拔节开花阶段物质积累量和生长速率及花后干物质贡献率显著负相关。【结论】品种改良提高了小麦物质生产能力和生产效率,协调了不同生育阶段物质积累,平衡了花前和花后干物质对籽粒的贡献。因此,提高拔节前营养生长、增加花后干物质积累和花前物质转运是小麦产量改良的重要物质基础,也是今后小麦高产育种的重要目标。     

山东小麦品种更替过程中光合特性的演变

【目的】探讨山东小麦品种更替过程中光合性能的演变规律,为今后小麦育种提供指导。【方法】选用山东省建国以来8次品种更替过程中的8个主要推广品种,在大田试验条件下测定了生育后期旗叶的叶绿素含量、光合参数和叶绿素荧光参数,成熟时生物学产量、籽粒产量和收获指数（Harvest index,HI）。【结果】山东小麦品种更替过程中,籽粒产量和HI呈正相关性,但生物学产量并没有显著增加。旗叶叶绿素含量、净光合速率（net photosynthetic rate,Pn）、气孔导度（stomatal conductance,Gs）、羧化效率（carboxylation efficiency,CE）、光系统Ⅱ（photosystemⅡ,PSⅡ）实际光化学效率（photochemical efficiency,ΦPSⅡ）和呼吸速率（respiratory rate,R）在开花期到花后10 d达到最大值,然后开始下降,1980年以后选育的品种下降的速率低于1980年以前的品种;生育后期小麦旗叶Pn的下降是由非气孔因素引起的,Pn的初期下降并不是由叶绿素含量的变化直接引起,在此过程中,光合暗反应的羧化酶起了重要作用;灌浆中后期Pn的进一步降低与叶绿素含量、ΦPSⅡ、非光化学淬灭（non-photochemical quenching,NPQ）等密切相关。品种更替过程中,叶绿素含量、Pn、Gs、CE、ΦPSⅡ等指标呈升高的趋势,叶片功能期延长,光合性能得到明显改善,这可能是籽粒产量提高的重要生理基础。但品种更替中呼吸速率呈升高的趋势,影响了同化产物的积累,不利于籽粒产量的提高。【结论】山东小麦品种更替过程中,叶片的光合能力提高,高光合持续期延长,HI和光能利用效率增加,综合性能的改善是品种更替过程中产量不断提高的生理基础。山东小麦品种HI仍有进一步改良的空间,但不能完全依赖株高的降低,必须综合考虑光能利用的各个环节,小麦高光效育种才有可能取得较大的突破。     

夏玉米不同土层根系对花后植株生长及产量形成的影响

【目的】探明夏玉米不同土层根系对花后植株生长及产量形成的调控作用,为生产中塑造高产高效根群结构,提高籽粒产量提供理论依据。【方法】以高产夏玉米品种郑单958和登海661为材料,采用土柱栽培方式,设置3个处理（不断根处理：CK,地下40 cm处断根：T-40,地下80 cm处断根：T-80）,于开花期进行断根,研究不同土层根系对地上部生长及产量形成的调控作用。【结果】0—40 cm土层根系对花后氮素积累和转运量影响最大,切断40 cm以下土层根系后植株吸收氮素能力显著降低,植株营养器官氮素向籽粒库的转运量增加。花后40 cm以下土层根系对叶片保绿性和光合性能影响显著,切断深层根系后玉米单株叶面积、叶绿素含量、净光合速率(Pn)和SOD活性显著降低,MDA含量升高,光合高值持续期缩短,单株生物量和籽粒产量显著下降;0—40 cm根系对产量影响最大,40—80 cm根系对穗粒数和千粒重有显著影响,80 cm以下土层根系对千粒重影响较为显著。【结论】高产栽培中促进根系下扎,保持深层根系活力可以防止玉米早衰,提高叶片光合能力和对氮素的吸收能力,有助于提高玉米单产。     

产量15 000 kgha-1以上夏玉米灌浆期间的光合特性

 【目的】探讨产量15 000 kgha-1以上夏玉米籽粒灌浆期的光合特性及其与产量形成的关系。【方法】在多年高产试验基础上，选用3个具有高产潜力的玉米杂交种，采用78 000株/ha的密度大田种植。以地上生物量及其分配、果穗叶的光合特征参数来评价产量15 000 kgha-1以上的夏玉米光合生理活性；以Richards模型拟合籽粒灌浆过程。【结果】3个玉米杂交种均可实现15 000 kgha-1以上的高产，以先玉335（XY335）产量最高。对籽粒产量形成的Richards解析表明，籽粒灌浆启动快且高灌浆速率持续时间和生长活跃期（50 d以上）长的杂交种更容易实现高产。产量15 000 kgha-1以上3个杂交种表现出灌浆前期净光合速率、PEPCase活性和RuBPCase活性较高，后期净光合速率、叶面积指数和可溶性蛋白含量下降缓慢的特点，整个灌浆期间叶绿素a/b比值始终较高。3个杂交种中XY 335叶片光合生理活性最高，净光合速率和叶面积的高值持续期分别达50 d和60 d以上。【结论】在玉米高产高密度栽培条件下，重视叶片的光合生理活性的改善可提高光能利用效率，维持较高灌浆速率和较长活跃生长期，实现15 000 kgha-1以上的高产目标。     

灌水时期和灌水量对小麦耗水特性、籽粒产量及蛋白质组分含量的影响

 【目的】研究高产条件下灌水时期和灌水量对小麦的耗水特性和籽粒蛋白质组分含量的影响,为小麦节水高产优质栽培提供理论依据。【方法】设置不同灌水时期和灌水量的处理,采用反相高效液相色谱（RP-HPLC）分析方法对籽粒蛋白质进行分离量化,研究不同水分处理对小麦耗水量、水分利用率、籽粒产量、籽粒品质和籽粒蛋白质组分含量的影响。【结果】随着灌水量的增加,灌水量占农田耗水量的百分率提高,降水量和土壤贮水消耗量占农田耗水量的百分率降低。减少灌水量,促进小麦对土壤贮水的利用,提高小麦在0～100 cm各土层的土壤耗水量。降低农田耗水量、提高水分利用率是实现节水高产栽培的有效途径。拔节期和开花期分别灌水60 mm的处理在两年度生长季均获得了最高的水分利用率;在2004－2005年生长季W1处理的籽粒产量与W2无显著差异,但显著高于W0处理;在2005－2006年生长季W'2处理的籽粒产量与W'3无显著差异,但显著高于W'0、W'1处理。水分对小麦籽粒蛋白质组分含量具有重要的调控作用。在2004－2005年生长季,与W2处理相比,W1处理的籽粒醇溶蛋白含量降低,HMW-GS含量和谷蛋白含量升高,籽粒蛋白质含量和湿面筋含量升高,面团形成时间和面团稳定时间延长,有利于强筋小麦济麦20籽粒品质的改善。在2005－2006年生长季,随灌水量增加,籽粒HMW-GS含量、谷蛋白含量有先升高后降低的趋势,以W'2处理最高,与籽粒蛋白质含量、面团形成时间和面团稳定时间的变化趋势一致。【结论】本试验条件下,拔节期和开花期分别灌水60 mm是兼顾节水、高产、优质的最优处理。     

轮耕对宁南旱区冬小麦花后旗叶光合性能及产量的影响

 【目的】探索免耕/深松隔年轮耕模式对冬小麦花后光合性能及产量的影响。【方法】采用免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松、传统翻耕3种耕作处理,在宁南旱区进行连续4年定位试验,2010年测定小麦花后土壤水分、旗叶面积、叶绿素相对含量、光合特性和产量的变化。【结果】与传统耕作相比（对照）,小麦开花期和灌浆期免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松处理的0—200 cm土壤贮水量平均分别增加15.24%、23.45%（P＜0.05）;旗叶面积和相对叶绿素含量平均分别提高12.78%、8.89%和25.20%（P＜0.05）、11.19%;旗叶日均净光合速率     ( )平均分别提高1.55和1.68 μmol•m-2•s-1（P＜0.05）;旗叶日均蒸腾速率( )平均分别提高0.44和0.58 mmol•m-2•s-1（P＜0.05）; 而小麦旗叶日均水分利用效率( )差异不显著（P＞0.05）。在灌浆期,两种轮耕模式均保持了较高的最大光化学效率（0.52）、PSⅡ实际光化学效率（0.40）和光合电子传递速率（92.67）。两种轮耕模式的小麦籽粒产量分别较传统耕作增加6.88%和11.98%（P＜0.05）。【结论】在干旱缺水条件下,不同轮耕模式小麦花后都显示出良好的蓄水保墒能力和较高的光合特性,显著提高小麦的产量,是宁南旱区较为适宜的土壤耕作模式。     

Physiological basis for the differences of productive capacity among tillers in winter wheat

The quality or structure of a wheat population is significantly affected by the compositions of tillers. Little has been known about the physiological basis for the differences of productive capacity among tillers. Two winter wheat cultivars, Shannong 15(SN15) and Shannong 8355(SN8355), were used to investigate the differences of productive capacity among tillers and analyze the physiological mechanisms that determine the superior tiller group. Low-position tillers(early initiated tillers) had a higher yield per spike than high-position tillers(late initiated tillers) in both cultivars, which was due to their more grain number per spike, more fertile spikelet per spike, less sterile spikelet per spike and higher grain weight. According to cluster analysis, tillers of SN15 were classified into 2 groups: superior tiller group including main stem(0), the first primary tiller(I) and the second primary tiller(II); and inferior tiller group including the third primary tiller(III) and the first secondary tiller(I-p). Tillers of SN8355 were classified into 3 groups: superior tiller group(0 and I), intermediate tiller group(II and III) and inferior tiller group(I-p). In comparison with other tiller groups, the superior tiller group had higher photosynthetic rate of flag leaves, higher antioxidant enzyme(SOD, POD and CAT) activities and lower levels of lipid peroxidation in leaves, higher grain filling rate in both superior and inferior grains during grain filling, higher single-stem biological yield and larger single-stem economic coefficient. Correlation analysis showed that yield per spike was positively and significantly correlated with the flag leaf photosynthetic rate, grain filling rate, the antioxidant enzyme activities and soluble protein content(except for SN15 at 5 days post-anthesis(DPA)) of flag leaf, the single-stem biological yield, and the single-stem economic coefficient. Remarkable negative correlation was also found between yield per spike and MDA content of flag leaf. These results suggested that superior tiller group had stronger leaf photosynthetic capacity, more predominance in terms of grain filling, slower senescence rate, higher biological yield and larger economic coefficient, and therefore, showed greater productive capacity than other tiller groups.     

灌溉与尿素类型对玉米花后穗位叶衰老、产量和效益的影响

 【目的】研究不同水分条件下,包膜控释尿素与常规尿素用量对玉米穗位叶衰老、产量和效益的影响。【方法】采用随机区组设计5个施氮水平和2个水分水平,研究不同类型尿素与水分耦合对玉米花后不同时期穗位叶含水量、净光合速率、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性、丙二醛（MDA）和可溶性蛋白含量的影响,比较处理间的产量和经济效益差异,讨论花后穗位叶衰老与产量的关系。【结果】相同水分条件下,与常规尿素相比,开花期包膜控释尿素处理玉米穗位叶净光合速率较低,花后始终保持较高值,且越到后期优势越大。相同施氮水平下,与常规尿素相比,包膜控释尿素处理可显著提高玉米穗位叶含水量、SOD、POD和CAT酶活性,增加可溶性蛋白含量,降低MDA积累量,因而包膜控释尿素处理可显著提高玉米籽粒产量和经济效益;灌浆水有利于延缓穗位叶衰老,可显著提高籽粒产量和经济效益。由于包膜控释尿素成本较高,在灌浆水条件下施氮量较高时经济效益低于常规控释尿素。【结论】与常规尿素相比,包膜控释尿素与灌溉对籽粒产量和经济效益的耦合效应更显著,其原因是提高了叶片活性氧清除酶活性,增加了可溶性蛋白含量,降低了MDA的积累量,延缓叶片衰老和提高净光合速率,有利于高产。随着包膜控释尿素产量的增加和成本的降低,它在粮食作物生产上应用前景非常广阔。     

新丰和新光两个核桃品种光合特性及产量比较

[目的]通过对核桃品种新丰、新光的叶绿素含量、光合特征参数、叶绿素荧光特征参数和单株产量等指标的差异性研究,为核桃生产中的合理调整株行距及丰产品种的选择提供理论参考依据.[方法]利用SPAD-502叶绿素仪、Licor-6400光合系统和FMS-2叶绿素荧光仪,测定两个核桃品种的光合特征参数和叶绿素荧光特征参数及单株产量、单株仁产.[结果]与新光相比,新丰叶片含有极显著高的叶绿素含量(SPAD值),其光补偿点(LCP)、呼吸速率均低于新光,而表观光量子效率(AQY)和光合速率(Pn)均极显著高于新光,其Pn比新光高29.1;;两个核桃品种的Fv/ Fm、ΦPSⅡ、ETR、NPQ之间差异不显著;而新丰的单株产量和单株仁产极显著高于新光,新丰和新光的单株产量分别为(1.20±0.22)、(0.55±0.10)kg/株.[结论]核桃品种新丰的光能利用效率观显高于新光,在生产上具有较高的丰产潜在特性.