高大气CO_2浓度下C3植物叶片水分利用效率升高的研究进展

大气CO2升高不仅造成一系列的气候变化反应,而且对植物的生理、生长等都有显著影响。本文对高大气CO2浓度下C3植物叶片的气孔密度、气孔导度以及植物的光合、蒸腾作用和水分利用效率影响的研究进展进行了论述,认为高大气CO2浓度下,植物叶片气孔密度明显降低,而气孔导度同样也下降了约30%左右。光合速率的增幅一般为50%~100%,不同植物蒸腾速率下降幅度表现极为不一致,约为10%~70%,水分利用效率则呈上升趋势,且氮肥处理充足下的WUE增加幅度比氮肥处理不充足的大。本文对它们之间的相互关系进行了分析,为培育高水分利用效率和节水作物品种提供理论依据。     

大气CO_2浓度增高和施氮量对抽穗期春小麦光合参数及水分利用效率的影响

在开顶式小型温室内模拟大气CO2浓度增高,并在N0,N100,N200计3个氮素水平〔施N量分别为纯N0、0.1、0.2 g/kg(土)〕下盆栽小麦,研究小麦光合作用和水分利用效率(WUE)对大气CO2升高的响应及其氮素调控机制。结果表明,760μmol/molCO2浓度×N素小麦叶片的净光合速率、叶片胞间CO2浓度、气孔限制值及叶片水分利用效率较对照呈明显上升趋势,叶片气孔导度显著降低,蒸腾速率则呈先降后升的趋势;在400μmol/molCO2浓度下,N0和N100处理的小麦光合速率明显下降,但N200处理较当前CO2浓度处理明显升高;气孔导度,胞间CO2浓度以及蒸腾速率呈现下降的趋势,小麦的气孔限制值Ls和WUE在N200条件下表现最高,较各个处理均达到极显著水平。两种大气CO2浓度下的小麦叶片光合速率和气孔导度均随氮素水平的升高而明显升高,胞间CO2浓度和蒸腾速率表现均不一致。因此,长期高CO2浓度使得小麦叶片WUE和Ls值显著升高,在低中氮处理下产生明显的光合下调现象,但在高氮处理下却不发生。     

小麦光合特性对二氧化碳浓度升高的响应

通过采用美国便携式光合作用测定系统实地设置不同CO2浓度,分析了CO2浓度升高对小麦产量贡献较强的两个时期(扬花期和灌浆期)净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度等光合特性的影响,预测了未来高二氧化碳浓度条件下小麦水分利用率的变化趋势.结果表明:小麦不同生育期(扬花期和灌浆期)随着CO2浓度增加,净光合速率,叶片胞间CO2浓度,叶片水分利用率总体呈现逐渐上升的趋势,叶片气孔导度和蒸腾速率都呈现先降后升再降的趋势,气孔限制值则呈现逐渐降低的趋势;小麦不同生育期(扬花和灌浆期)CO2浓度与净光合速率,叶片胞间CO2浓度,叶片水分利用率均呈现极显著的正相关,其中与叶片胞间CO2浓度的相关系数最高;与气孔导度和蒸腾速率在扬花期阶段呈现显著正相关,在灌浆期呈现负相关;而与气孔限制值在两个时期均呈现极显著负相关.     

限根条件下供氮对玉米光合作用有关生理特性的影响

以玉米为供试作物,在遮雨棚内进行了微区田间试验,在不同水分与供氮条件下,分期测定了玉米自由水与束缚水比值和细胞汁液浓度、气孔导度和细胞间隙CO2浓度、核酮糖-1,5二磷酸羧化酶(RuBPCase)活性和叶绿素含量、以及叶片的光合速率和作物产量,研究供氮对玉米光合作用有关生理特性的影响。结果表明,氮素对光合生理特性的影响受水分供应状况的制约:水分供应较好时,供氮提高了叶片自由水与束缚水比值,降低了叶肉细胞汁液和细胞间隙CO2浓度;增加了气孔导度,提高了RuBPCase活性和叶绿素含量,既有利于改善气孔因素,也有利于改善非气孔因素,显著提高光合速率和作物产量。水分胁迫较轻时,供氮降低了气孔导度,增加了CO2进入气孔的阻力,不利于光合作用,但却提高了叶片自由水与束缚水比值,降低了叶肉细胞汁液和细胞间隙CO2浓度,增加了RuBPCase活性和叶绿素含量。在这种情况下,光合作用的气孔因素受到影响,非气孔因素不但没有减弱,反而有所增强,因而光合速率和产量都有所提高。水分胁迫严重时,供氮不但抑制了光合作用的气孔因素,还更严重地抑制了非气孔因素,导致光合速率和作物产量严重下降。供氮对光合作用影响的水分依赖性为调控氮素营养提供了有力依据。     

干旱对关中地区不同年代小麦品种旗叶光合特性的影响

以陕西关中地区70年间大面积推广的冬小麦品种为材料,研究了干旱胁迫对冬小麦花后旗叶光合特性和产量的影响。结果表明,随着小麦品种的更替,抗旱性逐步增强,干旱胁迫下20世纪50年代以前品种五指麦、碧蚂1号比适宜水分条件下分别减产18.2%、38.3%,而90年代后品种小偃22仅减产2.3%。不同品种小麦收获前期旗叶净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、气孔导度受干旱影响均有所下降,但旗叶胞间CO2浓度则表现为增加趋势,碧蚂1号、小偃22号花后各阶段旗叶气孔导度平均降低了5%、18%,旗叶胞间CO2浓度则提高了9%、8%,说明干旱胁迫下花后旗叶净光合速率的降低并非是由气孔导度降低引起的。     

水肥耦合对大豆光合特性及产量品质的影响

通过不同灌水和施肥处理,研究水肥耦合对大豆光合特性及产量品质的影响,结果表明:大豆光合速率变化趋势很大程度上依赖于水分供应的多少,在水分充足时增施无机肥可以提高大豆的光合速率,产量随着水分和施肥量的增加而增加,在充足水分和无机肥 有机肥耦合情况下,产量最高(2124.5kg/hm2),比无肥干旱增产83.2%。干旱条件下,无机和有机肥配合有利于蛋白质的积累,而充足水条件下,无机和有机肥配合不利于蛋白质的积累,有利于脂肪的积累。     

宁南半干旱区不同施肥量下马铃薯光合特性研究

用Li-6400便携式光合仪对宁南半干旱区不同施肥量下马铃薯盛花期功能叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)进行测定。结果表明,在马铃薯生育关键期土壤水分亏缺情况下,4种处理叶片净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的日变化曲线均为开口向上的抛物线,而净光合速率日变化是气孔调节作用的结果。合理增加氮磷肥可以提高作物光合能力,但施肥对提高净光合速率的效应受到土壤水分状况的制约。土壤水分状况越差,增加施肥对作物光合能力的提高效应越差。高肥处理时,由于马铃薯植株生长旺盛,营养生长期水分消耗过大,生殖生长期土壤水分供应状况更差,作物受到严重的水分胁迫,导致气孔导度、净光合速率和蒸腾速率大幅下降。     

水肥耦合对大豆光合特性及产量品质的影响

通过不同灌水和施肥处理，研究水肥耦合对大豆光合特性及产量品质的影响．结果表明：大豆光合速率变化趋势很大程度上依赖于水分供应的多少．在水分充足时增施无机肥可以提高大豆的光合速率，产量随着水分和施肥量的增加而增加，在充足水分和无机肥 有机肥耦合情况下．产量最高(2124．5kg／hm^2)．比无肥干旱增产83．2％。干旱条件下，无机和有机肥配合有利于蛋白质的积累，而充足水条件下，无机和有机肥配合不利于蛋白质的积累．有利于脂肪的积累。     

祁连山高海拔雨养农业区油菜、小麦光合特性比较研究

在作物生长旺盛期,采用LI-6400便携式光合仪测定了祁连山高海拔雨养农业区环境因子和油菜、小麦叶片光合生理指标,比较了油菜、小麦及低海拔地区作物光合参数的差异性。结果表明:光合有效辐射和空气温度均呈单峰型日变化曲线,而空气湿度呈"S"型日变化曲线,大气CO2浓度为早晚较低,下午高。油菜和小麦的叶片净光合速率日变化均呈双峰型曲线,存在"午休"现象,且上午光合速率高于下午。油菜的蒸腾速率日变化呈双峰型曲线,小麦的蒸腾速率却呈单峰型曲线。气孔导度日变化大体呈"S"型曲线。光合有效辐射是影响叶片净光合速率和蒸腾速率的主要环境因子之一,空气湿度是气孔导度的主要影响因子。大气CO2浓度与小麦叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度呈显著正相关关系。     

不同土壤水分条件下施磷对小麦光合性能和产量影响比较

本试验于2007～2008年在青岛农业大学莱阳实验站防雨旱池中进行,目的是研究土壤水分胁迫和水分适宜条件下不同施磷量对小麦光合性能及产量的影响.结果表明,水磷两因素对小麦的光合性能和产量都有重要影响.小麦的叶面积指数和叶绿素含量随土壤含水量占土壤田间持水量的比例和施磷量的增加而增加,适宜的水分还可以延长灌浆高值持续期,提高气孔导度和光合速率,进而提高产量.在不同施磷处理下,随着施磷量的增加,气孔导度和光合速率都有所增加,在施磷75～150 kg/hm2范围内,穗数、千粒重以及产量随着施磷量的增加而增加,高于150 kg/hm2时,反而下降.本试验条件下,虽然土壤田间持水量75%与施磷量150 kg/hm2的处理组合达到了最高产量,但与土壤田间持水量55%、施磷量150 kg/hm2的处理组合的产量差异不显著,故后者是最佳水肥处理组合,达到了节水省肥的栽培目的.     

水分与氮素营养对辽春10号小麦旗叶光合作用的影响

在盆栽条件下,研究不同水分条件下氮素营养对辽春10号春小麦籽粒灌浆期旗叶光合特性的影响.结果表明,随着土壤水分状况的改善,春小麦的光合作用不断增强.土壤相对合水量低于45%时,施氮处理春小麦旗叶气孔导度、蒸腾速率和WUEleaf降低,胞间二氧化碳浓度升高,光合速率受非气孔因素制约而降低.当土壤相对含水量在45%～75%时,随着氮肥施用量的增加和土壤相对含水量的提高,春小麦旗叶的光合效率、气孔导度、蒸腾速率和WUEleaf不断增加,胞间二氧化碳浓度逐渐减小,气孔因素制约了光合效率的提高.当土壤相对含水量高于75%时,氮素营养对春小麦旗叶光合的促进作用减弱.     

氮磷对海水处理下菊芋幼苗光合特性的影响

在盆栽条件下研究了氮磷对不同浓度海水浇灌处理菊芋幼苗生长发育及光合特性的影响。结果表明:①在同一N、P素水平下,10%海水处理菊芋幼苗地上部和根部鲜重较对照没有差异,甚至高于对照,但在25%及50%海水处理下菊芋幼苗地上部和根鲜重均降低。在同一浓度海水处理下,随着N素及P素含量的增加,菊芋幼苗地上部和根鲜重较对照均增加。各处理菊芋幼苗地上部和根干重变化与鲜重情况类似。②在N1(7.5 mm o l/L)及P1(1 mm o l/L)水平下,10%海水处理的净光合速率与对照无差异,但随着海水浓度的增加,净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、气孔导度和气孔限制值均降低。在同一海水浓度水平下,随着N、P素含量的增加,各处理菊芋幼苗的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、气孔限制值均增加(而且海水浓度越大,其效应越明显),对照和10%海水处理的菊芋幼苗水分利用效率随之降低,25%和50%海水处理下的菊芋幼苗水分利用效率随之增加。③在N1(7.5 mm o l/L)及P1(1 mm o l/L)水平下,10%海水处理幼苗细胞间隙CO2浓度与对照差异不大,但随着海水浓度的增加,细胞间隙CO2浓度显著增加,在同一海水水平下,随着N、P素的增加,各处理菊芋幼苗的细胞间隙CO2浓度均降低,表明施用N、P能显著缓解海水对菊芋幼苗生长发育及光合特性的抑制作用。     

敦煌绿洲区覆膜补灌对谷子光合特性农艺性状及产量的影响

在年降雨量不足40 mm的敦煌绿洲灌区,以谷子为材料,采用裂区试验,研究了覆膜栽培条件下拔节、抽穗和灌浆各阶段灌一次水对其光合特性、农艺性状及产量的影响。结果显示:在播前统一灌600 m~3·hm~(-2)底墒水的情况下,抽穗期灌600 m~3·hm~(-2)水处理(A3),谷子的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)及叶绿素含量显著的高于生育期内不灌水(A1)、拔节期灌600 m~3·hm~(-2)水(A2)和灌浆期灌600 m~3·hm~(-2)水(A4)处理,胞间CO_2浓度(Ci)因品种不同各处理间也存在较大差异;抽穗期灌600 m~3·hm~(-2)水(A3)不仅抽穗明显提前,株高、主穗长、单株穗重、单株粒重、单株草重显著高于A1、A2、A4,且产量也极显著高于A1、A2、A4;相关分析表明,不同处理净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶绿素含量均与产量显著正相关,光合速率、蒸腾速率、气孔导度间彼此极显著相关。     

水分胁迫对葡萄光合特性的影响

以2年生盆栽葡萄品种品丽珠为试材,分别在50%、40%和30%的土壤最大田间持水量下进行水分胁迫后,测定其光合指标和光合色素含量的变化。研究表明,随胁迫时间的延长,净光合速率(P n)、蒸腾速率(T r)、气孔导度(G s)、胞间CO2浓度(C i)均呈下降趋势;葡萄光合能力随胁迫程度的加重而下降。叶绿素含量随胁迫时间延长和程度加深而降低,叶绿素a/b的值较稳定,类胡萝卜素的变化幅度相对较小。     

滴灌水钾一体化对猕猴桃光合特性的影响

为探明不同滴灌水钾一体化管理对猕猴桃光合特性的影响，以8 a生金艳猕猴桃为试材，设置对照处理CK（在果实膨大期即III期、果实成熟期即IV期灌水量分别为31.2、26.4 m³·667m^-2，施钾量分别为6.0、7.8 kg·667m^-2），在III、IV期分别设置3个亏水水平（即轻度、中度、重度水分亏缺，记为LD、MD、SD，灌水量分别为CK的80%、60%、40%）和2个施钾水平（即低钾、高钾，记为LK、HK，施钾量分别为CK的60%和80%）。结果表明：果实膨大期、果实成熟期不同滴灌水钾一体化处理的光合指标日变化趋势相似；LD处理下叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、瞬时水分利用效率（WUEi）、羧化速率（CE）均随施钾量增加而增大，果实膨大期LDHK处理的Pn、CE较LDLK处理分别高15.71%、16.80%，果实成熟期LDHK处理的Pn、Gs较LDLK处理分别高6.07%、12.76%，差异达显著水平（P<0.05）；SD处理下，除胞间CO₂浓度（Ci）外各光合指标均较CK显著下降（P<0.05）；MD处理下，除Ci、WUEi外各光合指标均较CK显著下降（P<0.05）；施钾量一定时，除Ci、WUEi外各指标均随灌水量增加而显著增大（P<0.05），增幅为11.42%~64.40%；与CK处理相比，果实膨大期LDHK处理Pn提高11.38%（P<0.05），WUEi提高3.06%，CE提高10.83%；IV-LDHK处理Pn提高0.96%，WUEi提高2.00%。综合比较采用果实膨大期LDHK处理及果实成熟期LDHK处理，可在相应生育期节水节肥20%，日光合能力较强，是猕猴桃较适宜的滴灌水钾一体化管理模式。     

不同N、P、K配比对小麦、玉米光合生理及周年水分利用的影响

为探明不同N、P、K配比在等灌水量条件下对小麦、玉米光合生理特征及周年水分利用的机理,采用大田实验,研究了不同N、P、K配比对小麦、玉米光合生理、产量及水分利用等的影响。结果表明:在小麦、玉米关键生育期进行适量灌水并进行追肥,促进了小麦、玉米对水分和养分的吸收,实现水肥同步,改善其光合生理特征,促进节水增产。不同处理均显著提高了小麦和玉米的光合速率和叶片水分利用效率,且均以N3P2K2处理的光合速率和叶片水分利用效率最高(小麦分别为16.59μmol·m~(-2)·s-1和36.07μmol·mmol-1,玉米分别为29.26μmol·m~(-2)·s-1和27.1μmol·mmol-1)。同时,不同N、P、K配比均提高了小麦、玉米的成产要素。最终,以N2P2K2和N3P2K2处理的增产和节水效果最佳,其小麦、玉米单产和二者总产均高于其它处理,其小麦、玉米总产量分别较对照提高了30.3%和26.8%,周年水分利用效率分别较对照提高了30.5%和27.4%。而从经济的角度考虑,本文推荐的N、P、K配比为N2P2K2。     

干旱对高产小麦宁麦9号旗叶光合特性的影响

通过土壤自然干旱法,以共有一亲本但产量较低的宁麦8号为对照,研究了高产小麦宁麦9号旗叶光合特性。结果表明,土壤相对含水量RWCS、叶片相对含水量RWCL、净光合速率Pn、气孔导度gs、蒸腾速率E以及叶肉导度gm在整个自然干旱过程中不断降低;在干旱前8d,胞间CO2浓度Ci降低,水分利用效率WUE增加,而在干旱的8～12d,Ci增加,WUE降低。Pn与gm的变化呈显著的正相关(R2=0.938,P<0.0001),而与gs无明显的相关性。因此,在土壤干旱胁迫下,叶肉导度gm是抑制Pn的主导因素,而gs的影响较小。和宁麦8号相比,宁麦9号具有较高的Pn、gs、gm、WUE和较低的E。因此,较高的光合能力、水分利用效率以及较强的抗旱性可能是宁麦9号高产的生理基础,而其抗旱性强可归结为水分利用效率较高。     

短时水分胁迫对水稻叶片光合作用的影响

为揭示水分胁迫下水稻叶片光合特性下降的生理原因,以水培的水稻幼苗为材料,测定30%PEG-6000模拟水分胁迫150 min过程水稻叶片光合特性、荧光参数和光合机构关键酶活性的变化。结果表明:短时水分胁迫处理0~60 min气孔导度快速下降,胞间CO_2浓度、净光合速率、蒸腾速率和荧光参数均降低;60~120 min气孔导度缓慢下降,Ru BP羧化酶活性开始快速下降,胞间CO_2浓度开始上升,非光化学猝灭仍然是上升趋势,其它光合荧光参数持续降低。120 min后,非光化学猝灭出现下降趋势,Ru BP羧化酶活性和胞间CO_2浓度分别保持下降和上升趋势,其它光合荧光参数持续降低。短时胁迫处理结果暗示,光合作用0~60 min主要受气孔限制,60~120 min受气孔限制和非气孔限制共同作用,120 min后主要受非气孔限制。