植物花后光合性能与物质转运的研究进展

植物花后光合性能及物质运转对籽粒产量具有重要贡献,在植物整株物质生产中具有重要价值.本文重点从植物花后叶绿素的含量、绿色非叶器官的结构与功能、花后叶片和绿色非叶器官的光合性能及其物质运转等方面综述了花后植物的光合性能及物质转运的研究进展.研究植物花后不同冠层或穗位光合同化物的生产及转运情况,明确植物花后绿色非叶器官的光合途径及机制,可以为植物高产或超高产研究提供理论依据,进一步了解其对储藏过程中种子老化劣变的影响,为解决粮食及种子储藏问题探寻新思路.     

遮穗和去颖下燕麦穗部特征变化和穗部光合贡献率估算

随着探索提高植物整体光合能力相关研究的不断开展，麦类作物穗部器官等植物非叶绿色器官光合潜力挖掘逐渐得到关注。本研究在成都平原秋播美达、贝勒、莫尼卡、摄政王、泰克和甜燕60等6个品种燕麦，设置遮穗、去颖2个试验处理，比较分析了各品种间穗部特征、穗部光合贡献率、颖片光合贡献率和茎光合物质转移率等差异。结果表明，燕麦穗部器官光合贡献率为28.56%～49.05%，其中甜燕60最高；6个品种燕麦的颖片光合贡献率为11.03%～36.88%，茎光合物质转移率为6.65%～35.81%。燕麦穗部器官对籽实增重表现了较高的光合贡献，当燕麦穗部器官光合受到限制时，燕麦单粒种子重和单穗种子数显著降低，尤其是影响双粒小穗数。     

冬小麦叶片和非叶器官对粒重的贡献

为寻找粒重提高的新途径,挖掘增产潜力,对粒重形成时植物光合器官的贡献进行了研究。2011和2012年选用19个不同类型的冬小麦品种(系),进行剪叶或遮光21种处理,研究了叶片和非叶器官(穗、茎秆、叶鞘)对粒重的贡献。结果表明,顶部四片叶对粒重的贡献率为17.8%,其中旗叶、倒二叶、倒三叶和倒四叶对粒重的贡献率分别为10.60%,2.80%,0.05%和1.60%,而穗、叶鞘和茎秆对粒重的贡献率分别为41.0%,11.0%和5.7%,不同品种叶及非叶器官对粒重的贡献存在较大差异。相关分析结果表明,旗叶和倒二叶对粒重的贡献与株高、穗下节和相对应叶的叶面积均呈负相关;倒三叶和倒四叶对粒重的贡献与株高和穗下节均呈负相关,而与相对应叶的叶面积呈正相关;穗对粒重的贡献与株高和穗下节均呈负相关,与总叶面积呈极显著负相关,与旗叶面积呈显著负相关;茎秆和叶鞘对粒重的贡献与株高和穗下节均呈正相关。生产上选用叶及非叶器官对粒重贡献率高的品种,有利于获得理想的产量。     

草原植物光合生理生态研究

在内蒙古典型草原地区20年来所进行的草原植物光合生理生态研究取得了如下成果:(1) 通过研究光照、大气温度、湿度和CO2浓度等自然生态因子对草原植物光合作用的影响、光呼吸和暗呼吸与光照和温度的关系、光合速率的日变化和季节变化以及不同叶位叶片和地上器官光合速率的差异,深入剖析了草原植物的光合生产过程;(2) 从光合生理生态角度研究了草原植物的光生态类型、水分生态类型和碳代谢类型的划分指标;(3) 探讨了草原植物光合作用与刈割、土壤水分、氮素和植物生长调节剂等人为生态因子的关系,以及草原植物光合作用午间降低的原因和减缓措施,为提高草原第一性生产力提供了理论依据.     

桑树物质生产的研究方法

桑树干重的90～95％是叶片光合作用的产物。要提高桑叶产量,归根结底就是要强化叶片的光合作用。从产量形成因素的角度来分析,其中心问题就是:光合器官(叶片)的数量、叶片的光合速率、光合作用持续时间、树体的呼吸消耗以及光合产物的分配等。外界因素,如灌溉、施肥等措施也是通过这些方面对产量施加影响的。现根据个人工作中的一些体会,扼要介绍桑树物质生产方面的一些基本知识及常用的试验方法,供参考。     

行距对老芒麦光合性能及种子产量的影响

在30cm、45cm、60cm、75cm、90cm行距下,测定光合速率、蒸腾速率、气孔导度等光合指标及产量相关指标,分析行距对光合作用及产量的影响,结果表明:光合速率随行距增大而增强,30cm行距时光舍速率极显著低于其他行距;随着行距增加,胞间CO2浓度与光合速率变化趋势相反,蒸腾速率、气孔导度、蒸气压亏缺在75cm范围内与光合速率变化趋势一致.光合速率因与营养枝和总分蘖呈显著负相关而与草产量呈显著负相关,因与每生殖枝小花数和种子数呈显著正相关而与表现种子产量和实际种子产量呈显著正相关.适当行距条件下适时灌水改变蒸腾速率来促进光合速率的增加,可提高种子产量.     

老芒麦种子发育时不同位叶光合速率和生物量变化与种子产量的相关分析

本文通过在开花期、灌浆期、乳熟期、蜡熟期、完熟期测定不同位叶的光合速率和生物量,分析种子发育过程中各位叶的光合速率、光合贡献率、叶生物量及含水量、花穗生物量和种子千粒重的变化,研究种子产量与不同发育期不同位叶光合性能的关系。结果表明,1)种子发育过程中,不同位叶的光合速率和光合贡献率均存在显著变化,同一发育期各位叶的光合速率和光合贡献率表现出显著差异。2)不同位叶的叶生物量和含水量随种子发育均发生显著变化,同一位叶在种子发育不同时期的叶生物量和含水量表现出显著差异。3)种子产量与开花期15叶的光合速率和生物量及叶总生物量均呈正相关;与灌浆期第1,3叶光合速率和第1,2叶生物量呈显著正相关(P<0.05);与乳熟期第4,5叶的光合速率及叶生物量为负相关;与蜡熟期、完熟期第1叶光合速率为正相关,与第35叶光合速率为极显著负相关,与第1,2叶生物量呈正相关,与第35叶生物量呈显著负相关。4)种子产量与灌浆期之后的叶总生物量均为负相关,与灌浆期和乳熟期花穗生物量呈负相关,与蜡熟期和完熟期花穗生物量为显著正相关。所以,在营养生长阶段要采取合理栽培措施,促进不同位叶叶片生长和营养累积,为种子发育奠定物质基础,而灌浆期后要注意调控各位叶的生物量和光合速率,着重保护第13叶的完整性与健康度,以提高老芒麦种子产量与千粒重。     

无芒隐子草种子发育过程中不同位置叶片的光合速率及重量与种子产量的相关性

在田间条件下研究了无芒隐子草(Cleistogenes songorica)种子发育各时期不同位叶的净光合速率及重量等指标,并分析了种子产量与其的相关性。结果表明:相同位叶在种子发育过程中净光合速率与叶重量、含水量均呈下降趋势,在同一时期,各位叶净光合速率、叶重量与含水量差异显著。第1~4叶光合贡献率随种子发育呈上升趋势,第5~7叶随种子发育逐渐下降,同时期各位叶光合贡献率与叶重量比例随叶位降低先增加后减小。叶总重量随种子发育逐渐减小,穗重量则显著增加。前5枚叶片的净光合速率与重量在乳熟期以前始终与种子产量呈正相关,而第6位叶仅在盛花期与种子产量呈正相关,第7位叶在种子发育过程中始终与种子产量呈负相关。叶总重量在灌浆期前与种子产量呈极显著正相关,此后则呈负相关;穗重量在盛花期与种子产量呈负相关,此后则始终为正相关。     

宁夏4种灌木光合固碳能力的比较

通过对叶片光合速率及植株生物量的测定,研究了宁夏4种常见灌木的固碳潜力。结果表明,从4种灌木单个叶片的光合角度研究固碳能力,生长旺盛季（7月）表现为互叶醉鱼草（Buddleja alternifolia）>蒙古扁桃（Amygdalus mongolica）>沙木蓼（Atraphaxis bracteata）>宁夏枸杞（Lycium barbarum）;全生长季为宁夏枸杞>互叶醉鱼草>沙木蓼>蒙古扁桃。经过对4种灌木的单位叶面积和全株叶面积的测定,研究了全株灌木的固碳潜力,结果显示,不论是7月的全株日均碳同化量还是全生长季的全株日均碳同化量,都表现出互叶醉鱼草>宁夏枸杞>沙木蓼>蒙古扁桃的规律,与生物量测定的结果完全吻合。说明,从植物光合角度研究固碳能力有必要从全株叶片水平的光合进行考虑。另外,由于宁夏枸杞经济林具有良好的水肥管理措施,推测经济林有较强的固碳能力,应予以重视。     

太子参光合速率变化特征初探

为探明太子参Radix pseudostellariae光合速率变化特征,采用Li 6400光合测定系统,在晴朗的天气测定了太子参倒二叶的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gc)的日变化和不同生长期的变化。研究结果表明：太子参的光合作用日变化呈单峰型,不存在“光合午休”现象,光合速率和蒸腾速率都在很大程度上决定于气孔导度,气孔导度与光合速率和蒸腾速率均表现为极显著（P<0.01）的正相关关系。太子参光合速率和蒸腾速率都随着整个生长期的推进,先缓慢升高后在倒苗期间急剧降低。     

Diurnal changes in photosynthesis and photosynthetic product partitioning in alfalfa in response to phosphorus application北大核心CSCD

This research explored the effect of different levels of phosphorus application on diurnal variation in photosynthesis and partitioning of photosynthetic products in alfalfa under drip irrigation. In particular, the relationship between photosynthetic product levels in the plant and leaf photosynthetic parameters of alfalfa was clarified. Four phosphorus（P2O5）application levels of 0（CK）,50（P1）,100（P2）and 150 kg·ha-1（P3）were used as treatments in a field experiment. Leaf photosynthetic parameters were measured with a Li-6400 portable photosynthesis instrument on sunny days from 10：00-20：00 during the early flowering stage,together with environment factors and sugar and starch content in the leaves,stems and roots. A feature of the results was a ‘photosynthetic noon-break’phenomenon across all phosphorus application treatments,and stomatal limitation was the main factor responsible for the mid-day decline of net photosynthetic rate （Pn）. Photosynthetically active radiation had the greatest impact on the Pn of alfalfa leaves,while atmospheric CO2 concentration,atmospheric temperature,and atmospheric environmental factors such as relative humidity and vapor pressure deficit based on leaf temp also affected Pn. Principal component analysis showed that alfalfa photosynthetic efficiency in the four P-treatments ranked P2>P1>P3>CK. At the 100 kg·ha-1 phosphorus level（compared to CK）,the hay yield of alfalfa was increased significantly,the soluble sugar contents of leaves,stems,and roots were increased by 11. 6%,5. 0% and 4. 6%,respectively,and the starch contents were increased by 15. 2%,9. 6% and 5. 3%,respectively. Higher overall levels of soluble sugar and starch typically manifested as greater concentration increases in leaves,and relatively smaller increases in roots and stems. The diurnal troughs in Pn,transpiration rate,leaf internal CO2 concentration and water use efficiency（WUE）of alfalfa leaves were less marked in the P treatments,compared with the control treatment. Therefore,appropriate phosphorus application can increase the photosynthetic efficiency of alfalfa leaves,thereby significantly promoting crop growth and development. At the phosphorus（P2O5）application rate of 100 kg·ha-1（P2）,the alfalfa photosynthetic enhancement effect was the most pronounced. © 2022 Editorial Office of Acta Prataculturae Sinica. All rights reserved.     

高温对温州蜜柑叶片光合作用的影响

通过测定高温条件下温州蜜柑叶片的光合作用参数，研究高温对叶片光合作用相关参数的影响。结果表明：高温胁迫（38℃）显著影响了温州蜜柑叶片光合作用，主要表现为光合作用及气体交换参数的变化。如最大净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、表观量子效率（AQY）、蒸腾速率（Tr）降低，细胞间隙CO2浓度（Ci）上升，高温对温州蜜柑叶片光合作用的影响还表现出主要由气孔限制和非气孔限制共同作用的“光合午休”现象。     

S3307和DTA-6对芸豆生殖生长阶段光合特性和产量的影响

为研究调节剂对芸豆光合作用及产量的调控机制,选用英国红芸豆为试验材料,采用大田完全随机试验方法,以初花期叶面喷施调节剂为处理,以喷施清水为对照,研究了50 mg·L^-1烯效唑(S₃₃₀₇)和50 mg·L^-1胺鲜酯(DTA-6)对芸豆开花期、结荚期和鼓粒期光合相关指标和产量的调控效应。结果表明:1)除DTA-6在结荚期的净光合速率略小外,S₃₃₀₇和DTA-6均不同程度地提高了开花期至鼓粒期的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和叶面积指数。2)S₃₃₀₇可提高结荚期至鼓粒期的叶绿素含量,DTA-6可降低开花期至鼓粒期叶绿素的分解速率。3)S₃₃₀₇和DTA-6可提高芸豆各时期的地上部单株干物质积累量,尤其是鼓粒期作用效果更显著,S₃₃₀₇和DTA-6较CK分别增加了14.55%和36.05%。4)与CK相比,S₃₃₀₇和DTA-6降低了开花期至鼓粒期的茎叶分配率,显著提高了鼓粒期的荚分配率,促进了植物同化物质由“源(叶)”向“库(籽粒)”的转移。5)S₃₃₀₇极显著提高了芸豆单株荚数,DTA-6极显著提高了单株荚数,显著提高了单株粒重,且S₃₃₀₇和DTA-6均显著提高了产量,分别较CK增产4.30%和10.16%。综合分析可知,S₃₃₀₇和DTA-6可有效提高芸豆生殖生长阶段的光合作用能力,促进植物的干物质积累以及荚的分配,提高芸豆产量,且DTA-6的增产率更高。     

外源2,4表油菜素内酯对越夏期高温与弱光胁迫下紫花苜蓿生长和光合性能的影响

为探讨外源2,4表油菜素内酯(EBR)对高温与弱光胁迫下紫花苜蓿生长与光合性能的调节作用,采用绿色遮阳网模拟遮荫条件,设置3种光环境[全光照(L₀)、46.30%透光率(L₁)和28.63%透光率]和4种EBR浓度[蒸馏水(CK)、0.01、0.1和1 mg·L^-1],研究越夏期弱光胁迫下叶面喷施EBR对紫花苜蓿幼苗的形态、生长、光合色素含量、光合参数和光合-光响应曲线的影响。结果表明:越夏期随遮荫程度增加,紫花苜蓿冠层光合有效辐射(PAR)、红光与远红光比值(R/FR)、红光和紫外光波段占PAR的比例明显下降,绿光波段占PAR的比例明显上升;遮荫及EBR处理下,与对照相比,紫花苜蓿叶面积,叶重比,节间长,茎叶夹角,叶绿素a、b含量和胞间CO₂浓度明显增加,叶面温度(T_leaf)和类胡萝卜素含量明显降低。轻度遮荫及1 mg·L^-1 EBR处理下紫花苜蓿净光合速率和最大净光合速率与L₀无显著差异。Pearson相关分析结果表明,越夏期遮荫条件下,紫花苜蓿冠层PAR、R/FR和紫外光波段占PAR的比例与光强显著正相关。遮荫及EBR处理下,紫花苜蓿根重比与光强显著正相关,主茎节数与光强无明显相关性。综合上述结果,越夏期遮荫条件下,外源EBR可调整紫花苜蓿植株结构,降低叶面温度,促进光合色素的合成,提高光合效率,缓解高温与弱光对紫花苜蓿生长的抑制作用。L₁条件下,外源1 mg·L^-1 EBR对紫花苜蓿生长的促进作用最明显。     

镇江河漫滩草地虉草光合特性研究

对虉草(Phalaris arandinacea)光合特性的研究表明:不同生长阶段虉草净光合速率日变化均呈双峰曲线,光合"午休"现象明显,但5月下旬主、次峰均滞后于4月初1 h,净光合速率后期大于前期,导致光合"午休"的原因不同,4月初为气孔限制因素,而5月下旬为非气孔限制因素。不同时期各生理生态因子间的相关系数不同。虉草净光合速率季节动态呈单峰曲线,4月中下旬最高。虉草的光补偿点为45.6μmol·m^-2·s^-1,光饱和点为1825μmol·m^-2·s^-1,表观光量子效率为0.047 mol·mol^-1,暗呼吸速率为2.1429μmol·m^-2·s^-1;CO₂补偿点为76μmol·mol^-1,饱和点为923μmol·mol^-1,羧化效率为0.0556。数据显示,虉草是一种高光效C₃阳性植物,对草地生态系统的稳定意义重大。     

从光合作用和有机酸积累角度探索转GsPPCK1和GsPPCK3基因苜蓿耐碱性增强的生理机制

光合作用影响着植物的生长发育及产量,并在盐碱胁迫响应中起到积极作用。前期研究将光合途径中野生大豆来源的GsPPCK1和GsPPCK3基因转入苜蓿,所获得转基因苜蓿耐碱性提高。从光合作用和有机酸积累角度探索转GsPPCK1和GsPPCK3基因苜蓿耐碱性增强的生理机制。结果表明,碱胁迫9 d后,叶绿素的相对含量下降,转基因株系P1-5、P3-8与未处理相比变化并不显著,分别下降了11.27%、13.30%,而非转基因株系的叶绿素含量下降了39.11%。转基因株系P1-5、P3-8光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)及胞间CO₂浓度(C_i)在胁迫处理后也有下降趋势,但下降的幅度仅为非转基因植株下降幅度的1/2。光合途径中NADP-苹果酸脱氢酶、NADP-苹果酸酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、丙酮酸正磷酸二激酶、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶等关键酶的酶活及有机酸(苹果酸、柠檬酸、草酰乙酸、磷酸烯醇式丙酮酸)含量在碱胁迫处理后均呈上升趋势,而转基因株系P1-5、P3-8 的光合酶活和4种有机酸含量与非转基因对照相比上升极显著(P<0.01)。PEPC(Medtr4g079860.1)、NADP-ME(Medtr8g014390.1)、NADP-MDH(Medtr1g043040.1)、PPDK(Medtr4g118350.1)及Rubisco(Medtr4g 021210.1)基因的表达呈先上升后下降趋势,转基因株系中基因的表达变化较非转基因对照更为显著(P<0.01)。由此表明,在正常情况下,GsPPCK1和GsPPCK3基因的超量表达并未影响植物的光合作用,但是在碱胁迫下,转基因苜蓿的光合作用受碱胁迫的抑制较小,这一过程可能与PEPC酶的激活有关。另外,光合中间产物有机酸含量的显著上升对维持细胞内pH值的稳定也起到重要作用。     

遮荫处理对葛根光合及抗氧化特性的影响

设置3个光照强度,研究葛根在引种栽培中对光环境变化的响应和适应性。结果显示,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量和光合色素总量随遮荫程度的增加呈上升趋势,但叶绿素a/b变化则相反;葛根净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)随遮荫程度的增加呈下降趋势,而胞间CO₂浓度(C_i)则随之上升;葛根叶绿素荧光参数初始荧光(F₀)、最大荧光(F_m)、可变荧光(F_v)、光合效率潜能(F_v/F₀)、最大光化学效率(F_v/F_m)和PSⅡ实际光化学效率(Φ_PSⅡ)均随遮荫程度的增加而升高。随遮荫程度的增加,葛根叶片可溶性糖、可溶性蛋白和游离氨基酸含量降低,而丙二醛含量和电导率上升;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)等抗氧化酶活性随遮荫程度的增加呈下降趋势。综合可见,严重遮荫在一定程度上对葛根生长造成胁迫,引种栽培中要防止光照强度过低对葛根的不利影响。     

施氮对苜蓿初花期光合日变化、叶片形态及干物质产量的影响

通过研究不同氮素水平下滴灌苜蓿叶片形态特征、光合日变化规律,分析不同施氮水平下滴灌苜蓿光合日变化、叶片形态与干物质产量的关系,以期进一步揭示施氮对紫花苜蓿干物质及产量形成的影响机制,进而为优化实际生产中紫花苜蓿的氮管理策略提供理论依据。采用单因素随机区组设计,设置0（CK）、60（N₁）、120（N₂）和180 kg·hm^-2（N₃）共4个施氮水平,在紫花苜蓿初花期对光合日变化、叶片形态、叶片氮含量和苜蓿产量构成进行测定。结果表明,施氮处理下苜蓿的叶片净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率均高于不施氮处理,施氮处理的苜蓿叶片胞间CO₂浓度低于不施氮处理。对净光合速率和蒸腾速率综合影响最大的环境因子是光合有效辐射。随着施氮量的增加,紫花苜蓿的叶长、叶宽、叶面积、比叶重,以及叶片干重、茎秆干重、干物质产量、叶片氮含量、淀粉和可溶性糖含量均呈先增加后降低的趋势。不同施氮水平下,对叶片形态结构影响最大的为叶面积,其次分别为比叶重、叶长和叶宽,对苜蓿干物质产量影响从大到小依次为叶片氮含量>净光合速率>叶面积>蒸腾速率>比叶重。不施氮和高氮处理下光合速率下降主要是因为光合活性受到抑制,属于非气孔因素。基于主成分分析,干物质产量、叶片形态以及光合作用综合得分最高的为N₂处理,其次分别为N₃、N₁和CK处理。因此,施氮肥有助于紫花苜蓿光合面积和光合速率的协同改进,有利于光合产物的生成,从而促进苜蓿干物质产量的增加,在施氮量为120 kg·hm^-2时提升效果最为明显。