高温干旱复合胁迫对夏玉米产量及光合特性的影响

【目的】气候变化导致全球变暖,高温、干旱等极端天气频发,且生产中高温干旱时常相伴发生。本研究旨在探讨不同生育时期高温干旱复合胁迫影响夏玉米产量和光合特性的生理机制。【方法】选用DH605为试验材料,设置不同生育时期高温（T）、干旱（D）以及高温干旱复合（T-D）处理。2019年于三叶期（V3）、拔节期（V6）和抽雄期（VT）进行,2020年于三叶期（V3）、大喇叭口期（V12）和抽雄期（VT）进行,以自然温度和正常水分处理为对照（CK）。研究不同生育时期高温干旱复合处理对夏玉米产量、光合特性以及干物质的积累与分配的影响。【结果】不同生育时期高温干旱复合胁迫处理后,夏玉米LAI和SPAD值均显著降低,光合性能下降,净光合速率（P_n）显著降低。其中VT时期复合胁迫对P_n影响最显著,VT时期的T-D处理的P_n较CK平均下降39.0%,且高温干旱复合处理后夏玉米净光合速率的下降幅度大于高温、干旱等单一胁迫。高温干旱复合处理引发夏玉米光合性能降低,导致夏玉米干物质积累能力及向籽粒分配比例的下降,进而导致产量显著降低。2019年V3、V6、VT时期的T-D处理的产量较CK分别降低27.4%、18.3%和66.5%;2020年V3、V12、VT时期的T-D处理的产量较CK分别降低14.5%、14.6%和68.7%。【结论】不同生育时期的高温干旱复合胁迫导致夏玉米叶面积指数和叶绿素含量降低,气体交换受抑制,光合性能下降,导致光合同化物的积累与分配受阻,产量显著降低。其中,抽雄期遭受高温干旱复合胁迫后对夏玉米产量和光合特性的影响最大,且复合胁迫对其影响大于单一胁迫。     

水氮耦合对红小豆光合特性、干物质积累以及产量的影响

为揭示水氮耦合对红小豆光合特性、干物质积累以及产量的影响,以‘保红947’作为材料开展大田试验,设置了4个灌水水平和4个施氮水平,以对照小区田持(75±2)%时进行灌水,灌到田持(95±2)%,灌水量记为I(W3),4个灌水水平分别为W3:100%I、W2:70%I、W1:40%I、W0:0,4个施氮水平为104、80、56、0 kg/hm2。结果表明：施氮量和灌水量均对红小豆生长发育有显著影响,二者的交互作用对红小豆的生长影响相对不显著;在正常灌溉(W3)条件下红小豆的光合特性、干物质积累量以及产量均在处理W3N2(100%田持95%,80 kg/hm2)表现最大值,其最大产量为2 642.96 kg/hm2;在控制灌溉条件(W2、W1、W0)下,W2N3(70%田持95%,104 kg/hm2)处理的产量最高,为2 401.50 kg/hm2,与W3N2处理相差不大,达到了“以肥调水”的作用;在该试验条件下W3N2(100%田持95%,80 kg/hm2)产量最高,为适宜的水氮方案,有利于红小豆的生长发育,比其他处理产量增加了9.14%～47.51%。     

3种植物提取物对小麦茎秆性状、光合特性及产量的影响

【目的】研究苦豆子(Sophraalopecuroides)、孜然(Cuminum cyminum)、苦草(Vallisneria natans)3种植物甲醇提取物对小麦的生长调节作用,为新型植物源生长调节剂的研制提供依据。【方法】选用春小麦品种新春44号为材料,以清水处理为对照,将苦豆子、孜然和苦草甲醇提取物浸膏分别制备成3种不同浓度(1%、0.1%、0.01%)的溶液,于小麦拔节前期连续喷施3次,分析小麦株高等茎秆性状、光合特性及产量等相关指标的影响;采用主成分分析法,筛选并评价植物提取物的生物活性。【结果】0.01%苦豆子甲醇提取物处理后,小麦基部第1、2、3节间长度分别降低27.8%、13.4%、4.5%;茎粗分别增加9.4%、16.1%、14.3%;基部3节IAA含量提高16.2%;基部3节ABA含量降低7.9%;株高降低5.6%;旗叶净光合速率增加3.9%;旗叶SPAD值增加6.2%;千粒重、籽粒重量、容重分别增加2.8%、24.7%和3.6%。0.01%苦豆子处理效果显著优于其他处理组。【结论】苦豆子、孜然和苦草3种低浓度甲醇提取物对小麦均具有不同程度的生长调控作用,能缩短节间长度和增加茎粗,增强小麦抗倒伏能力,降低小麦株高的作用,改善田间的通风透光条件,提高旗叶光合作用,提高光能利用率和作物产量。0.01%苦豆子处理效果最优,0.01%孜然甲醇提取物次之。     

矮砧密植苹果光合特性及产量对水分的响应

【目的】 研究灌水量对新疆南疆矮砧密苹果光合特性、产量及水分利用效率的影响。【方法】 以5 a生皇家嘎啦(Royal Gala)为试验树种,常规灌溉果园为对照处理(CK),灌水定额为5.14 mm,共设置5个灌水定额,即W₁(13.5 mm)、W₂(18 mm)、W₃(22.5 mm)、W₄(27 mm)及W₅(31.5 mm),分析苹果光合特性、产量及水分利用效率对水分的响应机制。【结果】 不同灌水量下的苹果净光合速率、气孔导度和蒸腾速率日变化均呈单峰曲线,并在10:00达到峰值,而胞间CO₂浓度变化规律则相反,呈倒“V”型,在10:00时处于最小值。光合指标日均值随着灌水量的增加呈先增后减的趋势,且净光合速率、气孔导度及蒸腾速率均以W₄处理最高,W₃处理次之;与CK相比,W₃处理和W₄处理,叶片瞬时水分利用效率分别提高了5.06%和3.37%;苹果产量则随着灌水量的增加呈先增加后降低的趋势,W₄处理产量最高,但与W₃处理差异不显著,分别较CK增加了17.01%和14.94%,且灌溉水利用效率较CK分别提高7.23%和26.33%。【结论】 新疆南疆矮砧密植5 a生皇家嘎啦苹果灌溉定额为472.5 mm,灌水次数21次时,苹果产量较高,较常规灌溉果园节约灌水9.06%的灌溉。     

枸杞光合特性评价及高光效指标筛选

通过对枸杞种质的光合特性进行综合评价,以期筛选出高光效种质,为枸杞品种选育提供参考依据。采用大田试验,连续2 a对76份枸杞种质材料的光合气体交换参数、叶片物理性状指标进行测定,利用主成分分析、层次分析法、聚类分析法对枸杞种质的光合特性进行综合评价,筛选出合理的高光效评价指标。结果表明：枸杞种质间净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率、水分利用率、叶面积、叶鲜质量、叶干质量均存在极显著差异,其中气孔导度、叶鲜质量、叶干质量、比叶重、叶面积的变异系数大,为46.3%~57.6%,胞间CO₂浓度、水分利用率的变异系数小,在10.9%～27.4%。利用主成分分析,提取到3个主成分,累计贡献率达86.88%,具有代表性,筛选出净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率、叶面积、叶鲜质量、比叶重作为评价指标,通过层次分析法得出权重值依次为蒸腾速率＞比叶重＞叶鲜质量＞气孔导度＞叶面积＞净光合速率＞胞间CO₂浓度。通过聚类分析将76份材料划分为3种类型,低光效型6个,中等光效型51个,高光效型19个。利用判别分析对聚类结果重新进行分类,只有1个材料被误判,总误判率为1.32%,判对的概率为98.68%,分类结果可靠,可为后续新品种选育提供材料。     

降尘对阿克苏地区主栽果树叶片光合特性及叶绿素荧光特性的影响

为探讨长期叶面降尘对阿克苏地区主栽果树叶片光合性能的影响,于6—8月以苹果(Malus pumila)、核桃(Juglans regia)、枣(Ziziphus jujube)3种果树为试验材料,分别选择自然状态下接受降尘影响的样树5株为降尘处理,以每7 d用清水冲洗一次叶片的样树5株为对照处理,对比分析叶片滞尘量、光合参数、荧光参数和叶绿素含量的变化。结果表明:3种果树叶片滞尘能力为苹果>枣>核桃。3种果树降尘处理植株的叶片叶绿素含量(Chl)、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)均显著(P<0.05)低于对照植株,胞间CO₂ 浓度(C_i)则显著(P<0.05)高于对照植株,并且降尘处理时间越久,对果树叶片叶绿素含量及光合参数的影响越大。此外,3种果树降尘处理植株最大光化学效率(F_v/F_m)、光化学淬灭系数(qP)显著低于对照植株,最小荧光(F_o)、非光化学淬灭系数(NPQ)显著(P<0.05)高于对照植株。3种果树滞尘量与叶片P_n、Chl、F_v/F_m之间呈显著(P<0.05)负相关或极显著(P<0.01)负相关。研究结果表明:降尘处理下限制3种果树叶片净光合速率的主要因素是非气孔因素。降尘使果树叶片PSⅡ反应中心产生一定程度的伤害或可逆性失活,降低了果树叶片的原初光能转换效率,从而影响光合作用的正常进行。研究结果可为阿克苏地区主栽果树的栽培管理提供一定的科学理论依据。     

药用植物厚朴 TRAP 标记的开发和利用

【目的】探明种植密度对积雪草光合特性、产量和品质的影响,为积雪草的高产优质人工栽培 提供理论依据。【方法】采用单因素完全随机区组试验设计的方法,设置 3 万、6 万、12 万、16 万、25 万株 / hm2 5 个不同种植密度,利用便携式光合测定系统 Li-6400 测定积雪草叶片的光合参数,通过 HPLC 测定药材中 积雪草苷与羟基积雪草苷的质量分数。【结果】种植密度对积雪草的分枝数、单株干质量、茎粗、叶片厚度、 叶柄长、叶长与、叶宽等形态指标均无显著影响。随着种植密度的增加,积雪草叶片的叶绿素含量、净光合速 率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间 CO2 浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）均呈先升高后降低的变化趋势;Pn 在密度 12 万株 /hm2 时最高,为 15.24 μmol CO2 /（m2 ·s）,但与 6 万株 /hm2 密度无显著差异;在 6 万株 /hm2 密度下, 叶绿素 a、叶绿素 b、叶绿素总量、Gs、Ci、Tr 均达到最大值,均显著高于其他密度。积雪草的鲜质量、干质 量、折干率均随着种植密度的增加呈先升高后降低的变化趋势,以 6 万株 /hm2 最高,分别为 21.44 t/hm2 、4.20 t/ hm2 、19.60%,均显著高于其他密度处理。不同种植密度的积雪草苷与羟基积雪草苷总质量分数为 1.95%~2.73%, 均远超过《中国药典》2020 年版的规定（0.8%）;随着种植密度的增加,积雪草苷与羟基积雪草苷的质量分数 均呈先缓慢上升再下降的变化趋势,以 6 万株 /hm2 的积雪草苷与羟基积雪草苷质量分数总和最高、达 2.73%。 相关性分析结果显示,Tr 与药材鲜质量之间呈显著正相关,而药材干质量则与 Tr、Gs 等光合参数以及叶绿素总 量均呈显著正相关。【结论】积雪草大棚栽培最适宜的种植密度为 6 万株 /hm2 ,合理密植能有效增强积雪草的 光合特性和光合效率,进而提高药材产量与品质。     

叶用莴苣叶片对LED脉冲光的光合响应模型及光能利用

为探究LED脉冲光对作物光合特性的影响,探讨在不影响作物正常生长的前提下如何进一步降低能耗,提高照光效率,选用叶用莴苣(Lactuca sative L.)为试验材料,设置5个占空比水平(20%、40%、60%、80%和100%)和14个频率水平(1、2、4、8、16、32、64、128,256、512、1 024、2 048、4 096和8 192 Hz),共计70个处理,以连续光(占空比100%)为对照,探讨不同形式脉冲光对叶片净光合速率(Pn)的影响,并构建脉冲光占空比和频率与净光合速率之间的响应模型。通过对模型边际效应、交互作用以及光能利用率(LUE)的分析得出:占空比和频率都对 Pn 增长有促进作用,随着占空比和频率的增加,Pn也随之增加并最终趋于稳定状态直至与连续光处理的Pn无显著差异;占空比越高,叶用莴苣叶片的Pn达到饱和的频率越低;当Pn达到饱和状态时,脉冲光下的LUE要显著高于连续光。综上,占空比20%、频率512 Hz为最佳占空比与脉冲光频率组合。该结果可为优化LED植物节能补光灯光源参数设计及研发提供理论支撑。     

黄绿叶突变体冀麦5265yg的光合生理特性分析

【目的】叶色突变体是研究叶绿素合成、叶绿体发育和光合作用的理想材料,探索小麦黄绿叶突变体的光合生理特性,旨在阐明其光合作用调控机理,为小麦黄绿叶突变体的进一步利用奠定基础。【方法】以野生型冀麦5265和突变体冀麦5265yg为试验材料,对叶色表型进行观察,采用分光光度计和试剂盒法测定色素含量和酶活性,并利用Li-6400便携式光合仪和PAM100叶绿素荧光仪进行光合气体交换参数和叶绿素荧光参数测定。【结果】表型观察和色素含量结果表明,突变体苗期叶片表现为黄绿色,抽穗后叶片逐渐转变为淡绿色。遮阴处理可以使叶片颜色部分复绿,但比野生型略浅,属于光诱导转绿型突变体。突变体叶绿素a和叶绿素b含量显著低于野生型,叶绿素a/b的比值升高,为典型的叶绿素缺乏型突变体;光响应曲线和CO₂响应曲线显示,突变体的表观量子效率（AQY）、光饱和点（LSP）、最大净光合速率（P_n-max）、光补偿点（LCP）、暗呼吸速率（Rd）、羧化效率（CE）和饱和CO₂浓度（I_-sat）显著高于野生型,说明突变体叶片的光合机构稳定,强光下光合速率更高;光合气体交换参数和叶绿素荧光动力学参数表明,突变体的净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）、光化学量子效率（F_v/F_m）、实际光化学效率（ΦPSII）和光化学淬灭系数（qP）显著高于野生型,说明其具有较强的光能转化和CO₂固定能力;突变体的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性均高于野生型,丙二醛（MDA）含量下降,可溶性糖和可溶性蛋白含量升高,说明抗氧化酶系统通过清除氧自由基降低了氧化损伤,突变体叶片细胞膜损害减轻,抗逆性增强;突变体的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）活性显著低于野生型,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）活性显著高于野生型,推测C₄ 途径光合酶PEPC活性的升高可能是突变体具有较高净光合速率的原因之一。花后遮阴以及外源喷施抗坏血酸AsA和二硫苏糖醇DTT处理表明,突变体对光强变化更敏感、叶片内AsA含量及叶黄素循环效率更高。【结论】黄绿叶突变体冀麦5265yg叶片气孔导度明显改善、热耗散降低、C₄途径光合酶活性升高,是其光合速率提高的主要原因。该结果为小麦叶色突变体高光合特性的分子调控机制研究奠定基础。     

种植密度对玉米-大豆带状间作下大豆光合、产量及茎秆抗倒的影响

【目的】阐明玉米-大豆带状间作下大豆植株冠层在不同种植密度下的光环境变化规律,明确种植密度对间作大豆叶片光合特性、产量形成及茎秆抗倒的影响,为构建寡日照地区间作大豆合理群体密度提供理论参考。【方法】本研究以大豆（川豆-16）和玉米（正红-505）为试验材料。采用双因素随机区组设计,主因素为种植方式,设玉米-大豆带状间作和大豆带状单作2个水平,副因素为大豆的3个种植密度（PD1=17株/m²,PD2=20株/m²,PD3=25株/m²),研究种植密度对间作大豆冠层内部光环境变化、叶片光合特性、植株生长动态、田间倒伏率及产量构成等的影响。【结果】2年结果表明,在玉米-大豆带状间作系统中,大豆生长中后期受高位作物玉米遮荫和自荫性增加的影响,其植株群体冠层内部的光合有效辐射（PAR）、叶面积指数（LAI）、叶片光合能力、分枝数及产量显著降低,但受玉米影响的程度因大豆种植密度的不同而不同。在间作模式下,PD1和PD2处理的大豆植株群体冠层光合有效辐射比PD3处理分别增加了45.4%和24.8%,净光合速率分别增加了46.1%和12.3%,单株有效荚数分别增加了53.2%和27.2%,单株分枝数分别增加了270.4%和140.9%,田间倒伏率分别降低了50.3%和19.3%。相关性分析发现,间作大豆的田间倒伏率与冠层内部光合有效辐射、叶片净光合速率、茎秆抗折力、茎叶干物质比、单株分枝数及单株有效荚数呈显著负相关,与株高、叶面积指数和单株无效荚数呈显著正相关。【结论】在玉米-大豆带状间作模式下,20株/m²的大豆密度（PD2）有利于创造良好的群体冠层内部光环境,降低植株田间大豆倒伏率,增加光合产物积累,从而提高大豆产量。