短期干旱胁迫下棉花气孔表现及光合特征研究

研究气孔对干旱胁迫的响应有助于了解气孔调节真实行为和提高水分利用效率。本研究以‘国欣9号’为供试棉花品种,在人工气候室利用营养液培养,设置加入PEG-6000浓度为0（对照）、1.5%、3.0%和4.5% 4个处理,处理后1~7 d每隔1 d连续测定其气孔形态、光合和叶绿素荧光指标。结果表明：加入PEG-6000 1 d后,随着处理进程的延长,棉花叶片水势、气孔长度、宽度和开度、净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）、胞间CO₂浓度（C_i）、最大光化学效率（F_v/F_m）和实际光化学量子产量（Yield）均呈下降趋势,气孔密度和非光化学淬灭系数（NPQ）呈上升趋势;不同处理之间,随着干旱胁迫程度增加,也表现出相似趋势。处理后5 d和7 d,与正常处理相比,1.5%、3.0%和4.5%处理棉花气孔长度、宽度、水势、P_n、G_s、T_r和C_i均差异显著（P<0.05）,气孔长度降低幅度最小（1.17%~2.61%）,G_s降低幅度最大（61.62%~69.09%）,T_r降低幅度为37.62%~67.48%。相关分析表明,棉花气孔长度、宽度和开度之间极显著正相关（P<0.01）,气孔宽度和气孔密度不相关。气孔长度、宽度和开度与P_n和Yield极显著正相关（P<0.01）,与NPQ极显著负相关（P<0.01）,与G_s、T_r和F_v/F_m相关不显著。综上,棉花在PEG-6000诱发干旱后,通过降低气孔开度和增大气孔密度降低净光合速率和气孔导度,叶绿素荧光指标Yield和NPQ比F_v/F_m对干旱更敏感。     

花铃期高温受涝对棉花的交互效应及排水指标确定

湖北平原地区棉花花铃期恰逢强降水和高温易发期,棉田易遭受雨涝和高温热害双重胁迫,研究棉花对涝和高温及其复合胁迫的响应,可为该区棉花生产防灾减灾管理提供依据。2013和2014年在可控制灌排的有底混凝土测筒中于棉花花铃期设置持续受涝和高温+受涝处理,旨在研究江汉平原棉花花铃期持续受涝和高温+受涝对其形态、生理活动及产量的影响。结果表明:常温或者高温时,花铃期淹涝3 d棉花开始显著变矮、倒4叶可溶性糖和可溶性蛋白质含量开始显著增加;常温时淹涝6 d果枝数开始显著降低,倒4叶丙二醛含量开始显著增加,而高温时是3 d;常温或者高温时,淹涝12 d倒4叶叶绿素a含量才显著降低;常温时淹涝12 d倒4叶叶绿素含量才显著降低,而高温时是15 d;花铃期受涝、高温和高温+受涝均使籽棉产量显著下降,其影响程度顺序为涝+高温胁迫涝胁迫高温胁迫,主要原因是桃数和单铃质量显著下降。若以棉花减产20%作为排水标准,假设在受涝过程中出现连续4 d的高温,则应在3.4 d内排除田面涝水,田间涝水排除后应在3 d内将地下水位降到80 cm以下。     

不同棉花栽培种的光合特性比较研究

对海岛棉"海7124"、亚洲棉"金华中棉"、非洲棉"红心棉"和陆地棉"苏12"4个棉花栽培种的光合参数和叶片荧光参数进行研究.结果显示,棉花叶片比叶重、叶绿素含量、Pn、Fv/Fm和qP均表现为"海7124">"苏12">"金华中棉">"红心棉",说明"海7124"具有高光效的特点.研究还表明,"海7124"、"金华中棉"、"苏12"光合速率日变化呈双峰曲线,"红心棉"为单峰曲线.光合速率日变化与气孔导度的日变化一致,中午光合速率的下降与气孔导度及PSII光化学效率降低有关.     

盛铃期补施钾肥对不同群体棉花光合特性和产量品质的影响

在大田条件下,采用随机区组设计,研究了中期(7月28日)补施75.kg/hm2钾肥对去叶枝常规密度群体和留叶枝稀植大棵群体后期棉花叶片光合特性和产量品质的影响。结果表明,两种不同类型棉花群体中期补施钾肥,均能延缓叶片衰老,保持生育后期有较高的叶面积,并能显著提高棉花生育后期主茎叶片叶绿素含量、光合效率、PSⅡ潜在光化学活性FV/FO、实际光化学效率ФPSⅡ和气孔导度Cs;显著降低非光化学猝灭系数(NPQ),从而提高了后期群体和叶片对光能的利用;有效地增加了总铃数和铃重,使子棉产量提高8.9%～9.3%,纤维比强度增强。     

白首乌光合特性及其与产量关系的研究

研究了白首乌光合特性及其与产量的关系。结果表明,白首乌功能叶高光合持续期在叶片全展后10~35d,此时植株的生长中心在地上部,同化物主要供应叶片、花和果实的生长,运往根部比例较少。此时期处于夏季高温天气条件下,在中午有光合抑制现象发生,影响了同化物的积累。在块根膨大时期功能叶相继进入衰老阶段,同化能力下降,干物质积累量减少,影响了产量的提高。     

水分胁迫下柱花草叶水势、光合及叶绿素荧光特性的变化特征

以热研2号柱花草为供试材料,采用盆栽控制实验研究了不同土壤水分条件下柱花草叶水势、光合特性和叶绿素荧光参数的变化特征。结果表明：（1）柱花草叶水势随着水分胁迫程度的增加而降低,其日变化呈双峰曲线特征,日平均值表现为充分供水〉轻度胁迫〉中度胁迫〉重度胁迫。（2）充分供水条件下柱花草净光合速率最大,而在重度胁迫下最小,水分胁迫下柱花草光合速率的降低主要为非气孔限制因素所致;柱花草气孔导度在充分供水和轻度胁迫下随光合有效辐射的增强而增大,但在中度和重度水分胁迫下变化不明显;充分供水和轻度水分胁迫下,气孔导度均随蒸腾速率的增加而增加,中度、重度水分胁迫下蒸腾速率分别达到0.46、0.31mmol·m-2·s-1时气孔开始关闭;中度胁迫下水分利用效率高于轻度胁迫,可能是植物对胁迫环境的生理适应所致。（3）初始荧光F0随着干旱胁迫程度的增加而增加,而光系统Ⅱ的最大光化学效率Fv/Fm和潜在活性Fv/F0均降低,表明随着胁迫程度的加深,PSⅡ光抑制的程度也加深,水分胁迫抑制了PSⅡ的光化学活性,使其反应中心受到一定程度的破坏或可逆失活。     

铜胁迫对芥菜光合特性及叶绿素荧光参数的影响

通过水培试验研究了铜胁迫对芥菜叶片光合特性与叶绿素荧光参数的影响。结果表明,所有铜浓度处理均能降低芥菜胞间CO2浓度（Ci）和光化学淬灭系数（qP）。低浓度的Cu^2＋（≤1μmol·L^-1）能提高芥菜叶片叶绿素、类胡萝卜素含量以及净光合速率（Pn）、气孔导度（Cs）和蒸腾速率（Tr）;高浓度的Cu^2＋（≥10μmol·L^-1）使得芥菜叶片叶绿素（Chl）、类胡萝卜素（Car）含量以及净光合速率（Pn）、气孔导度（Cs）和蒸腾速率（Tr）下降。叶绿素荧光分析表明,当铜浓度低于1μmol·L。时,PSⅡ的最大光化学效率（Fv／Fm）和子叶产量（Yield）升高,当铜浓度高于10μmol·L^-1时降低,而最小荧光（Fo）和非光化学淬灭系数（qN）变化趋势与之相反。叶绿素a／b值在铜浓度低于10μmol·L。时升高,但比值随胁迫继续加剧而下降,两者间呈显著负相关（P〈0．05）;Car／Chl值在铜浓度小于50μmol·L-。时随浓度的增加而增大,之后则随铜浓度的增加而下降,两者呈极显著负相关（P〈0．01）。铜浓度与叶绿素、类胡萝卜素含量、Fv／Fm、qP和Yield均呈极显著负相关（P〈0．01）,与Pn、Cs、Tr呈显著负相关（P〈0．05）,而铜浓度与Fo和qN分别呈显著和极显著正相关。     

控释氮肥对棉花的增产效应研究

大田条件下,以普通尿素为对照,研究了控释N肥对棉花光合特性和产量的影响及其肥效特点。结果表明:施等量N(150kg/hm2)控释N肥处理和对照相比,在棉花开花结铃期可有效增加叶面积,提高棉叶PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)和PSⅡ潜在光化学活性(Fv/Fo),改善叶肉细胞的光合能力,提高叶片光合效率,从而提高群体光合效率,增加单株结铃数和铃重,子棉产量显著增加10.3%,肥效提高10.2%。而施N量比对照减少20%的处理,子棉产量与对照平产,但其肥效比对照提高29.0%,且一次性基施免追肥,省工省时。     

涝害和高温下棉花苗期的生长生理代谢特征

雨涝和高温是长江中下游地区限制棉花生长的2种主要气象灾害,且夏季伴随发生概率大,目前尚不清楚高温胁迫下棉花苗期对涝害的响应特征。2013年利用桶栽试验,在棉花苗期设置不同涝害(受涝0、3、6、9 d)和高温(高温0、3 d)水平,分析棉株关键形态生长特征、倒4叶叶绿素荧光特性及膜脂保护性酶活性。结果表明,受涝天数不超过3 d进行连续高温处理对棉花形态生长特征无显著影响;受涝时间3 d遭遇高温胁迫,进一步限制了棉花株高和叶面积生长,干物质量减少,根/冠比降低,且这些参数在高温胁迫下低于不受涝处理的时间普遍比自然温度条件下提早3 d。受涝过程伴随高温加剧降低了根系活力,进一步减少了叶绿素a、叶绿素b含量及PS II最大光化学量子产量和潜在光化学转换效率,而对叶绿素a/叶绿素b影响普遍不明显。在自然温度条件下,叶片和根系超氧物歧化酶、过氧化物酶活性随受涝天数的延长而降低,丙二醛含量则变化相反。涝害和高温复合胁迫下,叶片超氧物歧化酶和过氧化物酶活性先升高后降低,在受涝3 d最高,受涝9 d最低;叶片和根系丙二醛含量急剧增加,表明受涝过程中遭遇高温天气加剧了棉株细胞膜的受损程度。从对棉花生长的影响程度来看,涝害居首位,高温胁迫次之,且二者交互作用在叶绿素、PS II潜在光化学转换效率及叶片超氧物歧化酶、过氧化物酶和丙二醛上表现显著。研究可为长江中下游平原湖区棉苗抗逆栽培及棉田排水管理提供科学参考。     

基于高光谱反射率的棉花冠层叶绿素密度估算

为了进一步提高棉花叶绿素密度高光谱估算精度,该研究以棉花冠层叶绿素密度以及冠层高光谱反射率为数据源,在分析叶绿素密度与原始高光谱反射率(R)、一阶导数光谱反射率(DR)、已有光谱指数及全波段组合指数相关性的基础上,采用线性及多元逐步回归技术构建了叶绿素密度高光谱诊断模型,系统对比分析了以上4种光谱形式用于棉花冠层叶绿素密度诊断的精度。结果表明:1)基于一阶导数光谱反射率的估算模型精度明显优于原始光谱反射率;2)基于比值指数或归一化指数形式的估算模型精度及稳定性要优于单波段或多波段的线性模型;3)单波段变量DR756、全波度组合比值指数DR635/DR643以及归一化指数(DR1055-DR684)/(DR1055+DR684)均可较好的实现叶绿素密度估算,其中由DR635/DR643为自变量的模型所得到棉花冠层叶绿素密度估算值与实测值拟合最好,相关系数达到0.821。该研究可为高光谱技术在棉花冠层叶绿素密度诊断中的更好应用提供参考。     

施氮量对花铃期短期渍水棉花叶片气体交换参数和叶绿素荧光参数的影响

试验于20052~006在南京农业大学卫岗试验站进行,采用盆栽方法,设置正常灌水(土壤相对含水量为75%±5%)和棉花花铃期短期渍水处理(将正常灌水的棉花增加灌水至盆内有可见明水,持续8 d,然后用导管排出表面水层,使盆内土壤相对含水量逐渐恢复到75%±5%),每个水分处理设置3个施氮水平(N 0、3.73、7.46 g/pot,分别相当于大田N 02、40、480 kg/hm2),研究施氮量对棉花叶片气体交换参数和叶绿素荧光参数的影响。结果表明,与正常灌水处理相比,渍水棉花的叶绿素(Chl)含量、类胡萝卜素(Car)含量和Chl/Car比值显著降低。渍水降低了棉花净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs),降低幅度随施氮水平的提高而增大;渍水结束时,渍水棉花的Pn和Gs均随施氮水平的提高而降低。渍水提高了棉花叶片叶绿素初始荧光(Fo)和非光化学猝灭系数(qN),降低了最大光化学效率(Fv/Fm)、光系统Ⅱ(PSⅡ)量子产量(ΦPSⅡ)和光化学猝灭系数(qP),Fo和qN的升高幅度与Fv/Fm、ΦPSⅡ和qP的降低幅度均随施氮水平的提高而增大。花铃期短期渍水显著降低了棉花生物量和籽棉产量,适量施氮(N 240kg/hm2)可提高渍水棉花的生物量和籽棉产量。     

适宜膜下滴灌频次提高北疆机采棉光合能力及产量

在北疆大田条件下,以机采棉品种新陆早57号为供试材料,研究不同灌水分配对机采棉光合特性和产量形成的影响。试验设滴灌定额为4 500 m~3/hm~2,3个灌水分配次数分别为10次(D10)、8次(D8)、6次(D6)。结果表明:D6处理头水时间推迟,由非气孔限制因素导致净光合速率的下降,胁迫程度较高,最大光化学效率、光化学猝灭系数、光化学量子产量显著低于其他处理(P0.05),非光化学淬灭系数明显增加,同时恢复能力较差,地上部分生物量积累受限。盛蕾后充分供水但并没有较高的补偿强度,且蒸腾速率较高,叶片水分利用效率降低。由于D10处理花铃期灌量分配不合理,净光合速率的下降主要受气孔限制因素影响,棉株受到轻度胁迫,吐絮期的灌水有效提高了其光化学猝灭系数,与D6处理差异显著。降低了非光化学淬灭系数,延长了叶片光合功能期,生物量积累偏向营养生长,使其营养器官显著高于其他处理,但生殖器官差异不显著(P0.05),不利于产量的形成。而D8处理在整个生育期保证了高效的光合生产能力,明显提高了光合物质向生殖器官运移的比例,比D10、D6处理高出21.1%、23.5%,叶片水分利用效率表现最优,且产量与D10差异不显著,但比D6处理显著高647.4 kg/hm~2(P0.05)。因此在滴灌定额为4 500 m~3/hm~2的条件下,配合D8处理的灌水分配方式,有利于提高叶片光合能力,促进光合物质优先向生殖器官分配,从而获得高产。由此可见,盛蕾前灌头水且增加盛花期后灌溉定额,同时减少吐絮期水分供应,可有效提高叶片光合生产能力,促进光合物质优先向生殖器官运移,实现机采棉节水高产高效。     

水氮供应对棉花花铃期净光合速率及产量的调控效应

为揭示水氮供应对黑河中游边缘绿洲沙地农田棉花光合特性和产量的调控效应,采用3种灌溉水平和5种氮素水平的田间试验,研究水氮供应对花铃期棉花净光合速率及产量的影响。结果表明,在施N 0～300 kg/hm2范围内,棉花花铃期日均净光合速率和蒸腾速率均随施氮量增加而增加,超过N 300 kg/hm2时略有下降。施N 150、225、300和375 kg/hm2较不施氮处理籽棉产量分别增加33.9%、45.8%、50.9%和49.2%;灌溉水生产力分别提高33.3%、45.8%、50%和50%。3个灌溉处理间籽棉产量差异不显著,灌溉水生产力依I1（10800 m3/hm2）、I2（9450 m3/hm2）、I3（8100 m3/hm2）顺序递增。棉花花铃期净光合速率与籽棉产量、秸秆生物量、单株铃数、铃重和籽指间均存在极显著正相关关系。在黑河中游边缘绿洲沙地农田,施N 300 kg/hm2能够促进棉花花铃期净光合速率,有利于籽棉产量和水生产力的提高;与当地采用的10800 m3/hm2灌溉量相比,降低灌溉量至8100 m3/hm2不降低籽棉产量,使灌溉水的生产力提高27.5%。     

氮素对花铃期干旱再复水后棉花纤维比强度形成的影响

2005—2006在南京农业大学卫岗试验站进行盆栽试验,设置正常灌水和棉花花铃期土壤短期干旱处理,每个处理再设置3个氮素水平（N 0、240、480 kg/hm2）,研究氮素对花铃期短期干旱再复水后棉花纤维比强度形成的影响。结果表明,干旱处理结束时,干旱处理棉花的纤维可溶性蛋白含量较正常灌水处理显著降低,而内源保护酶,即:超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性升高,丙二醛（MDA）含量增加;纤维加厚发育相关酶,即:蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶、β-1,3-葡聚糖酶和IAA氧化酶的活性均显著降低。在复水后第10d,干旱处理棉花的纤维内源保护酶活性迅速恢复到正常灌水处理水平,MDA含量降低,但纤维发育相关酶的活性仍低于相应正常灌水处理,纤维比强度亦显著低于正常灌水处理。在棉花的纤维加厚发育期土壤短期干旱再复水条件下,以N 240 kg/hm2最有利于形成高强纤维。干旱期间该处理棉花的纤维内源保护酶活性高,细胞膜脂过氧化程度最低,其纤维加厚发育相关酶活性均最高;复水后该处理的纤维内源保护酶活性迅速恢复,MDA含量最低,棉花的纤维加厚发育相关酶活性仍处于最高值,有利于纤维素的合成与累积,最终纤维比强度亦最大。施氮不足（N 0 kg/hm2）或过量施氮（N 480 kg/hm2）均表现出相反的趋势。     

病害胁迫对棉叶光谱反射率和叶绿素荧光特性的影响

研究病害胁迫对棉叶光谱反射率和叶绿素荧光特性的影响,以期为利用光谱和叶绿素荧光技术监测棉花黄萎病提供新的技术和方法.通过田间黄篓病接种处理,诱导发病后测定病害棉叶理化参数,光谱及叶绿素荧光参数,并对三者进行分析.结果表明,随着病害严重度增加,棉叶叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b、叶片含水率、叶片全氮质量分数均减少,类胡...     

钙过量对茶树光合特性及叶绿体超微结构的影响

茶树是一种嫌钙植物,本文通过砂培试验,研究了不同钙过量水平对茶树光合作用、叶绿素荧光参数、叶片色素含量、叶绿体超微结构及茶树新梢生长的影响,旨在探明钙过量对茶树光合生理的影响,同时为解释高钙茶园中茶树生长不良提供一定的理论依据。结果表明: 不同钙过量处理,随着钙浓度的升高,茶树净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs） 逐渐降低; 茶树叶片Chl a/Chl b升高,总Chl含量逐渐降低; 茶树叶片原初光能转换效率（Fv/Fm）、光合电子传递速率（ETR）、光合电子传递量子效率（ΦPSⅡ）逐渐降低,初始荧光（Fo）则升高; 叶绿体片层结构遭到破坏; 同时钙过量处理的茶树新梢生长受到抑制,其节间距、新梢长度、展叶数、叶面积均明显低于对照。上述结果说明: 钙过量处理在一定程度上可引起光合系统膜结构的破坏,导致电子传递链受阻,茶树叶片光能利用效率降低,从而影响茶树新梢的生长。     

花铃期棉花对地下水埋深和高温的响应及排渍指标确定

为了探究高温胁迫下棉花对不同地下水埋深的响应差异,并在此基础上提出适宜的排渍指标,2012-2013年利用自动调控地下水位的测坑,在花铃期设置地下水埋深0、30、50 cm(持续受渍10 d),同时进行连续6 d的高温处理,观测棉花主要表观形态特征、生理代谢指标及产量。结果表明:地下水埋深0和30 cm降低了棉花株高,增加了主茎复合红绿比,而高温胁迫对二者影响不明显。高温胁迫下,地下水埋深越浅,倒4叶叶绿素含量和光系统II潜在光化学转换效率越低,其关系可用线性关系模型描述,且地下水埋深80 cm的累计值对二者的影响居首,高温胁迫次之。地下水埋深处理过程中,倒4叶超氧物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)活性先升高后降低,过氧化氢酶(catalase,CAT)活性持续降低,丙二醛(malonaldehyde,MDA)含量急剧增加。地下水埋深处于0和30 cm时,高温胁迫加剧了棉花膜脂过氧化反应程度,叶片SOD和POD活性更低,MDA含量更高,但增强了棉花在地下水埋深50 cm的抗逆能力。地下水埋深处理、高温胁迫及其复胁迫主要通过减少单株成铃数、单铃质量使棉花产量降低,而对衣分含量影响普遍不明显。从整体减产程度来看,地下水埋深处理+高温胁迫(33.7%)地下水埋深处理(26.2%)高温胁迫(7.5%)。若以允许棉花产量减少15%~20%为排渍标准,假设在地下水埋深处理过程中连续出现6 d、每天近6 h的高温天气,则棉花花铃期地下水埋深80 cm的累计值为216.0~321.2 cm·d。研究可为湖北平原湖区及类似地区棉田排水管理提供科学参考。     

不同施氮水平下棉花叶片最大羧化速率的高光谱估测

植物叶片最大羧化速率（Maximum Carboxylation Rate,Vcmax）是表征植被光合能力的重要参数之一,研究叶片Vcmax对氮素的响应对预测植被光合作用和未来植被生产力具有重要意义。该研究以国欣棉9号为试验材料,设置4个施氮水平,测定棉花不同生育时期叶片生理参数和叶片反射光谱,探究Vcmax与生理参数及光谱指数的关系,建立叶片Vcmax最优反演模型。结果显示,棉花叶片Vcmax在苗期至蕾期不受施氮水平的影响,随着生育进程的推进,氮素逐渐成为影响叶片Vcmax高低的主要因素之一。此外,叶片Vcmax与含氮量的相关程度最高,远高于叶片Vcmax与叶绿素、比叶重的关系。对叶片Vcmax与光谱指数进行回归分析发现,由蓝光和红边波段组合的光谱指数能较好的预测叶片Vcmax,其中表现最好的为归一化差值植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI697,445）和比值植被指数（Ratio Vegetation Index,RVI445,694）,决定系数（R2）均大于0.75。最后,以生理参数和光谱指数为基础,采用一般线性回归和多元逐步回归构建棉花叶片Vcmax估算模型,结果表明,由RVI445,694、光化学植被指数（Photochemical Vegetation Index,PRI）、修正型归一化差值植被指数（Modified Normalized Difference Vegetation Index,mND705）所构建的多元逐步回归模型精度最高（R2=0.809,RMSE=16.93 μmol/(m2?s)）,叶片含氮量和叶绿素所构建的多元逐步回归模型次之（R2=0.801,RMSE=17.01 μmol/(m2?s)）,高于其他单变量线性回归模型。研究表明,利用高光谱指数可以有效地估测棉花叶片最大羧化速率,结果可为叶片Vcmax准确反演和评估光合能力提供支撑。     

时段划分对棉花作物水模型的影响与改进

为了改善时段划分对作物水模型模拟精度的影响,依据山西水利职业技术学院试验基地2006和2008年棉花田间试验资料,将棉花全生育期等间隔地划分为不同时段,用非线性优化方法求得了不同时段数条件下的作物水模型参数,分析研究了模型参数与时段数的关系,据此在作物水模型的水分敏感指数累积函数中引入了时段数,并与现有的作物水模型进行了比较。结果表明,引入时段数的作物水模型模拟产量的相对误差随时段数的增加而减小,当时段数大于11时,相对误差平均值和最大值分别减小到7%和15%以下,与现有的作物水模型比较,模拟精度有所提高,但参数个数未增加。该模型更多地反映了水分胁迫时间对作物产量影响的信息。