两种穗型冬小麦品种旗叶光合特性和水分利用对光强的响应

以超高产小麦兰考矮早八和豫麦49为材料,研究了开花期旗叶光合与水分利用对光强的响应。结果表明:开花期,随着光强的增加,旗叶光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)、蒸腾速率(Tr)和水分利用率(WUE)均表现不同程度增大,超过一定的光强后反而下降;但胞间CO2浓度(Ci)随光强的增加而降低。与豫麦49相比,兰考矮早八在较高光强下旗叶仍表现出较高的光合特性与水分利用。     

大豆光合特性对大气CO2浓度升高的响应

通过不同CO2浓度处理的大豆实验观测,分析了大豆叶片净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、叶绿素含量等光合特性对大气CO2增加的响应,探讨了未来高CO2水平下水分利用效率的变化趋势。结果表明,高CO2浓度下,大豆开花期叶片光合午休现象得到缓解和消除,净光合速率提高19.4%~33.0%。大豆蒸腾速率随大气CO2浓度升高而下降。大气CO2增加促使大豆水分利用效率提高,在不同生育期提高幅度不同,表明为分枝期、开花期较大,结荚期、鼓粒期较小。在大气CO2增加情景下,叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量均有增加的趋势,分别提高8.6%~11.6%,13.8%~20.0%和9.9%~13.8%。但叶绿素a与叶绿素b的比值则下降。     

不同冬小麦品种光合作用对环境因子响应的初步研究

不同作物品种对环境因子的响应不同,而对作物生长影响最大的环境因子是光照和CO2浓度。研究不同冬小麦品种对环境因子的响应非常有意义。试验于2006年3-6月在中国科学院栾城农业生态试验站进行,采用LI-6400便携式光合仪测定了8个冬小麦品种在不同光照和CO2浓度条件下光合作用的变化。结果表明:光合作用对光强和CO2浓度响应的特征参数,在不同冬小麦品种间表现出明显的差异;叶片水分利用效率在不同冬小麦品种间差异显著,并随着光照强度和CO2浓度的增加而呈二次曲线变化。     

不同氮磷肥处理组合对冬小麦光合特性的影响

采用二因子随机区组试验,研究了不同氮磷处理组合下冬小麦陇鉴301光合特性的日变化规律.试验结果表明：不同氮磷处理组合在不同生育时期旗叶净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和旗叶水分利用效率变化规律相似,即低氮高磷（N1P2）处理植株具有高的光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率,高氮高磷（N2P2）处理植株具有低的光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率;胞间CO2浓度以高氮高磷（N2P2）处理高,低氮高磷（N1P2）处理低.     

限量补灌对旱地冬小麦灌浆期旗叶光响应及产量的影响

在大田条件下,以青麦6号为试验材料,研究了5个灌水处理下旱地冬小麦灌浆期旗叶的光合参数、水分利用效率和产量的变化.采用开放式气路测定了小麦旗叶的净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率等相关指标,并通过非直角双曲线模型对小麦旗叶的净光合速率进行模拟,得出了旗叶光响应曲线的特征参数.结果表明,在补灌小于两水的情况下,旗叶的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率都随着补灌量的增加呈上升趋势,均以拔节水60 mm+灌浆水60 mm(W3)的处理最高,而胞间CO2浓度、水分利用效率随着补灌量的增加呈下降趋势;而在补灌三水的情况下,在拔节水60 mm+孕穗水60 mm+灌浆水60 mm(W4)的处理的净光合速率、气孔导度都明显小于补灌一水和两水的处理,而胞间CO2浓度、蒸腾速率却明显大于补灌一水和两水的处理,同时水分利用效率也是所有处理中最低的,表明过量的补灌对旱地小麦灌浆期旗叶的光合作用有消极作用.产量虽然以W3处理的产量为最高,但是除去对照处理,其他4个处理之间产量差异不显著.综合考虑产量、水分利用效率等因素,以拔节水60 mm(W1)的处理为达到旱地冬小麦高产的最佳补灌模式.     

水分运筹对不同冬小麦品种旗叶叶绿素含量的影响

在大田高产条件下,研究了水分运筹对6个冬小麦品种花后旗叶叶绿素含量的影响.结果表明,0～1 m土层较低的土壤水分(40%70%)(春季灌4水处理)降低多数品种灌浆中期旗叶叶绿素含量和CHa/b,叶绿素含量峰值提前,延缓灌浆后期叶绿素降解;适宜的土壤水分(60%＜RSWC＜70%)有利于花后旗叶叶绿素含量始终维持较高水平.石新733、石新703、石麦15、和石麦12旗叶叶绿素含量对灌水的反应较敏感,冀5579和石家庄8号不敏感.不同灌水处理之间花后旗叶叶绿素含量均值与籽粒产量相关性不显著,但花后28 d旗叶叶绿素含量与籽粒产量相关性较强.     

春性和半冬性甘蓝型油菜在春油菜区的光合性状比较

为研究春油菜生态区里春性和半冬性油菜光合性状的差异，本实验在甘肃张掖春油菜区分别测定了春性和半冬性甘蓝型油菜的光合气体交换参数、叶片叶绿素含量、绿叶面积、光响应曲线，CO2响应曲线等光合性状。结果表明：半冬性油菜的净光合速率、胞间CO2浓度和水分利用效率高于春性油菜，而气孔导度、蒸腾速率则低于春性油菜；春性油菜的绿叶面积明显高于冬性油菜，而叶绿素浓度则低于半冬性油菜；半冬性油菜对光的利用和转化能力优于春性油菜，在低光强和高光强下的净光合速率均高于春性油菜；春性油菜的CO2的羧化效率高于半冬性油菜，而冬性油菜的在高CO2浓度下的光合作用要明显高于春性油菜。本研究为春油菜区油菜种质资源扩充和高光效育种提供了重要的参考。     

冬小麦对不同土壤水分的生理和形态响应

采用深桶栽培结合测坑法，从冬小麦反青至蜡熟期保持不同的土壤水分，分生育期对小麦的形态、生理和根系进行了测定。结果表明：调控土壤水分可明显改变冬小麦根、冠生长量比率。适宜的土壤水分胁迫（田持的５０％－６０％）可促进冬小麦根系发育，高土壤水分更有利于地上部生长。土壤水分长期低于田间持水量的６０％时，较显著地叶片的增大，从而减小截获光能的总叶面积，最终降低生物学产量和经济产量。土壤水分由“田持”的４６％升高到５５％，光合速率增幅不大，由５５％提高到６４％，光合速率出现跃迁式增高，土壤水分超过６４％后，光合速率几乎为等值。说明光合作用对土壤水分存在一个“阈值”反应，此值为土壤田间持水量的６５％左右。冬小麦的蒸腾速率随土壤水分递增而一直递增；综合考虑蒸腾速率与光合速率及水分利用效率之间关系，可以得出高土壤水分条件下冬小麦存在奢侈蒸腾耗水现象。     

土壤水分对冬小麦生长后期光能利用及水分利用效率的影响

通过控制不同土壤水分条件形成不同的小麦（Triticum aestivum L.）群体结构,测定了抽穗到成熟期间小麦冠层光合有效辐射（PAR）截获及垂直分布、干物质积累和产量。研究表明,不同处理小麦冠层对PAR的截获量差异较小（小于15.7%）,但冠层上部（60~80 cm）的PAR截获量和生长后期PAR转化效率差异明显（100.7%和63.7%）,与产量和光能利用效率变化一致,可见土壤水分是通过改变小麦群体内PAR垂直分布及PAR转化效率对作物产量和光能利用效率产生影响。抽穗到成熟期间维持小麦冠层上部PAR截获率在50%左右是实现高产的重要保证。随着土壤水分改善,冬小麦光能利用率和产量持续增加,但水分利用效率却先于二者提前降低,说明改善水分利用效率是提高华北地区农业气候资源利用效率的关键。在底墒充足的条件下,分别在拔节和挑旗期灌水60 mm可获得较高的光能和水分利用效率及经济产量     

后期高温条件下小麦旗叶光合参数的变化及其相关性分析

研究了高温条件下小麦旗叶光合参数的变化，结果表明，花后高温处理(超过24h)使后期旗叶光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(C)和水分利用效率(WUE)等参数显著下降，胞间CO2浓度(Ci)明显增大(各参数F值均达到0．001显著水平)。高温持续时间与处理后天数之间存在着极显著的互作效应，这表明高温所引起光合参数的变化随生育期的推进而呈加剧趋势。相关分析结果表明，高温胁迫下旗叶光合参数的变化与细胞膜脂过氧化代谢有密切关系，伴随着旗叶Pn，Tr，C，WUE的下降和Ci的增加，叶片膜脂过氧化产物-MDA含量显著增加，质膜相对透性明显增大；高温条件下旗叶Pn，Tr，C和WUE之间均存在极显著的正相关关系，但均与Ci呈极显著的负相关，表明高温所引起光合参数的下降主要源于非气孔因素。     

冬小麦蒸腾效率对土壤水分响应的生理机制探讨

通过盆栽试验,研究了两种生态型冬小麦(石家庄8号和洛旱2号)在三种土壤水分条件下(L:田间持水量的60%~65%;M:田间持水量的70%~75%;H:田间持水量的80%~85%)蒸腾效率的变化及其生理机制。结果表明:随着土壤水分的降低,植株叶片水势降低,根冠比增加,两个品种间没有显著差异。土壤水分的降低,使植株生物量减少,蒸腾耗水减少,但蒸腾效率提高。L处理下石家庄8号和洛旱2号植株水平的蒸腾效率分别提高119.0%和62.2%。植株叶片光合速率与蒸腾速率随土壤水分的减少不断下降,但叶片水平的蒸腾效率提高,且与植株水平蒸腾效率呈极显著正相关(R2=0.96)。气孔导度随土壤水分的减少而降低,并与蒸腾速率呈极显著正相关(R2=0.97),表明蒸腾主要受气孔因素调节;光合速率随土壤水分减少而降低,但胞间CO2浓度升高,表明光合主要受非气孔因素调节,这种调节机制使得植株在干旱胁迫下更高效利用水分。试验结果初步揭示:光合与蒸腾调节机制的差异构成了试验品种在干旱下蒸腾效率提高的生理基础。     

减氮适墒提高冬小麦旗叶光合潜力和籽粒产量

针对目前小麦高产栽培中大量投入氮肥引起的土壤板结、肥效降低等突出问题,2013-2014和2014-2015年度大田条件下设置自然降水(W1)、适墒(W2, 70%±5%)、足墒(W3, 80%±5%) 3个水分处理和3个氮肥水平处理,即不施氮肥(N1)、减氮(N2, 195 kg hm-2)和高氮(N3, 270 kg hm-2),研究了不同水肥条件对冬小麦旗叶功能期内光响应曲线特征参数、水分利用效率和籽粒产量及其构成因素的影响。在W1和W2条件下,N2处理不同时期旗叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)的光响应曲线逐渐上升的幅度均高于N1和N3处理,胞间二氧化碳浓度(Ci)光响应曲线下降的幅度也大于N1和N3处理;在W3条件下,N2、N3光响应曲线的变化趋势相近。N2W2处理的旗叶光合参数在开花期最具优势,最大净光合速率为33.20 μmol CO2 m-2 s-1,光饱和点达1507.4 μmol m?2 s?1,分别比其他处理平均提高21.4%和9.5%,而光补偿点最低,表现出较高的光合潜能。连续两年产量结果显示,N2W2处理穗粒数和千粒重在9个处理中最高,差异显著(P < 0.01);籽粒产量在9500 kg hm-2以上,水分利用效率比W2和W3条件下的其他处理平均提高18.8%。上述结果表明,在适墒条件下施氮量从270 kg hm-2减少至195 kg hm-2,能充分发挥旗叶功能期的光合潜力,增加穗粒数和千粒重,提高籽粒产量。     

水分胁迫效应对冬小麦生长发育的影响研究

利用温室管栽试验，研究水分胁迫效应对冬小麦生长发育的影响。结果表明：苗期水分胁迫，拔节期与开花期复水能激发冬小麦根、茎、叶、冠生物量显著增长，三叶至分蘖期控水的处理绿叶面积日增量最大；前期一直干旱灌浆期复水能明显减缓植株的衰老速率。冬小麦前期经受中度或重度水分胁迫，拔节期复水后增产效果最大，前期经受中度水分胁迫，开花期复水后水分利用效率最高。确定土壤含水量占田间持水量55％为冬小麦分蘖期水分胁迫效应增产节水的水分临界指标。     

冬小麦灌浆期光合参数及产量对土壤高湿和干旱变化的响应

为研究土壤湿度变化对冬小麦光合参数和产量变化的影响机制,在防雨棚人工控制灌水,设置土壤高湿、中度干旱、重旱、对照4个处理的田间冬小麦试验,研究土壤水分变化对灌浆期冬小麦光合参数及产量的影响。结果表明：冬小麦灌浆期叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度随土壤水分降低而降低。重旱处理冬小麦叶片胞间CO₂浓度与对照相近,引起光合作用下降的主要原因是非气孔因素限制。土壤高湿冬小麦叶片有效利用光强区间拉大,而土壤干旱胁迫叶片有效利用光强的区间缩小,土壤高湿和干旱胁迫叶片夜间呼吸作用都提高,干旱逆境胁迫白天光合作用受限减弱,夜间呼吸作用增强,消耗营养增多,“一减一增”是其籽粒瘪秕,产量低的生理原因。土壤高湿和干旱影响冬小麦灌浆期籽粒干物质输送、积累的源库匹配。高湿处理叶片的绿色器官光合产物输送籽粒占主导,开花前营养器官干物质转运、贡献率变小;干旱逆境胁迫下,叶片等绿色器官光合产物少,输送籽粒干物质减少,但花前营养器官干物质转运、贡献率相对增大;收获指数土壤高湿和对照基本相近,干旱处理较对照明显偏小。     

测墒补灌深度对济麦22冠层光截获和荧光特性及籽粒产量的影响

测墒补灌是近年开发的一种小麦节水栽培新技术,水分管理的土层深度是该技术的关键因素之一。本研究以济麦22为试验品种,于2013—2014和2014—2015年度在山东兖州进行大田试验,设置4个测墒补灌土层深度,补灌至目标土层拔节期相对含水量70%和开花期相对含水量75%,以定量灌溉(拔节期和开花期各灌水60 mm)和全生育期不灌水处理为对照,通过测定花后0~30 d灌浆阶段小麦冠层光截获特性、群体光合速率、旗叶荧光特性,以及最终籽粒产量和水分利用效率,以明确测墒补灌达到增产的光合基础及最佳土层。当补灌土层为0~20 cm时,灌水量为50.1~51.2 mm,小麦叶面积指数、冠层光合有效辐射截获量、冠层光截获率和群体光合速率,以及旗叶实际光化学效率(ΦPSII)和最大光化学效率(Fv/Fm)在各灌水处理中最低;补灌土层为0~40 cm时,灌水量为73.1~93.1 mm,上述前4项指标比补灌深度20 cm时依次提高6.0%~42.4%、8.5%~27.9%、6.7%~14.5%、11.0%~14.6%,同时旗叶ΦPSII和Fv/Fm亦显著提高;补灌深度加大至60 cm(灌水量87.5~105.4 cm)和80 cm(灌水量101.8~115.0 cm)时,这些指标无显著增加。与光合特性相关指标一致,籽粒产量也表现为补灌深度大于40 cm的3个处理间无显著差异,且与定量灌溉对照无显著差异,但都显著高于补灌深度20 cm处理。在本试验条件下,对0~40 cm土层实施测墒补灌,较定量灌溉减少用水26.9~46.9 mm,水分利用效率提高16.2%~16.7%,灌溉效益增加34.0%~68.1%,说明在类似生态条件下,中穗型小麦品种济麦22测墒补灌节水栽培技术的目标土层为0~40 cm。     

限量灌水对冬小麦光合性能和水分利用的影响

在自然大田和人工防雨池栽条件下，研究了限量灌水对冬小麦光合性能和水分利用的影响。结果表明，田间土壤耗水强度以拔节于挑旗期间为最大，此期间限量灌水较显著地减缓了冬小麦生育后期光合面积的衰减，使叶片的气阻阻力降低，蒸腾强度升高，群体和叶片的光合速率均升高，改善了光合性能，提高了产量和水分利用率。     

土壤水份胁迫对冬小麦光合及产量的影响

在池栽防雨旱棚条件下研究了土壤水分胁迫对冬小麦光合及产量的影响。结果表明，随土壤水分胁迫加剧，小麦旗叶光合速率下降，气孔导度降低，籽粒灌浆速率下降，从而导致产量降低；但是，轻度胁迫与水分适宜处理之间，上述生理特性和籽粒产量均无显著差异，这就为节水高产提供了理论依据。