田间密植诱导抽穗期玉米叶片衰老时的光合作用机制

为理解田间密植是否诱导抽穗期玉米叶片衰老以及衰老叶片的光合作用规律和机制,本研究以玉米"先玉335"为材料研究了抽穗期栽培密度对穗位叶和穗下第4叶的光环境、比叶重、氮素含量、叶绿素含量、气体交换以及叶绿素荧光诱导动力学的影响。结果表明,随着密度的增加玉米冠层内的光强大幅降低,尤其穗下第4叶;穗位叶和穗下第4叶的比叶重降低。同时,穗位叶和穗下第4叶的氮素含量和叶绿素含量均随栽培密度增加而下降。不同栽培密度下穗位叶荧光诱导动力学曲线(OJIP)未发生明显改变,而高密度下穗下第4叶OJIP的J和I相的相对荧光产量较低密度有提高趋势。高密度下,穗位叶和穗下第4叶叶片的光合速率、气孔导度和蒸腾速率均降低;不过,穗位叶胞间CO2浓度降低,穗下第4叶胞间CO2浓度增加。我们认为,田间密植条件下异质性光环境可以迅速诱导抽穗期玉米冠层下部叶片(如穗下第4叶)衰老;该过程中,光合作用的限制因素不是光能吸收和电子传递,而可能是碳同化。     

光温处理对小豆苗期生理性状及叶绿素合成前体的影响

探讨不同低温和光照条件下小豆苗期的冷害发生机制及引起初生叶黄化和叶绿素合成的受阻位点,旨在为小豆耐寒新品种选育及栽培提供理论依据。选择2个对温度和光照反应不同的日本小豆品种,利用人工气候室再现小豆苗期的低温障碍,研究低温遮光处理(昼夜10～13°C, 2%遮光) 18 d和28 d对小豆苗期H_2O_2、SOD、CAT、APX、叶绿素的影响;利用植物生长箱再现小豆苗期的黄化障碍,研究不同的低温处理长度(1 d、3 d、5 d、7 d;10°C, 50μmol m~(–2) s~(–1))和暗处理长度(25°C,黑暗1 d、3 d、5 d、7 d)对绿化后(24 h、25°C、62.5μmol m~(–2) s~(–1))叶绿素合成能力及受阻位点的影响。苗期小豆耐低温和不耐低温品种的最大差异是长期低温遮光处理的H_2O_2含量和SOD活性。长期低温遮光处理后不耐低温品种的H_2O_2含量是耐低温品种的约66倍,但随着绿化处理时间的延长,抗氧化酶活性和叶绿素含量急剧下降直至8 h后消失。与低温处理相比,暗处理才是造成叶绿素合成能力差异的主要原因。对叶绿素合成中间产物的研究表明,从ALA向Proto Ⅸ的转化可能受阻,最终导致叶绿素合成受阻,叶绿素含量下降。说明H_2O_2含量和SOD活性可能与小豆苗期耐冷性关系更密切。引起小豆苗期叶绿素合成受阻位点是Proto Ⅸ的转化。     

喷水时长对葡萄叶片SPAD值和叶绿素含量的影响分析

为研究极端干旱区葡萄微喷条件下不同喷水时长对葡萄叶片SPAD值和叶绿素含量的影响,通过对葡萄各生育期叶绿素含量和SPAD值的测定,分析不同喷水时长处理下的SPAD值日变化及连日变化特征、SPAD值与叶绿素含量相关性及统计检验。结果显示,在不同喷水时长条件下,各处理的SPAD值呈先减小后增大的变化趋势,日变化值在40.1~45.1之间,其中,每天喷水1 h处理（WP1）的SPAD值(43.5)日平均值最高,其次是每天喷水2h处理（WP2）和每天喷水3 h处理（WP3）,分别为42.9和42.6,对照处理（CK）的SPAD值最低(41.2)。葡萄叶片SPAD值与叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量间均达到极显著正相关关系,其回归方程分别为Ca=0.0915VSPAD-1.787、Cb=0.0682VSPAD-1.9327、Ct=0.1597VSPAD-3.7197,表明利用SPAD值预测叶绿素a含量、b含量与总叶绿素含量是可行的,为快速测定大田葡萄叶片叶绿含量提供了新的方法。     

典型荒漠植物白刺叶绿素荧光特性对模拟增雨的响应

我国西北干旱区未来降水有增加趋势,研究不同增雨条件下典型荒漠植物白刺叶片叶绿素荧光变化规律能够揭示未来气候变化条件下荒漠植物对降水增加的响应与适应机制,对准确评估陆地生态系统碳收支具有重要意义。基于乌兰布和沙漠东缘白刺荒漠生态系统人工模拟增雨试验平台,除对照（自然降水）外,共设置4个增雨处理,即在自然降水的基础上分别增加多年平均降水量（145 mm）的25%、50%、75%和100%,分别测定不同增雨条件下白刺的叶绿素荧光参数。结果表明:1）增雨对白刺叶片叶绿素荧光特性有显著影响的时间主要在白刺自身生理活性强、生长速率快且对水分需求较高的生长季前期(6月);2）增雨后,原初光化学量子效率(F_v/F_m)、实际光化学量子效率(ΦPSⅡ)、电子传递速率(ETR)、光化学猝灭系数(q_p)和非光化学猝灭系数(nPq)上升,增雨使白刺叶片对光能的吸收、利用和转化效率提高的同时,也增加了其热耗散能力;3）原初光化学量子效率、电子传递速率和非光化学猝灭系数三者对最大净光合速率变化的解释量分别为29%、26%和23%,说明PSⅡ反应中心活性增强、光能转化效率和电子传递速率提高是促进白刺光合生产能力提高以及光合产物积累增加的关键过程。总之,白刺对新的水分条件表现出较强的适应性,这种适应性主要体现在调控自身生理特性及增加光合产物积累上,研究结果对揭示全球变化背景下荒漠生态系统对降水增加的响应机制具有重要意义。     

基于PROSAIL模型偏差补偿的水稻叶绿素含量遥感估测

以东北水稻为研究对象,以提高叶绿素估测精度和模型可解释性为目标,提出了一种混合建模方法。以PROSAIL辐射传输机理模型为基础,模拟水稻冠层光谱,建立叶绿素含量的查找表,初步估测叶绿素含量,并采用最小二乘支持向量机(LSSVM)建立误差模型,对PROSAIL模型偏差进行补偿,弥补PROSAIL建模时产生的误差。为验证模型的估测能力,选取13种与作物叶绿素关系较为密切的植被指数,通过不同统计模型的模拟分析,筛选出4种较优的植被指数,分别建立单因子输入的最优预测模型(GNDVI、RSI、(S_(Dr)-S_(Db))/(S_(Dr)+S_(Db))的乘幂模型及MCARI的指数模型)。以4种植被指数作为输入,利用偏最小二乘法(PLS)、LSSVM回归法、BP神经网络及本文提出的混合建模方法分别构建水稻叶绿素含量多因子预测模型,并进行估测和验证。结果表明,相比单因子输入的最优预测模型,混合模型具有较低的预测偏差,其建模集R~2=0. 740 6,RMSE为0. 985 2 mg/dm~2,验证集R~2=0. 733 2,RMSE为1. 084 3 mg/dm~2。与采用其他多因子预测模型相比,本文方法具有较高的估测精度和良好的鲁棒性。另外,混合建模方法以PROSAIL模型为基础,物理意义较为明确,提高了预测模型的可解释性。本文可为作物叶绿素含量估测提供新的思路和方法,为诊断水稻氮营养含量和监测水稻长势提供参考。     

保水剂与氮肥对鼓节竹光合特性和叶绿素荧光特性的影响

本研究以3年生鼓节竹为研究材料,研究单施氮肥（150、300、450 g/丛）以及保水剂（180 g/丛）与氮肥（150、300、450 g/丛）混施对鼓节竹叶绿素、叶片光合参数和叶绿素荧光参数的影响,并通过主成分分析法对不同处理进行综合评价。结果表明：在相同的氮肥条件下,保水剂与氮肥混施提高了叶片叶绿素含量,提高了净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）、胞间二氧化碳浓度（C_i）等光合参数及初始荧光（F_o）、最大荧光（F_m）、可变荧光（F_v）、潜在活性（F_v/F_o）、最大光化学效率（F_v/F_m）实际光化学产量（Φ_PSⅡ）、光合电子传递速率（ETR）、光化学猝灭系数（qP）和非光化学猝灭系数（qN）等荧光参数,降低了水分利用效率（WUE）,说明采用保水剂和氮肥混施能够提高氮肥利用率。主成分分析综合得分CK、A、B、C、D、E、F分别为-12.57、-8.15、-3.89、3.15、0.12、10.02、11.32。综合得分F最高,即保水剂（180 g/丛）与氮肥（450 g/丛）组合最优。     

基于图像处理技术的5种红树林叶片形态特征及叶绿素相对含量的估测

为研究基于计算机视觉的图像处理技术获得的红树林叶片形态特征和叶绿素相对含量,以5种红树林为研究对象,分析其叶片形态特征及建立叶片颜色参数和叶绿素相对含量的回归模型,为苗木培育及营养诊断提供理论依据。结果表明：基于图像处理技术获得红树林叶片形态特征值是可信的,5种红树林叶片形态特征（叶面积、叶长、叶宽、叶周长、叶片形态因子）存在显著差异。红海榄和木榄单片叶片最大,其次是秋茄和桐花树,白骨壤叶片最小,白骨壤叶片形态接近椭圆形,红海榄和秋茄2种红树叶片属于长条型,木榄和桐花树叶片形态类似,红海榄叶长和叶宽相关性最强。5种不同种类红树林的SPAD值和Dualex值差异性显著。利用数码相机获取5种红树林叶片彩色图像,通过图像处理软件提取RGB以及通过差值、比值、标准化值、归一化值等运算组合的28种颜色特征值,与叶绿素相对含量（SPAD值、Dualex 值）进行回归分析,B值与SPAD值极显著相关,(R+B+G)/3、R/B、G/B与SPAD值显著相关;18种颜色特征参数与Dualex值显著相关,其中相关系数最大的为G-B和G值。因此,可依据颜色特征参数（R、G、B）建立相应的统计模型进行红树林叶片叶绿素含量的估测,进而为检测红树林生长、诊断营养状况以及进行水肥精确管理提供理论依据和技术支持。     

10种观赏竹的光合特性及叶绿素荧光特性研究

本研究以10种不同观赏竹为研究对象,分别对不同竹种的叶绿素、光合特性、叶绿素荧光特性进行测定和对比分析,并通过主成分分析法对10种不同观赏竹进行综合评价,进而筛选出满足城市绿化种植的优良高效竹种,也为不同观赏竹种的选育和园林绿化利用提供参考依据。结果表明：（1）在整个生长期内,佛肚竹（Bambusa ventricosa）的叶绿素含量最高,唐竹（Sinobambusa tootsik）最低;（2）在10种观赏竹中,金丝慈竹（Bambusa affinis）、花巨竹（Gigantochloa verticillata）、花孝顺竹（Bambusa multiplex f. Alphonse-karri）、花竹（Bambusa albo-lineata Chia）这4种竹子的净光合速率（P_n）值都在3.5 μmol/(m²?s)以上,而青丝黄竹（Bambusa eutuldoides var. viridi-vittata）的P_n值最低,仅为1.34 μmol/(m²?s)。不同观赏竹的净光合速率与蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）和水分利用率（WUE）之间存在显著的相关关系;（3）青丝黄竹、花巨竹、唐竹的PSⅡ潜在的光化学活性（F_v/F_o）和PSⅡ有效光化学量子效率（F_v/F_m）值相对较高,紫竹[Phyllostachys nigra （Lodd. ex Lindl.）Munro]、花孝顺竹相对较低。同时花竹、唐竹、金丝慈竹都有较高的非光化学淬灭系数（qN）、光化学淬灭系数（qP）、PSⅡ光化学效率（Yield/ΦPSII）。由此可见,在相同生长环境下,不同观赏竹的光合利用能力、光合效率及光适应能力不同,且有显著差异。综合评价可知,花巨竹、金丝慈竹、佛肚竹为高光效竹种,光合适应性较强,适宜城市绿化种植。     

黄瓜叶色黄化突变基因yl-2的鉴定

叶绿素的含量与叶片光合作用效率以及作物产量潜力密切相关,是作物的一个重要生理指标。通过对黄瓜株系HN3种子进行甲磺酸乙酯(EMS)诱变,筛选得到叶色黄化的突变体yl-2。以该叶色黄化突变体yl-2和野生型黄瓜HN3为亲本,构建了BC_1F_2分离群体,遗传分析表明该突变体为隐性单基因控制。通过DNA混池测序,运用MutMap的方法寻找突变基因,得到4个符合要求的SNP位点,这4个SNP位点分布在黄瓜6号染色体上13～19 Mb的物理区间内。在这4个SNP中,仅有1个SNP即SNP17451330位于基因(Csa6G385090)上,且为异义突变,其余3个SNP均位于基因间。生物信息分析发现基因Csa6G385090编码叶绿素a加氧酶CAO,SNP17451330导致的氨基酸突变位于CAO蛋白的保守结构域。根据异义突变SNP17451330设计的dCAPS标记与群体植株的叶色表型共分离,预示着基因Csa6G385090很可能是叶色黄化突变体yl-2的候选基因。     

Identification of quantitative trait loci associated with iron deficiency chlorosis resistance in groundnut (Arachis hypogaea)

Iron deficiency chlorosis is an important abiotic stress affecting groundnut production worldwide in calcareous and alkaline soils with a pH of 7.5–8.5. To identify genomic regions controlling iron deficiency chlorosis resistance in groundnut, the recombinant inbred line population from the cross TAG 24 × ICGV 86031 was evaluated for associated traits like visual chlorosis rating and SPAD chlorophyll meter reading across three crop growth stages for two consecutive years. Thirty-two QTLs were identified for visual chlorosis rating (3.9%–31.8% phenotypic variance explained [PVE]) and SPAD chlorophyll meter reading [3.8%–11% PVE] across three stages over 2 years. This is the first report of identification of QTLs for iron deficiency chlorosis resistance-associated traits in groundnut. Three major QTLs (>10% PVE) were identified at severe stage, while majority of other QTLs were having small effects. Interestingly, two major QTLs for visual chlorosis rating at 60 days (2013) and 90 days (2014) were located at same position on LG AhXIII. The identified QTLs/markers after validation across diverse genetic material could be used in genomics-assisted breeding.