海岛棉和陆地棉叶片光合特性、冠层结构及物质生产的差异

【目的】探讨海岛棉和陆地棉两个棉花栽培种群体物质生产存在差异的原因,揭示海岛棉和陆地棉产量形成的机理,为选育高光效棉花品种和高产高效栽培提供理论依据。【方法】在新疆气候生态条件下,选用能适应北疆棉区的海岛棉品种(系)(新海22号、H858)和陆地棉主栽品种(新陆早13号、新陆早33号)为试验材料,分别测定不同棉花品种(系)叶片的叶绿素含量、叶面积指数、冠层开度、叶片向日性运动、群体光合速率和生物量等指标,探讨海岛棉和陆地棉两个栽培种间群体冠层结构、叶片光合组分和光合生产特性等的差异。【结果】陆地棉品种冠层上部叶片数量多,叶面积指数大,冠层开度小,上部叶片光截获量占冠层光截获总量的比例大,冠层中下部光截获量少;海岛棉品种冠层上部叶片少,叶面积指数小,冠层开度大,截获的光占冠层光截获总量的比例小;海岛棉品种群体光合速率均比陆地棉高;两个棉花栽培种光合物质生产能力存在显著差异,海岛棉光合产物总量多,但生殖器官占总光合产物的比例显著低于陆地棉;海岛棉和陆地棉产量构成因子及皮棉产量差异显著,陆地棉单位面积总铃数约为1.30×106个/hm2,皮棉产量为3 000—3 500 kg·hm-2,海岛棉虽然单位面积铃数显著大于陆地棉,达到1.54×106个/hm2左右,但单铃重远低于陆地棉,皮棉产量仅1 500 kg·hm-2左右;在棉铃空间分布上,海岛棉棉铃主要分布在冠层中下部,而陆地棉棉铃在冠层中上部的分布比例大。【结论】与海岛棉相比,陆地棉总光合产物低,但经济系数高,籽棉产量高,通过改善陆地棉冠层结构,延长群体光合功能期,提高光合产物累积量,有利于陆地棉产量的进一步提高;与陆地棉相比,海岛棉冠层光能利用率高,群体光合速率高,光合物质生产潜力大,但单铃重低,总铃库较小,且铃库与光合源比例失衡,光合产物转运效率低,经济系数小,产量较低。选育大铃、早熟性好的海岛棉品种,并适当增大种植密度,可能是海岛棉增产的技术途径。

化学打顶对棉花冠层结构指标及产量形成的影响

【目的】研究棉花喷施化学打顶剂对植株形态、冠层结构特性的影响,探讨应用化学打顶剂调节棉花株型、冠层结构及产量构成因子的效应,为棉花化学打顶技术的应用提供理论依据。【方法】选用棉花品种为新陆早45号、45-21(品系),在田间自然条件下,以人工打顶的棉花为对照,研究喷施化学打顶剂对棉花农艺性状、冠层结构指标及产量形成的影响。【结果】与人工打顶相比,化学打顶株高、主茎节数增加、株宽变小,株形紧凑;不同部位DIFN较大,叶面积指数较高,不同冠层光吸收较人工打顶的均匀,中、下部冠层光吸收率高;不同打顶剂表现为氟节胺处理的棉花产量有增加的趋势。【结论】棉花化学打顶后通过叶片吸收药剂,封顶效应较慢,与人工打顶相比叶面积指数较高;由于对果枝长度控制,使株形紧凑,冠层开度增加,保证了冠层中、下部高的光吸收率,为棉花利用化学打顶控制株型提供了依据。

海岛棉和陆地棉叶片光合能力的差异及限制因素

研究海岛棉和陆地棉两个栽培种间叶片的光合特性及组织解剖结构特性,揭示不同棉花栽培种叶片光合能力的差异,探讨如何进一步提高海岛棉的光合物质生产能力,以期为高光效棉花品种选育和高产高效栽培实践提供理论基础。在新疆气候生态条件下,选用北疆棉区有代表性的海岛棉品种新海22号和陆地棉品种新陆早13号为试验材料,分别测定了两棉花栽培种叶片的净光合速率(PN)、气孔导度(Gs)及叶片温度的日变化,PN-PPFD(光量子通量密度)响应曲线,PN-Ci(胞间CO2浓度)响应曲线以及叶绿素含量、叶片面积、比叶重和地上部生物量等指标,并观察了叶片的形态解剖结构特性。研究结果表明,当新陆早13号叶片被固定于水平方向上以后,日进程中新海22号的叶片温度显著高于新陆早13号。在上午和下午光强较低时,新海22号和新陆早13号的PN和Gs无明显差异;12:00至16:00,新海22号叶片的PN和Gs均显著低于新陆早13号。新海22号和新陆早13号叶片的PN-Ci响应曲线无明显差异。新海22号叶片的Pmax(最大光合速率)低于新陆早13号,而两者的AQY(表观量子效率)无显著差异。新海22号叶片的栅栏组织厚度、比叶重和地上部生物量均显著低于新陆早13号,而叶绿素含量和叶片面积均显著高于新陆早13号。因此,田间条件下,海岛棉叶片的实际光合能力低于陆地棉,但两者具有相似的光合潜力。气孔导度是导致海岛棉和陆地棉叶片实际光合能力存在差异的重要原因,而栅栏组织较薄限制了海岛棉叶片光合潜力的进一步发挥。

嘌呤合成途径基因VAL1超表达水稻光合调控生理机制研究

以提高作物产量为目的的高光效研究已成为作物育种学和栽培学共同关注的热点问题.针对寡日照限制我国特别是西南地区水稻产量提升这一问题,以前期研究获得的嘌呤合成途径基因(VAL1)水稻植株(VAL1-OE)为材料,从确定光能利用效率提升的限制因子入手,利用其光合色素质量分数和光合速率均显著提高这一特点,开展水稻光合调控生理机制研究.结果表明:VAL1-OE水稻叶片叶绿体发育和光合相关基因,如捕光复合体II叶绿素a/b结合蛋白基因(LhcpII),编码PS I P700叶绿素a脱辅基蛋白A1基因(psaA),PS II D1蛋白基因(psbA),细胞色素f脱辅基蛋白基因(petA),细胞色素b6-f复合体小亚基基因(petG),核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基基因(rbcL),核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶小亚基基因(RbcS)和叶绿体ATP合成酶α亚基基因(atpA),这些编码基因转录水平均显著上调.此外,VAL1-OE水稻叶片比叶质量、光合色素质量分数显著增高.在低光和高光条件下,电子传递速率(ETR)、净光合速率(A)和光能利用效率(LUE)均显著高于野生型水稻叶片,但VAL1-OE水稻单株面积较低,干物质累积和产量未显著增加.研究结果显示:超表达VAL1水稻优化叶片光能吸收、电子传递和碳同化是提高光合作用和光能利用效率的关键.光合面积较小成为制约VAL1超表达水稻获得更多干物质累积和产量的主要因素.以VAL1超表达水稻为基础,在实现高光合能力的同时,培育高叶面积表型材料,提高光合作用面积是进一步提高该水稻材料干物质累积量和产量的突破口.

播期温度对新疆膜下滴灌棉花出苗率及苗期生长的影响

【目的】新疆膜下滴灌棉田普遍采用干土播种、滴水出苗技术,将棉花传统漫灌栽培条件下需要兼顾土壤墒情和气温状况转变为仅关注播期温度条件。论文根据棉花播种出苗对气温的要求,选择不同时期不同温度条件下播种,观测膜下滴灌棉花播种出苗及幼苗生长状况,分析播期温度变化对出苗率、苗期生长发育的影响及收获期产量的变化,为膜下滴灌棉花确定播种条件、实现一播全苗和培育壮苗提供理论依据。【方法】通过记载播种前气温及土壤温度的变化,以棉花种子发芽、出苗的生物学下限温度为最早播期,设置3—4个播期,调查不同播期下棉花出苗率,测定苗期株高、子叶节高度等形态指标和植株干物质累积量等,明确不同温度条件下播种对膜下滴灌棉花出苗和壮苗指标的影响。【结果】播前3 d膜下5 cm土壤温度18.7℃条件下棉花出苗速度快且出苗率最高;与温度较低条件下的早播相比,膜下5 cm土壤温度达24.7℃的晚播棉花出苗期至3叶期植株株高提高3.52%—8.64%、子叶节高度提高8.82%—20.59%、总根长增长1.79%—6.59%、比根长提高14.84%—25.93%;播前3 d膜下5 cm土壤温度9.5℃早播条件下,根干物质累积量较高、根冠比较大。【结论】棉花播前3 d平均气温稳定通过13.8℃—15.7℃,播后1周气温在16℃—18℃,出苗率可达90%以上;但平均气温在6.7℃—14.1℃、膜下5 cm平均地温9.5℃—17.6℃条件下播种,出苗至3叶期平均气温在18.5℃—19.5℃、有效积温在110℃—120℃,棉花幼苗单位株高干物质累积量较高,根系生长量大,幼苗健壮,单株结铃多,铃重较高。因此,适温早播为棉花产量形成奠定良好基础。

长江上游水稻耐热性鉴定模型的构建与应用

水稻耐热性一直是我国水稻育种工作的重点研究领域,高温导致水稻大幅度减产已成为威胁我国粮食安全的关键问题,加快培育具有耐高温特性的高产水稻品种迫在眉睫.通过对125个水稻亲本和品种材料开展耐高温试验,研究了高温胁迫条件下水稻结实率的变化特征,构建了“长江上游自然高温与人工模拟高温鉴定相结合、高温结实率稳定性与高温绝对结实率相结合”的开花期耐热性评价方法,将耐热性分为1,3,5,7,9级共5个级别,分别表示强耐热、耐热、较耐热、不耐热和极不耐热.试验结果显示:应用该评价方法,可以有效地鉴定出既具有较高耐热性又具有较高结实率表型的优质水稻亲本和品种;在西南高温地区筛选的品种和亲本材料具有较高的耐热性,如富优1号,泸优727,II优602等品种材料,R21,SCR12,泸恢602等恢复系材料和陵1B,内香6B,内香3B等保持系材料.研究结果表明:该评价方法不仅提高了稳定性要求,而且考虑了生产实际中绝对结实率这一重要生产指标,耐热品种的划分标准更加严格,评价过程契合生产实际,评级标准适合高温热害区;在耐热性品种选育方面,抓紧培育具有高耐热性的水稻保持系是加速耐高温高产型水稻育种的突破口.

田间条件下海岛棉和陆地棉花铃期叶片光保护的机制

研究海岛棉(Gossypium barbadense)和陆地棉(G.hirsutum)两个棉花栽培种的光合作用特性,探讨两个栽培种光合机构的光抑制以及防御保护机制,以期为新疆棉花高光效品种选育和高产高效栽培实践提供理论基础。在新疆生态气候条件下,系统测定了海岛棉和陆地棉的叶片运动、叶片接受光量子通量密度(PFD)、叶片温度、叶绿素荧光参数、气体交换参数和光呼吸速率的日变化。研究结果表明:陆地棉叶片的"横向日性"较强而海岛棉较弱,导致海岛棉叶片接受PFD较低,但其叶片温度较高。海岛棉叶片的光合速率和气孔导度均显著低于陆地棉。在8:00-10:00(北京时间,下同)海岛棉叶片的光呼吸速率略低于陆地棉,其余时间段海岛棉和陆地棉叶片的光呼吸速率相似。不同栽培种间,叶片的最大光化学效率和实际光化学效率的日变化均无明显差异。除14:00-16:00以外,海岛棉叶片的表观电子传递速率和光化学猝灭系数均显著低于陆地棉。8:00以后,海岛棉叶片的非光化学猝灭显著高于陆地棉。因此,在新疆生态气候条件下,海岛棉和陆地棉叶片"横向日性"运动能力和气孔导度的差异导致叶片所处的光温环境不同,同时造成海岛棉叶片的碳同化能力较低。为阻止光合电子传递链的过度还原,减轻光合机构的光抑制,陆地棉叶片主要通过光合机构的电子流途径耗散激发能,而海岛棉叶片通过热耗散途径和相对较高的光呼吸能力来耗散激发能。

土壤水分亏缺下棉花叶片光破坏防御机制研究进展

干旱是影响植物生长发育和产量形成的重要环境因素。为了适应干旱环境,植物形成了一系列保护光合机构免受损伤的光破坏防御机制。棉花(Gossypium spp.)抗旱性较强,即使在中度土壤水分亏缺条件下光合机构也未产生慢性光抑制现象。本文简要地综述了土壤水分亏缺对棉花叶片碳同化能力的影响,以及水分亏缺条件下棉花叶片的光抑制情况;阐明了水分亏缺下棉花叶片的光破坏防御机制,并对大田棉花适应土壤水分亏缺的研究提出了展望。