利用植物气体交换参数确定萎蔫系数的方法

萎蔫系数是确定土壤有效水范围、储量和对植物有效性的关键因子,但现有的基于植物形态变化测定的萎蔫系数存在生理意义不明确及难以在田间原位测定的缺陷。为此,本研究利用自然干旱下的盆栽试验,测定了2种土壤质地(黄土高原区黄绵土和南方丘陵区红壤)下4种植物(大豆Glycine max L.、向日葵Helianthus annuus L.、苜蓿Medicago sativa L.、羊草Leymus chinensis(Trin.)Tzvel)幼苗的萎蔫系数及叶片气体交换参数对土壤水分含量变化的动态响应过程,探讨了基于植物气体交换参数确定的土壤水分下限阈值与萎蔫系数的关系。结果表明:(1)土壤质地和植物抗旱性显著影响萎蔫系数,且影响在永久萎蔫时对应的土壤水势。4种植物在黄绵土下的萎蔫系数分别为0.083 cm^(3)·cm^(-3)(向日葵)>0.081 cm^(3)·cm^(-3)(大豆)>0.072 cm^(3)·cm^(-3)(羊草)>0.060 cm^(3)·cm^(-3)(苜蓿),在红壤下的萎蔫系数表现为0.188 cm^(3)·cm^(-3)(向日葵)>0.180 cm^(3)·cm^(-3)(大豆)>0.174 cm^(3)·cm^(-3)(羊草)>0.172 cm^(3)·cm^(-3)(苜蓿)。4种植物在红壤上的萎蔫系数均大于黄绵土,且植物抗旱性越强,其萎蔫系数越低。(2)利用三次函数模拟气孔导度变化确定的土壤水分下限阈值与萎蔫系数存在高度一致性。因此,萎蔫系数可基于植物气体交换参数进行间接估算。

宛氏拟青霉提取物对夏玉米气体交换参数及产量的影响

为探讨野生沙棘根系内生真菌宛氏拟青霉菌株的提取物(ZNC)对夏玉米光合气体交换参数和产量的影响,设置单施复合肥(U)、复合肥配施ZNC喷雾(UZ)2个处理,研究了复合肥配施ZNC喷雾对玉米净光合速率、胞间CO_(2)浓度、气孔导度、蒸腾速率和产量的影响。结果表明,UZ处理较U处理玉米叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率显著提升,产量显著提高8.53%。宛氏拟青霉提取物喷雾可提高玉米关键生育时期叶片光合速率,显著提高产量。

^(60)Co-γ射线辐射西瓜种子对叶片光合色素含量和气体交换参数的影响

以12个不同千粒重的西瓜(Citrullus lanatus)品种干种子为试验材料,设置6个^(60)Co-γ射线剂量辐射处理,研究不同辐射剂量对西瓜种子的影响,并通过大田试验观察辐射材料的性状表现(开花期及果实性状)。结果表明,西瓜种子经^(60)Co-γ射线辐射后,叶片中的叶绿素a、类胡萝卜素含量随着辐射剂量的增大总体呈先增加后减小的趋势,叶绿素b含量及气孔导度、净光合速率、蒸腾速率总体随着辐射剂量的增加而减少;^(60)Co-γ射线辐射对不同千粒重西瓜干种子的敏感性由强到弱依次为大种子、小种子、中等种子;不同基因型西瓜种子辐射敏感性由强到弱依次为杂交种子、常规种子。

不同覆盖处理对冬小麦气体交换参数及水分利用效率的影响

为了探索半湿润灌区冬小麦在不同覆盖处理下水分利用的生理生态机制，该文采用秸秆覆盖和起垄覆膜沟内播种（膜垄）两种覆盖种植处理，研究了冬小麦叶片水平气体交换诸参数的日变化和生育期变化，分析了群体水平和产量水平的水分利用效率。结果表明：与不覆盖处理相比，在灌浆期秸秆覆盖和膜垄处理能有效提高冬小麦14：00以后的光合速率，膜垄处理能极显著提高冬小麦12：00后叶片水平水分利用效率，秸秆覆盖处理降低了10：00～14：00的蒸腾速率，从而能提高中午的水分利用效率；两种覆盖处理均能提高冬小麦生育后期的叶片水平光合速率及其水分利用效率，但在产量及群体水平水分利用效率上并无优势；膜垄处理通过加大对土壤水分的利用而显著提高产量，秸秆覆盖处理由于群体减小而导致减产。

大豆光合气体交换参数的QTL分析

光合气体交换参数是用来表示植物光合能力的常用指标。利用来自大豆品种科丰1号和南农1138-2的重组自交系群体NJRIKY(184个家系)及其分子遗传图谱,通过两年盆栽试验定位与光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率有关的QTL。结果表明,4个参数的遗传力中等偏低,在0.48～0.60之间;两两间存在极显著正相关关系,相关系数在0.192～0.686之间;两年共检测到15个QTL,分别位于C1、C2、D2、E、H、I和O连锁群上,LOD值在2.25～6.31之间,贡献率为4.80%～12.30%;有6个QTL在不同环境下稳定表达,它们分别是控制光合速率的qPnC1.1、控制气孔导度的qSCD2.1和qSCI.1、控制胞间CO2浓度的qCiI.1和qCiO.1,以及控制蒸腾速率的qTrO.1;检测到4个同时控制两个或两个以上参数的标记区间,它们分别是C1连锁群上控制光合速率和气孔导度的sat_311～sct_191区间,E连锁群上控制光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度的sat_172～satt268区间,I连锁群上控制气孔导度和胞间CO2浓度的satt726～satt330区间,以及D2连锁群上控制气孔导度和胞间CO2浓度的sat_296～sat_277区间。

羊草叶片气体交换参数对温度和土壤水分的响应

采用生长箱控制的方法研究了羊草 (Leymuschinensis)幼苗叶片光合参数对 5个温度和 5个水分梯度的响应和适应。结果表明 :轻度、中度土壤干旱并没有限制羊草叶片的生长 ,对气体交换参数亦无显著影响 ,反映了羊草幼苗对土壤水分胁迫的较高耐性。叶片生物量以 2 6℃时最大 ,其它依次为 2 3℃、2 0℃、2 9℃和 32℃。温度升高使气孔导度和蒸腾速率增加 ,却使光合速率和水分利用效率降低。水分和温度对叶片生物量、光合速率、气孔导度和蒸腾速率存在显著的交互作用 ,表明高温加强了干旱对叶片生长和气体交换的影响 ,降低了羊草对土壤干旱的适应能力。高温和干旱的交互作用将显著减少我国半干旱地区草原的羊草生产力。

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2005~2006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。

CO_2浓度对大豆叶片气孔特征和气体交换参数的影响

利用可精准控制CO_2浓度的大型气候箱设置7个CO_2浓度处理(400、600、800、1000、1200、1400和1600μmol mol^(–1)),对大豆进行CO_2浓度富集的室内培养试验。结果表明,CO_2浓度升高显著减小大豆叶片近轴面的气孔密度和远/近轴面的气孔面积指数。当CO_2浓度为400μmol mol^(–1)时,远轴面气孔分布最规则,提高CO_2浓度导致远轴面气孔的不规则分布;与远轴面相反,CO_2浓度升高导致近轴面气孔的空间分布更加规则,即在较高CO_2浓度处理下的Lhat(d)最小值均低于对照组。不同叶面(远/近轴面)气孔特征对大气CO_2浓度变化的响应存在明显差异,但大豆可以通过调整气孔形态特征和气孔空间分布格局进一步改变叶片的气体交换参数。研究结果有助于从气孔特征响应的角度深入理解CO_2浓度对大豆叶片气体交换过程产生的影响。

干旱对4种幼苗气体交换参数的影响

对蒲桃Syzygium jambos、南五味子Kadsura longipedunculata、海南红豆Ormosia pinnata和灰木莲Mangliet iaglauca幼苗在不同干旱强度下的叶片气体交换参数进行了研究。结果表明,随着干旱胁迫时间的延长,4种幼苗的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)显著下降;蒲桃的胞间CO2浓度(Ci)显著降低,气孔限制值(Ls)下降后上升,南五味子和海南红豆的Ci都为下降后上升,Ls呈现上升后下降;灰木莲的Ci持续上升,而Ls持续下降。蒲桃的叶片水分利用率(WUE)上升,而其他幼苗则不断降低;主成分分析表明,幼苗耐干旱性顺序为蒲桃>南五味子>海南红豆>灰木莲。

水分和CO_2浓度对冬小麦气孔特征、气体交换参数和生物量的影响

利用可精准控制CO_2浓度([CO_2])的大型人工气候室,研究了水分亏缺和[CO_2]升高对冬小麦气孔特征、气体交换参数及生物量的影响。结果表明,水分亏缺导致冬小麦气孔开度减小和气孔空间分布的规则程度降低,提高[CO_2]能够减缓水分亏缺时气孔开度和气孔分布规则程度的下降幅度。与充分灌溉相比,不同水分亏缺条件下冬小麦的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均显著降低(P<0.05),[CO_2]仅可缓解轻度亏水对气体交换过程的影响,该缓解能力随水分亏缺程度的加剧而降低。水分亏缺降低冬小麦生物量,但[CO_2]升高对水分亏缺时生物量产生的影响不显著(P>0.05)。水分亏缺条件下,冬小麦通过调整气孔开度和气孔空间分布格局改变叶片的气体交换效率,[CO_2]升高对冬小麦产生的"施肥效应"受土壤水分条件的限制。

甘蓝型油菜对干旱和低磷双重胁迫的生理反应Ⅰ：叶片气体交换参数及产量

通过对气体交换参数及产量的测定和分析,研究了干旱和低磷双重胁迫对油菜不同生育期叶片光合特性的影响。结果表明:油菜在不同生育期受到干旱和低磷胁迫后,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)会明显降低。在干旱和低磷双重胁迫下,苗期油菜Ci降低、Ls升高,表明气孔限制是导致Pn降低的主要原因;而蕾薹期和花期Ci升高、Ls降低,表明非气孔限制是导致Pn降低的主要原因。对单一的胁迫而言,低磷胁迫对油菜叶片Pn影响最大的时期是蕾薹期,而干旱胁迫对油菜叶片Pn影响最大的时期则是花期;与对照相比,它们均显著降低了油菜的株高、每角粒数、单株有效角果数和单株产量。

烤烟叶片光合气体交换参数对滤减UV-B辐射强度的响应

以烤烟品种‘K326’为试验材料,通过覆盖不同的透明薄膜滤减UV-B辐射处理方式,并应用多元统计的岭回归分析方法,研究了100%(CK)、75%(A)、50%(B)、35%(C)自然UV-B辐射处理下烤烟成熟初期叶片的光合气体交换参数与50 cm和150 cm高度UV-B辐射强度的关系。结果表明:对于净光合速率,不同高度的UV-B辐射对A、B、C处理的抑制强度都是A>C>B;3个处理的瞬时水分利用效率(WUE)受UV-B辐射抑制强度为B>C>A;在A、C处理条件下,影响烟叶净光合速率变化的主要是气孔因素,而B处理条件下却主要是非气孔因素。可见,‘K326’烤烟叶片的光合气体交换参数对不同的UV-B辐射强度响应区间的敏感性存在一定的差异。

甘蓝型油菜叶片和角果气体交换参数差异的比较

为探究油菜叶片与角果间光合特性的差异,以双低高油甘蓝型油菜杂交种秦优7号为材料,在不同光照、CO2浓度、温度和一日之内不同时间点等条件下比较了叶片和角果间气体交换参数的差别,结果显示:叶片和角果的气体交换参数随光强、CO2浓度、温度、一日之内时间的变化趋势基本相同。在同等光照条件下,叶片的净光合速率、气孔导度、水分利用效率和气孔限制值均高于角果,而胞间CO2浓度蒸腾速率低于角果;叶片的光饱和点、光补偿点、光呼吸速率明显比角果低,而光量子效率显著高于角果。在同等CO2浓度条件下叶片的净光合速率、水分利用效率、气孔限制值均明显高于角果,而胞间CO2浓度低于角果;叶片的CO2饱和点、CO2补偿点均比角果低,而羧化效率则显著高于角果。叶片进行光合反应的最适温度低于角果,在各自最适和相同温度范围内叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、气孔限制值均明显高于角果,而叶片的胞间CO2浓度、水分利用效率则比角果明显降低。在整个日变化范围内叶片的净光合速率、气孔导度、气孔限制值、水分利用效率明显比角果高,而叶片的胞间CO2浓度、蒸腾速率则明显比角果低。

大豆资源光合气体交换参数的变异

光合作用是决定作物产量的重要因素。光合气体交换参数则是表示植物光合能力的常用指标。在盆栽条件下,利用LI-6400光合仪测定了162份大豆品种(系)R6时期的光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率等光合气体交换参数。参数间的相关分析表明4个光合参数间存在极显著正相关关系。参数的变异特点分析表明,4个光合气体交换参数在品种(系)间存在极显著的遗传差异,变幅较大,且呈现典型的数量性状分布特点,育种潜力较大。以光合速率作为选择指标,筛选了15份优异种质,为今后高光效育种提供了基础材料。

毛白杨杂种无性系叶片δ^(13)C差异与气体交换参数

在苗木生长的不同时期对13个毛白杨(Populus tomentosa)杂种无性系叶片碳同位素δ13C和气体交换参数(净光合速率Pn、蒸腾速率Tr、瞬时水分利用效率WUEi、气孔导度Gs和胞间CO2浓度Ci)的差异进行研究,分析不同无性系间δ13C与气体交换参数的相互关系,目的在于探求δ13C在筛选高光合及高水分利用效率毛白杨杂种无性系中的应用价值。结果表明:不同生长时期和不同无性系间δ13C、Tr、WUEi、Gs和Ci的差异均显著,δ13C和WUEi表现为9月>7月,Tr、Gs和Ci表现为7月>9月,Pn在不同生长时期差异不显著。季节变化是引起毛白杨杂种无性系叶片δ13C差异的主要原因。同一时期,无性系间δ13C和WUEi表现出较好的一致性,即WUEi较高的无性系30、42、46、83、BL2和BL5,其δ13C值也较高,WUEi较低的无性系B331和TG34,其δ13C值也较低,且不同时期(7月和9月)δ13C和WUEi呈较强的正相关,相关系数r分别为0.7390和0.5458,高δ13C可以作为筛选高WUEi毛白杨的有效指标,且在苗木生长旺盛时期选育能得到更为可靠的结果。对毛白杨而言,高WUEi的无性系,一般具有适中或较低的Gs和Ci,但不一定具有很高的Pn,气孔调节使得毛白杨在不影响光合作用的同时保持较高的WUE。

水淹胁迫对4种园林绿化树种幼苗气体交换参数的影响

对乐昌含笑Michelia chapensis、红荷Schima wallichii、红苞木Rhodoleia championii和樟树Cinnamomum camphora幼苗在根部淹水胁迫下的叶片气体交换参数进行了研究,以便从光合生理角度了解这4种树种的耐水淹生理机制.结果表明,随着水淹胁迫时间的增加,4种幼苗的净光合速率均呈下降趋势,35 d时均达到最小值,分别为1.87、0.43、-0.26和0.62μmol·m-2·s-1;4种幼苗的叶片气孔导度和蒸腾速率均呈下降趋势,35 d时4种幼苗的气孔导度分别为0.032、0.005、0.008和0.006 mol·m-2·s-1,蒸腾速率分别为0.04、0.13、0.02和0.10mmol·m-2·s-1;乐昌含笑、红荷和樟树的细胞间隙CO2摩尔分数先降后升,而红苞木的细胞间隙CO2摩尔分数持续上升;由主成分分析法得出4种幼苗耐水淹能力为乐昌含笑>红荷>樟树>红苞木.

国外引进甘蔗栽培品种的光合气体交换参数遗传差异与聚类分析

【目的】探明国外引进甘蔗栽培品种光合气体交换参数遗传变异特征,筛选优良基因型,并为甘蔗高光效育种技术优化提供参考依据。【方法】利用LI-6400便携式光合仪,于大伸长期对50份国外引进甘蔗栽培品种顶端全展叶6项光合气体交换参数进行测定,包括净光速率(A)、气孔导度(gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(E)、固有水分利用效率(WUEintr)、瞬时水分利用效率(WUEinst)。通过方差分析、广义遗传力计算、相关分析以及主成分分析明确气体交换参数变异特征,并通过聚类和判别分析筛选优异基因型。【结果】所有光合气体交换参数在参试基因型间差异均达到极显著水平,变异程度依次为gs>A>E>Ci>WUEintr>WUEinst。各项参数广义遗传力较高,除WUEinst为58.8%外,其余参数均达70%以上。除WUEinst与E间相关性不显著外,其他气体交换参数间相关性均达显著水平。气孔导度同其他参数具有较强的非线性相关,体现了其对气体交换的重要调控作用。主成分分析共提取两项公因子,可分别解释为"碳同化性能"和"水分利用效率",二者在基因型间的变化彼此独立,表明兼具高碳同化性能和高水分利用效率材料的筛选是可能的。通过聚类分析最终筛选出B4362、B51-410、US67-22、BH10-12、C323-87、Co685等6个碳同化能力突出、且同时具有极佳水分利用效率的优异基因型。【结论】国外引进甘蔗栽培品种中蕴含丰富的气体交换参数变异,遗传差异是该变异产生的主要原因。鉴定筛选到6份兼具高碳同化性能和高水分利用效率的优异材料,为甘蔗高光效育种提供了可靠的种质资源和优化建议。

夏玉米叶片气体交换参数对干旱过程的响应

目前已经开展了大量的干旱对作物叶片气体交换参数影响的研究,但关于作物叶片气体交换参数对干旱过程的响应及其关键阈值的研究仍较少。基于夏玉米七叶期开始的5个初始水分梯度的长时间持续干旱模拟实验资料,分析了不同强度持续干旱过程中夏玉米叶片气体交换参数(净光合速率Pn,气孔导度Gs,蒸腾速率Tr,胞间CO_2浓度Ci和气孔限制值Ls)的变化规律及其关键阈值。结果表明,玉米的净光合速率(Pn),蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)在干旱发生初期呈大幅度下降,但随着干旱持续会出现一定的适应性。利用统计容忍限方法确定了夏玉米拔节期Pn,Tr和Gs响应干旱的临界土壤相对湿度(0—30cm)分别为53%,51%和48%,对应的临界叶含水率分别为81.8%,81.3%和81.2%。夏玉米光合作用由气孔限制向非气孔限制转换的0—30cm土壤相对湿度均为44%±2%,对应的叶含水率均为77.6%±0.3%。研究结果可为夏玉米干旱发生发展过程的监测预警提供依据。

盐胁迫下金银花叶片气体交换参数对光照和温度的响应

采用CIRAS-2型便携式光合作用仪测定不同盐浓度下2年生金银花叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和水分利用效率(WUE)等气体交换参数,研究盐胁迫下气体交换参数对光照和温度的响应规律,探讨有利于金银花正常生长的适宜盐浓度、光照和温度条件.结果表明:(1)盐浓度为0.3%时,金银花叶片的光补偿点最低,表观量子利用效率和光饱和点最高,光照有效利用区间为18.5-972.8μmol·m-2·s-1,表现出较宽的光照生态幅.(2)金银花叶片的气体交换参数对土壤盐度、光照和温度变化具有明显的阈值响应,其光合作用的适宜盐浓度为0-0.3%,最佳生长环境温度为25℃左右;盐浓度大于0.3%时,Pn、Tr、Gs和WUE下降,并随着盐浓度的增大下降越明显,耐盐碱能力表现出一定的局限性.(3)不同盐浓度下金银花叶片Pn、Gs和WUE对温度的响应均呈"先升高后下降"的变化趋势,而Tr对温度的响应呈上升的变化趋势.

Cd^(2＋)处理对5个柳树无性系气体交换参数及叶绿素荧光参数的影响

该实验以筛选的速生、抗逆性强的5个柳树无性系(‘竹柳’、‘苏柳172’、‘苏柳795’、‘旱快柳’、‘旱柳’)一年生扦插幼苗为试验材料,设置对照、轻度(30mg·L-1)、中度(60mg·L-1)和重度(90mg·L-1)4个重金属Cd2+处理水平,通过水培方式探究Cd2+对各柳树无性系气体交换参数、荧光参数及叶绿素含量的影响。结果显示:(1)在Cd2+浓度为30mg·L-1时,导致‘苏柳172’、‘苏柳795’和‘旱快柳’净光合速率降低的原因主要是气孔因素;当Cd2+浓度≥60mg·L-1时,‘苏柳172’、‘苏柳795’、‘旱快柳’及‘竹柳’净光合速率下降的主要原因是非气孔因素,而‘旱柳’在整个Cd2+胁迫过程中净光合速率下降的因素均属于非气孔限制型。(2)整个Cd2+胁迫过程中,‘苏柳172’、‘苏柳795’、‘旱快柳’和‘旱柳’叶片叶绿素含量和Chl a/Chl b值与对照相比均呈下降趋势,而竹柳先上升后下降至低于对照水平。(3)随着Cd2+胁迫程度的增加,叶片PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)和光化学淬灭(qP)整体呈下降趋势,非光化学淬灭系数(NPQ)呈逐渐上升的趋势,而表观光合电子传递速率(ETR)先增加后下降,但5个柳树无性系叶绿素荧光参数的变化幅度以‘竹柳’最小,‘旱柳’最大。研究表明,5个柳树无性系均能在Cd2+浓度为30mg·L-1的培养液中正常生长,且竹柳的光合作用较对照有略微增加,且在90mg·L-1 Cd2+浓度下各无性系生长虽受到抑制但仍能存活,说明它们对重金属Cd2+胁迫都有一定的耐受性,并以‘竹柳’的耐受性最强。