遮荫程度对不同耐荫性大豆品种光合及抗倒程度的影响

【目的】在玉米大豆间套作种植系统中,高位作物玉米的遮荫常常会导致大豆苗期茎秆细弱,倒伏严重,产量低下。文章在玉米大豆间套模式下,分析遮荫程度对大豆苗期光合产物积累、分配和抗倒性的影响,为建立合理群体结构提供理论依据。【方法】以不耐荫不抗倒型大豆南032-4和强耐荫强抗倒型大豆南豆12为试验材料,设置不遮荫(W0,透光率100%)、一层黑色遮阳网(W1,透光率31.90%)和二层黑色遮阳网(W2,透光率10.83%)3个处理进行室外盆栽试验,测定大豆光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度、SPAD值、叶面积及各器官生物量积累等光合指标和株高、各节间长度、各节间茎粗、茎秆抗折力、倒伏指数等抗倒伏指标,分析不同遮荫处理下大豆光合特性及抗倒伏相关性状的变化。【结果】随着遮荫程度的增加,2个品种大豆的光合速率、气孔导度、叶面积和SPAD值显著降低,各器官有机物积累量和根冠比显著下降;随遮荫程度增加,大豆倒伏严重,茎秆抗折力和抗倒伏指数显著降低。不同耐荫性大豆品种对不同遮荫程度的响应有差异,与W0相比,强耐荫性大豆南豆12和不耐荫性南032-4的光合速率在W1和W2分别降低了35.6%、99.6%和40.9%、83.6%。强耐荫性品种南豆12在W0和W1干物质积累高于南豆032-4,差异显著,但W2处理下差异不显著(P<0.05),表明中度遮荫下大豆的光合速率仍保持较高水平,且强耐荫性品种在遮荫条件下光合产物积累量较高。南032-4的W1和W2处理倒伏率较南豆12分别高出55.9%和2.57%(2014年和2015年2年均值),W1处理下南032-4表现中度倒伏,南豆12表现为轻度倒伏,而W2处理下南032-4和南豆12均表现为严重倒伏,表明中度遮荫下大豆品种间倒伏差异显著,不耐荫性品种倒伏程度严重。同一遮荫程度下,南豆12抗折力降低幅度(39.8%)高于南032-4(38.425%),但W1和W2处理后南豆12的抗折力比南032-4高27.3%和26.6%(2014和2015年2年均值)。同一遮荫程度下强耐荫性品种南豆12茎秆抗折力和抗倒伏指数均显著高于南032-4(P<0.05),而株高表现相反。【结论】随遮荫程度增加,大豆光合积累量减少,倒伏严重;强耐荫性品种在中度遮荫下能保持较高光合能力和抗倒伏能力,具有较强的耐荫性,但过度遮荫后,其耐荫性与弱耐荫材料差异不显著。因此,在大豆玉米间套作种植模式下,适当减少弱光胁迫程度,才能发挥大豆的耐荫和抗倒潜力。

硅对人工荫蔽胁迫下大豆幼苗生长及光合特性的影响

【目的】本试验主要研究硅对荫蔽胁迫下大豆幼苗的生长及光合特性的影响,以期为间套作大豆培育壮苗提供参考。【方法】本研究于2017年在四川农业大学试验基地进行,以强耐荫性南豆12和弱耐荫性南032-42个大豆品种为材料,用黑色遮阳网(50%透光率)模拟玉米大豆套作的荫蔽环境条件,进行室外盆栽。试验设置4个处理,分别为CK(正常光照,喷蒸馏水);S0(50%荫蔽,喷蒸馏水);S1(50%荫蔽,喷施100 mg·kg^(-1) Na_2SiO_3·9H_2O水溶液);S2(50%荫蔽,喷施300 mg·kg^(-1 )Na_2SiO_3·9H_2O水溶液),在大豆苗期进行叶面喷施。测定大豆植株各部分的硅含量、叶片的光合参数和叶绿素含量,茎秆直径和抗折力、根系的形态特征和根冠比、干物质积累及可溶性糖含量等指标,分析硅对提高大豆苗期耐荫性的作用。【结果】苗期荫蔽导致2个大豆品种植株的总干物质积累量、各器官的硅含量和可溶性糖含量减少,同时,降低的指标还有茎粗、茎秆抗折力以及根长、根表面积、根体积和根冠比。荫蔽造成了大豆净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)及蒸腾速率(Tr)的降低,而胞间二氧化碳浓度(Ci)和叶绿素的含量增加。不同大豆品种对荫蔽环境的响应程度不同,与南032-4相比,南豆12在荫蔽环境下具有更高的光合能力(净光合速率、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率、气孔导度、叶绿素含量)、茎秆抗倒能力(茎粗、茎秆抗折力)及根系生长能力(根长、根表面积、根体积、根干重)。荫蔽环境下S1处理后,2个大豆品种的干物质积累量、可溶性糖含量和叶绿素含量增加,茎秆变粗,茎秆抗折力增强,根量增多,根面积和根体积变大;叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率升高,胞间二氧化碳浓度下降,最终幼苗变壮。不同耐荫性的大豆品种对不同浓度的硅敏感度不同,其中,在S2处理下,强耐荫性南豆12的净光合速率、叶片可溶性糖含量、茎秆可溶性糖含量较S0处理分别增加了20.3%、12.9%、4.3%,弱耐荫性大豆南032-4分别增加了20.1%、94.3%、72.6%,南豆12和南032-4的胞间二氧化碳浓度分别降低了10.0%和45.2%。【结论】硅能有效地改善荫蔽胁迫条件下大豆幼苗的生长状况,增强光合作用能力、茎秆抗倒能力和根系吸收能力,从而提高大豆耐荫性。

荫蔽胁迫下大豆茎秆形态建成的转录组分析

玉米-大豆套作种植模式是国家农业重点推广技术,研究该模式下大豆茎秆对荫蔽胁迫响应的分子机制将有助于大豆耐荫性的分子遗传改良。利用转录组测序技术分析荫蔽胁迫对南豆12和南032-4大豆茎秆转录基因表达的影响,结果表明,荫蔽条件下,南豆12和南032-4分别有287个和110个差异转录基因,皆以上调为主。基因功能注释分析显示,这些基因主要富集于次生细胞壁的生物起源、多糖的合成、钙调素结合和水解酶活性等生物过程中。荫蔽条件下,南豆12响应木质素、生长素合成的相关基因上调,南032-4响应茉莉酸、乙烯合成的相关基因上调,响应赤霉素代谢的相关基因则下调,但南豆12表现出更多的差异转录基因。大豆茎秆积极响应荫蔽信号,增加茎秆细胞壁多糖,加快次生细胞壁的生成,从而阻碍茎秆横向生长,使大豆茎秆变细,同时增加水解酶活性,加快细胞的松弛,使大豆茎秆伸长。南豆12和南032-4也通过各自特有的差异转录基因响应荫蔽,但南豆12通过更多地增加细胞壁多糖、木质素含量以及对生长素的响应等来增加茎秆强度,保持茎秆一定的形态优势,最终提高自身抗倒伏能力,表现出对荫蔽更强的适应性。

玉米-大豆带状套作对大豆蛋白特性的影响

设置2种种植方式,以13个不同基因型大豆为材料,采用两因素裂区设计,研究玉米-大豆带状套作种植对大豆品质的影响。结果表明:净作模式下,参试的大豆材料蛋白质含量、脂氧合酶、蛋白亚基含量及总氨基酸含量及含硫氨基酸在各材料间差异显著;套作对不同材料各蛋白特性的影响不一致,其中11个材料蛋白质百分含量在栽培模式间无显著差异;4个材料脂氧合酶相对百分含量在套作模式下显著降低;不同大豆材料同种蛋白亚基以及同一个大豆材料不同蛋白亚基的变化规律不一致;3个材料含硫氨基酸显著增加,5个材料蛋氨酸含量显著增加,组氨酸、精氨酸变化系数高。根据粗蛋白、脂氧合酶、蛋白亚基和氨基酸含量受套作的影响程度,分别对供试大豆材料进行聚类分析,结果表明:蒙庆6号、菜豆在套作模式下蛋白含量差异不显著,11S相对百分含量增加,脂氧合酶相对百分含量降低,总氨基酸、含硫氨基酸含量增加。说明通过套作种植模式配合选择特定大豆品种,可保证大豆蛋白营养组份、提高豆制品风味及口感,同时延长保存时间,满足人们对豆制品的多元化需求。

荫蔽锻炼对大豆苗期光合特性的影响

荫蔽是影响间套作大豆产量进一步提高的限制因素。为探究荫蔽锻炼对大豆叶片光合、荧光特性的影响,本研究采用盆栽试验,分别用远红光LED灯(λ=730nm)、30%透光率遮阳网模拟荫蔽信号和荫蔽胁迫,分锻炼(S1)–恢复(S2)–胁迫(S3)3个阶段,以全过程自然光照为对照(LLLL),设荫蔽信号锻炼(LFLS)、荫蔽胁迫锻炼(LSLS)、不锻炼(LLLS) 3个处理,分析其S3阶段遭受荫蔽胁迫时叶片光合色素含量、光合参数以及叶绿素荧光参数的响应特征。结果表明, LFLS和LSLS较LLLS老叶和成熟叶叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量以及叶绿素总含量显著增加,老叶和新叶叶绿素a/b显著下降。除LSLS成熟叶外,各叶位净光合速率、气孔导度均较未锻炼处理显著增加,老叶和成熟叶锻炼与未锻炼处理胞间二氧化碳浓度差异不显著。与对照相比,无论锻炼与否,后期荫蔽使Fo、qp、NPQ、ΦPSII、ETR降低,而F_v/F_m和F_v'/F_m'则升高,其中,S1阶段的锻炼处理较未锻炼处理Fo下降的幅度更小;老叶qp较对照降低幅度依次为LFLS>LLLS>LSLS,成熟叶为LSLS<LFLS<LLLS,新叶为LSLS>LFLS>LLLS;ΦPSII、ETR均较对照降低但处理间差异不显著; LLLS、LFLS、LSLS新叶中F_v'/F_m'则分别比对照增加6.51%、8.79%和12.05%(P<0.05),锻炼后增加幅度更大。由此可见,通过荫蔽锻炼,大豆能通过光合特征的可塑性来适应光环境并表现出更强的荫蔽耐受能力。