拔节期低温对小麦籽粒产量与灌浆期旗叶荧光参数的影响

为探明拔节期低温对小麦生育后期旗叶荧光特性的影响, 以华成3366、扬麦13等7个小麦品种为材料, 在拔节期对小麦进行低温处理, 研究低温对小麦籽粒灌浆期旗叶荧光参数的影响。结果表明, 拔节期低温显著降低小麦籽粒产量, 低温处理下小麦籽粒产量较对照降低44.53%—65.74%, 其中小麦品种生选6号降幅较小、宁麦13降幅较大。拔节期低温对小麦灌浆期旗叶荧光参数具有显著影响。与对照相比, 低温处理下小麦旗叶实际光化学效率(ΦPSⅡ)、最大光化学量子产量(Fv/Fm)、光化学淬灭系数(qP)和表观电子传递速率(ETR)显著下降, PSⅡ非调节性能量耗散的量子产额Y(NO)和初始荧光(F0)显著升高, 最大荧光(Fm)、非光化学淬灭系数(qN)和PSⅡ调节性能量耗散的量子产额Y(NPQ)无显著变化。品种间, 生选6号的Fv/Fm、ETR和ΦPSⅡ等荧光参数低温处理下降幅较小, 宁麦13的Fv/Fm、ETR和ΦPSⅡ等荧光参数低温处理下降幅较大。从相关性分析结果得出, F0与Fv/Fm呈负相关, qP与ETR呈正相关, Y(NO)与ΦPSⅡ呈负相关。表明拔节期低温主要通过增加光损伤、增加热和荧光的光能消耗, 从而降低电子传递速率, 进而降低叶片光系统Ⅱ的最大光化学量子产量、实际光化学效率。并得出旗叶荧光参数受低温影响较小的小麦品种减产较少。     

不同年代冬小麦品种旗叶光合特性和产量的演变特征

选用20世纪50年代的望水白（WSB）和碧玛1号(BM1)、70年代的郑引1号(ZY1)和扬麦1号(Y1)及90年代的豫麦34(Y34)和宁麦9号(N9)冬小麦品种为材料,采用大田试验研究了小麦旗叶光合特性和籽粒产量的演变特征.结果表明：与其他年代品种相比,90年代品种灌浆期旗叶具有较高的叶绿素含量、净光合速率（P_n）、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m) 和实际光量子效率（Φ_PSⅡ）,以及较高的光化学淬灭(q_P)和非光化学淬灭(q_N),并且其光合叶面积功能期长,衰老较慢.90年代品种收获指数高于50和70年代品种,平均群体产量分别比50和70年代品种提高了25.90%和11.29%.因此,在小麦品种改良过程中,花后光合能力的提高及光合持续期的延长是小麦产量增长的重要生理基础.     

水杨酸对高温强光胁迫下小麦叶绿体D1蛋白磷酸化及光系统Ⅱ功能的影响

为了研究水杨酸（SA）对高温强光胁迫下小麦叶片类囊体膜D₁蛋白磷酸化和PSⅡ功能的影响,用0.5 mmol·L^-1 SA溶液预处理灌浆期小麦叶片,以水预处理为对照,然后将预处理植株进行高温强光（35 ℃,1 600 μmol·m^-2·s^-1）处理,测定胁迫处理过程中小麦旗叶光合电子传递速率、净光合速率、叶绿素荧光参数及D₁蛋白的变化.结果表明：SA预处理有效抑制了高温强光下D₁蛋白的净降解,保持了较高的D₁蛋白磷酸化水平、全链电子传递速率和PSⅡ电子传递速率,维持了较高的PSⅡ原初光化学效率（F_v/F_m）、实际光化学效率(Ф_PSⅡ)、光化学淬灭系数（q_P）和净光合速率（P_n）.表明外源SA通过调节小麦叶绿体D₁蛋白的周转,减轻了高温强光胁迫对叶片光合机构的损伤,有利于PSⅡ的正常运转.     

CO2浓度倍增对谷子拔节期和灌浆期光合色素含量和PSⅡ功能的影响

研究了CO_2浓度倍增对谷子(Setaria italica (L.)Beauv.)叶片单位鲜重和单位叶面积叶绿素(Chl)和类胡萝卜素(Car)的含量以及PSⅡ功能的影响。结果表明,CO_2浓度倍增能提高拔节期成熟叶片和灌浆期成熟旗叶的Chl和Car的含量,并且能提高这两种叶片PSⅡ反应中心开放部分的比例。然而拔节期叶片和灌浆期旗叶的qN值和PSⅡ总的光化学量子产量,以及 F_v/F_o、F_v/F_m和F_d/F_s的值对CO_2浓度倍增的响应不同,表明CO_2浓度倍增对拔节期叶片光合功能的改善优于灌浆期的旗叶。     

水分亏缺对不同染色体倍性小麦荧光参数的影响

在盆栽条件下,研究了3种染色体倍性小麦的叶绿素荧光参数受水分亏缺的影响.结果表明,水分亏缺下3种小麦灌浆期旗叶的荧光参数表现为F v/Fm(可变荧光与最大荧光比)、qP(光化学猝灭系数)、ETR(表观光电子传递速率)下降,qN P(非光化学猝灭系数)上升,导致3种小麦的光合速率下降,其中四倍体小麦的这些光合参数受影响最大.试验还发现正常供水下小麦随倍性增大光合速率降低,而qP升高,qN P下降,由此推断小麦从二倍体向四倍体、六倍体进化的过程中,PSⅡ(光系统Ⅱ)天线色素吸收的光能用于光化学反应的份额变大,PSⅡ反应中心非辐射能量耗散能力降低,导致用于光化学反应的光能更容易过量,造成光合机构损伤,引发光抑制,这有可能是小麦在进化中光合速率降低的一个原因.     

水肥运筹对小麦旗叶光合特性及产量的影响

研究了不同灌水次数及等氮量不同施氮方式对优质强筋小麦品种郑麦9023旗叶净光合速率(Pn)、叶绿素荧光参数等光合性能及产量的影响。结果表明,旗叶Pn、PSⅡ的潜在活性(Fv／Fo)、PSⅡ的光化学最大效率(Fv／Fm)、光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(qN)及产量在不同灌水次数间的差异均达到显著或极显著水平,其中不灌水处理与灌水处理间的差异较大;在不同施氮处理问,氮肥全部基施与返青期追施(占40％)处理间植株旗叶的Pn、Fv／Fo、Fv／Fm、qP和qN差异不大,但两处理的上述光合参数及产量均明显低于拔节期或孕穗期追施(40％)处理,表明拔节期或孕穗期追施氮肥有助于减缓旗叶光合功能的衰退,延长叶片功能期,提高植株的光合产物积累。研究结果还表明,水、氮运筹对Pn、叶绿素荧光参数及产量性状的调控存在显著的互作效应,其中以灌拔节水 孕穗水并于孕穗期追施氮肥(W2N4)处理组合表现最好。     

花后不同时期弱光和高温胁迫对小麦旗叶荧光特性及籽粒灌浆进程的影响

在田间试验条件下研究了花后不同时期弱光和高温胁迫对小麦旗叶荧光特性及籽粒灌浆进程的影响.结果表明,弱光处理3 d后,旗叶PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）和光合速率（Pn）显著降低,但PSⅡ实际光化学效率（ΦPSⅡ）、荧光光化学猝灭系数（qP）和非光化学猝灭（NPQ）与对照相比差异较小;高温处理3 d后,Fv/Fm、Pn、ΦPSⅡ和qP均极显著降低, NPQ升高幅度较小.胁迫解除后,灌浆前期（花后8～10 d）弱光和高温处理后的旗叶荧光参数和光合速率略有恢复,但灌浆中期（花后15～17 d）处理后的各参数始终呈下降趋势, 说明前期处理效应是可逆的,而中期处理加速其衰老进程.用Logistic方程对各处理的籽粒灌浆过程模拟明,弱光和高温处理后籽粒粒重的降低主要是平均灌浆速率、最大灌浆速率和渐增期灌浆速率显著降低所致.灌浆持续期、最大灌浆速率出现时间、缓增持续期和缓增期灌浆速率受弱光和高温影响较小.     

硝酸根胁迫对黄瓜幼苗叶片光合速率、PSⅡ光化学效率及光能分配的影响

研究了不同浓度NO₃^-胁迫对黄瓜幼苗叶片光合速率、PSⅡ光化学效率及光能分配的影响.结果表明,当NO₃^-浓度较低时（14～98 mmol·L^-1）,适当增加NO₃^-浓度,可增强黄瓜幼苗叶片对光的捕获能力,促进光合作用.随着NO₃^-浓度的进一步增加（140～182 mmol·L^-1）,PSⅡ光化学效率降低,电子传递受到抑制,净光合速率降低;吸收的光能中,通过天线色素的热耗散增加,用于光化学反应的能量降低,光化学效率下降.140和182 mmol·L^-1 NO₃^-处理黄瓜幼苗叶片6 d后净光合速率(P_n)极显著下降,分别比对照降低了35%和78%;PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、天线转化效率(F_v’/F_m’)、实际光化学效率(Φ_PSⅡ)、光化学猝灭系数(q_P)均低于对照,非光化学猝灭(NPQ)高于对照,激发能在两个光系统间的分配不平衡性(β/α-1)增大.高浓度NO₃^-处理的黄瓜幼苗叶片各荧光参数变化幅度比低浓度大.当光照增强时,高浓度NO₃^-胁迫下黄瓜幼苗叶片吸收的光能中应用于光化学反应的份额(P) 显著降低,天线热耗散的份额(D)显著增加. 天线热耗散是耗散过剩能量的主要途径.     

五种木兰科树种在南京地区冬春季节的光合特征

研究了自然分布于亚热带不同区域的5种木兰科常绿园林树种在南京地区的冬春季节光合作用和荧光变量的变化特征,并对影响净光合速率(P_n)的环境因子进行了灰色关联分析.结果表明:冬季5个树种的P_n和水分利用效率(WUE)日变化曲线与春季差异较大,P_n日积累值、表观量子效率(AQY)、羧化效率(CE)均低于春季或与春季相近,初始荧光(F_o)都显著高于春季,而PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ潜在光化学效率(F_v/F_o)、实际光化学效率(Φ_PSⅡ)、有效光化学效率(F_v′/F_m′)、表观电子传递速率(ETR)、光化学猝灭系数(q_P)和非光化学猝灭系数(NPQ)的总体趋势都低于春季.但供试树种间差异较大,其中主要分布于中亚热带(湘、赣、浙等地)的乐东拟单性木兰和阔瓣含笑在冬春季节的P_n日积分值、AQY、CE和光饱和点(LSP)均较高,光补偿点(LCP)较低, F_v/F_m、F_v/F_o、Φ_PSⅡ、F_v′/F_m′、ETR和q_P也都较高,表明其光合效能优良、光强利用范围较广;而主要分布于南亚热带(滇、湘、桂等地)的红花木莲和峨眉含笑的冬季光合效能较差,上述荧光变量也较低.灰色关联分析表明,冬季影响树种净光合速率最大的因子是大气温度(T_a),其次为光合有效辐射(PAR).     

两种化感物质对茄子幼苗光合作用及叶绿素荧光参数的影响

采用基质栽培,研究不同浓度的2,6-二叔丁基苯酚及邻苯二甲酸二甲酯对茄子幼苗光合作用及叶绿素荧光参数的影响.结果表明,两种化感物质使茄子叶片叶绿素含量、光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）下降,细胞间隙CO₂浓度（C_i）先降低后升高;使茄子叶片的初始荧光(F_o)增加,PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、光系统Ⅱ光合电子传递量子效率(Ф_PSⅡ)、光化学猝灭系数(q_P)、天线转化效率(F_v^' /F_m^′)降低.2,6-二叔丁基苯酚使茄子叶片非光化学猝灭系数(q_N)先升高后降低,邻苯二甲酸二甲酯使q_N低于对照,对茄子叶片光合机构造成了伤害.     

潘庆民1,于振文2,王月福2

采用盆栽和水泥池栽研究了追氮时期对小麦光合作用、14C同化物运转分配和硝酸还原酶(NR)活性的影响.结果表明,拔节(雌雄蕊原基形成)期较起身(二棱)期追施氮肥,显著提高了小麦开花后的旗叶叶绿素含量和单叶光合速率;灌浆期旗叶14C同化物向籽粒转移比例显著提高,而在营养器官的滞留比例显著降低;旗叶和根系中硝酸还原酶(NR)活性亦显著提高.小麦穗粒数、粒重和产量增加,蛋白质含量提高.     

超级高产小麦旗叶荧光动力学研究

探明超级小麦品种的旗叶光合作用与荧光动力学特性,为超级小麦品种选育利用提供理论依据。以超级小麦临麦4号为试验材料,应用CI-301PS型便携式光合作用测定系统和FMS-2便携式荧光测定仪(英国Hansatech公司)在田间试验中测定旗叶光合作用与荧光动力学参数。结果表明,与普通高产对照品种皖麦52和烟农19相比,超级小麦临麦4号的光合作用参数光合速率、光饱和点和CO2饱和点、羧化效率高,光补偿点和CO2补偿点低;光合机构系统工作参数PSII实际的光化学效率(ΦPSII)、光化学猝灭系数(qP)、PSII反应中心的激发能捕获效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性Fv/Fo和电子传递速率(ETR)值高,非光化学猝灭系数(NPQ)值低。这表明超级小麦临麦4号的光合机构系统工作能力强和工作效率高,保证旗叶光合作用的高效运行,为子粒灌浆提供充足的能量和碳水化合物。     

施氮量对超高产冬小麦灌浆期旗叶光响应曲线的影响

为冬小麦超高产栽培的氮肥管理提供技术支撑,在大田条件下研究了施氮量对超高产冬小麦灌浆期旗叶光响应曲线的影响.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,并运用"米式方程"对旗叶净光合速率进行了模拟,计算了光响应曲线的特征参数.结果表明,在0～300kg/hm2施氮范围内,随着光照强度的增加,各处理的旗叶净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均随之增加,而胞间二氧化碳浓度却随之降低,但是在375kg/hm2施氮水平下旗叶的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率的增加和胞间二氧化碳浓度的降低反而低于300kg/hm2施氮水平,表明合理的氮素水平对超高产小麦灌浆期旗叶的光响应曲线有明显的调节作用.在合理的施氮范围内,增施氮肥小麦旗叶在整个灌浆期内的最大净光合速率随之增加.在本试验条件下,超高产麦田的适宜施氮量为300kg/hm2.     

Effects of Doubled CO2 Concentration on the Content of Photosynthetic Pigments and PS II Functions of Jointing and Grouting in Setaria italica

Effects of doubled CO2 on the contents of chlorophyll and carotenoid per unit fresh weight and per unit area of leaves and PS Ⅱ functions of Setaria italica (L.) Beauv. were studied. The experimental results showed that the contents of chlorophyll and carotenoid, the proportion of opened PS Ⅱ reaction center from the mature leaves at jointing stage and the mature flag leaves at grouting stage were raised with CO2 enrichment. However, qN value and the overall photochemical quantum yield of PS Ⅱ , as well as the Fv/Fo, Fv/Fro and Fd/Fs in the above-mentioned leaves both at the jointing and grouting stage in response to doubled CO2 were different. The final outcome showed that the photosynthetic functions from the leaves at jointing stage improved by doubled CO2 were better than those from the flag leaves at grouting stage.     

氮肥后移对抽穗后水分胁迫下冬小麦光合特性及产量的影响

采用子母桶栽土培法模拟冬小麦抽穗后不同的水分胁迫状态,研究了氮肥后移对冬小麦光合特性及产量的影响.设置3个氮肥处理,分别为N₁(基肥∶拔节肥∶开花肥=10∶0∶0)、N₂(6∶4∶0)和N₃(4∶3∶3),模拟冬小麦抽穗后2种水分胁迫(渍水胁迫、干旱胁迫),设正常供水为对照.结果表明：相同供水条件下,N₂和N₃处理较N₁处理显著提高冬小麦灌浆期旗叶的SPAD和光合速率,确保了收获时较高的穗数、穗粒数和地上部分生物量;氮肥后移处理显著提高了冬小麦的耗水量,但其籽粒产量和水分利用效率也显著提高.相同氮肥条件下,干旱胁迫和渍水胁迫处理较正常供水显著降低了冬小麦开花期和灌浆期旗叶的光合速率、千粒重、穗粒数和产量.与正常供水相比,各氮肥条件下干旱胁迫和渍水胁迫处理花后旗叶光合速率及籽粒产量的减小幅度均表现为N₁＞N₂＞N₃.表明氮肥后移通过提高旗叶SPAD、减缓花后旗叶光合速率的下降幅度、增加地上部分干物质积累量,调控产量及其构成要素,以减轻逆境灾害(干旱和渍水胁迫)对产量的影响.     

Photosynthetic pigment composition and photosystem II photochemistry of wheat ears.

The characteristics of pigment composition and photosystem II (PSII) photochemistry in the flag leaf and ear parts of wheat (Triticum aestivum L.) grown in the field was compared. At the early stage of flowering, awns and the flag leaf showed the highest values in the maximal efficiency of PSII photochemistry (Fv/Fm), actual PSII efficiency (phi(PSII)), photochemical quenching (qP), and the efficiency of excitation capture by open PSII centres (Fv/F'm), followed by glumes, lemmas, and paleae, respectively except that no differences in F'v/F'm were observed among glumes, leamms, and paleae. With progressing grain filling, there was a change in the photosynthetic pigment stoichiometry. In the ear parts, neoxanthin and antheraxanthin decreased equally with chlorophyll levels. Lutein and zeaxanthin decreased less than chlorophyll levels while beta-carotene and violaxanthin decreased faster than chlorophyll levels. No big differences in pigment composition were observed among different ear parts. For the flag leaf, neoxanthin and beta-carotene decreased concomitantly with chlorophyll, whereas lutein and xanthophyll cycle pigment were less affected, leading to increases in lutein/chlorophyll and xanthophyll cycle pigment/chlorophyll ratios. Fv/Fm, phi(PSII), qP, and F'v/F'm decreased gradually in the flag leaf and ear parts but to different extents. The largest changes were observed in awns, followed by the lemmas of floret 2, the lemmas of floret 1, glumes, and the flag leaf, respectively. The results suggest that during grain filling, a down-regulation of PSII associated with an increase of the de-epoxidation state of the xanthophyll cycle carotenoids occurred in the flag leaf but not in the ear parts.     

灌溉和种植方式对冬小麦生育后期旗叶光合特性及产量的影响

于2009—2011年通过田间试验,以高产中筋冬小麦品种济麦22为材料,设等行距平作、宽窄行平作、沟播3种种植方式,每种种植方式下设不灌水(W₀)、灌拔节水(W₁)、灌拔节水+开花水(W₂)、灌拔节水+开花水+灌浆水(W₃)4种灌溉处理(每次灌水量为60 mm),研究不同灌溉和种植方式对冬小麦生育后期旗叶光合特性和产量的影响.结果表明: 随冬小麦灌水量的增加,3种种植方式下小麦花后旗叶叶面积和光合速率均增加,光系统Ⅱ最大光化学效率和实际光化学效率也增加;与W₀处理相比,各灌水处理提高了小麦籽粒产量,但水分利用效率(WUE)降低.同一灌溉条件下,与其他两种种植方式相比,沟播方式小麦花后旗叶光合速率、光系统Ⅱ最大光能转化效率和实际光化学效率均较高,且W₂处理籽粒产量显著高于其他处理.统筹考虑冬小麦的籽粒产量和WUE,沟播结合灌拔节水+开花水是华北平原冬麦区较适宜的节水种植方式.     

推迟拔节水灌溉对宽幅精播麦田冠层温度与叶片水分利用效率的影响

为了探讨冬小麦高效节水灌溉模式,于2012—2013年在山东农业大学试验站采用两种种植模式(宽幅精播种植和常规种植),每种种植模式设3种灌溉处理(全生育期不灌溉、拔节期灌溉60 mm和拔节后10 d灌溉60 mm),研究了推迟拔节水灌溉对宽幅精播麦田冠层温度、光合速率、蒸腾速率、叶片水分利用效率(WUEL)和籽粒产量等的影响。结果表明,推迟拔节水灌溉显著提高了宽幅精播麦田生育后期的冠层温度、旗叶光合速率和蒸腾速率,且在冬小麦生长后期推迟拔节水灌溉显著提高了宽幅精播麦田的WUEL,有利于实现宽幅精播麦田的节水高产;产量构成因素中,推迟拔节水灌溉对两种种植模式的千粒重均没有显著影响,但推迟拔节水灌溉显著提高了宽幅精播麦田的穗粒数和籽粒产量。统筹考虑冬小麦的WUEL和籽粒产量,推迟拔节水灌溉对宽幅精播麦田实现节水高产具有一定的现实意义。     

Photoinhibition and photoprotection in senescent leaves of field-grown wheat plants

Photosynthesis, photosystem II (PSII) photochemistry, photoinhibition and the xanthophyll cycle in the senescent flag leaves of wheat (Triticum aestivum L.) plants grown in the field were investigated. Compared to the non-senescent leaves, photosynthetic capacity was significantly reduced in senescent flag leaves. The light intensity at which photosynthesis was saturated also declined significantly. The light response curves of PSII photochemistry indicate that a down-regulation of PSII photochemistry occurred in senescent leaves in particular at high light. The maximal efficiency of PSII photochemistry in senescent flag leaves decreased slightly when measured at predawn but substantially at midday, suggesting that PSII function was largely maintained and photoinhibition occurred in senescent leaves when exposed to high light. At midday, PSII efficiency, photochemical quenching and the efficiency of excitation capture by open PSII centers decreased considerably, while non-photochemical quenching increased significantly. Moreover, compared with the values at early morning, a greater decrease in CO₂ assimilation rate was observed at midday in senescent leaves than in control leaves. The levels of antheraxanthin and zeaxanthin via the de-epoxidation of violaxanthin increased in senescent flag leaves from predawn to midday. An increase in the xanthophyll cycle pigments relative to chlorophyll was observed in senescent flag leaves. The results suggest that the xanthophyll cycle was activated in senescent leaves due to the decrease in CO₂ assimilation capacity and the light intensity for saturation of photosynthesis and that the enhanced formation of antheraxanthin and zeaxanthin at high light may play an important role in the dissipation of excess light energy and help to protect photosynthetic apparatus from photodamage. Our results suggest that the well-known function of the xanthophyll cycle to safely dissipate excess excitation energy is also important for maintaining photosynthetic function during leaf senescence.