玉米花生间作对玉米光合特性及产量形成的影响

为了进一步揭示玉米花生间作体系中玉米间作产量优势的光合机理,于2010—2011年在河南科技大学试验农场研究了间作玉米功能叶的光-光响应曲线和光-CO2响应曲线特点、荧光参数、叶绿素含量与构成、干物质积累及灌浆速率。结果表明:间作提高了玉米功能叶片的叶绿素含量,改变了叶绿素构成,显著提高了净光合速率,延缓衰老;间作提高了玉米光补偿点、光饱和点、光饱和时的最大净光合速率、表观量子效率和羧化效率,显著降低了CO2补偿点;PSⅡ的实际光化学效率、PSⅡ的最大光化学效率和光化学猝灭系数变化不明显。间作明显提高玉米生育后期单株干物质,主要在于促进了籽粒的生长,显著提高玉米产量,偏土地当量(PLER-M)高于其所占面积比例的106.6%—120.3%,表现出明显的间作产量优势。这说明间作玉米产量间作优势主要来源于其生育后期净光合速率的提高,促进光合物质向籽粒的分配,净光合速率的提高是通过羧化效率和表观量子效率的提高,增强CO2的固定能力实现的,而非是光能传递、转化效率的提高。     

遮阴对谷子和花生光合特性的影响

本文论述了遮阴处理后不同光照强度对谷子(Setaria italica)和花生(Arachis hypogaea)某些光合特性的影响。这主要表现在它们的光补偿点和光饱和点都有所降低,在弱光下,净光合速率和光—光合曲线的最初斜率增大,尤其是相对光合速率的增高更为显著。同时,叶片的叶绿素含量增加,含水量增多,叶片厚度变薄,光合生产量下降。这些特点的变化趋势是一致的,只是变化的程度有所差别。另一方面,它们的光饱和光合速率对遮阴的反应却显然不同,谷子减低,花生几乎没有变化。由此可以看出,谷子属于阳性植物,而花生则近于耐阴植物。花生的耐阴性高于谷子。本文的某些数据可以为配置谷子或花生与高杆作物,如玉米或高粱,组成的间作群落结构提供参考。     

玉米和花生间作体系光合碳同化酶活性对CO2浓度升高的响应特征

该试验以玉米、花生2∶4间作模式为对象,采用开顶式气室法控制环境CO_2浓度,于2018-2019年设环境CO_2浓度(Ca, 390μmol·mol~(-1))和升高CO_2浓度(Ce, 700μmol·mol~(-1)),以及不施磷(P_0)和施磷(180 kg P_2O_5·hm~(-2),P_(180))处理下,分析CO_2浓度升高对间作玉米和间作花生功能叶光合碳同化关键酶活性、净光合速率以及籽粒产量的影响,以明确CO_2浓度升高影响玉米、花生间作体系光合作用的机理,为将来CO_2浓度升高环境下间作高产高效提供理论基础。结果表明:(1) Ce处理提高了间作玉米功能叶的PEPC、PPDK、NADP-MDH、Rubisco、GAPDH和Ru5PK等光合碳同化酶活性,其中PEPC和NADP-MDH在苗后43 d以及PPDK、Rubisco、GAPDH和Ru5PK在苗后59 d增幅均达到显著水平,此时施磷对其有正向调控作用。(2) Ce处理增强了间作花生功能叶的Rubisco、GAPDH、Ru5PK和FBPase等光合碳同化酶活性,在苗后43 d和59 d增幅均达到显著水平,此时施磷进一步显著提高了Rubisco与FBPase活性。(3) Ce处理下间作玉米、间作花生的净光合速率显著提高,间作玉米、间作花生和间作体系的籽粒产量分别显著提高了4.4%～52.0%、10.3%～24.0%和5.7%～47.0%;CO_2浓度升高和施磷对间作玉米、花生功能叶的净光合速率和间作体系产量具有正协同效应。研究表明,CO_2浓度升高可以通过提高间作玉米功能叶片的PEPC、PPDK、Rubisco、GAPDH和Ru5PK及间作花生功能叶片的Rubisco、GAPDH、Ru5PK和FBPase等光合碳同化酶活性,增强其对CO_2羧化固定能力,提高间作玉米、间作花生的光合速率,最终显著增加玉米、花生及间作体系的产量,并且增施磷肥对其具有正调控效应。     

玉米/花生间作行比和施磷对玉米光合特性的影响

试验于2014—2015年设玉米/花生间作2∶2(R₁)、2∶4(R₂)和2∶8(R₃)三种间作模式,研究了间作行比和施磷对玉米冠层光照日变化、功能叶的SPAD值、光合-光强响应曲线和光合-CO₂响应曲线的影响,以探究间作玉米适应强光的光合机理.结果表明: 间作玉米冠层日均光照表现为R₃>R₂>R₁;大口期至灌浆期,间作玉米穗位叶的SPAD值、表观量子效率(AQY)、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、光饱和时的最大净光合速率(LSP_n)、羧化效率(CE)、最大电子传递速率(J_max)、磷酸丙糖利用率(TPU)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)和净光合速率(P_n)均表现为R₃>R₂>R₁,胞间CO₂浓度(C_i) 则为R₁>R₂>R₃;蜡熟期R₃间作玉米的AQY、LSP_n、g_s、CE、J_max和TPU均低于R₂间作玉米;施磷能提高AQY、LSP_n、CE、V_{c max}、J_max和TPU等光合参数.这说明间作玉米g_s、AQY、CE、V_{c max}、J_max和TPU随着光强增加逐渐提高是其增强利用强光能力的关键,但超过一定光强易早衰,施磷肥有助于增强玉米对强光的利用和延缓叶片衰老.     

玉米花生间作和磷肥对间作花生光合特性及产量的影响

揭示玉米(Zea mays)和花生(Arachis hypogaea)间作提高花生对弱光利用能力的光合特点及磷(P)肥效应, 对阐明间作花生适应弱光的光合机理和提高间作花生的产量具有重要意义。该试验于2011-2012年在河南科技大学试验农场分析了间作花生功能叶的叶绿素含量与构成、光响应曲线和CO₂响应曲线特点和荧光参数。结果表明: 与单作花生相比, 施P与不施P条件下玉米和花生间作显著(p < 0.01)提高了花生功能叶的叶绿素b含量, 降低了叶绿素a/b, 显著提高了光系统II最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)、表观量子效率(AQY)和弱光时的光合速率, 显著降低了气孔导度、二磷酸核酮糖羧化酶羧化速率(V_cmax)、电子传递速率(J_max)和磷酸丙糖利用速率(TPU); 与不施P相比, 施P有利于提高间作花生功能叶的叶绿素含量, 显著提高了Φ_PSII、q_P、V_cmax、J_max和TPU, 说明间作花生通过提高功能叶的叶绿素b含量, 改变叶绿素构成, 提高了光系统II的F_v/F_m、Φ_PSII和q_P, 增强了对光能的捕获和转化能力, 提高了对弱光的利用能力, 而并非提高了对CO₂的羧化固定能力; 施P有利于提高间作花生对弱光的利用能力和产量, 土地当量比提高了6.2%-9.3%。     

玉米、花生及其间作茬口与施磷对冬小麦光合特性及产量的影响机制

该试验在玉米单作茬口、玉米-花生间作茬口(间作茬口)、花生单作茬口共3种茬口,以及0 kg P_2O_5·hm~(-2)(P_0)和180 kg P_2O_5·hm~(-2)(P_1) 2个磷水平下,研究了间作茬口与施磷对冬小麦分蘖、叶面积指数(LAI)、干物质积累、光合特性及产量的影响机制,为玉米花生间作与小麦-玉米复种轮作提供理论依据。结果表明:(1)间作茬口较玉米茬口显著提高了冬小麦有效分蘖数、LAI、净光合速率和干物质积累量,并提高了冬小麦旗叶的SPAD值、CO_2饱和点、光饱和点及最大净光合速率(P_(nmax))、表观量子效率(AQY)、羧化效率(CE)、最大羧化速率(V_(cmax))、最大RUBP再生的电子传递速率(J_(max))和最大磷酸丙糖利用速率(V_(TPU)),且CE、V_(cmax)、V_(TPU)的增幅均达到显著水平(P0.05),有效改善了冬小麦产量构成,显著提高籽粒产量(P0.05)。(2)间作茬口较花生茬口提高了冬小麦乳熟期的P_(nmax)、AQY、CE,增加了穗粒数和粒重,提高了产量。(3)与不施磷相比,施磷180 kg P_2O_5·hm~(-2)显著促进间作茬口冬小麦生长,显著提高冬小麦旗叶的SPAD值、P_(nmax)、AQY、CE、V_(cmax)、J_(max)、V_(TPU)和籽粒产量(P0.05)。研究发现,间作茬口较玉米茬口能有效增强冬小麦旗叶表观量子效率和CO_2羧化能力,显著提高小麦花后光合能力,促进冬小麦生长,从而增加穗粒数、粒重和籽粒产量,且间作茬口结合施磷180 kg P_2O_5·hm~(-2)效果更好。     

垂丝海棠和木瓜海棠的气体交换参数对光的响应

以垂丝海棠和木瓜海棠为实验材料,用CIRAS-2型光合仪测定并计算垂丝海棠和木瓜海棠光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、胞间(CO2)、浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、光饱和点、光补偿点、表观量子效率等光合参数,对两者的光合特性进行比较。结果表明,随着光强的升高,垂丝海棠和木瓜海棠的净光合速率和气孔导度都随着光强的增强而升高;垂丝海棠光补偿点较低、光饱合点较高,表明垂丝海棠对强光的适应性较强;垂丝海棠的表观量子效率比木瓜海棠的高,说明垂丝海棠叶片转化光能的效率高于木瓜海棠,并且对弱光的利用能力较强。这些数据为垂丝海棠和木瓜海棠在园林绿化中的合理配置与栽培提供了理论依据。     

间作对氮调控玉米光合速率和光合氮利用效率的影响

研究间作后作物光合碳同化和光合氮利用效率(PNUE)对氮投入的响应, 对阐释间作产量优势的氮调控效应, 指导间作氮肥管理有重要意义。本研究设置玉米(Zea mays)单作、玉米间作两种种植模式的4个氮水平(N0, 0 kg·hm ^-2; N1, 125 kg·hm ^-2; N2, 250 kg·hm ^-2; N3, 375 kg·hm ^-2), 分析间作与施氮量对玉米叶片特征、光合参数、PNUE和产量的影响。结果表明: 与单作相比, 间作显著增加玉米叶片的叶干质量和比叶质量; 各施氮水平(除N3)下, 间作中靠近马铃薯(Solanum tuberosum)侧的玉米叶面积均显著高于单作玉米。单间作对比发现, 间作提高了玉米光饱和点和暗呼吸速率。单作、间作靠玉米侧(I-M)、间作靠马铃薯侧(I-P)的玉米PNUE均随施氮量增加而降低, 降幅以I-P最大; 施氮量低于250 kg·hm ^-2时, 相同施氮量下的玉米PNUE和净光合速率(P_n)均以I-P最高, I-M和单作次之。间作显著提高了玉米产量(土地当量比>1)。该研究中当施氮量≤250 kg·hm ^-2时, 间作I-P的玉米叶片P_n和PNUE显著提高可能是间作玉米产量提高的重要原因。     

土壤干旱胁迫对黄栌叶片光合作用的影响

采用CIRAS-2型便携式光合作用系统,设置充足供水、轻度、中度和重度胁迫4种土壤水分处理,研究土壤干旱和强光胁迫对3年生黄栌苗木叶片光合作用的影响.结果表明:土壤干旱胁迫对黄栌叶片的光合性能参数影响显著,随着土壤水分胁迫的加剧,黄栌叶片的光合速率、蒸腾速率和光量子效率明显降低,光补偿点增高,水分利用效率在轻度水分胁迫(土壤相对含水量60%～65%)下最高;在强光(有效辐射强度1000～1800μmol.m-2.s-1)范围内,叶片光合速率和水分利用效率均较高,而对弱光的光能吸收和光量子效率较低,并随土壤水分胁迫加剧明显下降.     

Effects of intercropping on photosynthetic rate and net photosynthetic nitrogen use efficiency of maize under nitrogen addition

研究间作后作物光合碳同化和光合氮利用效率(PNUE)对氮投入的响应, 对阐释间作产量优势的氮调控效应, 指导间作氮肥管理有重要意义。本研究设置玉米(Zea mays)单作、玉米间作两种种植模式的4个氮水平(N0, 0 kg·hm ^-2; N1, 125 kg·hm ^-2; N2, 250 kg·hm ^-2; N3, 375 kg·hm ^-2), 分析间作与施氮量对玉米叶片特征、光合参数、PNUE和产量的影响。结果表明: 与单作相比, 间作显著增加玉米叶片的叶干质量和比叶质量; 各施氮水平(除N3)下, 间作中靠近马铃薯(Solanum tuberosum)侧的玉米叶面积均显著高于单作玉米。单间作对比发现, 间作提高了玉米光饱和点和暗呼吸速率。单作、间作靠玉米侧(I-M)、间作靠马铃薯侧(I-P)的玉米PNUE均随施氮量增加而降低, 降幅以I-P最大; 施氮量低于250 kg·hm ^-2时, 相同施氮量下的玉米PNUE和净光合速率(P_n)均以I-P最高, I-M和单作次之。间作显著提高了玉米产量(土地当量比>1)。该研究中当施氮量≤250 kg·hm ^-2时, 间作I-P的玉米叶片P_n和PNUE显著提高可能是间作玉米产量提高的重要原因。     

羊草不同叶龄叶片光－光合特性的初步研究

在6月至7月,羊草叶片在充分展开后的数天之内,即最上展开叶,其净光合速率及其光强系数,以及光饱和点,近饱和点和半饱和点最高;幼龄叶和老龄叶的上述各项指标均较低,但随着光强的下降,不同叶龄叶片的净光合速率或光合的光强系数的差别均逐渐减小,光补偿点以半展开幼叶较低,而后随叶龄增长逐渐升高,羊草的壮龄叶对光的利用能力较强,在其光合生产中起主要作用,幼龄叶仅对弱光的利用能力高,老龄叶相对地较为耐阴。     

基于产量效应的间作紫花苜蓿/禾本科牧草光能利用特征

为探究紫花苜蓿/禾本科牧草间作下光能利用特性、光能利用诸因素的产量效应及其调控机理,通过2017—2019年3年田间试验,以紫花苜蓿、饲用小黑麦(C3植物)、饲用玉米(C4植物)3种单作模式为对照,研究了紫花苜蓿/小黑麦和紫花苜蓿/玉米两种间作模式下的产量效应、光能利用各因子对产量形成的影响、光能利用特征差异及机理。结果表明: 两种间作模式的土地当量比均大于1,表明两种间作模式的土地利用率都高于单作,均有高于单作的产量效益,且增产潜力较大的是紫花苜蓿/小黑麦间作模式。光能利用各因子对产量的贡献依次是: 叶面积指数(1.531)＞净光合速率(0.882)＞胞间CO₂浓度(0.282)＞蒸腾速率(-0.229)＞冠层开度(-0.291)＞光合有效辐射截获率(-0.681)＞气孔导度(-0.751)。其中,叶面积指数不仅是表征光合能力的重要指标之一,更是以收获营养体为目标的牧草作物产量的重要构成因子,光合特性诸因素中净光合速率是影响产量的主要因子。与单作相比,间作下紫花苜蓿、小黑麦、玉米的净光合速率均存在差异,且表现为相同的规律。间作下净光合速率提高的主要途径为: 小黑麦和玉米通过增强CO₂的羧化固定能力,提高对强光的利用能力,从而提高净光合速率,促进产量增加;而紫花苜蓿则是通过提高功能叶的叶绿素b含量,改变叶绿素构成,增强对光能的收集和传递,从而提高净光合速率,促进其在弱光下光合能力的提高和正常生长。     

茄子嫁接苗与自根苗光合特性比较

对茄子嫁接苗与自根苗的光合生理特性进行了比较研究。结果表明,不同时期嫁接苗功能叶片的净光合速率（Pn）均显著高于自根苗;茄子嫁接苗与自根苗功能叶片的Pn日变化均呈“双峰”曲线,但嫁接苗的“午休”程度较自根苗轻;嫁接苗比自根苗有较低的光补偿点（LCP）和CO2补偿点（CCP）,较高的光饱和点（LSP）和CO2饱和点（CSP）;有较低的光合冷限温度和较高的光合热限温度,光合最适温度两者之间没有明显的差别;有较高的光饱和、CO2饱和及最适温度时的Pn;嫁接苗Pn高是因为嫁接苗胞间的光合反应的底物浓度大（Ci高）,表观量子效率（AQY）、羧化效率（CE）和光合能力（A350）高的缘故。     

新疆超高产棉花冠层光分布特征及其与群体光合生产的关系

以新疆超高产棉田(皮棉产量在4000 kg·hm^-2以上)为研究对象,分析不同生育时期棉花冠层光分布、群体光合速率和干物质积累量的变化,研究不同产量水平棉田冠层的光环境变化特征及其与群体光合生产的关系.结果表明： 超高产田盛花期到盛铃后期冠层上、中、下层光吸收率的比例为2∶2∶1,呈均匀分布,群体散射辐射和直射辐射透过系数分别为0.20～0.55和0.22～0.56,处于较适宜范围,中、下层叶片受光良好,冠层各层次叶片群体光合速率差异较小.与高产(3500 kg·hm^-2)和一般高产(3000 kg·hm^-2)棉田相比,超高产田在盛铃前期具有较高的叶面积指数和群体光合速率峰值,在初絮期和盛絮期的叶面积指数下降缓慢,群体光合速率峰值仍保持较高值,非叶绿色器官对产量形成的光合贡献增大,群体干物质积累量较高.在栽培过程中,调节冠层结构,使垂直方向上光辐射和群体光合能力分布均匀是确保棉花高效利用光能、实现超高产的重要途径.     

不同耐盐性花生品种对NaCl胁迫的光合和抗逆生理响应特征

以较耐盐花生品种‘花育25’、‘鲁花12’和盐敏感品种‘海花1’、‘花育20’为材料,采用盆栽试验,设置0、1.0、2.0、3.0 g/kg土壤NaCl胁迫浓度梯度,测定其净光合速率、表观量子效率、气孔导度等光合特性,以及抗氧化酶活性和渗透调节物质含量等指标,明确NaCl胁迫条件下不同耐盐性花生品种光合和生理生化特性的适应特征。结果表明：(1)NaCl胁迫明显抑制各品种花生叶片光合作用,净光合速率随盐胁迫浓度的升高呈明显降低的趋势。(2)各品种花生叶片净光合速率均先随光照强度的增强而升高,当光强达到一定数值时趋于平稳;光补偿点和光饱点因品种和盐胁迫浓度差异较大,较高的盐胁迫浓度使叶片光补偿点升高,盐敏感品种的光饱和点降低。(3)盐胁迫条件下,各品种叶片表观量子效率和最大净光合速率均随盐胁迫强度的增加呈显著降低趋势,盐敏感品种利用弱光的能力在低盐胁迫下强于耐盐品种,其最大净光合速率在较高盐胁迫浓度(3.0 g/kg)下明显低于耐盐品种,但两类品种的叶片表观量子效率降幅相近(78.65%~88.00%)。(4)在NaCl胁迫下,耐盐品种叶片自由水含量显著高于盐敏感品种;在2.0～3.0 g/kg NaCl胁迫下,耐盐品种叶片SOD、CAT、POD活性和MDA含量的升降幅度均低于盐敏感品种;耐盐品种在NaCl浓度低于2.0 g/kg时的抗氧化能力明显高于盐敏感品种。研究发现,盐胁迫下花生品种抗盐耐逆的主要生理响应特征是提高光补偿点和最大净光合速率,增强叶片持水能力和物质代谢能力,以及提升抗氧化和渗透调节能力。     

矮嵩草草甸植物群落的光合特性研究

 矮嵩草草甸植物群落的光合、暗呼吸和土壤呼吸的研究表明：光合作用的日变化在6月份接近平坦型,7、8月份呈午间降低型。矮嵩草草甸植物群落的光合作用受较低的光合面积指数及冠层叶片的受光势态的影响,存在着明显的光饱和现象,光补偿点及光饱和点相对于全日照光合有效辐射均较低,接近于单叶的光响应特性。裸露地面的土壤呼吸和植物与土壤体系的暗呼吸不仅与温度有关,而且与土壤水分状况和降雨量也有密切联系。影响草甸群落光合特性的主要因素有：高原地区强烈的太阳辐射,较低的光合面积指数和植物根系与土壤紧密结合所形成的草结皮层结构。     

大豆杂优豆1号及双亲的光合特性分析

以夏大豆杂交种杂优豆1号及亲本(W931A和WR016)为材料,进行了光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2值、水分利用效率(WUE)、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、光合势等光合特性的测定,以探究杂优豆1号光合特性方面的杂种优势规律,为大豆的高光效育种提供理论指导。结果表明:杂优豆1号的净光合速率日变化呈现单峰曲线,在8:00时净光合速率显著高于W931A和WR016;杂优豆1号与亲本相比具有较低的光补偿点和较高的光饱和点,从而说明杂优豆1号较强利用强光和弱光的能力;从群体光合势分析,杂优豆1号的叶面积指数和光合势在盛花期、结荚期、鼓粒期3个不同时期都显著高于W931A和WR016,从盛花期到结荚期、结荚期到鼓粒期叶面积指数和光合势都呈现逐渐上升的趋势。杂优豆1号较强的光利用能力、较高的叶面积指数和光合势有利于产量的提高。