八倍体小偃麦和普通小麦旗叶及叶鞘光合日变化比较研究

以温室大棚中栽培的普通小麦'中国春'(对照)及八倍体小偃麦'小偃7430'(染色体组为ABDE_1)、'小偃693'(染色体组为ABDF_1)为材料,采用TPS-1光合作用测定系统及FMS-2荧光仪测定了开花期旗叶和叶鞘的净光合速率、气孔导度和叶绿素荧光参数的日变化,以揭示普通小麦与八倍体小偃麦旗叶及其叶鞘的光合作用差异.结果表明:八倍体小偃麦与普通小麦'中国春'的旗叶和叶鞘光合作用均有午休现象,净光合速率于上午11:00左右出现高峰,午间下降,下午又呈现上升趋势,且'小偃693'叶片在上午时上升较快;气孔导度和荧光参数F_v/F_m、Fv/F_o、 Φ_(PS)Ⅱ、ETR的变化趋势与净光合速率相似,而NPQ的变化趋势则相反.各光合作用和叶绿素荧光参数在材料间表现为八倍体小偃麦高于普通小麦'中国春',器官间表现为旗叶高于相应叶鞘,而'小偃693'的叶鞘和'中国春'叶片的相似.研究发现,八倍体小偃麦旗叶和叶鞘的光合效率优于普通小麦'中国春';'小偃693'的光合效率因其较高的光反应活性表现得尤为突出,其叶鞘的光合能力也不容忽视.     

八倍体小偃麦染色体组分析

本文对普通小麦与长穗偃麦草(Elytrigia elongata=Agropyron elongatum.2n=70)杂交选育出来的5个八倍体小偃麦的染色体组进行了研究。通过八倍体小偃麦与普通小麦杂交,八倍体小偃麦相互间杂交,观察了杂种F_1花粉母细胞减数分裂行为。根据观察结果,讨论了长穗偃麦草染色体组的构成,认为长穗偃麦草的染色体组为E_1E_2F_2F_2N较为合适。在此基础上,确定了5个八倍体小偃麦的染色体组:7430为ABDE_1,68为ABDF_1,693为ABDF_1,7631为ABDF_2,784为ABDN。另外,还讨论了八倍体小偃麦染色组的重组问题。     

八倍体小偃麦与普通小麦杂交育种的研究

利用八倍体小偃麦与普通小麦杂交,创造了一些异附加系和异代换系,选育出一个特早熟、矮秆、抗病、高产、优质小麦新品种－“早优５０４”。总结了八倍体小偃麦与普通小麦杂交育种程序。     

八倍体小偃麦与普通小麦杂交后代花药培养的研究

本试验研究了八倍体小偃麦与普通小麦杂交后代愈伤组织的诱导频率、雄核发育和秋水仙碱诱导小孢子染色体加倍的效果。结果表明:八倍体小偃麦与普通小麦杂种F_1愈伤组织的产量具有明显的杂种优势;其雄核发育存在均等分裂和不均等分裂等类型,这与小麦中的观察结果相似;在培养基中加入秋水仙碱可以有效地诱导小孢子第一次有丝分裂时染色体加倍。     

小麦进化过程中叶片气孔和光合特征演变趋势

根据小麦属内种间的进化关系选取21种小麦品种为实验材料,研究了小麦进化过程中气孔特征和光合特征的演变趋势。结果表明,无论是A,B,D染色体组还是A,G染色体组,气孔长度、宽度、周长、面积均随倍性水平的升高而呈增大趋势,而气孔指数无显著变化;A,B,D染色体组气孔密度随倍性升高呈减少趋势。二倍体小麦的Pn值最高,六倍体小麦的Fv/Fm值较高,二倍体小麦叶片叶绿素含量显著高于四倍体和六倍体小麦。不同倍性小麦的净光合速率与气孔导度间均存在极显著相关关系,表明气孔传导力是小麦光合能力的主要限制因素之一。气孔导度与单一气孔特征之间无显著相关关系。A,B,D染色体组不同倍性小麦叶片气孔密度差异显著,其大小顺序为二倍体〉四倍体〉六倍体;A,B,D染色体组不同倍体小麦叶片的气孔长度、宽度、周长、面积差异显著,顺序均为六倍体〉四倍体〉二倍体,气孔密度降低可能是A,B,D染色体组六倍体小麦光合能力降低的原因。随着倍性的升高,小麦的抵抗光抑制能力越强,因此光化学能转换效率可能不是小麦进化过程中光合能力变化的原因。A,B,D染色体组中二倍体的叶绿素含量显著大于四倍体和六倍体,而A,G染色体组中倍体间叶绿素含量差异不显著,说明叶绿素的降低可能是A,B,D染色体组六倍体光合能力降低的原因之一。     

不同小麦进化材料生育后期光合特性和产量

以二倍体野生一粒小麦(Triticum boeoticum)、栽培一粒小麦(T. monococcum)、节节麦(Aegilops tauschii)和黑麦(Secale cereale)、四倍体野生二粒小麦(T. dicoccoides)、栽培二粒小麦(T. dicoccum)、硬粒小麦(T. durum)、六倍体普通小麦(T. aestivum)‘扬麦9号’和‘扬麦158’及八倍体小黑麦(Triticale)为材料,采用盆栽试验研究了不同小麦进化材料生育后期旗叶光合特性的演变及产量的差异。结果表明,与六倍体普通小麦和八倍体小黑麦相比,二倍体和四倍体材料在开花前具有较高的光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、最大光能转换效率(F_v/F_m)和实际光化学效率(Φ_PSⅡ)。开花以后,二倍体和四倍体材料受非气孔因素的影响,光合能力下降较快;除黑麦外,旗叶光合速率在开花10 d后都低于普通小麦和小黑麦,胞间CO₂浓度(C_i)迅速增加,F_v/F_m、Φ_PSⅡ和叶绿素含量快速下降。二倍体和四倍体材料开花前单株总叶面积和旗叶叶面积较大,花后下降迅速,功能期短;单株穗数也较多,但穗粒数、千粒重、产量和收获指数却显著低于普通小麦。因此,小麦长期进化过程中,普通小麦花后较高的光合能力及较长的光合持续期是提高千粒重,进而提高产量的重要生理基础。     

不同细胞质的普通小麦"中国春"(Triticum aestivum var.Chinese Spring)与小偃麦杂交F1代的育性与减数分裂行为的研究

15个不同细胞质“中国春”小麦与八倍体小偃麦杂交 ,杂种F1减数分裂的染色体行为表明 :普通小麦与天蓝偃麦草的F或E组染色体之间存在着部分同源关系 ;D2 型细胞质促进部分同源染色体配对、但却抑制同源染色体配对 ;Sv 型细胞质对同源染色体或部分同源染色体的配对均有抑制作用 ;G型细胞质促进同源染色体配对。1 5个不同细胞质“中国春”小麦与六倍体小偃麦杂交 ,F1结实率很低 ,减数分裂中期的染色体行为混乱 ,单价体过多 ,或许意味着在天蓝偃麦草 (Elytrigiain termedium)与长穗偃麦草 (E .elongatum)的E组染色体之间存在着很大差别。随着回交代数的增加 ,选出G型、D2 型、Mt 型、Mu 型等细胞质雄性不育的八倍体小偃麦品系 ,其中D2 型细胞质八倍体小偃麦具有光周期敏感性雄性不育的特征 ;G型细胞质“远中 3”育性正常 ,表明八倍体小偃麦“远中 3”的E组染色体中存在G型胞质的育性恢复基因。     

小偃麦的选育及其形成途径的研究

对普通小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ）与中间偃麦草Ｔｈｉｎｏｐｙｒｕｍ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉｕｍ）杂交衍生的八倍体小偃麦,硬粒小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ｄｕｒｕｍ）与中间偃麦草杂交衍生的六倍体小偃麦的形成过程进行系统的细胞遗传学研究,并用荧光原位杂交（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｉｎ ｓｉｔｕ ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ）技术研究了小偃麦的染色体构成。结果表明：小偃麦的形成是由杂种Ｆ１产生非减     

八倍体小偃麦与硬粒小麦及其杂种F_1的小孢子发生和花粉发育的细胞学研究

用压片法对八倍体小偃麦与硬粒小麦及其杂种F_1小孢子发生和花粉发育进行了详细的细胞学观察。结果表明,两亲本八倍体小偃麦和硬粒小麦的小孢子发生和花粉发育是基本正常的,二者结实率也基本正常。[八倍体小偃麦×硬粒小麦]F_1小孢子发生过程非常紊乱,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ出现较高频率的单价体和多价体,其相对紊乱系数高达0.67;减数分裂晚后期,每个细胞落后染色体平均3.56条;四分体期,每个四分体微核数平均2.82个。在杂种F_1花粉发育的每个时期都可产生不同频率的败育花粉。在三细胞成熟花粉期,杂种F_1可育花粉百分率为67.36%,基本能够满足传粉受精的需要,但其结实率仅为2.79%,远远低于两亲本结实率。因此杂种F_1花粉的败育不是导致其结实率低的主导因素。     

二倍体小麦种间气孔与光合特征差异

选取5个二倍体小麦种为实验材料,利用数码图像显微镜处理系统、气体交换参数测定系统和叶绿素荧光动力学参数测定系统,研究了二倍体小麦种间气孔特征与光合特性的差异.结果表明,二倍体小麦种间气孔和光合特征存在较大的差异:其中S基因型(Ae.Sect.Sitopsis)的气孔长度、周长和面积最大,而其宽度、密度和气孔指数却是最小的;D基因型(Ae.Tauschii)的气孔宽度、密度和气孔指数最大,而其长度、周长和面积却是最小的;D基因型(Ae.Tauschii)的净光合速率最大,而S基因型(Ae.Sect.Sitopsis)的净光合速率最小.气孔周长与气孔面积呈显著正相关关系,而气孔密度与气孔面积呈显著负相关关系.二倍体小麦的净光合速率与气孔导度呈显著正相关关系,同时气孔限制值的变化趋势与细胞间隙CO2浓度的变化趋势相反,说明二倍体小麦的光合能力主要受气孔限制.在几个种中,乌拉尔图小麦(T.urartu)具有较高的净光合速率和气孔导度,同时细胞间隙CO2浓度最低,气孔限制值最大,在光合能力和耐光抑制方面有较明显的优势;而野生一粒小麦(T.boeoticum)则在光合能力和耐光抑制方面不存在优势.同时,乌拉尔图小麦(T.urartu)的叶绿素含量最高,而野生一粒小麦(T.boeoticum)最低,叶绿素含量可能也是造成二倍体种间光合能力差异的原因之一.     

植物气孔导度的机理模型

Ball-Berry气孔导度模型及其修正模型是评价植物叶片气孔调节的重要工具。该文从CO₂分子在叶片气孔中扩散这个最基本的物理过程出发, 应用物理学中的分子扩散和碰撞理论、流体力学与植物生理学等知识, 严格推导出叶片气孔导度的机理模型。利用美国Li-Cor公司生产的Li-6400光合作用测定仪控制CO₂浓度、湿度和温度, 测量了华北平原冬小麦(Triticum aestivum)的光响应数据和气孔导度数据。拟合结果表明: 推导的气孔导度机理模型较之Ball-Berry气孔导度模型和Tuzet等气孔导度模型, 能更好地描述冬小麦的气孔导度与净光合速率之间的关系。如果用气孔导度的机理模型耦合光合作用对光响应的修正模型, 则耦合模型可以很好地描述华北平原冬小麦叶片气孔导度对光强的响应曲线, 并可直接估算冬小麦的最大气孔导度和对应的饱和光强, 同时可以研究最大气孔导度是否与最大净光合速率同步的问题。拟合结果还表明: 冬小麦在30 ℃、560 μmol·mol^-1CO₂, 或在32 ℃、370 μmol·mol^-1CO₂条件下, 最大气孔导度与最大净光合速率并不同步。     

高羊茅叶片表皮蜡质含量与其抗旱性的关系

以14个高羊茅品种为试验材料,在田间试验中对干旱高温胁迫下的叶片表皮蜡质含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度等生理指标测定分析。结果表明,干热胁迫下高羊茅品种间的叶片表皮蜡质含量和水分利用效率均存在极显著差异(P<0.01);叶片蜡质含量与综合抗旱性和水分利用效率的等级相关系数分别为0.78(P<0.01)和0.68(P<0.01);蜡质含量越高的品种,其叶片气孔导度和胞间CO2浓度越低,水分利用效率越高,但所有品种的水分利用效率绝对值都较低。研究发现,在干热胁迫时,高羊茅叶片表皮蜡质可通过对气孔导度的调节来减少气孔蒸腾,提高水分利用效率,最终提高其抗旱性;表皮蜡质含量可以作为高羊茅品种抗旱性鉴定的一个新指标。     

拟单性木兰不同季节断根和剪枝后蒸腾和光合特性的变化

在2005年春季、夏季和秋季,对10a生拟单性木兰(Parakmeriaomeiensis)进行断根和剪枝处理,模拟移栽,用LICOR-6400测定了植株叶片的蒸腾速率、光合速率等生理指标,探讨这些生理指标对不同季节移栽成活率的影响。结果表明,春季处理后叶片能迅速关闭部分气孔,蒸腾速率和光合速率都减小,两者最低时约为对照的60%,生理机能的减弱有利于维持地上、地下部分的平衡,因而最有利于植株成活。夏季处理后叶片气孔导度显著增加,光合速率和蒸腾速率也随之增大,最高时约为对照的2倍左右,此时,若主要依靠剪枝来降低水分消耗,很难保证水分代谢平衡,移栽成活率低。秋季处理后植株叶片气孔导度高于对照,光合速率和蒸腾速率也增加,但增加幅度相对夏季较小,前期最高约增加40%,此时移栽可以通过适当的剪枝和增加土壤水分含量等措施提高成活率。可见,与水分相关的生理机能的调节机制,决定了移栽后的成活水平,即处理后能迅速调节自身生理机能、减少水分消耗的植株,成活率就高,反之就低。     

采煤塌陷影响下土壤含水量变化对柠条气孔导度、蒸腾与光合作用速率的影响

采煤塌陷引起的土壤环境因子的变化对矿区植物生长的影响越来越受到人们的关注,气孔导度、蒸腾与光合作用作为环境变化响应的敏感因子,研究植物气孔导度、蒸腾与光合作用的变化是揭示荒漠矿区自然环境变化及其规律的重要手段之一。研究采煤塌陷条件下植物光合生理的变化是探究煤炭开采对植物叶片水分蒸腾散失和CO_2同化速率影响的关键环节,是探讨采煤塌陷影响下植物能量与水分交换动态的基础,而采煤矿区植物叶片气孔导度、蒸腾与光合作用速率对采煤塌陷影响下土壤含水量变化的响应如何尚不清楚。选取神东煤田大柳塔矿区52302工作面为实验场地,以生态修复物种柠条为研究对象,对采煤塌陷区和对照区柠条叶片气孔导度、蒸腾和光合作用速率以及土壤体积含水量进行监测,分析了采煤塌陷条件下土壤含水量的变化以及其对柠条叶片气孔导度、蒸腾与光合作用速率的影响。结果显示:(1)煤炭井工开采在地表形成大量裂缝,破坏了土体结构,潜水位埋深降低,土壤含水量均低于沉陷初期,相对于对照区,硬梁和风沙塌陷区土壤含水量分别降低了18.61%、21.12%;(2)柠条叶片气孔导度、蒸腾和光合作用速率均与土壤含水量呈正相关关系;煤炭开采沉陷增加了地表水分散失,加剧了土壤水分胁迫程度,为了减少蒸腾导致的水分散失,柠条叶片气孔阻力增加,从而气孔导度降低,阻碍了光合作用CO_2的供应,从而导致柠条叶片光合作用速率的降低,蒸腾速率也显著降低。     

Independent variation in photosynthetic capacity and stomatal conductance leads to differences in intrinsic water use efficiency in 11 soybean genotypes before and during mild drought

Intrinsic water use efficiency (WUE(intr)), the ratio of photosynthesis to stomatal conductance to water, is often used as an index for crop water use in breeding projects. However, WUE(intr) conflates variation in these two processes, and thus may be less useful as a selection trait than knowledge of both components. The goal of the present study was to determine whether the contribution of photosynthetic capacity and stomatal conductance to WUE(intr) varied independently between soybean genotypes and whether this pattern was interactive with mild drought. Photosynthetic capacity was defined as the variation in WUE(intr) that would occur if genotypes of interest had the same stomatal conductance as a reference genotype and only differed in photosynthesis; similarly, the contribution of stomatal conductance to WUE(intr) was calculated assuming a constant photosynthetic capacity across genotypes. Genotypic differences in stomatal conductance had the greatest effect on WUE(intr) (26% variation when well watered), and was uncorrelated with the effect of photosynthetic capacity on WUE(intr). Thus, photosynthetic advantages of 8.3% were maintained under drought. The maximal rate of Rubisco carboxylation, generally the limiting photosynthetic process for soybeans, was correlated with photosynthetic capacity. As this trait was not interactive with leaf temperature, and photosynthetic capacity differences were maintained under mild drought, the observed patterns of photosynthetic advantage for particular genotypes are likely to be consistent across a range of environmental conditions. This suggests that it is possible to employ a selection strategy of breeding water-saving soybeans with high photosynthetic capacities to compensate for otherwise reduced photosynthesis in genotypes with lower stomatal conductance.     

Genotypic variation in the photosynthetic competence of Sorghum bicolor seedlings subjected to polyethylene glycol-mediated drought stress

Eleven varieties of Sorghum bicolor, subjected to PEG-mediated drought stress were compared for their photosynthetic performance. The varieties differed in their relative water content over a range of PEG concentrations (0-25%). CO2 assimilation, stomatal conductance and the quantum yield of PSII electron transport decreased with increasing PEG concentrations in all varieties. However the intercellular CO2 concentration showed a nonlinear PEG concentration-dependent change. At lower PEG concentrations there was a decrease in the levels of intercellular CO2 concentration in all varieties that could be attributed to stomatal closure. At higher PEG concentrations, some varieties showed an increase in the intercellular CO2 concentration, indicating an inhibition of photosynthetic activity due to non-stomatal effects, while others did not. It was seen that the varieties differed in the stress thresholds at which stomatal and metabolic limitations to photosynthesis occur. These differences in the photosynthetic adaptation of Sorghum varieties could be useful in identifying genotypes showing large differences in photosynthetic adaptation, which could be useful in mapping photosynthetic traits for drought stress tolerance.     

中国北方杂草稻光合与水分生理特性

杂草稻是一类重要的稻属种质资源,具有耐寒、耐旱、耐瘠薄等优良特性.本文以88份中国北方杂草稻资源和4份栽培稻为材料,研究了中国北方杂草稻的光合速率、蒸腾速率、气孔导度等光合与水分生理特性及其相互关系.结果表明: 北方杂草稻资源的光合和水分生理特性存在较大差异,具有丰富的多样性.杂草稻的光合速率变化范围在12.47～28.67 μmol CO₂·m^-2·s^-1,瞬时水分利用效率的变化范围在1.39～3.40 mg·g^-1.光合参数中,胞间CO₂浓度的变异系数最小,气孔导度的变异系数最大.光合速率与蒸腾速率、气孔导度呈极显著的二次曲线关系,光合速率与胞间CO₂浓度呈显著的直线关系,瞬时水分利用效率与蒸腾速率、气孔导度呈极显著的二次曲线关系.可用杂草稻材料的优越性能对栽培稻进行品种改良.     

Differential response of leaf gas exchange to enhanced ultraviolet-B (UV-B) radiation in three species of herbaceous climbingplants

We measured diurnal changes in photosynthetic rate, transpiration rate, stomatal conductance and water use efficiency in three species of herbaceous climbing plants (Luffa cylindrica, Trichosanthes kirilowii and Dioscorea opposita) exposed to two intensities of UV-B radiation: 3.0 μw cm^?2 (R1) and 8.0 μw cm^?2 UV-B (R2) radiation under ambient growth conditions. Responses differed per species and per treatment. In Luffa all values increased compared to the Control in both treatments, except for stomatal conductance in R2. In Trichosanthes photosynthetic rates and water use efficiency increased, while the transpiration rates decreased under both treatments, and stomatal conductance was lower in R1. In Dioscorea photosynthetic rates and water use efficiency decreased under both treatments, while the transpiration rates and stomatal conductance increased. The results suggested that to some extent increased UV-B radiation was beneficial to the growth of L. cylindrica and T. kirilowii, but detrimental to D. opposita.     

Differential response of leaf gas exchange to enhanced ultraviolet-B (UV-B) radiation in three species of herbaceous climbingplants

We measured diurnal changes in photosynthetic rate, transpiration rate, stomatal conductance and water use efficiency in three species of herbaceous climbing plants (Luffa cylindrica, Trichosanthes kirilowii and Dioscorea opposita) exposed to two intensities of UV-B radiation: 3.0 μw cm^?2 (R1) and 8.0 μw cm^?2 UV-B (R2) radiation under ambient growth conditions. Responses differed per species and per treatment. In Luffa all values increased compared to the Control in both treatments, except for stomatal conductance in R2. In Trichosanthes photosynthetic rates and water use efficiency increased, while the transpiration rates decreased under both treatments, and stomatal conductance was lower in R1. In Dioscorea photosynthetic rates and water use efficiency decreased under both treatments, while the transpiration rates and stomatal conductance increased. The results suggested that to some extent increased UV-B radiation was beneficial to the growth of L. cylindrica and T. kirilowii, but detrimental to D. opposita.