根域限制下水氮供应对膜下滴灌棉花叶片光合生理特性的影响

在新疆气候生态条件下,采用管栽方法,选用棉花新陆早13号和新陆早33号2个品种为供试材料,通过人工限制根系垂直生长深度和水氮供应,测定棉花叶片气体交换和叶绿素荧光参数、光合物质积累等,探讨根域限制及水氮供应对棉花光合生理特性及产量形成的影响。结果表明:与对照相比,相同水氮供应条件下,根域限制处理棉花从开花期至盛絮期叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和光化学猝灭系数(qp)显著降低,尤其在盛铃后期至盛絮期表现明显,但潜在最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)未受到影响;盛花期和盛絮期根重均显著降低,但地上部总干物质、蕾铃干物质累积量及籽棉产量均显著高于对照。同一根域容积不同水氮处理棉花开花期至盛絮期的Pn、Gs和Fv/Fm、ΦPSⅡ、qp均表现为W1N1>W0N1>W1N0>W0N0;根域限制条件下适量水氮供应处理盛花期和盛絮期地上部总干物质和蕾铃干物质累积量均显著增加,最终单株铃数、单铃重和籽棉产量均显著高于其它处理。因此,在膜下滴灌棉花根域容积受限制条件下,通过优化生育期水氮供应,能改善叶片光合性能、增加地上部干物质积累量及其向生殖器官分配比例,是挖掘膜下滴灌棉花产量潜力和提高效益的有效途径。     

用氨基酸分析仪测定棉花幼苗叶片中的还原型谷胱甘肽含量

以3%三氯乙酸提取棉花幼苗叶片中还原型谷胱甘肽(GSH),在2.8mm×80mm色谱柱、柱温54℃、缓冲液流速10mL·h-1、茚三酮溶液流速5mL·h-1、波长570nm的条件下,用Beckman 121 MB型氨基酸自动分析仪测定含量为40~500μmol·L-1的GSH,与色谱峰面积呈良好的线性关系,GSH回收率为99.5%~100.4%,检出限为4μmol·L-1,测定结果的相对标准偏差为0.51%~1.05%。     

棉花纤维发育过程中内源激素含量和纤维品质变化及其关系研究

以新疆棉区优质棉品种‘新陆早16号’、品质中等品种‘新陆早10号’和‘新陆早13号’以及品质较差品种‘02-DB’为材料,测定了棉纤维发育过程中内源生长素(IAA)、赤霉素(GA4)、玉米素(ZR)和脱落酸(ABA)含量和主要纤维品质指标的变化,分析内源激素含量变化与纤维品质形成的关系。结果表明:不同品种棉花纤维发育中纤维内源激素变化趋势基本相似,其差异主要表现在IAA、GA4、ZR和ABA的含量大小及峰值出现的时间方面。‘新陆早16号’在纤维发育前期有较高IAA、GA4、ZR含量和较低的ABA含量,表现出纤维伸长速率较高、快速伸长时期较长等特征;而且在次生壁加厚期ZR峰值出现较早,有利于棉纤维成熟,从而表现出较优的纤维品质。‘02-DB’在纤维发育前期由于ABA含量较高影响了纤维伸长速率和快速伸长期的时间,同时后期ZR峰值出现晚,使纤维发育受到影响,而最终品质较差。可见,在棉花纤维伸长期IAA、GA4、ZR含量高而ABA含量低、次生壁加厚期ZR峰值出现早则有利于优质棉纤维形成。     

棉花苞叶光呼吸和PSII热耗散对土壤水分的响应

在新疆气候生态条件下, 采用膜下滴灌植棉技术, 设置不同滴灌水分处理, 研究了不同滴灌量条件下棉花(Gossypium hirsutum)苞叶和叶片碳同化、光呼吸作用、光系统II (PSII)热耗散作用及其光破坏防御机制的差异, 以揭示滴灌节水条件下棉花苞叶缓解光抑制的机理及与棉花抗旱特性的关系。结果表明: 棉花开花后苞叶及叶片在高温强光下实际光化学效率(Φ_PSII)显著降低, 发生明显的光抑制现象, 但苞叶的光抑制程度较叶片轻; 与正常滴灌量处理相比, 节水滴灌条件下棉花水分亏缺, 叶片净光合速率(P_n)、Φ_PSII、光呼吸(P_r)、光化学猝灭系数(q_P)降低, 非光化学猝灭系数(NPQ)升高, 叶片光抑制程度加重, 而苞叶P_n、Φ_PSII、P_r、q_P、NPQ变化不大, 与正常滴灌量处理相比, 光抑制程度无显著差异。苞叶光呼吸速率与光合速率的比值(P_r/P_n)显著高于叶片; 滴灌节水条件下棉花适度水分亏缺对苞叶光呼吸及P_r/P_n无显著影响。高温强光下, 棉花节水滴灌对叶片PSII量子产量的转化与分配影响显著, 但对苞叶的影响不显著; 苞叶非调节性能量耗散的量子产量(Y(NPQ))高于叶片, 因此能有效地将PSII的过剩光能以热的形式耗散。综上所述, 与叶片相比, 苞叶对轻度水分亏缺不敏感, 是棉花适应干旱逆境较强的器官, 苞叶光呼吸和热耗散作用对光破坏防御具有重要意义。     

田间条件下棉花幼叶光合特性及光保护机制

通过比较棉花(Gossypium hirsutum)幼叶和完全展开叶气体交换参数及叶绿素荧光特性的差异, 探讨高光强下幼叶的光抑制程度及明确光保护机制间的协调机理。在田间自然条件下, 以棉花刚展平的幼嫩叶片(幼叶)和面积已达到最大的完全展开叶片为研究对象, 通过测定不同发育阶段叶片气体交换参数及叶绿素a荧光参数的变化, 并运用Dual-PAM100对不同发育阶段的叶片进行快速光响应曲线的拟合。结果表明: 幼叶和完全展开叶片在光合、荧光特性方面表现出明显的差异。与完全展开叶相比, 较低的叶绿素(Chl)含量和气孔导度(G_s)是幼叶较低净光合速率(P_n)的限制因素, 从而直接导致其光系统II (PSII)实际光化学效率(Φ_PSII)和光化学猝灭系数(q_P)的降低。在1800 μmol·m^-2·s^-1光强以下, 完全展开叶具有较强的围绕PSI循环的电子流(CEF), 有利于合成ATP, 是其具有较高光合能力的原因之一。相同光强下, 幼叶较低的光饱和点(LSP)更易受光抑制, 但其PSII原初光化学效率(F_v/F_m)的日变化幅度显著小于完全展开叶, 说明强光下幼叶通过类胡萝卜素(Car)猝灭单线态氧、光呼吸(P_r)、热耗散(NPQ)以及PSI-CEF等光保护机制能有效地耗散过剩的光能, 从而避免其光合机构发生光抑制。     

膜下滴灌下土壤深层水分对棉花根系生理及叶片光合特性的调节效应

在新疆气候生态条件下,以土柱栽培棉花（新陆早13号）为试材,通过人工改变播种前60 cm以下土壤含水量,设计有深层水和无深层水处理,并采用膜下滴灌控制生育期间耕层土壤含水量［分别为田间相对持水量的70%（±5%）和55%（±5%）］,探讨土壤深层水分对棉花根系生理及叶片光合特性的影响.结果表明：深层水增强了棉花根系SOD活性和根系活力,提高了植株对土壤深层水的利用率,提高了叶片水势、叶绿素含量、净光合速率和植株光合物质累积量,最终获得了较高的产量和水分利用效率.在有深层水条件下,棉花生育期间耕层水分为55%处理的中下层根系衰老慢、根系活力增强,在一定程度上弥补了生育期间水分亏缺对叶片光合功能的负面效应,但其产量仍显著低于70%处理,而水分利用效率与70%处理无明显差异.因此,在膜下滴灌棉花水分管理中,播种前应重视冬春储备灌,增加土壤深层的贮水量,并通过协调关键栽培技术、适度减少滴水量或延长滴水周期,充分挖掘膜下滴灌节水增产潜力.     

林隙与林下环境对锐齿槲栎和米心水青冈种群更新的影响

锐齿槲栎 (Quercusalienavar.acuteserrata ) 和米心水青冈 (Fagusengleriana) 是广泛分布在我国暖温带和亚热带山地中海拔地段的主要建群种, 对水土保持和维持生态系统稳定具重要意义。该文通过在神农架地区的典型样地调查, 分析了这 2个种群在林隙和林下不同光环境中的更新状况和径级结构 ;利用便携式Licor₆ 4 0 0光合仪测量了 2种苗木的光饱和及光诱导曲线, 探讨了光对这 2个树种更新的影响机理。实验结果表明, 在所调查的林地中, 锐齿槲栎和米心水青冈种群都有充足的幼苗库, 锐齿槲栎幼苗以实生为主, 米心水青冈幼苗以萌生为主 ;从幼苗到幼树的转化过程中, 锐齿槲栎的成活率几乎为零, 而米心水青冈的成活率约为 6 %~ 8% ;在两者的混交林中, 米心水青冈种群呈稳定的金字塔形年龄结构, 而锐齿槲栎则是某一生长阶段的种群占据主导地位。光饱和曲线显示, 对 2年生同生群苗木, 在林窗下, 锐齿槲栎的最大净光合速率 (4.6 1μmol·m-2 ·s-1) 比米心水青冈的 (4.16 μmol·m-2 ·s-1) 要高 ;而在林冠下, 米心水青冈的最大净光合速率 (Pn=3.89μmol·m-2 ·s-1) 比锐齿槲栎的最大净光合速率 (Pn=3.6 8μmol·m-2 ·s-1) 要高。无论在林窗下或林冠下, 米心水青冈幼苗的光饱和点比锐齿槲栎的要低。两者混交林下的光诱导曲线显示, 与米心水青冈幼苗相比, 锐齿槲栎幼苗对光的反应速度较慢, 最大净光合速率也较低, 在林冠下表现出较弱的竞争力。资源分配试验证明, 锐齿槲栎在幼苗阶段以地上部分生长为主, 而米心水青冈倾向于把更多的干物质贮藏在根部, 显示出不同的光利用策略。     

土壤水分亏缺对陆地棉花铃期叶片光化学活性和激发能耗散的影响

 为了探讨水分亏缺对叶片光合机构光化学量子效率和非辐射热耗散的影响,在新疆气候生态条件下,采用膜下滴灌技术精确地控制滴水量,实 现不同程度的土壤水分亏缺,系统测定了不同水分条件下陆地棉（Gossypium hirsutum）叶片叶绿素荧光参数、叶片接受光量子通量密度 （Photon flux density, PFD）、叶片温度（Leaf temperature, T_leaf）以及叶片水势和叶绿素含量的变化。研究表明：轻度水分亏缺（田间 持水量的 55%～60%）叶片接受的PFD与对照（田间持水量的70%～ 75%）无差异,T_leaf略高于对照;中度水分亏缺（田间持水量的40%～45%） 在12∶00 (北京时间,下同)以前叶片接受的PFD和对照无差异,随后显著低于对照,T_leaf在整个日变化中均高于对照。 不同水分处理对 黎明 前叶片PSⅡ最大光化学效率（The maximum photochemical efficiency of PSⅡ, F_v/F_m）没有影响。轻度水分亏缺叶片的实际光化学效率（PS Ⅱ photochemical efficiency,φPSⅡ）、表观电子传递速率（ Electron transport rate, ETR）和光化学猝灭系数（Photochemical quenching,q_p）的日变化与对照基本一致,非光化学猝灭系数（Non-photochemical quenching, NPQ）在12∶00以前和14∶00以后显著低于对 照,在12∶00～14∶00和对照无差异。中度水分亏缺叶片的φPSⅡ、ETR和qp在12∶00才显著降低,此后由于叶片出现暂时萎焉、下垂,所接受 的PFD减弱,叶绿素荧光参数缓慢恢复,且高于对照;NPQ在12∶00 以前显著高于对照,14∶00略高于对照,此后低于对照。水分亏缺导致中午 叶片水势和叶绿素a、叶绿素b含量降低,但叶绿素a/b比值升高。因此,在田间条件下,陆地棉可通过叶片萎焉下垂运动和叶绿素含量的变化调 节叶片对光能的捕获,以及通过光合电子传递、热耗散水平的变化来适应水分亏缺的逆境。在中度水分亏缺条件下,陆地棉叶片萎焉下垂运动 的被动调节减少了过量激发能对光合机构的伤害,保证了光合机构的正常运转。     

濒危植物银杉幼树对生长光强的季节性光合响应

银杉(Cathayaargyrophylla)是我国松科中特有的单种属植物,被认为处于濒危状态。在对银杉群落多年调查研究的基础上,针对银杉幼树生长过程对光强的需求特性,我们开展了银杉幼树对光的适应性研究。试验在人工培育的银杉苗圃地,采用遮荫的方法设置不同的光环境处理(100%、45%和3%自然光强),利用气体交换技术和叶绿素荧光技术测定了3种光强下银杉叶片光合生理指标的变化,探讨了不同光环境下银杉幼树光合能力在夏季和冬季的变化及其对生长光强的响应等。结果表明:在夏季银杉生长旺盛时期,遮荫导致叶片最大光合速率(Pnmax)、羧化效率(CE)下降,但不同叶龄叶片的下降幅度不同。随生长光强的下降,银杉幼树的光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)有所降低,但全晴天时,低光强(3%自然光强)条件下实际的光辐射量高于当年生叶片光补偿点的累积时间约6h,而且与光饱和的区域相差极大,造成全天碳同化量低,同化物累积少,严重影响了银杉幼树的正常生长。在不同处理中全光强条件下银杉幼树长势最好,45%光强条件下幼树生长减慢。冬季银杉最大光合速率(Pnmax)、羧化效率(CE)值均低于夏季,光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)也较夏季降低。全光照条件下无论是当年生叶片和一年生叶片,在冬季均出现了轻微光抑制现象,适度遮荫有利于银杉抵御冬季光抑制。无论在遮荫或不遮荫条件下,冬季银杉叶片将所吸收的相对过剩光能通过非辐射途径耗散出去,表现出一种光保护策略。     

秸秆管理和施肥方式对绿洲棉田土壤有机碳库的影响

通过监测绿洲滴灌棉田不同秸秆管理和施肥方式下土壤有机碳库及碳库组分的变化,可揭示农田管理措施对棉田土壤有机碳库的调节机制,为干旱区提高农田土壤生产力以及农业固碳减排措施的制定提供科学依据.试验采用裂区设计,以秸秆还田(S)和秸秆不还田(NS)2种秸秆管理方式为主区,4种施肥处理为副区:包括不施肥(CK)、单施氮磷钾化肥(NPK)、单施有机肥(OM)和氮磷钾化肥与有机肥混施(NPK+OM).结果表明: 施肥和秸秆还田均显著增加了土壤有机碳库,提高了有机碳(C_T)、易氧化有机碳(C_L)、微生物生物量碳(C_MB)、水溶性有机碳(C_WS)、热水溶性有机碳(C_HWS)的含量和有机碳累计矿化量(C_TM)及碳库管理指数(CMI).秸秆还田较秸秆不还田土壤有机碳库提高了20.6%;处理NPK、OM、NPK+OM分别较CK提高了7.8%、29.5%、37.7%.不同施肥处理下C_T、C_L、C_MB、C_WS、C_HWS均表现为NPK+OM>OM>NPK>CK.秸秆还田较秸秆不还田C_TM提高了5.9%;NPK、OM、NPK+OM处理较CK分别提高了32.7%、59.5%、97.3%.对CMI与SOC及其组分间的相关性分析表明,CMI与C_T、C_MB、C_L、C_WS、C_HWS、C_TM、C库、固碳潜力均呈极显著相关关系,因此, CMI是评价绿洲棉田管理措施对土壤质量影响的重要指标.在干旱区建设高标准绿洲农田,发展棉花生产,采用秸秆还田和有机无机肥配施等农业技术措施,不仅能增加土壤有机碳及活性组分的含量,培肥地力,而且能促进土壤固碳,有利于农业资源高效利用和可持续发展.