弱筋小麦叶片光合作用和叶绿素荧光参数对灌浆期弱光响应的定量研究

论文摘要

光照是影响作物生长和产量的重要环境因子之一。全球气候变化导致弱光天气事件发生频率增加。长江流域是我国弱筋小麦主要产区,阴雨天气是该地区小麦灌浆期经常发生的不利天气事件。光合作用是小麦产量和品质形成的基础,叶绿素荧光参数能够及时反映光合系统内生理生化过程变化,因而成为检测光合系统功能是否正常的有效指标。遮阴可以通过改变光照条件,明显改变植物的光合作用等生理过程,最终影响作物的产量和品质。因此,研究遮阴对光合作用及叶绿素荧光参数的影响是准确评估弱光天气事件对小麦产量影响的基础,对准确预测小麦产量及评估弱光天气事件造成的小麦产量损失有着重要的理论意义和应用价值。为此,本研究分别以优质弱筋小麦品种扬麦15号和宁麦9号为试验材料,于2008年10月-2009年6月；以扬麦15号和扬麦13号为试验材料,于2009年10月-2010年6月,在江苏省农业科学院（32°07’N,118°62’E）进行了不同程度、不同持续时间遮阴的大田试验,模拟弱光对小麦生长的影响。通过对试验数据的系统分析,本研究明确了不同程度、不同持续时间的遮阴处理对各品种小麦叶片气体交换参数、叶绿素含量及叶绿素荧光参数的影响。在此基础上,进一步明确了叶片最大净光合速率（Pn,max）与叶绿素荧光参数（ΦPSⅡ）的定量关系,初步建立了基于叶绿素荧光参数（ΦPSⅡ）的小麦弱光胁迫诊断的定量关系,并用与建立定量关系数据相独立的试验数据对定量关系进行了检验。具体研究结果如下：（1）分析了各个遮阴处理对弱筋小麦光合作用和叶绿素荧光参数的影响。结果表明,各个程度遮阴持续4天以上处理后,弱筋小麦叶片最大净光合速率（Pn,max）、表观量子效率（AQY）、气孔导度（Cond）和蒸腾速率（Tr）都有显著下降,而胞间C02浓度较对照有所上升；此外,遮阴提高了叶片的叶绿素含量,并延缓了生育后期叶片叶绿素的降解速度；另一方面,遮阴降低了弱筋小麦叶片的实际光化学效率（ΦPSⅡ）、光化学淬灭系数（qP）和PSⅡ相对电子传递速率（ETR）。进一步分析表明,气孔因素和叶绿素含量的变化并不是引起光合速率下降的主要原因,遮阴主要是通过降低叶片光系统Ⅱ的实际光化学效率和光化学荧光淬灭系数,进一步降低了PSⅡ的相对电子传递速率,从而引起单叶光合速率的下降。（2）利用扬麦15号的试验数据,明确了不同程度、不同持续时间遮阴对小麦叶片最大净光合速率（Pn,max）及PSⅡ实际光化学效率（ΦPSⅡ）的定量影响,建立了弱光对Pn,max及ΦPSⅡ影响的预测定量关系,并用与建立定量关系相独立的试验数据对定量关系进行了检验。结果表明,定量关系对小麦最大净光合速率及PSⅡ实际光化学效率的预测效果较好,遮阴程度为50%、66%、84%分别持续4天、2天、2天将导致Pn,max和ΦPSⅡ显著下降且下降的速度随遮阴程度的增加而增加；叶片最大净光合速率、PSⅡ实际光化学效率的预测值与实测值之间基于1：1线的决定系数（R2）分别为0.71和0.75,回归估计标准误差（RMSE）分别为1.9μmolCO2·m-2·s-1和0.06。（3）利用扬麦15号的试验数据,定量分析了小麦叶片叶绿素荧光参数（ΦPSⅡ）与叶片光合速率（Pn,max）的关系,在此基础上,初步建立了基于叶绿素荧光参数的小麦弱光胁迫诊断定量关系。并用与建立定量关系相独立的试验数据对定量关系进行了检验。结果表明,预测结果与实际结果之间基于基于1：1线的决定系数（R2）为0.77,回归估计标准误差（RMSE）为1.8μmolCO2-m-2·s-1。本研究建立的基于叶绿素荧光参数的小麦弱光胁迫诊断定量关系,可根据叶绿素荧光参数ΦPSⅡ值预测叶片最大净光合速率Pn,max,为进一步准确预测弱光胁迫对小麦产量的影响、以及进行弱光天气事件造成的小麦灾损评估提供了理论依据和决策支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略符号
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1 光照对植物光合作用的重要性
• 2 弱光对植物光合特性及叶绿素荧光参数的影响研究
• 2.1 弱光对植物光合特性的影响研究
• 2.2 弱光对植物叶绿素荧光参数的影响研究
• 2.2.1 叶绿素荧光参数的生物学意义
• 2.2.2 弱光对叶绿素荧光参数的影响
• 3 弱光影响植物光合作用的生理机制研究
• 4 植物叶绿素荧光参数、叶绿素含量与光合速率的关系研究
• 4.1 植物叶绿素含量与光合速率的关系研究
• 4.2 植物叶片叶绿素荧光参数与光合速率的关系研究
• 5 本研究的目的和意义
• 参考文献
• 第二章 材料与方法
• 1 试验材料与设计
• 1.1 试验材料及试验地概况
• 1.2 遮阴处理情况
• 2 测定项目和方法
• 2.1 环境数据采集
• 2.2 叶片净光合速率的测定
• 2.3 叶片叶绿素荧光参数的测定
• 2.4 叶片叶绿素含量的测定
• 2.5 植株化学成分分析
• 2.6 土壤理化性质的测定
• 参考文献
• 第三章 灌浆期遮阴对弱筋小麦叶片光合作用及叶绿素荧光参数的影响
• 1 结果与分析
• 1.1 遮阴对弱筋小麦叶片光合作用的影响
• 1.1.1 遮阴对弱筋小麦叶片光合速率的影响
• 1.1.2 遮阴与自然光下弱筋小麦叶片光合速率对不同光强的响应
• 1.1.3 遮阴对弱筋小麦叶片表观量子效率（AQY）的影响
• 1.1.4 遮阴对弱筋小麦叶片气体交换参数的影响
• 1.1.5 遮阴对弱筋小麦叶片叶绿素含量（SPAD）的影响
• 1.2 遮阴对弱筋小麦叶片叶绿素荧光参数的影响
• 1.2.1 遮阴对弱筋小麦叶片PSⅡ实际光化学效率（ΦPSⅡ）的影响
• 1.2.2 遮阴对弱筋小麦叶片光化学淬灭系数（qP）的影响
• 1.2.3 遮阴对弱筋小麦叶片非光化学淬灭系数（NPQ）的影响
• 1.2.4 遮阴对弱筋小麦叶片PSⅡ相对电子传递速率（ETR）的影响
• 2 讨论与结论
• 参考文献
• 第四章 弱筋小麦叶片光合速率及叶绿素荧光参数与灌浆期弱光的定量关系及胁迫诊断研究
• 1 定量关系的建立
• 1.1 弱筋小麦叶片最大净光合速率（Pn,max）对灌浆期弱光响应的定量关系研究
• 1.1.1 无弱光胁迫下叶片最大净光合速率对温度的响应曲线
• 1.1.2 叶片最大净光合速率的弱光影响因子的确定
• 1.1.3 叶片最大净光合速率的弱光影响因子与遮阴持续时间定量关系的确定
• 1.2 弱筋小麦叶片PSⅡ实际光化学效率（ΦPSⅡ）对灌浆期弱光响应的定量关系研究
• 1.2.1 无弱光胁迫下叶片PSⅡ实际光化学效率对温度的响应曲线
• 1.2.2 叶片PSⅡ实际光化学效率的弱光影响因子的确定
• 1.2.3 叶片PSⅡ实际光化学效率的弱光影响因子与遮阴持续时间定量关系的确定
• 1.3 基于叶绿素荧光参数与叶片光合作用速率定量关系的弱光胁迫诊断初探
• Pn,max与f（S）_ΦPSⅡ随遮阴处理结束后恢复天数的变化情况'>1.3.1 f（S）_Pn,max与f（S）_ΦPSⅡ随遮阴处理结束后恢复天数的变化情况
• Pn,max与f（S）_ΦPSⅡ因子之间定量关系的确'>1.3.2 各个遮阴处理后恢复阶段f（S）_Pn,max与f（S）_ΦPSⅡ因子之间定量关系的确
• 1.4 定量关系验证方法
• 2 定量关系的验证
• 3 讨论与结论
• 参考文献
• 第五章 讨论与结论
• 1 讨论
• 1.1 灌浆期遮阴对弱筋小麦叶片光合作用和叶绿素荧光参数的影响
• 1.2 弱筋小麦叶片光合速率及叶绿素荧光参数与灌浆期弱光的定量关系及胁迫诊断研究
• 2 结论
• 3 本研究的主要创新之处
• 4 本研究今后发展的方向
• 参考文献
• 致谢