遮荫对玉米产量及光合荧光生理特性的影响

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我国玉米分布广,不同区域光温资源差异显著,西北地区是我国光辐射资源最丰富的区域,本文通过遮荫创造不同光辐射水平,测定玉米吐丝期及灌浆期光合响应曲线、吐丝期光合荧光参数,分析不同光辐射条件对玉米光合荧光参数及产量的影响,揭示玉米在吐丝灌浆过程中叶片光合荧光生理特性对不同光辐射的响应机理,为不同光辐射条件下玉米高产及高光效栽培提供理论依据。本研究选择光敏感型品种登海618(DH618)及郑单958(ZD958)为供试材料,设置4个遮荫水平S0(透光率100%)、S1(透光率85%)、S2(透光率70%)、S3(透光率50%),使用Li-6400XT光合仪测定不同遮荫水平下玉米叶片光合参数及吐丝期灌浆期(吐丝后30d)光响应曲线,用FMS-2便携式脉冲调制式荧光仪测定吐丝期玉米叶片各荧光参数。得出以下研究结论:1.在吐丝期,DH618和ZD958玉米叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)均随光照强度(PAR)的增加而逐渐升高,但当光照强度(PAR)大于1500μmol.m-2·s-1时,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)随PAR的增加而迅速降低,未发生光抑制现象。在灌浆期,当光照强度(PAR)大于1500μmol·m-2·s-1时,其出现光抑制现象。2个时期DH618和ZD958玉米叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)随不同遮荫程度的增加较同期对照(S0)显著降低,且各处理间差异显著,具体表现为:S0>S1>S2>S3,胞间二氧化碳浓度(Ci)、水分利用效率(WUE)变化与其相反,胞间二氧化碳浓度(Ci)、水分利用效率(WUE)随不同遮荫程度和光照强度的增加较同期对照(S0)显著增加,具体变化趋势为S3>S2>S1>S0,且2个品种各光合参数值吐丝期高于灌浆期,DH618光合性能优于ZD958。2.在遮荫条件下,DH618和ZD958在吐丝期及灌浆期最大净光合速率(Pnmax)、暗呼吸速率(Rd)、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)均随遮荫程度的增加而降低,其中在S3遮荫条件下(50%透光率)影响更为显著,初始量子效率(α)与之相反,其随遮荫程度的增加而增加,具体变化趋势为S3>S2>S1>S0,且DH618各光响应特征参数值高于ZD958,说明DH618对弱光的适应能力高于ZD958。3.在吐丝期,DH618和ZD958 2品种玉米叶片叶绿素相对含量(SPAD)、叶片光合参数净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、荧光参数PSⅡ实际光化量子产量(ΦPSⅡ)、最大光化学量子效率(Fv/Fm)、光化学淬灭系数(qP)均随着遮荫程度和光合有效辐射的增加而显著降低,重度遮荫(S3,透光率50%)较轻度遮荫(S1、S2,透光率85%、70%)处理下降幅度更大,具体表现为S0>S1>S2>S3,光合参数胞间二氧化碳浓度(Ci)、荧光参数非光化学猝灭系数(NPQ)变化趋势与之相反,其随遮荫程度的增加而增加,具体变化趋势为S3>S2>S1>S0。4.遮荫显著降低玉米籽粒产量,明显推迟玉米抽雄吐丝日期、生理成熟期及生育期。DH618产量 S1、S2、S3 处理较对照(S0)分别减少 8.03%、9.92%、97.12%,ZD958 产量 S1、S2、S3处理较对照(S0)分别减少14.98%、18.64%、94.47%,且对S3(50%的透光率)处理影响更为显著,不同遮荫处理对ZD958产量的影响大于DH618。5.不同遮荫条件下DH618及ZD958 2玉米品种各光合荧光参数与产量均具有较强的相关性,除胞间二氧化碳浓度(Ci)、非光化学猝灭系数(NPQ)与产量呈极显著负相关外,其余光合参数及荧光参数与产量呈极显著正相关。其中DH618玉米叶片净光合速率(Pn)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、实际光化学量子产量(ΦPSⅡ)与产量的相关性最高,ZD958玉米叶片净光合速率(Pn)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、最大光化学转化效率(Fv/Fm)与产量的相关性最高,且产量与各光合荧光参数呈幂函数变化,其中DH618的产量与净光合速率(Pn)、胞间二氧化碳浓度(Ci)拟合度较高,其R2均高于0.766,ZD958的产量与最大光化学转化效率(Fv/Fm)、PSII实际光化学量子产量(ΦPSⅡ)拟合度较高,其R2均>0.71,由此可知,影响玉米产量的主要光合指标是净光合速率(Pn)、胞间二氧化碳浓度(Ci),影响玉米产量的主要荧光指标是最大光化学转化效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学量子产量(ΦPSⅡ)。玉米叶片光合荧光能力可有效反映产量变化特征,在遮荫条件下,玉米产量降低是各项产量相关指标共同作用的结果。
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