土壤水分胁迫对黄瓜叶片光合特性的影响

论文总字数：14840字

目 录

1.引言 5

2.材料与方法 7

2.1实验设计与方法 7

2.2测定的项目和方法 7

2.3数据处理 7

3.结果与分析 7

3.1土壤含水量变化 7

3.2水分胁迫对叶绿素含量的影响 8

3.2.1对黄瓜叶片叶绿素a的影响 8

3.2.2对黄瓜叶片叶绿素b的影响 9

3.2.3对黄瓜叶片胡萝卜素的影响 9

3.2.4对黄瓜叶片叶绿素a/b的影响 10

3.3水分胁迫对各光合特性的影响 10

3.3.1对净光合速率的影响 10

3.3.2对细胞间CO₂浓度的影响 11

3.3.3对气孔导度的影响 12

3.3.4对蒸腾速率的影响 12

3.3.5对气孔限制值和水分利用效率的影响 13

3.4土壤水分与光合特性的相关性分析 14

4.结论与讨论 14

5.展望 15

参考文献： 17

致谢 18

土壤水分胁迫对黄瓜叶片光合特性的影响

王淞伟

应用气象学院， 2100044

摘要：为了揭示土壤水分胁迫对黄瓜叶片的光合特性的影响，本实验以黄瓜“津研四号”为试验材料，在不同生育时期对其进行不同程度水分胁迫处理，探讨了水分胁迫对光合特性的影响，为黄瓜抗旱性研究提供理论依据和技术指导。实验设置了正常水分灌溉（CK）、轻度水分胁迫（T1）、中度水分胁迫（T2）、重度水分胁迫（T3），4个水分梯度的处理，并在黄瓜的苗期、伸蔓期、开花期、结瓜期对叶片的多项光合特性进行观测。结果表明：（1）在不同的生育期各光合色素含量均是CK＞T1＞T2＞T3。（2）在各个生育期中不论在何种水分条件下叶绿素a含量gt;叶绿素b含量gt;类胡萝卜素含量，并且叶绿素a对水分胁迫最为敏感。（3）随土壤含水量的降低，叶片净光合速率(Pn)、胞间CO₂浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)呈下降趋势，但气孔限制值(Ls)呈上升趋势，重度水分胁迫下水分利用效率高于其他状态下。（4）相关性分析显示土壤的水分含量与净光合速率Pn，胞间CO₂浓度，蒸腾速率Tr，气孔导度Gs呈现出显著性正相关，而气孔限制值Ls和水分利用效率WUE则和土壤含水量呈现出显著性负相关。综上所述，不同程度水分胁迫会使黄瓜的光合特性发生变化，黄瓜不同生育时期对水分胁迫的敏感性不同，各光合特性的指标变化程度亦不同。

关键字：黄瓜; 水分胁迫; 光合特性; 抗旱

The effect of soil water stress on cucumber leaf photosynthetic characteristics

Abstract:In order to reveal the effects of soil water stress on leaf photosynthetic characteristics of cucumber,we used the cucumber cultivar ‘jinyan 4’in our study and discussed The effects of water stress on photosynthetic characteristics at the leaf level by setting different degrees of water stress treatment in different growth stages. The aim was to provide theory evidence and technological guidance for studies on drought resistance of cucumber.

Four water gradient treatments were applied: normal irrigation (CK), mild stress (T1), moderate stress (T2), and severe stress (T3). And we observed multiple photosynthetic characteristics of leaves in different growth stages including seedling stage, the extension stage, the flowering stage and the fruiting stage.The results showed that:（1）In different growth stages, The cucumber leaf photosynthetic pigment content is always shown as: CK gt; T1 gt; T2 gt; T3 . （2）Under different degrees of water stress treatment in different growth stages,chlorophyll a content gt; chlorophyll b content gt; carotenoids content.The chlorophyll a content is most sensitive to water stress.（3）With the decrease of soil water, leaf net photosynthetic rate (Pn), intercellular CO2 concentration (Ci), transpiration rate (Tr) and stomatal conductance (Gs) have decreased, stomatal limitation (Ls) has rised, severe water efficiency is higher than other treatments. （4）Correlation analysis showed that soil water content and net photosynthetic rate, intercellular CO2 concentration, transpiration rate, stomatal conductance are significant positive correlation, while the stomatal limitation value 、 water use efficiency and soil water content showed a significant negative correlation. To sum up, different degrees of water stress will make the photosynthetic characteristics of cucumber changes, the sensitivity of different growth stages of cucumber water stress is different, the index of different photosynthetic characteristics are different, too.

Key words: cucumber; water stress; photosynthetic characteristics; drought resistance

1.引言

植物生活的自然界是一个开放的交互体系，植物体内无时无刻不进行着复杂的生理生化反应，而自然环境也并不是一个稳定的一尘不变的体系，它处于不断的无规律的波动之中。一天之中植物周围的空气温度、湿度、大气压强都会随着诸多条件的改变而改变，如正常情况下温度随着日照的移动经历单峰的变化并且其最低温度、最高温度也随着季节的变化上下浮动，在大风的天气这种变化将会更加复杂。同时植物也在通过不同的手段和方式改造自己生存的环境。例如，木本植物和灌木丛产生的冠层就会显著降低下层空气温度，并且在干旱或者半干旱地区有助于提高下层空气的相对湿度，有利于子代的成长；树木枯萎凋落的部分在土壤中通过微生物又可以分解成各种有机物提高土壤的肥沃程度和透气性。在植物与自然环境的诸多交互中最为重要的便是光合作用和蒸腾作用，前者通过吸收太阳光中的能量，再经过复杂而精确的生理生化反应固定大气中的CO₂使其转变为植物维持生命活动所需的能量同时将多余的能量转化为各种有机物储存起来供人类和动物使用。后者则是植物为了降低自身温度，促进体内液流运动将水分以气体的形式排放到自然界中，间接的提高了空气湿度。但由于自然环境处于不断地变化中，植物在漫长的进化过程中为了适应特定的环境，在形态和功能结构上也产生了较大的差异。例如，沙漠中的仙人掌为了抵抗高温和极度的水分缺失，叶子逐步退化形成叶刺有效降低了蒸腾作用的强度；在湿地中的红树为了加强植物的呼吸作用形成了呼吸根。每种植物在特定的地理位置上都和自然环境形成了动态的平衡，而一旦这种平衡被打破，出现了对植物有害的环境我们将其称为逆境，也叫胁迫（stress）。

干旱（drought）是胁迫中较为常见的一类，它是指水分的收与支或者供求不平衡而形成的持续的水分短缺现象。干旱是我国甚至是全球最重要的自然灾害之一，它影响范围广，时间跨度长，我国除了少数几个省市外均有旱灾的出现且频率高于洪涝。旱灾会对人类社会和自然界产生诸多的影响：首先旱灾的出现会使得地表水量显著减少，湖泊、河流的水位下降，间接影响空气的湿度和生态系统的净化能力；其次对于一些少雨、湿度较低的沙漠地区，干旱的出现将加重沙漠化，降低沙漠植物的覆盖率；最后，当干旱发生时会随着产生一些伴生灾害如病虫害、火灾等。在当今全球气候变暖的背景之下，干旱对农作物的制约越来越明显。我国地域辽阔，地形复杂，在西南有着“世界屋脊”青藏高原这样的高海拔地形，形成了一道天然的屏障，东部的太平洋为欧亚大陆提供充沛的水汽，内陆又有四川盆地和塔克拉玛干沙漠等复杂地形，这就造就了我国复杂的天气气候条件，使得我国绝大多数地区在不同的季节中可能会产生不同程度的干旱。据资料显示，在我国有542万km2的土地为干旱和半干旱，约占国土总面积的56%^【3】。山西、内蒙古、陕西、河北、甘肃、吉林、辽宁、山东、青海9省（区）的干旱受灾率都在20%以上，山西的受灾率达到31.9%，是全国受灾率最高的省份。并且由于各地的气候和地形等因素的影响，中国各地区干旱的发生在时间、空间、影响程度上有很大的差异。华北中、南部和西南南部，年干旱的频率达到了60%以上，干旱较少发生的地区如长江中下游地区干旱频率仅为10%—20%。春季，我国北方由于降雨降雪较少，空气干燥寒冷，其干旱发生频率高达50%—70%。海南、云南、四川的南部也是春旱多发区，而长江中下游及其以南的地区发生频率不到20%；夏季，华北大部、黄淮南部、东北中部均有较高的干旱频率；秋季，干旱向东南方向移动，主要集中于华北、黄淮地区；冬季受北方干冷气流的影响，全国大部分地区的降水量都较少，由于温度较低北方的农作物停止生长，干旱对北方农业影响较小，相反南方地区的农作物容易受到干旱和低温的双重影响。由此可见中国干旱时空分布具有：频率高，旱灾成片分布，季节性强，地域性强等特点^【4】。

尽管我国是四大文明古国，农业发展较早，但是由于历史因素和地形条件等，农业技术发展缓慢，设施作物领域的技术与发达国家相比还有很大的差距，而在设施农业中灌溉技术的局限性又首当其冲。究其原因，主要是由于我国自然水域分布不均匀，数千年来依赖自然降水，使得灌溉技术落后，无法有效改良设施内和作物的生长环境^【5】。灌水过度首先会不可避免的造成水资源的浪费，其次在半湿润或者半干旱的地区灌溉过量，地下水位上升，盐分上涌，积聚在土壤的表面，从而产生土壤盐碱化等诸多危害。相反，灌溉不足会使作物产生水分胁迫，严重影响作物的长势和正常发育，最终减产。因此，研究不同水分条件对作物生长的影响以确定适宜的灌溉量和灌溉时机，实现设施作物的精确灌溉，进而改善设施作物的生长环境，控制或减轻作物病害，从而在节约生产成本的同时提高作物的产量和品质是当前迫切需要解决的问题^【6】。

黄瓜(Cucumis sativus Linn)是世界性蔬菜，也是中国蔬菜设施栽培的主要种类之一，在蔬菜设施栽培中占有重要地位^【7】。随着设施园艺的发展，黄瓜逐渐形成周年供应的生产模式^【8】。而黄瓜为葫芦科甜瓜属植物，喜温喜湿，忌高温，不耐寒冷，对光强的要求较高，且需水量较大^【9】。研究表明当土壤相对含水量低于70%时，黄瓜便会生长缓慢，最终导致植株矮小，发育不良，产量降低，严重时甚至死亡^【10】。因此，对在不同水分胁迫下黄瓜生理特性的研究不仅可以为设施作物的增产提供理论依据，又为水分胁迫指标的确立做出进一步的努力。

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