散射辐射比例增加对冬小麦光合特性的影响

论文总字数：22239字

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract....................................................................................................Ⅱ

1 引言 1

2 材料和方法 3

2.1 试验设计 3

2.2 测定项目及方法 3

2.2.1 旗叶光合速率的测定 3

2.2.2 光合-光响应曲线的测定 3

2.2.3 光合-CO₂响应曲线的测定 4

2.2.4 荧光参数的测定 4

2.3 统计分析 4

3 结果与分析 5

3.1 不同遮荫处理对冬小麦花后光合速率的影响 5

3.2 不同处理小麦旗叶开花后光响应曲线的特征变化 7

3.3 光合作用的胞间CO₂响应曲线 10

3.4 不同遮荫处理对冬小麦开花期旗叶荧光特性的影响 11

4 结论 13

参考文献 13

致谢 16

散射辐射比例增加对冬小麦光合特性的影响

吕润

, China

Abstract: To discuss influence of increased diffuse radiation on photosynthetic biological process of winter wheats with decreased total solar radiation, this research sets 4 different shading conditions (transmittance, ratio of diffuse radiation): T1(85.9%,31.09%)、T2(85.58%,39.98%)、T3(78.69%,72.31%) and CK (no shading) . The research also examined photosynthetic and chlorophyll fluorescence characteristics after blooming. Results state that increase of radio of diffuse radiation benefits photosynthesis of wheats and increases photosynthetic rate, apparent quantum yield (AQY), maximum photosynthetic rate (Amax) and light saturation point (LSP). The condition of T2 has maximal promoting effect while that of T1 has minimal effect. Photosynthetic rate of T2 during blooming is dramatically higher than CK 3.1µmol·CO₂·m^-2·s^-1; AQY of T2 at 14 days after blooming is evidently higher than CK 0.02 µmol·CO₂·µmol^-1·photon^-1. There is no dramatic difference between T1 and CK. Shading decreases maximal carboxylation rate (Vcmax), particularly that of T3. Similar with Vcmax, shading decreases maximal electronic transfer rate (Jmax), but decrease of different stage differs from each other. The influence of shading on maximal utilization rate of phosphate (TPU) is no that great, but inhibitory effect of shading on TPU will enhance with growth. Shading dramatically increases Fv/Fm, particularly that of T1. Daily change rule of ΦPSII is basically the same as Fv/Fm. Increase of radio of diffuse radiation can evidently increases ΦPSII. With relatively weak light (16:00), increase in T1 condition is most evident, but with relatively strong light (12:00, 14:00), increase in T1 condition is not that evident as that in T2 and T3. This states that influence of T1 on utilization of strong light is worse than that of T2 and T3. With shading, only T2 condition increases ETR. T1 and T3 not only do not increase ETR, but even decrease it.

Key Words: Shading; winter Wheat; Scattering radiation; Photosynthesis; Chlorophyll Fluorescence

1 引言

地球表层能量的交换的主要来源就是太阳辐射，地球上的所有生物以及气候变化、天气都将受到太阳辐射的影响，它是天气形成以及气候演化的能源^[1,2]，植物光合作用的能量均来源于此。太阳总辐射是由直接辐射和散射辐射构成的。直接辐射是沿太阳光方向照射到地面的部分，散射辐射则是太阳光经过大气层的空中分子、气溶胶和雨滴的散射作用（天空散射）以及地表漫反射（地面散射）等形成的^[3]。太阳辐射变化通过影响小麦的光合作用而影响到其生物量甚至其作物产量。随着现代科技经济的发展和人类活动的加剧以及火山爆发，大气中气溶胶呈现逐渐增多的趋势，从而引起太阳辐射量的变化。根据研究表明^[4]，地面总辐射正在逐渐降低，其散射辐射的比重上升，直接辐射的比值下降。所以研究辐射变化对小麦光合特性的影响为今后合理安排农业生产，减少气候变化对小麦的不利影响提供科学依据将十分重要。

据研究表明，近50年我国的太阳总辐射呈先减少后增多的趋势，大致上是1990年以前为减少，1990年后逐渐增多。在不同的时间段和地域变化幅度有所不同，但是总体上来说是以下降为主，我国东中部比西部显著，工业为主城市比非工业为主城市、省际大城市比其他城市明显^[5]。有猜测认为太阳总辐射的减少可能是与空气的污染有关系，有待于进一步的研究。已有研究表明^[6-7]，太阳总辐射的变化受云量、气溶胶的影响较大，而气温、降水、水汽、太阳活动等对太阳总辐射的影响目前尚不明确，有待进一步的研究。太阳直接辐射是太阳总辐射的重要组成部分，占太阳总辐射的大部分。已有很多研究表明^[8-12]，太阳直接辐射是持续变化的。在20世纪50~80年代中国大部分地区的直接辐射持续减弱，90年代以后下降停止甚至又略有回升，在不同的地域变化差异明显，在我国东部和东南部减少；西北和青藏高原的一些地区却有一定的增强。直接辐射的总体的分布趋势为高原大于平原，西部干旱地区大于东部湿润地区^[13]。有研究表明^[14]，直接辐射在冬季主要是下降，春季的变化以不明显居多，夏、秋季为下降明显但变化不明显。造成升降幅度地域差异的原因除了太阳本身的因素，还可能有云量^[15]、大气气溶胶^[16-18]等有一定关系。太阳辐射中经大气散射到地面的辐射能为散射辐射。马金玉等^[14]研究表明，在90年代后太阳总辐射和直接辐射开始回升，但是散射辐射的变化却不明显，2000年后变为有明显上升。在我国各气候带的散射辐射大部分呈下降趋势；在全国省际大城市中2000以前下降明显为主，但2000以后为上升明显，在各季变化均不明显，但是秋冬季比春夏季下降要多。任小丽等研究表明^[19]，1981-2010年散射辐射总体上是东北部较低，南部和西部较高，夏季最大，冬季最小，散射辐射平均值明显上升。

叶绿素荧光技术以光合理论为基础，用叶绿素荧光作物天然的探针，是分析植物光合系统运行状况的一种重要手段。叶绿素的荧光参数能反映出植物的抗逆性程度。用Fo表示初始荧光，Fm表示最大荧光，Fv=Fm-Fo表示可变荧光。Fv/Fm（PSⅡ最大光化学量子产量率）、ΦPSⅡ（PSⅡ实际光化学效率）、Fv/Fo（PSⅡ的潜在活性）、Fo/Fm（热耗散量子比率）等参数受到抑制的程度与环境胁迫有很大的关系，而且叶绿素荧光和光合作用中的各个反应过程也有很密切的关系，所以叶绿素荧光参数可以反映叶片光合功能的变化^[20]。牟会荣等研究表明初始荧光强度（Fo）值的大小主要与叶绿素含量和激发光强度有关。在遮荫条件下小麦旗叶Fo升高，而植物叶片PSⅡ的原初光能转换效率和PSⅡ的潜在活性通过Fv/Fm这一指标来度量，其值升高但抑制了ΦPSⅡ以及光化学淬灭系数qP。由此得出结论虽然遮荫使叶绿素含量增高，但是光能用于光化学反应的比例减少导致光合速率降低。而战吉宬等^[21]研究葡萄幼苗认为光合速率与Fv/Fm关系不大。Crookston等^[22]却认为光合速率下降的原因是由叶肉阻力引起的。Chaturvedi等^[23]则认为主要原因是光合电子传输能力的下降。眭晓蕾等^[24]通过对辣椒幼苗的研究表明，遮荫能使ΦPSⅡ、光合电子传输速率(ETR)和qP均降低，对Fv/Fm无显著影响。张黎萍等^[25]研究表明弱光能显著降低Fv/Fm和ΦPSⅡ。梁芳等^[26]通过对菊花的研究表明低温弱光对光合作用和叶绿素荧光特性均有显著影响，ΦPSⅡ和ETR降低。由此可见，在辐射变化对小麦荧光特性影响的研究更是众说纷坛，有待进一步的研究。

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