马铃薯栽培的光合生理特性研究

马铃薯栽培的光合生理特性研究

光条件与光合作用之间必然直接相关，但分光光的能力决定了甘薯的生产潜力，是制定甘薯产量的最基本因素。在贵州喀斯特山区寡日照条件下,马铃薯光合生产能力的差异性研究是一知识的空白点,需要得到加强。为此,本研究以不同熟期的马铃薯品种为研究对象,采用盆栽试验,使用便携式光合测定仪进行测定,研究在高产长势下的品种、叶位对光合作用的影响,以探索马铃薯光合能力的条件;指导选择光补偿点较低的品种,提高净同化率等,以获得主要的马铃薯栽培生理参数,为马铃薯高产栽培提供理论依据。1材料和方法1.1试验材料试验所用马铃薯品种为费乌瑞它和会-2,均为脱毒马铃薯,由贵州省马铃薯研究所提供。1.2测试方法1.2.1种植30盆的处理采用盆栽试验,以不同熟性品种设计为处理,设置2个处理。处理1,费乌瑞它;处理2,会-2。每处理重复15盆,共种植30盆。肥料的施用量:尿素17g/盆,磷肥20g/盆,钾肥16.3g/盆,60%的尿素作追肥,其余所有肥料作基肥一次性施入。1.2.2测量1净光合速率和呼吸速率选定3株生长势一致且无病害的植株,在盛花期用Li-6400型便携式光合作用测量系统分别测定马铃薯品种同一植株不同叶位叶片的净光合速率和呼吸速率。其中,以植株顶部1片全展叶计为第1叶:上位叶(第3叶)、中位叶(第7叶)、下位叶(第11叶),并挂牌标记。选取3个晴天,以3d构成3次重复,取其平均值。净光合速率测定时段为9:00—17:00,每隔2h测量1次。呼吸速率测定时段为10:00—11:30。为减少因环境条件变化引起的测定误差,每次测定争取在30min内完成。2光学成分检测选定3株生长势一致且无病害的植株。在盛花期,用Li-6400型便携式光合作用测量系统,测定不同品种的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、细胞间隙CO2浓度(Ci)。选择晴朗天气的9:00-17:00,每隔2h测量1次;选择植株中部展开的倒3～4叶为供试叶片。2结果与分析2.1甘薯叶片的光合特征和呼吸特征的变化2.1.1净光合速率的日变化在马铃薯生长发育过程中,由于叶片交替及叶龄等的不同,改变着不同叶位的光照条件,从而影响叶片的光合速率。试验所测脱毒马铃薯不同叶位叶片的净光合速率日变化情况(图1)显示:会-2和费乌瑞它单个叶片净光合速率均由上位叶向下位叶呈递减趋势,尤其以上部新叶的净光合速率最高,下部叶片较低。另外,两品种不同叶位叶片净光合速率的日变化动态基本相似,均呈“双峰型”曲线。上位叶和中位叶较下位叶有明显的光合“午休”现象,而且峰顶与峰谷较明显,光合“午休”的时间在13:00左右,但下位叶峰顶与峰谷不明显。马铃薯品种间净光合速率有明显的差异,上中下位叶会-2单叶净光合速率的日均值分别比费乌瑞它高4.1μmol/(m2·s)、1.9μmol/(m2·s)和1.7μmol/(m2·s)。由于上层叶片光照和透气条件好,温度较高、叶片处于适龄期,生长代谢旺盛,有利光合作用正常进行,因而光合速率较高;而中层叶由于受上层叶的遮阴,光照弱,叶温较低,通气状况差以及下部叶片的叶龄较大、组织老化,叶片生理功能衰退,不利于光合作用,因而净光合速率不高。2.1.2呼吸速率变化呼吸作用是植物的重要生理功能。通过呼吸作用使植株体内的物质不断分解,提供各种生命活动所需的能量和合成重要有机物质的原料,还可增强抗病能力。试验所测脱毒马铃薯不同叶位叶片呼吸速率变化情况(图1)显示,会-2和费乌瑞它不同叶位叶片的呼吸速率变化与净光合速率相似,以上位叶呼吸速率最高,并随叶片叶龄的增加而下降。品种间各叶位叶片的呼吸速率都以费乌瑞它较高,其比会-2高6.5%,这也是会-2的净光合速率明显高于费乌瑞它的主要原因之一。可见,马铃薯成熟过程中各部位叶片呼吸速率的变化主要是因它们的叶龄不同所造成。迅速生长的幼嫩组织具有较高的呼吸速率,而随着叶龄的逐渐增大,生理机能等都发生了一系列变化,从而导致呼吸速率也有所下降。2.2不同品种的单方面光合特征日益改进2.2.1净光合速率分布净光合速率是光合作用的一个重要生理指标。试验所测不同脱毒马铃薯品种相同叶位叶片净光合速率日变化趋势(图2)显示:马铃薯的净光合速率随着一天内环境条件的改变及其自身的生理变化而变化。会-2和费乌瑞它马铃薯叶片净光合速率随一天时间的变化,均呈“双峰型”曲线,主峰在11:00出现,次峰在15:00出现,第1峰值高于第2峰值,13:00时为低谷,有明显的光合“午休”现象。可见,中午和下午温度较高,是造成净光合速率低的主要原因。从图2可看出,在上午9:00时,尽管CO2浓度比较高,但是由于光强和气温较低,会-2和费乌瑞它的净光合速率较低。随着气温升高和光照的增强,叶片的净光合速率也逐渐加强,第1个高峰出现在11:00,为全天净光合速率的最大值;11:00后净光合速率开始下降,13:00降至最低谷,之后又出现缓慢回升的趋势,15:00再次达到高峰,之后又下降。会-2的净光合速率均比费乌瑞它高,11:00高12.5%,15:00高23.2%。另外,不同品种间光合速率表现不同,会-2净光合速率较高,日均值为15.7CO2μmo1/(m2·s);费乌瑞它净光合速率较低,日均值为9.3CO2μmo1/(m2·s)。说明,脱毒马铃薯品种间光合能力大小不同。尤其以会-2在光照较强的条件下能有效利用太阳辐射进行光合作用,这可能是该品种获得高产的一个重要原因。两品种的净光合速率日变化均出现“午休”现象,原因可能是植物对其晴天后高温高强光天气下适应的一种表现。生产实践中,在晴天的中午为栽培植物适当遮阴可降低光照强度和气温,理论上能够减轻光合“午休”程度,甚至消除这种不利于光合作用的现象。2.2.2对于蒸腾速率的影响蒸腾速率的主要生理作用在于植物通过蒸腾作用运输矿物质、调节叶面温度、供应光合作用所需要的水分等。在自然观察条件下,一天中由于气温等各种因素的变化,蒸腾速率表现出不同的变化趋势(图2):会-2和费乌瑞它单叶片的蒸腾速率日变化均为“双峰型”曲线,其变化规律与光合速率基本相似。在11:00时达到主高峰,15:00时达次高峰,13:00时是低谷,有轻微的蒸腾“午休”现象。在9:00—11:00两品种叶片蒸腾速率随温度上升、光照逐渐增强,蒸腾速率急剧上升并于11:00达到最大值,分别为8.8mmolH2O/(m2·s)和7.6mmolH2O/(m2·s),11:00后,温度增高、光照增强,蒸腾速率迅速下降,至13:00降至最低谷;之后随着气温回落、光照减弱,蒸腾速率缓慢上升,直至15:00时出现第2峰值,分别为5.4mmolH2O/(m2·s)和3.5mmolH2O/(m2·s),之后蒸腾速率一直下降。比较发现,两品种之间蒸腾速率存在差异,会-2品种不同时间的蒸腾速率较费乌瑞它高,尤其是在11:00时和15:00时,蒸腾速率的日平均值表现为会-2[5.4mmolH2O/(m2·s)]>费乌瑞它[3.8mmolH2O/(m2·s)]。说明,会-2植株更有利于通过蒸腾作用促进土壤中矿质盐类和根系合成的物质随水分的吸收而被运输和分布到植物体各部分,建成合理的营养体,促进光合作用的进行,这可能是该品种增产的原因之一。两品种的蒸腾速率日变化规律均出现“双峰型”曲线,并有轻微的蒸腾“午休”现象,可能是由于中午温度升高、水分亏缺所引起的气孔关闭所致。2.2.3胞间co浓度的日变化CO2是植物进行光合作用的主要原料,胞间CO2浓度反映外界的CO2进入叶细胞的浓度,它是衡量叶片光合速率大小的主要指标之一。从不同品种胞间CO2浓度日进程(图2)看出,会-2和费乌瑞它胞间CO2浓度的日变化曲线类似“W”形,与净光合速率和蒸腾速率相反。上午9:00叶片胞间CO2的浓度较高,至11:00时降到最低值,因为此时净光合速率较高,固定了较多的光合作用原料——CO2,从而引起了胞间CO2浓度的下降;后又上升至13:00时形成另一个高峰,后又缓慢下降,15:00时后又缓慢上升。不同品种间胞间CO2浓度大小不同,会-2胞间CO2浓度日均值高于费乌瑞它。两品种胞间CO2浓度的日变化曲线类似“W”形,造成此现象原因是早晚大气中CO2浓度高,温度和湿度都比较适宜,气孔开放,进入细胞的CO2较多;而早晚光合作用比较弱,碳同化所消耗的CO2较少,所以胞间CO2浓度高。中午大气中CO2浓度降低,同时由于温度、湿度及气孔部分关闭等原因,进入细胞的CO2减少;另一方面光合作用增强,碳同化所消耗的CO2也增多,胞间CO2浓度减少。3马铃薯叶片光合能力的提高不同熟期的马铃薯品种光合特征变化相似,上部新叶片的净光合速率最高,下部叶片较低,水平放置叶片净光合速率高于自然状态叶片净光合速率。在马铃薯的栽培中要尽量改善马铃薯株型,改善叶片着生状态以提高马铃薯的光合能力;并可根据马铃薯叶片的着生状态客观评价马铃薯的光合能力。净光合速率日变化均出现“午休”现象