杂交大豆叶片光合相关参数日变化及其与环境因子关系

刘冰　白子裕　孙禹　姚斌　 张治安

摘要：为探明杂交大豆叶片光合相关参数日变化及其与环境因子关系，以杂交豆2号和杂交豆5号2个杂交大豆品种为试验材料，利用LI-6400型光合测定系统，在鼓粒期测定叶片光合相关参数日变化，并分析其与环境因子的关系。结果表明，鼓粒期杂交大豆叶片净光合速率和水分利用效率的日变化皆为双峰的变化曲线，中午出现午休现象，在09：00—10：00时出现第1峰值，15：00时出现第2峰值，上午的峰值要高于下午的峰值。叶片气孔导度日变化则是表现为随着时间推进逐渐下降的变化。叶片的蒸腾速率变化表现为单峰变化曲线，12：00时叶片蒸腾速率最大。杂交大豆叶片净光合速率与光合有效辐射表现为显著正相关（r=0.749 9*）;叶片胞间CO2浓度与光合有效辐射和空气温度呈显著负相关（r=-0.757 6*，-0.777 1*）;叶片蒸腾速率与光合有效辐射和空气温度呈显著正相关（r=0851 8*，0.802 6*）。

关键词：杂交大豆;光合相关参数;日变化;环境因子;相关分析

中图分类号： S565.101  文献标志碼： A  文章编号：1002-1302（2019）04-0069-03

自然界里的杂种优势是普遍存在的，把杂交种的优势应用于提高作物的产量有着十分重要的意义[1-4]。关于大豆杂交种优势以及其相关开发利用的研究，目前我国在国际上处于领先地位[4-7]，同时我国也是在世界上首个成功选育大豆杂交种品种，并且能将其应用于生产的国家[4]。现已有多个通过审定的大豆杂交种品种，其产量可比普通的大豆品种产量要增产15%～20%[8-12]。作物产量物质中有90%以上是从光合同化合成的物质运输而来的，光合速率与作物产量间呈现正相关的关系，高光合同化能力是其高产形成的生理基础[13-15]。关于大豆叶片的一些生理生化特性已有较多研究报道[16-18]，但有关于大豆杂交种品种叶片的光合相关参数日变化的研究还未见报道。本研究利用LI-6400光合测定系统，研究杂交大豆叶片光合相关参数日变化及其与环境因子关系，为杂交大豆高效栽培提供一定的理论依据。1 材料与方法

1.1 供试材料

大豆杂交种品种杂交豆5号和杂交豆2号种子，由吉林省农业科学院大豆研究所提供。

1.2 试验设计

试验于2014年在农业部大豆区域技术创新中心大豆试验基地进行，地点位于吉林长春（125.1°E、43.53°N），当地≥10 ℃的年平均有效活动积温为2 860 ℃，年平均降水量为567 mm，年平均温度为4.6 ℃，试验土壤营养成分含量及pH值见表1。试验用随机区组排列设计，10行小区，每行长 10 m，行间距0.65 m，每小区65 m2，重复3次。种植密度为20万株/hm2，各品种于苗期定苗，正常田间管理。

1.3 测定项目与方法

于大豆鼓粒盛期（R6），选择无云的晴天，从05：00至 18：00 时，用LI-6400型便携式光合测定仪，配备上开放式的气路，在田间每间隔1 h测定1次叶片净光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率和气孔导度，测定部位为植株主茎上数第4复叶的中间小叶。水分利用效率用净光合速率/蒸腾速率求得[19]。

1.4 数据分析

试验结果为3次试验的平均值，用Excel 2003进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 净光合速率的日变化

由图1可知，杂交大豆鼓粒期叶片的净光合速率日变化呈现双峰曲线变化趋势，中午有午休现象，在10：00出现第1峰值，杂交豆2号叶片净光合速率为26.3 μmol/（m2·s），杂交豆5号叶片净光合速率为27.7 μmol/（m2·s）;在15：00出现第2峰值，杂交豆2号叶片净光合速率为 19.0 μmol/（m2·s），杂交豆5号叶片净光合速率为 16.1 μmol/（m2·s）;杂交豆2号叶片净光合速率下午峰值比上午峰值下降 7.3 μmol/（m2·s），杂交豆5号叶片净光合速率下午峰值比上午峰值下降11.6 μmol/（m2·s）。

2.2 气孔导度的日变化

杂交大豆鼓粒期叶片气孔导度的日变化（图2）呈现出随着时间的推进逐渐下降的变化规律，06：00时气孔导度值最大，18：00时气孔导度值最小。从06：00时到18：00时，杂交豆2号叶片气孔导度从1.02 mol/（m2·s）下降到 0.18 mol/（m2·s）;杂交豆5号叶片气孔导度从 0.64 mol/（m2·s） 下降到0.16 mol/（m2·s）。

2.3 胞间CO2浓度的日变化

图3结果表明，杂交大豆在鼓粒期叶片的胞间CO2浓度日变化表现出06：00最高、18：00次之的特点。06：00到 09：00，叶片胞间CO2浓度表现为快速降低趋势，杂交豆2号从473 μmol/mol降到266 μmol/mol，杂交豆5号从 469 μmol/mol 降到284 μmol/mol。09：00至16：00杂交大豆叶片胞间CO2浓度没有明显变化。16：00至18：00，叶片胞间CO2浓度又表现为明显升高变化，杂交豆2号从 233 μmol/mol 升到383 μmol/mol，杂交豆5号从 251 μmol/mol 升到397 μmol/mol。

2.4 蒸腾速率的日变化

从图4可以看出，在鼓粒期杂交大豆叶片的蒸腾速率是呈单峰曲线变化的，从06：00到12：00，叶片蒸腾速率呈增加变化，12：00叶片蒸腾速率达到最大值，杂交豆2号和杂交豆5号峰值分别为11.5、8.8 mmol/（m2·s），12：00以后叶片蒸腾速率逐渐降低。下午杂交豆2号叶片蒸腾速率总体比杂交豆5号叶片蒸腾速率高。

2.5 水分利用效率的日变化

从图5可以看出，杂交大豆鼓粒期叶片的水分利用效率日变化呈现出了双峰曲线变化趋势，与净光合速率日变化曲线表现基本一致，中午叶片水分利用效率降低，在09：00出现第1峰值，杂交豆2号叶片水分利用效率为4.25 μmol/mmol，杂交豆5号叶片水分利用效率为4.92 μmol/mmol;在15：00时出现第2峰值，杂交豆2号叶片水分利用效率为 2.65 μmol/mmol，杂交豆5号叶片水分利用效率为 2.87 μmol/mmol;下午叶片水分利用效率峰值比上午叶片水分利用效率峰值，杂交豆2号下降1.60 μmol/mmol，杂交豆5号下降2.05 μmol/mmol。

2.6 杂交大豆鼓粒期叶片气体交换参数与环境因子关系

由表2结果可以看出，杂交大豆叶片净光合速率与光合有效辐射呈显著正相关关系（r=0.749 9*）;叶片胞间CO2浓度与空气温度和光合有效辐射呈显著负相关（r=-0.777 1*， -0.757 6*），与空气中CO2浓度和空气的相对湿度呈显著正相关（r=0.959 9*，0.805 4*）;叶片蒸腾速率与空气温度和光合有效辐射呈显著正相关（r=0.802 6*，0851 8*）。

3 讨论与结论

提高作物产量最有效的途径之一就是利用其杂种优势，利用杂交优势选育成功的杂交种大豆品种单产得到了较大幅度的提高[4-6]。用适宜的栽培措施来调节增强作物的光合能力，可达到增加产量的目的[18，20-22]。研究也表明，品种间叶片光合速率存在一定差异，并且表现为光合速率与产量间是呈正相关的[15-16]。植物的光合同化作用这一生理过程是非常复杂的，叶的净光合速率既与其自身内部的因素，例如叶片的厚度、叶绿素的含量、叶片的成熟程度等密切相关，又要受到环境的气温、光有效辐射、土壤水分含量、空气相对湿度等影响[23]。张治安等研究表明，在晴天自然条件下，菰叶片的净光合速率日变化呈现出单峰变化曲线趋势，其峰值在上午11：00出现;菰叶片的净光合速率与光合有效辐射和气孔导度间皆是呈显著的正相关，而与胞间CO2浓度则是呈显著的负相关[24]。

杂交大豆鼓粒期叶片净光合速率和水分利用效率的日变化均呈现出双峰曲线的变化规律，中午出现有午休现象，上午峰值出现于09：00—10：00，下午峰值出现于15：00，上午的峰值要高于下午的峰值。叶片气孔导度随时间推进呈逐渐变小的变化规律，06：00最大，18：00最小。叶片胞间CO2浓度的日变化呈现出06：00最高，18：00次之。06：00到09：00，叶片胞间CO2浓度快速降低，09：00到16：00胞间CO2浓度变化不大，16：00到18：00，叶片胞间CO2浓度呈显著升高变化。叶片蒸腾速率呈单峰变化曲线，峰值在12：00出现。杂交大豆叶片净光合速率与光合有效辐射呈显著正相关（r=0.749 9*）;叶片胞间CO2浓度与光合有效辐射和空气温度呈显著负相关（r=-0.757 6*，-0.777 1*）;叶片蒸腾速率与光合有效辐射和空气温度呈显著正相关（r=0.851 8*，0.802 6*）。结果表明，环境因子对杂交大豆叶片净光合速率高低影响显著，其中光合有效辐射是净光合速率主要的影响因子。

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