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吉林省大豆品种遗传改良中光合特性和硝酸还原酶活性变化的研究

张治安  
【摘要】: 在大豆品种遗传改良过程中,选育的高产大豆品种已整合了多项高产的结构和功能特征。有些形态结构特征是显而易见的,但许多功能特征,特别是生理特性则是在选择过程中易被忽视的。本项研究旨在利用现代测试分析技术,对在常规育种中易被忽视的大豆叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率等指标进行测定与分析,期望为高产育种提供理论依据。 试验于2005~2006年在吉林农业大学试验田进行,结果如下: 1)产量是大豆育种的一个重要指标。吉林省栽培大豆品种遗传改良中,大豆产量从1923年—2005年的82年间增加了1103.7 kg·hm~(-2),平均每年增加13.46 kg·hm~(-2),增加的百分率为95.94%,每年增长1.17%。 2)随着大豆品种的遗传改良,叶面积指数不断增加。开花期以后叶面积指数与产量呈极显著正相关。1920s-1940s、1950s-1960s、1970s-1980s和1990s-2000s四个年代大豆品种的叶面积指数动态均呈抛物线状态,最大叶面积指数时期均出现在出苗后70天左右,1990s-2000s品种的叶面积指数分别比1920s-1940s、1950s-1960s、1970s-1980s品种的叶面积指数平均高出15.8%、12.0%和8.6%。说明,新品种的叶面积指数比老品种增加快且指数最大值较大,鼓粒期最大叶面积指数稳定期较长,衰退缓慢。这是大豆品种遗传改良中籽粒产量提高的主要原因之一。 3)在大豆品种遗传改良中,收获指数随品种育成年代和产量的增加而增加。收获指数与产量呈极显著正相关。对干物质积累变化的研究表明,在整个生育期内,不同年代育成的大豆品种植株干物重和籽粒干物质积累均随年代的推进呈线性增加。不同年代大豆品种的植株干物重从出苗到鼓粒盛期(出苗后90天)逐渐增加,到鼓粒盛期达最大值,然后有所下降;大豆籽粒干物质积累从鼓粒初期(出苗后80天)到鼓粒末期(出苗后110天)逐渐增加,到鼓粒末期达最大值,成熟期略有下降。从鼓粒初期到成熟初期的40 d里,1920s-1940s、1950s-1960s、1970s-1980s和1990s-2000s品种的籽粒干重增长速率分别为4.86、5.95、7.09和8.08 g·m~(-2)·d~(-1)。现代品种籽粒增重速度快可能是品种产量提高的主要原因之一。 4)对五个生育期间大豆叶片净光合速率与品种育成年代的相关分析表明,大豆结荚期叶片净光合速率与品种育成年代呈极显著的正相关,且相关系数最高(r=0.7275~(**))。通过对五个生育期间各个参数的比较和分析发现结荚期是大豆发育的重要时期,它直接决定着光合有效产物的运转和分配,在整个生育期内,大豆的净光合速率的最高值在结荚期,特别是高产的1990s-2000s大豆品种,结荚期的净光合速率要比1920s-1940s大豆品种高25.7%。结荚期是影响大豆产量的关键时期。 5)对大豆的净光合速率和表观叶肉导度(Pn/Ci)与产量的相关分析表明,在整个生育期内,净光合速率和Pn/Ci与产量皆存在显著或极显著的正相关关系,在苗期的相关系数最小(r=0.4309~*、0.4816~*),结荚期的相关系数最大(r=0.6368~(**)、0.6502~(**))。净光合速率和Pn/Ci可作为高产育种的生理选择指标。 6)在大豆品种遗传改良中,净光合速率,气孔导度、蒸腾速率、叶绿素含量和比叶重也随品种育成年代推进有不同程度的增加。现代高产品种并不是只具有高的净光合速率,气孔导度、蒸腾速率、叶绿素含量和比叶重等其它与产量形成密切相关的参数也较高,但在这些指标中净光合速率与产量的关系最为密切和稳定。所以,气孔导度、蒸腾速率、叶绿素含量和比叶重可作为品种选择的辅助指标。 7)瞬时水分利用效率在大豆开花期随品种育成年代推进而降低的变化,到成熟期则随品种育成年代推进而增加。原因是现代品种花期叶片净光合速率提高的同时,蒸腾速率提高得更多。而成熟期老品种水分利用效率降低是由于净光合速率降低更快所致。 8)叶片胞间CO_2浓度与品种育成年代呈负相关变化。并表现为净光合速率较高的时候,胞间CO_2浓度却较低,而这时气孔导度并不低。这说明随着大豆品种更替当代品种叶片同化CO_2的能力增强。同时也暗示新品种叶片Pn进一步提高可能存在气孔限制。 9)在大豆发育的关键时期结荚期,叶片净光合速率、气孔导度的日变化呈双峰曲线变化,峰值出现在上午10:00和下午15:00。蒸腾速率呈单峰曲线变化,峰值出现在中午12:00。在整个日变化中,四个年代大豆品种的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率的大小顺序为1990s-2000s品种>1970s-1980s品种>1950s-1960s品种>1920s-1940s品种。 10)大豆鼓粒末期以后,1990s-2000s的品种仍能保持比1920s-1940s、1950s-1960s、和1970s-1980s品种相对较高的PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)和光系统Ⅱ实际光化学效率(φ_(PSⅡ))。说明,现代品种叶片比老品种衰老缓慢,从而能使光合作用过程顺利进行,为碳同化提供更充足的能量和还原能力。 11)不同生育时期大豆叶片的硝酸还原酶活性差异较大,硝酸还原酶活性大小为R_2期>V_4期>R_4期>R_6期。同一生育时期不同品种叶片硝酸还原酶活性也有一定差异,在V_4期、R_2期、R_4期和R_6期的变异系数分别为17.6%、8.6%、8.5%和12.7%,存在极显著或显著差异。 12)大豆品种各生育时期的硝酸还原酶活性均随年代的推进呈线性增长变化,并与育成年代呈显著正相关,相关程度各生育时期大小排序为:V_4期>R_2期>R_6期>R_4期。 13)在大豆品种遗传改良中,叶片硝酸还原酶活性的提高与产量的增长关系密切。所以,叶片硝酸还原酶活性也可作为大豆高产品种选择的指标之一。


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