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光质与生姜生长发育及光能利用特性的关系

张瑞华  
【摘要】: 生姜起源于热带雨林地区,生产中多采用遮光栽培。近年来,利用塑料薄膜进行生姜小拱棚覆盖提早保护栽培,延长生姜生育期,可显著提高生姜产量。由于构成产量的干物质90%以上来源于光合作用,而光是影响光合作用的重要环境因素,因此,前人就光强与生姜光合作用的关系进行了较多的研究,但关于光质对生姜光合作用的影响,尚未见报道。为此,本文通过利用有色膜田间遮光及室内电光源发光两种处理方法,系统研究了光质与生姜生长发育及光能利用特性的关系,创造了生姜传统遮光栽培技术与提早保护栽培技术相融合的生姜有色膜调光保护栽培新技术。主要研究结果如下: 1.有色膜覆盖显著改变了生姜植株受光光质环境,较传统遮光栽培显著提高了生姜出苗前的气温及地温,有利于生姜出苗。出苗后,通过增加有色膜遮光小拱棚通风量,有色膜覆盖不仅起到了降低光照强度的作用,而且还降低了气温和地温。 2.有色膜覆盖栽培和传统遮荫网栽培的生姜生长势均显著优于露地栽培,但不同颜色薄膜覆盖的效果有显著差异。蓝膜覆盖生姜株高秆细,生物量较低,分枝数及产量与传统遮荫网栽培差异不显著;红膜覆盖虽比蓝膜及传统遮荫网栽培的生物量增加,但却显著低于白膜和绿膜覆盖;白膜茎秆较粗,但分枝数及生物量不及绿膜高;绿膜覆盖生姜分枝数较多,产量较高。收获时绿膜、白膜、红膜、蓝膜覆盖的生姜产量分别达3560.6、3362.8、3194.3、2901.2 kg·666.7 m-2,分别比露地栽培提高37.7%、30.0%、23.5%、12.2%,但分别比地膜覆盖加遮荫网栽培提高18.5%、12.0%、6.3%、-3.4%。室内光质处理与田间有色膜覆盖效果不同,以白光和红光处理的生姜幼苗生物量较高,绿光处理生姜幼苗生物量较低,但生姜幼苗质量以白光和蓝光处理较好。 3.田间不同颜色薄膜覆盖的生姜叶片叶绿素含量有较大差异。幼苗覆膜期,生姜植株功能叶及幼嫩叶叶绿素含量以蓝膜和绿膜覆盖较高,白膜覆盖居中,红膜覆盖较低,而随叶位下降,蓝膜覆盖生姜叶片叶绿素含量降低较快。 室内光质处理生姜幼苗叶片叶绿素含量以白光和红光处理较高,分别达3.01、2.94 mg·g-1FW,蓝光处理居中,绿光处理较低,仅2.17 mg·g-1FW。 4.整个生长期内,绿膜覆盖生姜叶片的光合速率较高,白膜和红膜覆盖次之,蓝膜覆盖较低。幼苗覆膜期,绿膜覆盖生姜叶片光饱和点、光饱和时的光合速率、羧化效率、CO2饱和点及RuBP最大再生速率较高;蓝膜覆盖叶片虽然光饱和点与绿膜处理差异不显著,但蓝膜处理光呼吸速率较高,光合同化碳素较多的流向乙醇酸循环,其净光合速率较绿膜、白膜和红膜低。旺盛生长无膜期,虽然各处理生姜叶片光饱和点无显著差异,但光合速率仍以苗期绿膜处理生姜叶片较高,分别比白膜、红膜、蓝膜覆盖提高5.8%、9.3%、16.3%,绿膜RuBP最大再生速率较白膜、红膜、蓝膜覆盖分别提高4.6%、11.9%、17.0%。 5.有色膜覆盖可显著影响生姜叶片的光能利用及分配特性。不同处理叶片叶绿素荧光参数日变化动态相似,但叶片Fv/Fm、Fv′/Fm′、ΦPSII、qP和光化学反射指数(PRI)均以绿膜处理最高,其次为蓝膜和白膜处理,红膜处理最低;而PSI和PSII间激发能分配不平衡偏离系数(β/α-1)和NPQ则以绿膜处理最低,蓝膜、白膜和红膜处理依次升高。表明适当增加遮光光质中绿光比例,生姜叶片午间光抑制程度较轻,PSI和PSII间线性电子传递协调性较好,激发能热耗散较低,光能利用效率较高。旺盛生长无膜期,各处理间光能利用特性仍有显著差异,光抑制较强时,光能利用效率绿膜处理较高,白膜和红膜处理居中,蓝膜较低。 6.有色膜覆盖显著影响了不同叶龄叶片色素含量、光合速率及光能利用特性。展叶30 d时,不同处理生姜叶片叶绿素含量达最高值,以蓝膜和绿膜处理较高,白膜居中,红膜较低,此后蓝膜处理叶绿素含量下降幅度显著高于其他处理;类胡萝卜素含量除红膜处理在生姜展叶30 d达最大值外,白膜、蓝膜、绿膜处理均在展叶20 d时达最大值。 展叶20 d时,各处理生姜叶片光合速率达最高值,此时绿膜处理光合速率较白膜、红膜、蓝膜处理高6.6%、11.5%、17.9%;展叶30 d后,各处理光合速率迅速下降,但下降幅度以蓝膜处理较高。羧化效率变化趋势与光合速率相似,展叶20 d时达最大值,以绿膜处理较高,白膜和红膜居中,蓝膜较低;而表观量子效率以红膜处理较高,蓝膜处理居中,白膜和绿膜处理较低,且两者差异不显著。 各处理生姜展叶5 d时,PSⅡ活性就接近最高值,并且展叶10~50 d内Fv/Fm一直较高,Fv′/Fm′、ΦPSⅡ、qP等在展叶10 d后就近最大值。此外,展叶当天,蓝膜处理生姜叶片Fv/Fm、Fv′/Fm′、ΦPSⅡ、qP显著高于绿膜、白膜和红膜处理,Fv/Fm、Fv′/Fm′、ΦPSⅡ、qP达最大值时绿膜处理较高,蓝膜和白膜居中,红膜较低。 7.室内光质处理生姜幼苗叶片适应强光能力、光合能力、固定CO2能力、RuBP最大再生速率以白光处理较高,蓝光和红光处理居中,绿光处理较低;各处理Fv/Fm虽无显著差异,但Fv′/Fm′和ΦPSⅡ以白光和蓝光处理较高,红光处理居中,绿光处理较低。移至室外自然光照条件下,室内弱光处理生姜幼苗均出现严重光抑制,且光照减弱时仍未恢复到原来水平,白光、绿光、红光、蓝光处理生姜叶片17:00 Fv/Fm较7:00分别下降20.4%、42.0%、30.7%、22.5%,且光合日变化呈单峰曲线变化,峰值出现在9:00,但光合速率以白光处理较高,为7.9 mol·m-2·s-1,蓝光和红光处理居中,绿光处理较低,仅4.1 mol·m-2·s-1。 8.午间高温、强光条件下,有色膜覆盖生姜叶片超氧阴离子自由基产生速率达最高值,但以绿膜覆盖生姜叶片超氧阴离子自由基产生速率较低,白膜、红膜、蓝膜覆盖差异不明显,但13:00时,SOD及APX酶活性以蓝膜覆盖较高,白膜和红膜居中,绿膜较低。MDA含量和电解质渗漏率在13:00时达最高值,但仍以绿膜覆盖较低,白膜、红膜和蓝膜覆盖差异不显著。 幼嫩叶和功能叶超氧阴离子自由基产生速率较老龄叶片低,且均以绿膜覆盖较低。蓝膜处理老龄叶片MDA含量和电解质渗漏率显著高于绿膜、白膜和红膜处理。 9.生姜生长的光质环境显著影响了气孔形态特征,绿膜覆盖生姜叶片上表皮气孔密度、气孔宽度、气孔孔径宽度较其他处理大。同时,无论幼苗覆膜期还是旺盛生长期,绿膜覆盖生姜叶片较厚,栅栏组织发达,栅栏组织/海绵组织厚度较高,而蓝膜覆盖叶片较薄,栅栏组织厚度较小。 室内白光和红光处理的生姜叶片厚度差异不显著,但较蓝光和绿光处理高,蓝光处理虽然栅栏组织厚度不及白光和红光处理,但栅栏组织/海绵组织厚度较白光、红光、绿光处理分别高15.9%、19.9%、14.2%。绿光处理每个细胞中叶绿体数目,叶绿体大小、淀粉粒数、基粒片层数、基粒数均较白光、红光和蓝光处理低,同时蓝光处理基粒片层数、基粒数较多。


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