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氮素对小麦叶片光合能量转化及水分利用效率的影响

张绪成  
【摘要】: 提高作物的水分利用效率(WUE)和对干旱的适应能力是生物节水农业的主要研究内容之一,以肥调水尤其是通过氮素营养调控作物WUE和改善抗旱性仍是基础理论和生产实践领域的研究热点。本研究在大田条件下,以两个生态型相近、有明显抗旱性差异的冬小麦品种为试验材料,以不同氮素水平为处理手段,测定了小麦叶片光合气体交换参数、叶绿素荧光参数、ABA含量、NO含量、保护酶系活性、地上生物量、水分状况、产量等指标,来研究小麦叶片NO—ABA—WUE之间的关系、氮素对小麦叶片激发能转化分配的调控机制、叶片全N含量—ABA含量—WUE之间的相互关系以及氮素对小麦叶片膜脂抗过氧化作用的影响,以探明提高小麦抗旱性和改善水分利用状况的生理途径。取得了如下研究结果: (1)初步探明了氮素对小麦叶片NO含量-ABA含量-WUE关系的影响及其对抗旱性的作用机制。分蘖期和拔节期小麦叶片NR活性与NO含量显著线性正相关(R2≥0.568,n=15),氮素通过提高叶片NR活性来提高叶片NO水平进而调控气孔开度;在N360处理的叶片ABA含量和NO含量之间为正协同作用关系,而在低氮条件下为负相关关系;抗旱性与气孔对NO含量变化的灵敏度有关,旱地品种对叶片NO含量的变化具有较快速的反应。合理施氮(N180处理)能够使得NO含量处于较低水平而诱导气孔开放,促进水地品种气体交换并提高IWUE、提高旱地品种气孔对NO含量和干旱的反应灵敏性。 (2)揭示了氮素对小麦叶片激发能转化分配的调控机制。氮素提高了小麦叶片光合色素含量,降低呼吸速率,虽然氮素不能显著改变激发能在光合碳还原(PCR)和光合碳氧化(PCO)之间的分配比例,但提高了在PCR方向的电子流量,过量氮素供应会使叶片暗呼吸作用增强;ΦPSⅡ随叶片全N含量增加呈先下降后升高的变化趋势,Pn与ΦPSⅡ线性正相关;氮素能够改善热耗散和光化学反应对激发能的竞争关系,增强光合机构活性以使得更多的光能进入碳同化过程,最终提高IWUE。 (3)初步阐明了叶片全N含量—ABA含量之间的关系及其对WUE的影响。施氮后小麦叶片全N和ABA含量呈显著线性负相关,合理施氮能够增强叶片ABA含量和全N含量之间的相互影响。随氮素水平的提高,叶片IWUE对ABA含量的敏感性增强,而GWUE与旗叶ABA含量呈显著的负线性相关。旗叶全N含量和GWUE之间呈显著的负二次相关,合理施氮能够使叶片全氮含量维持在适宜水平,提高Pn以促进干物质积累,提高IWUE,并最终提高子粒产量和水分利用效率。 (4)明确了氮素对小麦叶片膜脂抗过氧化作用的影响。施氮提高了小麦叶片CAT和SOD活性,降低了XOD活性、H2O2和MDA含量;N0处理旱地品种较水地品种具有较高的保护酶系活性和较低的XOD活性、H2O2和MDA含量,细胞膜稳定性与小麦抗旱性密切相关,氮素能够通过提高叶片膜质抗过氧化能力来增强小麦对干旱的适应。 (5)研究证明了氮素对小麦产量和形态发育的影响。氮素能够提高小麦叶片光合色素含量使得Pn显著增加、维持一定的气孔开度而促进了光合气体交换,促进干物质积累;施氮后株高和穗长有明显的增加,虽然千粒重在施氮后有一定程度下降,但穗粒重较N0处理显著提高;氮素对小麦群体发育也有明显的促进作用,LAI在施氮后显著升高,并最终表现较高的产量、WUE和HI。


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