不同光周期处理对糜子光合参数的影响.pdf

现代农业科技2023 年第 21 期农艺学不同光周期处理对糜子光合参数的影响闫志明（山西农业大学农业基因资源研究中心，山西太原 030031）摘要为深入了解光周期对糜子光合参数的影响，本研究利用 CI-340 便携式光合仪测定了不同光周期处理下糜子叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间 CO2浓度。结果表明：在抽穗期后对糜子进行短日照处理可以显著提高糜子的叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，对糜子叶片胞间 CO2浓度的影响较小；叶片净光合速率自开花后 10 d 开始显著增高，在开花后 10 d 较全生育期自然光照处理增高 5.853 mol/（m2s）；气孔导度和蒸腾速率自开花后 20 d 开始显著增高，在开花后 20 d 较全生育期自然光照处理分别增高 39.443、1.120 mmol/（m2s）。关键词糜子；光周期处理；光合参数；净光合速率；蒸腾速率；气孔导度；胞间 CO2浓度中图分类号S516文献标识码A文章编号 1007-5739（2023）21-0016-04DOI：10.3969/j.issn.1007-5739.2023.21.004开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Effects of Different Photoperiod Treatments on Photosynthetic Parameters of MilletYAN Zhiming(Agricultural Gene Resources Research Center,Shanxi Agricultural University,Taiyuan Shanxi 030031)AbstractIn order to investigate the effect of photoperiod on the photosynthetic parameters of millet,this studyused a CI-340 portable photosynthetic instrument to measure the net photosynthetic rate,transpiration rate,stomatalconductance,and intercellular CO2concentration of millet leaves under different photoperiod treatments.The resultsshowed that short-day treatment after heading stage could significantly increase the net photosynthetic rate,stomatalconductance,and transpiration rate of millet leaves,with little impact on the intercellular CO2concentration ofmillet leaves.The net photosynthetic rate of leaves significantly increased from 10 days after flowering,and increased by5.853 mol/(m2s)compared with natural light treatment throughout the entire growth period,stomatal conductanceand transpiration rate significantly increased from 20 days after flowering,and increased by 39.443 mmol/(m2s)and1.120 mmol/(m2s)respectively compared with natural light treatment throughout the entire growth period.Keywordsmillet;photoperiod treatment;photosynthetic parameter;net photosynthetic rate;transpiration rate;stomatal conductance;intercellular CO2concentration糜子是短日照植物，对光周期变化极其敏感1。光合作用是作物有机物形成的基础，对产量形成有十分重要的影响，作物中 90%95%的干物质积累来自叶片的光合作用2-5，光合能力的强弱决定了作物产量和品质的高低6。王佳旭等7通过探究不同外源激素对高粱的光合参数和产量的影响，确认了叶面喷施烯效唑 60 mg/L（225 L/hm2）可提高高粱的光合作用效率，从而提高产量。蓝金宣等8以发光二极管为光源，探究了光质对多穗柯幼苗生长及光合参数的影响，发现蓝光有利于多穗柯幼苗的苗高增长，红光则有利于促进幼苗的地径增长。关思慧等9研究发现，随着温度的下降，石榴的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率均呈现下降趋势。刘歌畅等10研究发现，随着干旱胁迫程度的增加和时间的延长，俄罗斯大果沙棘的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度逐渐减小，胞间 CO2浓度均呈先增加后减小的变化规律。前人对光合作用影响因素的研究较多聚焦于光质、光强、水分等，对光周期的研究较少。为了探究不同光周期下糜子光合生理差异及其适应性机制，丰富糜子的光合特性研究，本试验研究了不同光周期处理下糜子光合参数的变化，通过探究不同光周期处理下第一作者 闫志明（1994），男，本科，研究实习员。研究方向：农作物种质创新。E-mail：收稿日期 2023-02-0416糜子的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间 CO2浓度的变化，为糜子的高光效育种提供理论基础。现将试验结果总结如下。1材料与方法1.1试验概况试验于 2020 年在忻州定襄进行，采用盆栽方法。供试糜子品种为陇糜 5 号。1.2试验设计试验共设 4 种光照处理，具体设计如表 1 所示。2020 年 6 月 14 日播种，每盆播种 20 粒种子，每个处理 5 盆。出苗后每盆选留生长一致的幼苗 10 株，三叶期开始进行光周期处理。其中，短日照处理光照长度为 12 h（19：00 至次日 7：00 置于暗室，其余时间置于自然光照下）。1.3测定内容与方法采用 CI-340 便携式光合仪对糜子顶叶叶片进行测定，从开花期开始测定糜子净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间 CO2浓度，每隔 10 d 测定 1 次，时间分别在 8 月 4 日、8 月 14 日（灌浆期）、8 月 24 日、9 月3 日、9 月 13 日，每次测 3 株，每株测 3 次，取其平均值。测定选择上午 9：0011：00，天气晴朗、无风或风速很小的环境条件下进行。1.4数据统计与分析采用 Excel 2019 进行数据处理，采用 Excel 2019和 Origin 2021 进行图表绘制，采用 SPSS Statistics19.0 软件进行单因素方差分析。2结果与分析2.1对糜子净光合速率的影响由图 1 可知，与全生育期自然光照（CK）对比，在8 月 14 日，处理 G1、G2糜子净光合速率与 CK 存在显著差异，处理 G1较 CK 增加 5.853 mol/（m2s），处理G2较 CK 增加 6.476 mol/（m2s）；在 9 月 3 日，处理G1与 CK 存在显著差异，较 CK 增加 3.977 mol/（m2s）；在 9 月 13 日，处理 G1与 CK 存在显著差异，较 CK 增加 5.177 mol/（m2s）。2.2对糜子叶片气孔导度的影响由图 2 可知，与全生育期自然光照（CK）对比，在8 月 24 日，处理 G1糜子叶片气孔导度与 CK 存在显著差异，较 CK 增加 39.443 mmol/（m2s）；在 9 月 3 日，处理 G1叶片气孔导度与 CK 存在显著差异，较 CK 增加 26.983 mmol/（m2s）；在 9 月 13 日，处理 G1与 CK存在显著差异，较 CK 增加 33.457 mmol/（m2s）。2.3对糜子叶片蒸腾速率的影响由图 3 可知，与全生育期自然光照（CK）对比，在8 月 24 日，处理 G1糜子叶片蒸腾速率与 CK 存在显著差异，较 CK 增加 1.120 mmol/（m2s）；在 9 月 3 日，处理 G1、G2与 CK 存在显著差异，其中处理 G1较 CK增加 1.117 mmol/（m2s）。2.4对糜子叶片胞间 CO2浓度的影响由图 4 可知，全生育期自然光照处理（CK）胞间CO2浓度与其他处理相比均未达到显著差异水平，在8 月 14 日、9 月 3 日、9 月 13 日处理 G1的胞间 CO2浓度均低于 CK；在 9 月 3 日之后，处理 G1、G2、G3的胞表 1试验各处理不同光周期处理处理CKG1G2G3光周期处理三叶期抽穗期自然光照自然光照短日照短日照抽穗期成熟期自然光照短日照自然光照短日照3025201510502020-08-042020-08-142020-08-242020-09-032020-09-13日期净光合速率/（molm-2s-1）aaaabaaababaabbbabbbabbCK处理 G1处理 G2处理 G3图 1不同光周期处理对糜子净光合速率的影响2001801601401201008060402002020-08-042020-08-142020-08-242020-09-032020-09-13日期aaaaaaaaabbbbbbabaaaCK处理 G1处理 G2处理 G3气孔导度/（mmolm-2s-1）图 2不同光周期处理对糜子叶片气孔导度的影响注：图柱上不同小写字母表示同一测定时间不同处理间差异显著（P0.05）。下同。闫志明：不同光周期处理对糜子光合参数的影响17现代农业科技2023 年第 21 期农艺学间 CO2浓度均低于 CK。2.5不同光合参数之间的相关性分析由表 2 可知，糜子叶片的净光合速率与气孔导度、蒸腾速率成极显著正相关，相关系数分别为0.977、0.828。气孔导度与蒸腾速率成极显著正相关，相关系数为 0.784。胞间 CO2浓度与净光合速率、蒸腾速率成极显著负相关，相关系数分别为-0.621、-0.666；胞间 CO2浓度与气孔导度成显著负相关，相关系数为-0.526。3结论与讨论本试验结果表明，抽穗期至成熟期对糜子进行短日照处理能显著提高糜子的叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度，对胞间 CO2浓度的影响较小。糜子对每日光照时间的长短反应敏感1，缩短日照时长能明显加快糜子生育进程。本研究通过对不同光周期处理下叶片净光合速率的变化研究发现，在抽穗期进行短日照处理后，糜子的净光合速率显著提高。杨浞露等11研究发现，短日照处理会对马铃薯叶片的光合作用系统形成抑制乃至破坏，这与本研究结果存在差异，可能是由作物及研究方法的不同导致，本研究设计的短日照处理时长为 12 h，杨浞露等人设计的短日照处理时长为 8 h。气孔是植物叶片与外界进行气体交换的主要通道12-15，植物通过调节气孔的开放程度控制自身蒸腾速度16-17。气孔导度是影响糜子蒸腾作用和胞间 CO2浓度的主要因素之一。本研究发现，糜子抽穗期前自然光照、抽穗期后短日照处理，能够显著提高糜子叶片的气孔导度。刘庆18研究发现，适当延长光周期能有效提高草莓叶片的气孔导度，这与本研究结果存在差异，可能是由于植物种类不同，其最适光周期不同。蒸腾作用是叶片将水分以水蒸气形式散失到大气中的过程，受植物叶片光合作用以及气孔导度的调节和控制，是极为复杂的植物生理过程19。本研究发现，在抽穗期前对糜子进行自然光照处理、抽穗期后进行短日照处理能显著提高糜子抽穗期后的叶片蒸腾作用。刘庆18研究发现，适当延长光周期能有效提高草莓叶片的蒸腾速率，这与本研究结果存在差异，可能是由于蒸腾作用主要取决于气孔导致。本研究发现，短日照处理能降低糜子的胞间 CO2浓度，但未达显著差异级别，说明短日照处理对胞间CO2浓度的影响较小。李孟洋等20研究发现，随着光照时长的缩短，胞间 CO2浓度呈上升趋势，这与本研究结果存在差异。这可能是由于细胞间 CO2通过气孔吸收进入细胞，随后被光合作用利用而消耗，其浓度的变化趋势取决于净光合速率和气孔导度二者的共同作用。对叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2浓度的相关性分析发现，净光合速率与蒸腾速率、气孔导度成极显著正相关，胞间 CO2浓度与净光合速率、蒸腾速率成极显著负相关，但胞间 CO2浓度与气孔导度成显著负相关。这可能是由于短日照处理对糜子叶片净光合速率的影响高于对气孔导度的影响，糜子的气孔导度较净光合速率增大的幅度低，导致光6543210aaaaaaaabaababbaa abbabb2020-08-042020-08-142020-08-242020-09-032020-09-13日期CK处理 G1处理 G2处理 G3蒸腾速率/（mmolm-2s-1）图 3不同光周期处理对糜子叶片蒸腾速率的影响3503002502001501005002020-08-042020-08-142020-08-242020-09-032020-09-13日期aaaaaaaaabababaaaaaaaaCK处理 G1处理 G2处理 G3胞间 CO2浓度/（molmol-1）图 4不同光周期处理对糜子叶片胞间 CO2浓度的影响表 2不同光合参数之间的相关系数注：*表示在 0.01 级别（双尾）相关性极显著，*表示在 0.05 级别（双尾）相关性显著。指标净光合速率气孔导度蒸腾速率胞间 CO2浓度净光合速率1.0000.977*0.828*-0.621*气孔导度1.0000.784*-0.526*蒸腾速率1.000-0.666*胞间 CO2浓度1.00018合作用消耗的胞间 CO2高于气孔吸收的 CO2。本研究主要采用盆栽试验，与大田环境存在一定差异；光合参数的测定受外界环境影响，在同一天不同时间段变化较大，本研究只考虑了不同生育期的光合参数差异，没有考虑同一天不同时间段的光合参数变化。下一步应对不同光周期处理后不同生育期一天内不同时间段的光合参数变化进行进一步研究，以完善研究结果。参考文献1 王君杰，王海岗，曹晓宁，等.糜子不同性状光周期敏感性的综合评价J.中国农业科学，2020，53（3）：474-485.2 许大全.光合速率、光合效率与作物产量J.生物学通报，1999，34（8）：8-10.3 YOSHIDA S.Physiological aspects of grain yieldJ.AnnualReview of Plant Physiology，2003，23（1）：437-464.4 CALVIN M.Photosynthesis as a resource for energy andmaterialsJ.Photochemistry and Photobiology，1976，23（6）：425-444.5 温蕊，王磊，李树生，等.不同时期谷子光和特性分析及种质筛选J.现代农业，2022（4）：39-44.6 董祥开，衣莹，刘恩财，等.氮素对燕麦冠层结构及光合特性的影响J.华北农学报，2008，23（3）：133-137.7 王佳旭，张飞，王艳秋，等.外源生长调节剂对高粱光合参数及产量的影响J.干旱地区农业研究，2022，40（2）：78-86.8 蓝金宣，黄晓露，李开祥，等.光质与光周期对多穗柯幼苗生长及光合参数的影响J.广西林业科学，2018，47（1）：24-28.9 关思慧，柴亚倩，崔洪鑫，等.低温胁迫对 2 个石榴品种幼苗光合参数和生理特性的影响J.果树学报，2023，40（5）：946-958.10 刘歌畅，岳丽华，刘春海，等.干旱胁迫对俄罗斯大果沙棘幼苗光合荧光参数的影响J.北方园艺，2022（22）：16-23.11 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