光強對花生光合特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及生長模型研究.pdf

1、本研究于2007年和2008年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)實驗站進行。針對花生與玉米、小麥等作物間作、套種造成遮光問題，選用大花生品種豐花1號和小花生品種豐花2號做為供試材料，在花生苗期、結(jié)莢期和飽果期分別用不同透光率的遮陽網(wǎng)進行遮光處理模擬弱光條件，設(shè)置自然光(CK)、遮光27％、遮光43％和遮光77％四種光強水平，研究了光強處理對花生光合特性、光系統(tǒng)II光能分配、RuBPCase活性、植株形態(tài)建成、物質(zhì)生產(chǎn)和產(chǎn)量以及品質(zhì)的影響，明確了不同時期

2、干物質(zhì)積累及光能利用率與光合有效輻射的關(guān)系，以此為基礎(chǔ)采用2種方法建立了花生干物質(zhì)生產(chǎn)動態(tài)模型和花生產(chǎn)量形成模擬模型，并對各模型的模擬精度進行了比較。主要研究結(jié)果如下： 1、光強對花生葉片光合熒光特性的影響 苗期遮光處理，隨處理光強的減弱葉綠素(Chl(a+b))含量顯著增加，PS II的實際光化學(xué)效率(φPSII)和最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)升高：葉綠素a(Chla)與葉綠素b(Chlb)的比值(Chla/b)、凈光

3、合速率(Pn)降低。遮光處理結(jié)束，各處理均在高光強1200μmol·m2·s-1下測定時，Pn、氣孔導(dǎo)度(Gs)隨處理光強的減弱而下降，細(xì)胞間隙CO2濃度(Ci)升高：在低光強2761μmol·m2·s-1下測定時，遮光處理的Pn顯著高于自然光下生長的，Gs和Ci下降；低光強與高光強下測定的Pn的比值隨處理光強的減弱顯著升高。遮光處理結(jié)束后均恢復(fù)到自然光強下，Pn、φPSII和Fv/Fm先迅速下降，3-5d后逐漸回升：恢復(fù)15d時，僅遮

4、光27％處理的各參數(shù)能恢復(fù)到對照水平。豐花1號各處理葉綠素含量、Pn、φPSII均比豐花2號相同處理的高。結(jié)莢期遮光處理花生葉的Pn變化規(guī)律與苗期的類似。飽果期遮光處理的在處理光強下和低光強276gmol·m-2·s-1光強下測定時Pn變化規(guī)律與苗期處理的相似，均在高光強1200μmol·m2·s-1下測定時Pn隨處理光強的減弱而升高。遮光處理降低了花生的光合能力，提高了其利用弱光的能力，降低了其利用強光的能力：并且花生對弱光有一定有適

5、應(yīng)性，輕度遮光處理的在自然光下生長一段時間可以較快的恢復(fù)。 2、光強對光合日變化及光合曲線參數(shù)的影響 花生葉片Pn的日變化都呈單峰曲線，遮光處理對Pn日變化的趨勢沒有影響，但降低了Pn的峰值，提高了花生下午弱光時的光合速率。苗期在遮光條件下生長的植株光合作用光補償點和光飽和點比自然光強下生長的植株顯著降低，表觀量子效率顯著升高，光強越弱變幅越大。遮光27％處理的光飽和點與自然光強下的差異不顯著，遮光43％和77％處理的光

6、飽和點分別比自然光強下的降低14％、29％，差異顯著。自然光、遮光27％、43％和77％處理的光合作用光補償點分別為：52.7、45.9、21.3、9.6μmol·m-2·s-1，表觀量子效率為：0.0269、0.0317、0.0337、0.0317μmol·mol-1。弱光處理后，葉片CO2補償點、CO2飽和點降低，遮光43％和77％處理的與自然光下生長的差異顯著。 3、光強對光合酶及抗氧化酶活性的影響 苗期遮光處理的

7、花生葉片RuBPCase活性都顯著地低于自然光下生長的，且隨處理光強的減弱而顯著降低，遮光27％、43％和77％處理分別比對照降低21.7％、45.9％和81.9％。苗期遮光處理結(jié)束，均在自然光下生長1d，消除了即時光強的刺激，遮光處理的 RUBPCase有所升高，但仍隨處理光強的減弱而顯著降低，表現(xiàn)出RUBPCase的潛力差異，苗期遮光可能損害了葉片的RuBPCase功能。PEPCase活性變化規(guī)律與RUBPCase活性基本一致，遮光

8、處理的都顯著地低于自然光下生長的，且隨處理光強的減弱而降低，但降低的幅度比RUBPCase活性的小。說明即時光強和較長時間的遮光處理均會顯著影響RuBPCase和PEPCase的活性。 苗期遮光處理，隨處理光強的減弱，花生葉片的SOD、POD活性顯著升高，CAT活性顯著降低：處理結(jié)束后在自然光下生長15d時，SOD、POD活性仍隨處理光強的減弱而升高，但與對照差異減小，CAT活性仍比自然光下生長的低。結(jié)莢期和飽果期遮光處理的SO

9、D活性隨處理光強的減弱而下降，POD和CAT活性上升。結(jié)莢期遮光處理結(jié)束在自然光下生長15d時，各處理SOD活性均明顯低于對照，POD和CAT活性高于對照，但處理間差異不顯著。 4、光強對花生植株營養(yǎng)生長的影響 苗期遮光處理對花生植株性狀影響最大，結(jié)莢期處理的次之，飽果期處理的影響最小。苗期遮光處理促進了花生主莖和側(cè)枝的伸長，但明顯減少了花生植株的分枝數(shù)。3個時期遮光處理對葉面積系數(shù)均有很大影響，其中苗期遮光43％和77

10、％處理主要是降低了葉面積的增長速度，從而降低了最大葉面積系數(shù)；結(jié)莢期遮光處理則是減緩或是阻止了花生生長后期葉面積系數(shù)的提高，從而使最大葉面積系數(shù)變小，出現(xiàn)的時間比自然光下生長的早，同時減緩葉面積系數(shù)下降的速度；飽果期遮光處理則是加快了葉面積系數(shù)下降的速度。3個時期遮光處理植株生物產(chǎn)量均隨處理光強的減弱顯著降低，其中以結(jié)莢期遮光處理的降幅最大，飽果期遮光處理的次之，苗期遮光處理的影響最小。 5、光強對莢果產(chǎn)量和籽仁品質(zhì)的影響

11、 遮光處理均造成減產(chǎn)，苗期遮光27％和43％處理的減產(chǎn)幅度較小與對照差異不顯著：結(jié)莢期和飽果期遮光處理的減產(chǎn)嚴(yán)重差異顯著，減產(chǎn)原因是降低了單株結(jié)果數(shù)和莢果的成熟飽滿度。苗期遮光處理對花生產(chǎn)品質(zhì)量影響較小，結(jié)莢期和飽果期遮光處理影響較大，出口果和仁出成率均降低，籽仁含油量分別降低0.4～2.0、0.6～3.2、1.6～6.0個百分點，蛋白質(zhì)和可溶性糖含量小幅增加。籽仁典型樣品(成熟飽滿的花生籽仁)含油量比隨機樣品(具有經(jīng)濟價值的籽仁，包

12、括成熟飽滿的和秕的)分別高0.7～2.6、0.7～3.4、0.7～4.9個百分點。籽仁營養(yǎng)成分含量和成熟飽滿度極顯著相關(guān)，說明通過栽培措施提高成熟飽滿度的途徑改善花生產(chǎn)品質(zhì)量有很大潛力。 6、干物質(zhì)積累、光能利用率與光合有效輻射的關(guān)系 系統(tǒng)研究了不同生育時期光能利用率、干物質(zhì)積累與光合有效輻射的關(guān)系。苗期單株干物質(zhì)增長速率相應(yīng)與光合有效輻射量的變化符合雙曲線，結(jié)莢期的符合指數(shù)曲線，飽果期的符合S形曲線，3個時期的相對增長

13、速率相應(yīng)與光合有效輻射量的變化均符合指數(shù)曲線；結(jié)莢期和飽果期莢果干物質(zhì)增長速率和相對增長速率與光合有效輻射均符合指數(shù)曲線。為建立以光合有效輻射為驅(qū)動變量的干物質(zhì)積累模型提供了基礎(chǔ)。以光合有效輻射為基數(shù)計算了花生的光能利用率，全生育期平均為5.19％，苗期平均為2.33％，花針期平均為7.33％，結(jié)莢期平均為8.87％，飽果期平均為7.72％。苗期光能利用率與光合有效輻射負(fù)相關(guān)，結(jié)莢期和飽果期是正相關(guān)；光能利用率與葉面積系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。

14、 7、花生干物質(zhì)生產(chǎn)與產(chǎn)量形成模擬模型 在試驗研究的基礎(chǔ)上，建立了花生干物質(zhì)生產(chǎn)模型，然后以此為基礎(chǔ)建立花生產(chǎn)量形成模擬模型，并進行了比較。第一種方法是根據(jù)“物質(zhì)-能量轉(zhuǎn)化-能量平衡”理論及作物生理學(xué)的基本原理，建立了花生群體干物質(zhì)生產(chǎn)動態(tài)模型。模型考慮了群體葉面積動態(tài)、冠層光能分布及光合作用等主要生理過程。該模型的群體干物質(zhì)積累實測值與預(yù)測值的決定系數(shù)為0.9505，均方差根為16.76％，以此為基礎(chǔ)進行的產(chǎn)量預(yù)測檢驗

15、結(jié)果為：R=0.9236，RMSE=17.58％。二是以光合有效輻射Q與葉面積系數(shù)L作為驅(qū)動變量，借鑒CERES中的干物質(zhì)生產(chǎn)模型Wi=a*Qi*(1-e-k*Li)，按出苗-結(jié)莢期，結(jié)莢期-成熟收獲兩個階段進行模擬，干物質(zhì)積累實測值與預(yù)測值的決定系數(shù)為0.9967，均方差根為7.18％，以此為基礎(chǔ)進行的產(chǎn)量預(yù)測檢驗結(jié)果為：R=0.9758，RMSE=9.88％。兩種模型相比，第一種方法建立的模型機理性較強，CERES模型有更好的模擬精