不同水分處理對(duì)冬小麥光合生理的影響

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西楊凌 712100）

摘要

[目的]為提出適宜生態(tài)環(huán)境的農(nóng)田水分灌溉制度提供理論依據(jù)。[方法] 在盆栽試驗(yàn)條件下，在冬小麥的拔節(jié)期、揚(yáng)花期、灌漿期進(jìn)行不同的水分處理，研究不同水分處理對(duì)小麥光合生理的影響。[結(jié)果] 不同水分處理對(duì)小麥的蒸騰效率、光合效率、水分利用效率等均有影響；相比之下，低水處理對(duì)蒸騰速率的影響比對(duì)光合速率更為明顯，不同的水分處理對(duì)冬小麥的光合生理的各項(xiàng)指標(biāo)包括蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、光合速率、胞間CO2濃度、水分利用效率等均有較大的影響，只對(duì)葉片溫度的影響較小。[結(jié)論] 該研究有助于實(shí)現(xiàn)水分的有效利用，達(dá)到節(jié)約用水和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)的目的。

關(guān)鍵詞 水分；冬小麥；光合生理

中圖分類號(hào) S512文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2014）19-06143-02

Effects of Different Water Treatment on Winter Wheat Photosynthetic Physiology

ZHENG Aiquan

（Yangling Vocational and Technical College， Yangling， Shannxi 712100）

Abstract [Objective] The research aimed to provide the theoretical basis for the proposal of the cropland water irrigation program suitable for the environment.[Method]Under pot experiment conditions， in jointing stage， flowering stage， filling stage of winter wheat in all the different water treatments， the effects of different water treatment on photosynthesis of wheatwere studied. [Result] The different water treatments had impacts on wheat transpiration rate， photosynthetic rate， water use efficiency and so on. Compared with low water treatment， the transpiration rate and photosynthetic rate were more obvious， different water treatments of winter wheat in the optical and physiological indexes including the transpiration rate， stomatal conductance， photosynthetic rate， intercellular CO2 concentration and water use efficiency had great influence， and only minor effects on the blade temperature. [Conclusion] The research was conductive to realize the effective utilization of the water， and achieve the goal of saving water and the achievement of the high yield.

Key wordsWater； Winter wheat； Photosynthetic physiology

作者簡(jiǎn)介

鄭愛泉（1980-），男，甘肅靖遠(yuǎn)人，講師，在讀博士，從事生物技術(shù)的教學(xué)與科研工作。

收稿日期 20140603

小麥作為我國(guó)最重要的農(nóng)業(yè)作物之一，其高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)對(duì)于保證人們的正常生活水平至關(guān)重要。旱地農(nóng)業(yè)是全世界范圍內(nèi)的學(xué)術(shù)問題。就耕地面積而言，其中有灌溉條件不足的耕地不足13%左右，其余的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要靠天然降水[1]。水分是限制作物生長(zhǎng)發(fā)育的主要因素。若不能解決水分短缺的問題，則養(yǎng)分亦不能充分發(fā)揮其作用[2]。中國(guó)作為發(fā)展中的農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)用水占總用水量的比例為60%～80%，但由于不合理的水分利用而導(dǎo)致作物用水效率低下[3-4] 。山東省處于季節(jié)性半干旱地區(qū)，氣候偏旱，絕大部分的降水量集中在7～9月。小麥相當(dāng)于生長(zhǎng)在一年之中降水量最少的季節(jié)，生長(zhǎng)期間的降水量約占小麥生長(zhǎng)發(fā)育總需水量的30%，尤其在小麥的返青期到拔節(jié)期之間，自然降雨量稀少，嚴(yán)重影響冬小麥前期的生長(zhǎng)狀況和營(yíng)養(yǎng)器官的形成。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要就是通過光合作用積累更多的產(chǎn)物，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)，而水分是影響光合作用的主要因素[5-6]。土壤水分短缺能夠直接影響土壤養(yǎng)分的有效利用及小麥的生長(zhǎng)發(fā)育[7]。合理的灌水量和灌溉時(shí)期可以使得小麥在整個(gè)生育期內(nèi)對(duì)各種自然資源的利用率增加，并且可以使得產(chǎn)量提高，品質(zhì)得到顯著改善[8-9]。因此，通過研究不同水分處理對(duì)冬小麥光合生理各項(xiàng)指標(biāo)的影響，提出適宜本區(qū)生態(tài)環(huán)境的農(nóng)田水分灌溉制度，以期實(shí)現(xiàn)水分的有效利用，達(dá)到節(jié)約用水和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)的目的。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試小麥種子為濟(jì)南17。試驗(yàn)于2012年10月至2013年5月在菏澤學(xué)院農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行，采用花盆種植后移至大田培育生長(zhǎng)的種植方式。盆內(nèi)土質(zhì)為沙土，沙子與土的配比為1∶1。冬小麥種植密度為平均每6 cm2種植3粒種子。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)灌水水平：田間飽和持水量、3/4田間飽和持水量、2/4田間飽和持水量、1/4田間飽和持水量。每個(gè)處理組合4個(gè)重復(fù)。分別在小麥的拔節(jié)期、揚(yáng)花期、灌漿期初期進(jìn)行水分處理。

1.2測(cè)定項(xiàng)目與方法

在冬小麥的拔節(jié)期、揚(yáng)花期、灌漿期水分處理后，分別選定有代表性的天氣，在早上9：00～11：00用TPS2光合儀測(cè)定最上部完全展開的冬小麥旗葉的光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度、葉片溫度、蒸騰速率等光合指標(biāo)，計(jì)算各處理的瞬時(shí)水分利用率。

2 結(jié)果與分析

2.1 光合速率

從圖1可以看出，冬小麥各個(gè)時(shí)期的光合速率在水分處理為田間飽和持水量時(shí)最高，而施水量為1/4田間飽和持水量最低。這充分說明水分在小麥光合作用中的重要作用。小麥拔節(jié)期處于返青之后，隨著氣溫的升高，小麥生長(zhǎng)發(fā)育加快，所以在水分較高時(shí)光合速率也同時(shí)期最高；到了揚(yáng)花期，小麥的各項(xiàng)生理活動(dòng)較旺盛，因此不同的水分處理對(duì)小麥的光合速率產(chǎn)生比較顯著的影響；灌漿期是決定小麥粒種的重要時(shí)期，小麥的莖葉綠色面積達(dá)到最大，此時(shí)要充分進(jìn)行光合作用，所以灌漿期的需水量很大，在水分處理達(dá)到最大時(shí)光合速率明顯地升高。

2.2 蒸騰速率

從圖2可以看出，拔節(jié)期蒸騰速率的變化較大，揚(yáng)花期蒸騰效率在水分為田間飽和持水量時(shí)較高，而在其他水分處理下蒸騰效率無(wú)明顯變化，灌漿期蒸騰速率隨水分的減少而降低。由于中水處理和高水處理為作物生長(zhǎng)提供良好的土壤水分環(huán)境，作物生長(zhǎng)旺盛，農(nóng)田耗水量較大。但是，低水處理由于較差的土壤水分條件限制了作物的旺盛蒸騰，且由于限制了作物營(yíng)養(yǎng)器官的擴(kuò)展，葉片表面氣孔總量較少，蒸騰耗水量相對(duì)較少。

圖1 不同水分處理對(duì)光合生理的影響

圖2 不同水分處理對(duì)蒸騰速率的影響

2.3 胞間CO2濃度

從圖3可以看出，自始至終拔節(jié)期的胞間CO2濃度普遍都要高于灌漿期和揚(yáng)花期。產(chǎn)生這一結(jié)果的主要原因可能在于，冬小麥拔節(jié)期以營(yíng)養(yǎng)生殖為主，且小麥處于苗期，光合速率相對(duì)于要低于處于小麥成熟期的揚(yáng)花期和灌漿期，所以拔節(jié)期的胞間CO2 濃度相對(duì)較高。在拔節(jié)期，由于作物葉片中葉綠素含量相對(duì)較低，光合作用相對(duì)較弱，胞間CO2濃度高；在灌漿期和揚(yáng)花期，由于增大了庫(kù)容，光合作用強(qiáng)烈，作物對(duì)CO2的需求增加，高水處理由于較高的土壤含水量有利于作物氣孔的開閉和水汽交換，因而胞間CO2濃度在各時(shí)期相對(duì)較高。

圖3 不同水分處理對(duì)胞間CO2濃度的影響

2.4 氣孔導(dǎo)度

氣孔導(dǎo)度表示氣孔張開的程度，影響光合作用、呼吸作用及蒸騰作用。從圖4可以看出，拔節(jié)期施水量與氣孔導(dǎo)度呈不相關(guān)變化，但拔節(jié)期的氣孔導(dǎo)度相對(duì)要高于揚(yáng)花期和灌漿期，揚(yáng)花期和灌漿期的氣孔導(dǎo)度隨著施水量的減少均呈下降狀態(tài)。

圖4 不同水分處理對(duì)氣孔導(dǎo)度的影響

2.5 葉片瞬時(shí)水分利用效率

葉片瞬時(shí)水分利用效率是某時(shí)刻光合速率與蒸騰速率之比。從圖5可以看出，隨著施水量的降低，灌漿期的水分利用效率逐步增加，揚(yáng)花期分別在3/4田間持水量和1/4田間持水量時(shí)達(dá)到最高和最低的水分利用效率，拔節(jié)期的水分利用效率在2/4田間持水量時(shí)達(dá)到最高。

圖5 不同水分處理對(duì)瞬時(shí)水分利用效率的影響

2.6 葉片溫度

從圖6可以看出，同一生育期不同水分處理對(duì)葉片溫度的影響不大，隨著水分的變化葉片溫度基本不變，不同生育期揚(yáng)花期的葉片溫度一直處于最高，灌漿期的溫度也一直高于拔節(jié)期。這可能與外界大氣溫度的影響有關(guān)。

圖6 不同水分處理對(duì)葉片溫度的影響

3 結(jié)論

研究表明，小麥拔節(jié)期光合速率變化不大，揚(yáng)花期和灌漿期的光合速率隨著水分的減少而呈降低趨勢(shì)。小麥揚(yáng)花期和

灌漿期降水量相對(duì)較少，所以灌水對(duì)土壤水分的影響顯著，此時(shí)的小麥需要充分的光合作用生產(chǎn)來(lái)滿足生殖生長(zhǎng)。水分是光合作用的重要原料。水分的減少會(huì)對(duì)小麥的光合速率產(chǎn)生明顯的影響，對(duì)光合作用產(chǎn)生脅迫作用。

小麥的蒸騰速率除了拔節(jié)期的變化較大之外，其他生理時(shí)期的蒸騰速率都隨著水分的減少而降低。隨著作物生育進(jìn)程的不斷推進(jìn)，作物營(yíng)養(yǎng)器官不斷擴(kuò)張，作物地上部分對(duì)地表的遮陰程度不斷加大。隨著水分的增加，作物體內(nèi)含水量增加，在相同條件下作物葉片氣孔開度增大，作物蒸騰作用增強(qiáng)。由于光合作用較強(qiáng)時(shí)消耗的胞間CO2 較多，而胞間CO2通過氣孔與外界大氣交換相對(duì)較慢，因此呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

〖LL〗參考文獻(xiàn)

〖HT8.BS〗〖HJ*4〗

[1] 〖ZK（#〗

馬世均，鈕薄，鄧新民.旱農(nóng)學(xué)[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1991：3-26.

[2] 山侖.植物水分利用效率和半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)用水[J].植物生理學(xué)通訊，1994，30（1）：61-66.

[3] 李廣斂，關(guān)軍峰，李志宏.作物抗旱生理與節(jié)水技術(shù)研究[M].北京：氣象出版杜，2001：1-9.

[4] 上官周平，殊培元.小麥葉片光合作用與其滲透調(diào)節(jié)能力的關(guān)系[J].植物生理學(xué)報(bào)，1994，16（4）：347-354.

[5] 關(guān)義新，林葆，凌碧瑩.光、氮及其互作對(duì)玉米幼苗葉片光合和碳、氮代謝的影響[J].作物學(xué)報(bào)，2000，26（6）：806.

[6] 房全孝，陳雨淪.冬小麥節(jié)水灌溉的生理生態(tài)基礎(chǔ)研究進(jìn)展[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2003，21（1）：21.

[7] 張福鎖.環(huán)境脅迫與植物營(yíng)養(yǎng)[M].北京：北京農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1993：127-141.

[8] 王萬(wàn)里，章秀英，吳亞華.灌漿-成熟期間土壤干旱對(duì)小麥籽粒充實(shí)和物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的影響[J].植物生理學(xué)報(bào)，1982，8（1）：67-80.

[9] 程憲國(guó)，汪德水，張美榮.不同土壤水分條件對(duì)冬小麥生長(zhǎng)及養(yǎng)分吸收的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，1996，29（4）：67-74.