雜交大豆葉片光合相關參數日變化及其與環境因子關系

劉冰　白子裕　孫禹　姚斌　 張治安

摘要：為探明雜交大豆葉片光合相關參數日變化及其與環境因子關系，以雜交豆2號和雜交豆5號2個雜交大豆品種為試驗材料，利用LI-6400型光合測定系統，在鼓粒期測定葉片光合相關參數日變化，并分析其與環境因子的關系。結果表明，鼓粒期雜交大豆葉片凈光合速率和水分利用效率的日變化皆為雙峰的變化曲線，中午出現午休現象，在09：00—10：00時出現第1峰值，15：00時出現第2峰值，上午的峰值要高于下午的峰值。葉片氣孔導度日變化則是表現為隨著時間推進逐漸下降的變化。葉片的蒸騰速率變化表現為單峰變化曲線，12：00時葉片蒸騰速率最大。雜交大豆葉片凈光合速率與光合有效輻射表現為顯著正相關（r=0.749 9*）;葉片胞間CO2濃度與光合有效輻射和空氣溫度呈顯著負相關（r=-0.757 6*，-0.777 1*）;葉片蒸騰速率與光合有效輻射和空氣溫度呈顯著正相關（r=0851 8*，0.802 6*）。

關鍵詞：雜交大豆;光合相關參數;日變化;環境因子;相關分析

中圖分類號： S565.101? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）04-0069-03

自然界里的雜種優勢是普遍存在的，把雜交種的優勢應用于提高作物的產量有著十分重要的意義[1-4]。關于大豆雜交種優勢以及其相關開發利用的研究，目前我國在國際上處于領先地位[4-7]，同時我國也是在世界上首個成功選育大豆雜交種品種，并且能將其應用于生產的國家[4]。現已有多個通過審定的大豆雜交種品種，其產量可比普通的大豆品種產量要增產15%～20%[8-12]。作物產量物質中有90%以上是從光合同化合成的物質運輸而來的，光合速率與作物產量間呈現正相關的關系，高光合同化能力是其高產形成的生理基礎[13-15]。關于大豆葉片的一些生理生化特性已有較多研究報道[16-18]，但有關于大豆雜交種品種葉片的光合相關參數日變化的研究還未見報道。本研究利用LI-6400光合測定系統，研究雜交大豆葉片光合相關參數日變化及其與環境因子關系，為雜交大豆高效栽培提供一定的理論依據。1 材料與方法

1.1 供試材料

大豆雜交種品種雜交豆5號和雜交豆2號種子，由吉林省農業科學院大豆研究所提供。

1.2 試驗設計

試驗于2014年在農業部大豆區域技術創新中心大豆試驗基地進行，地點位于吉林長春（125.1°E、43.53°N），當地≥10 ℃的年平均有效活動積溫為2 860 ℃，年平均降水量為567 mm，年平均溫度為4.6 ℃，試驗土壤營養成分含量及pH值見表1。試驗用隨機區組排列設計，10行小區，每行長 10 m，行間距0.65 m，每小區65 m2，重復3次。種植密度為20萬株/hm2，各品種于苗期定苗，正常田間管理。

1.3 測定項目與方法

于大豆鼓粒盛期（R6），選擇無云的晴天，從05：00至 18：00 時，用LI-6400型便攜式光合測定儀，配備上開放式的氣路，在田間每間隔1 h測定1次葉片凈光合速率、胞間CO2濃度、蒸騰速率和氣孔導度，測定部位為植株主莖上數第4復葉的中間小葉。水分利用效率用凈光合速率/蒸騰速率求得[19]。

1.4 數據分析

試驗結果為3次試驗的平均值，用Excel 2003進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 凈光合速率的日變化

由圖1可知，雜交大豆鼓粒期葉片的凈光合速率日變化呈現雙峰曲線變化趨勢，中午有午休現象，在10：00出現第1峰值，雜交豆2號葉片凈光合速率為26.3 μmol/（m2·s），雜交豆5號葉片凈光合速率為27.7 μmol/（m2·s）;在15：00出現第2峰值，雜交豆2號葉片凈光合速率為 19.0 μmol/（m2·s），雜交豆5號葉片凈光合速率為 16.1 μmol/（m2·s）;雜交豆2號葉片凈光合速率下午峰值比上午峰值下降 7.3 μmol/（m2·s），雜交豆5號葉片凈光合速率下午峰值比上午峰值下降11.6 μmol/（m2·s）。

2.2 氣孔導度的日變化

雜交大豆鼓粒期葉片氣孔導度的日變化（圖2）呈現出隨著時間的推進逐漸下降的變化規律，06：00時氣孔導度值最大，18：00時氣孔導度值最小。從06：00時到18：00時，雜交豆2號葉片氣孔導度從1.02 mol/（m2·s）下降到 0.18 mol/（m2·s）;雜交豆5號葉片氣孔導度從 0.64 mol/（m2·s） 下降到0.16 mol/（m2·s）。

2.3 胞間CO2濃度的日變化

圖3結果表明，雜交大豆在鼓粒期葉片的胞間CO2濃度日變化表現出06：00最高、18：00次之的特點。06：00到 09：00，葉片胞間CO2濃度表現為快速降低趨勢，雜交豆2號從473 μmol/mol降到266 μmol/mol，雜交豆5號從 469 μmol/mol 降到284 μmol/mol。09：00至16：00雜交大豆葉片胞間CO2濃度沒有明顯變化。16：00至18：00，葉片胞間CO2濃度又表現為明顯升高變化，雜交豆2號從 233 μmol/mol 升到383 μmol/mol，雜交豆5號從 251 μmol/mol 升到397 μmol/mol。

2.4 蒸騰速率的日變化

從圖4可以看出，在鼓粒期雜交大豆葉片的蒸騰速率是呈單峰曲線變化的，從06：00到12：00，葉片蒸騰速率呈增加變化，12：00葉片蒸騰速率達到最大值，雜交豆2號和雜交豆5號峰值分別為11.5、8.8 mmol/（m2·s），12：00以后葉片蒸騰速率逐漸降低。下午雜交豆2號葉片蒸騰速率總體比雜交豆5號葉片蒸騰速率高。

2.5 水分利用效率的日變化

從圖5可以看出，雜交大豆鼓粒期葉片的水分利用效率日變化呈現出了雙峰曲線變化趨勢，與凈光合速率日變化曲線表現基本一致，中午葉片水分利用效率降低，在09：00出現第1峰值，雜交豆2號葉片水分利用效率為4.25 μmol/mmol，雜交豆5號葉片水分利用效率為4.92 μmol/mmol;在15：00時出現第2峰值，雜交豆2號葉片水分利用效率為 2.65 μmol/mmol，雜交豆5號葉片水分利用效率為 2.87 μmol/mmol;下午葉片水分利用效率峰值比上午葉片水分利用效率峰值，雜交豆2號下降1.60 μmol/mmol，雜交豆5號下降2.05 μmol/mmol。

2.6 雜交大豆鼓粒期葉片氣體交換參數與環境因子關系

由表2結果可以看出，雜交大豆葉片凈光合速率與光合有效輻射呈顯著正相關關系（r=0.749 9*）;葉片胞間CO2濃度與空氣溫度和光合有效輻射呈顯著負相關（r=-0.777 1*， -0.757 6*），與空氣中CO2濃度和空氣的相對濕度呈顯著正相關（r=0.959 9*，0.805 4*）;葉片蒸騰速率與空氣溫度和光合有效輻射呈顯著正相關（r=0.802 6*，0851 8*）。

3 討論與結論

提高作物產量最有效的途徑之一就是利用其雜種優勢，利用雜交優勢選育成功的雜交種大豆品種單產得到了較大幅度的提高[4-6]。用適宜的栽培措施來調節增強作物的光合能力，可達到增加產量的目的[18，20-22]。研究也表明，品種間葉片光合速率存在一定差異，并且表現為光合速率與產量間是呈正相關的[15-16]。植物的光合同化作用這一生理過程是非常復雜的，葉的凈光合速率既與其自身內部的因素，例如葉片的厚度、葉綠素的含量、葉片的成熟程度等密切相關，又要受到環境的氣溫、光有效輻射、土壤水分含量、空氣相對濕度等影響[23]。張治安等研究表明，在晴天自然條件下，菰葉片的凈光合速率日變化呈現出單峰變化曲線趨勢，其峰值在上午11：00出現;菰葉片的凈光合速率與光合有效輻射和氣孔導度間皆是呈顯著的正相關，而與胞間CO2濃度則是呈顯著的負相關[24]。

雜交大豆鼓粒期葉片凈光合速率和水分利用效率的日變化均呈現出雙峰曲線的變化規律，中午出現有午休現象，上午峰值出現于09：00—10：00，下午峰值出現于15：00，上午的峰值要高于下午的峰值。葉片氣孔導度隨時間推進呈逐漸變小的變化規律，06：00最大，18：00最小。葉片胞間CO2濃度的日變化呈現出06：00最高，18：00次之。06：00到09：00，葉片胞間CO2濃度快速降低，09：00到16：00胞間CO2濃度變化不大，16：00到18：00，葉片胞間CO2濃度呈顯著升高變化。葉片蒸騰速率呈單峰變化曲線，峰值在12：00出現。雜交大豆葉片凈光合速率與光合有效輻射呈顯著正相關（r=0.749 9*）;葉片胞間CO2濃度與光合有效輻射和空氣溫度呈顯著負相關（r=-0.757 6*，-0.777 1*）;葉片蒸騰速率與光合有效輻射和空氣溫度呈顯著正相關（r=0.851 8*，0.802 6*）。結果表明，環境因子對雜交大豆葉片凈光合速率高低影響顯著，其中光合有效輻射是凈光合速率主要的影響因子。

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