植物叶功能性状的变异模式以及相关关系一直是解析植物对气候变化响应机制的关键,然而不同生长型阔叶植物间叶片结构性状和光合生理性状变异及相关性的异同性尚不清晰.该研究以典型阔叶红松(Pinus koraiensis)林中的优势或常见的18种阔叶植物为研究对象,通过测量4个结构性状(叶面积(LA)、叶片厚度(LT)、叶干物质含量(LDMC)和比叶质量(LMA))和4个光合生理性状(叶绿素值(SPAD)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)和净光合速率(Pn)),分析了在不同生长型阔叶植物叶片结构性状和光合生理性状的变异及相关性.结果表明:不同生长型植物叶功能性状的变异范围为7.73％-74.54％,其中种间变异是LA和LT的主要变异来源,Ci、SPAD、LDMC以及LMA的变异主要由生长型驱动,Gs和Pn变异的主要来源是种内;不同生长型叶功能性状间存在显著差异,其中草本的LA、LT和Ci显著高于灌木和乔木,乔木的LMA、LDMC、SPAD、Pn和Gs显著高于灌木和草本;不同生长型之间Pn和LMA、LDMC之间具有显著的异速生长关系,且斜率大于1,而SPAD和LA、LT、LDMC、LMA,Ci与LT、LDMC、LMA之间则呈斜率小于1的异速生长关系;草本采取"快速投资-收益"型(获取型)策略,相对而言,乔木采取"缓慢投资-收益"型(保守型)策略,灌木采取介于乔木与草本之间的资源利用策略,这可能与不同生长型植物所处环境的光照条件有关.植物叶片结构性状和光合生理特征的变异及相互关系的研究对于揭示植物资源获取与分配策略具有重要意义.

为探讨北京松山自然保护区油松固碳机制,对松山不同叶龄油松针叶的光合、蒸腾特性及其与环境因子的关系进行探究.结果显示:(1)油松当年生叶的最大净光合速率、暗呼吸速率及光补偿点均高于往年生叶,但表观量子效率却低于往年生叶;(2)油松当年生和往年生叶的净光合速率和蒸腾速率日变化均呈“双峰”曲线;当年生叶的净光合速率日均值显著高于往年生(P＜0.05);(3)气孔导度和光合有效辐射是影响油松当年生和往年生叶净光合速率的共同生态因子;同时气孔导度和光合有效辐射共同影响不同叶龄针叶的蒸腾速率.结果表明当年生叶光合潜力较大,而往年生叶利用弱光能力较强;当年生叶净光合速率降低主要为非气孔因素,而往年生叶则先后由气孔因素和非气孔因素引起;油松不同叶龄光合特性差异体现了油松不同的生理调节和环境适应策略.

有机物沟埋还田与花后灌水配合对增加玉米田保水供水能力,提高玉米花后光合性能、实现节水增产有重要意义.本试验以郑单958为供试材料,设置有机物沟埋还田和花后灌水量两个因素,有机物沟埋还田包括不还田(M0)、秸秆单还田(M1)和牛粪秸秆混合还田(M2)3个还田类型,花后灌水量包括450 mm(W1)和325 mm(W2)2个水平,研究了其对玉米穗位叶光合性能、光系统Ⅱ(PSⅡ)效率和产量等的影响.结果表明:与秸秆单还田比较,牛粪秸秆混合还田有效提高了玉米花后光合能力和各器官的干物质积累量;与节水灌溉相比,正常灌溉加强了有机物还田对玉米光合能力的促进作用.牛粪秸秆混合还田与正常灌溉结合可显著提高玉米花后叶片的光合速率(Pn)、气孔导度(gs)和蒸腾速率(Tr),降低胞间CO2浓度(Ci);提高玉米花后叶片PSⅡ的最大光化学效率(φpo)和捕获的激子将电子传递到电子传递链中QA下游的电子受体的概率(Ψo);改善花后叶片光能利用率,维持花后叶片较高的光合性能;同时增加花后玉米各器官干物质的量,提高于物质总积累量和转运能力,有利于花后同化物对籽粒的分配,最终获得高产.节水灌溉降低了叶片的光合性能,造成产量的下降;但配合牛粪秸秆混合还田与不还田处理相比,水分利用效率、籽粒增长速率和增产效果均优于正常灌水.这表明牛粪秸秆混合还田与正常灌溉结合可有效提高玉米花后光合性能,增加干物质积累量,促进玉米增产;牛粪秸秆混合还田与节水灌溉结合一定程度上降低了因减少灌溉量造成的减产.

小麦品种的更新换代是小麦产量不断提高的重要因素,阐明小麦品种演替过程中不同生理特性的变化对新品种选育具有重要参考价值,旗叶衰老速率快慢是影响小麦产量水平的关键因素,目前对于不同小麦品种衰老过程中旗叶光系统Ⅱ功能的变化规律尚不清楚.本试验选用1941-2014年间河南地区不同时期种植的31个品种,通过黑暗诱导离体叶片衰老,测定旗叶叶绿素荧光诱导动力学参数、叶绿素相对含量的变化,分析了光系统Ⅱ功能的变化规律,结果表明:品种演替过程中旗叶的叶绿素含量逐渐提高,衰老过程中近代品种叶绿素的降解速率低于较早年代品种;旗叶衰老过程中,近代品种荧光诱导动力学曲线的J点上升幅度小于Ⅰ点;品种更替过程中光系统Ⅱ最大光化学效率和单位面积有活性反应中心数目逐渐增加,但是近代品种降低速率低于较早年代品种.叶绿素含量的变化与未衰老叶片中Fv/Fm没有显著相关性,但是随着衰老程度增加,相关性逐渐增大,且趋势线斜率逐渐提高;光系统Ⅱ单位面积有活性反应中心数目与品种育成时间呈显著正相关,且随着衰老程度增加,相关程度和趋势线斜率均显著提高,综上,小麦品种演替过程中,旗叶叶绿素含量逐渐升高,降解速率逐渐减缓,光合电子传递过程中QA到QB电子传递的抗衰老能力得到改善,从而减缓了衰老过程中光系统Ⅱ最大光化学效率和有活性反应中心的衰减速率,同时,叶绿素含量的提高和旗叶光系统Ⅱ抗衰老能力的增强也是品种更替过程中产量逐渐提高的重要因素.

以旗叶为对照,比较研究了小麦(Triticum aestivum)叶与非叶器官(穗、穗下节间、旗叶鞘)的光合生理以及对籽粒产量的贡献.结果表明:灌浆初期和中期,小麦穗下节间的叶绿素含量与旗叶差异不显著,但显著高于穗和旗叶鞘.灌浆后期,不同光合器官叶绿素含量由高到低依次为穗下节间、旗叶鞘、旗叶和穗.灌浆初期时叶片的群体光合速率占对照总群体光合的48.5％～50.0％,穗为29.5％～33.2％,穗下节间为12.2％～12.6％.灌浆中期,叶片的群体光合占比下降至42.9％～45.7％,穗提高至32.1％～34.4％.非叶光合器官中的RuBPCase和PEPCK活性在整个灌浆期都高于旗叶,且灌浆中期时穗部的PEPCK活性较灌浆初期时升高,而其他光合器官的PEPCK活性降低.穗下节间的ΦPSⅡ显著大于旗叶,穗的Fv/Fm和ΦPsⅡ均低于旗叶.穗部和叶片是籽粒产量的主要贡献者,其中,叶片的贡献为42.41％～44.97％,穗为17.77％～47.36％.研究结果将为小麦高产栽培的群体调控和品种选育提供理论依据.

玉米是需水量较大的粮食作物之一,拔节至开花的穗期是其一生中的需水临界期,研究玉米穗期对干旱胁迫的响应机制对提高玉米干旱适应性具有重要意义.以筛选后的干旱敏感自交系PH6WC (6WC)和抗旱自交系郑58(Z58)为试验材料,采用测坑控水试验,于穗期设置3个水分处理(正常灌水CK、轻度干旱LD、中度干旱MD),研究了穗期不同水分处理对雌雄穗发育特性、开花吐丝间隔以及穗位叶光合特性的影响.结果 表明:LD对Z58的株高、雄穗生长特性、叶绿素相对含量和光系统Ⅱ最大光化学效率没有显著影响,但雌穗长显著降低;MD显著降低了Z58的穗位叶光合特性、雌雄穗的穗长和干物质积累.对于6WC,LD抑制了其植株生长和穗的发育,使雌穗长、雌穗直径、雄穗长、干物质向穗的分配比率、穗位叶的叶绿素a、叶绿素b和光合性能综合指数(PIABS)分别降低了35.3％、11.8％、20.6％、25％、21.1％、20％、23.8％;干旱胁迫程度越重对6WC雌雄穗的发育影响越大.此外,LD与MD分别延长6WC的开花吐丝间隔期(ASI)至5天、9天,LD和MD分别延长Z58的ASI 0、3天.综上所述:穗期的干旱胁迫在不同程度上影响了6WC和Z58穗位叶的光合特性,但是对干旱敏感自交系6WC雌雄穗的生长发育的抑制显著高于Z58,以至于降低了干物质向穗部的积累与分配.

C4糜子(Panicum miliaceum L.)具有较强的抗旱性,在干旱和半干旱地区被广泛种植.不同糜子品种产量形成与其光合作用以及源库关系密切相关.目前关于糜子光合作用和源库关系与其产量变异之间关系的研究仍然缺乏.本研究通过田间试验测定了半干旱地区9个糜子品种的气体交换参数、叶绿素荧光动力学参数、单株叶面积(LA)、干物质量、收获指数(HI)、产量及产量构成因素,研究了不同糜子品种光合作用和源库关系对产量形成的影响.结果表明,高光利用能力(Pmax较大)的糜子表现出明显的遗传变异,而弱光利用能力(α较小)的糜子则没有.不同品种糜子水分利用效率(WUE和iWUE)与产量表现出显著的正相关性,而单叶净光合速率(Pn)与产量则没有这种相关性,这能够作为糜子品种选育的目标性状.糜子源库关系遗传变异显著,供试品种根据源库关系的差异可以分成源大库小型、源小库大型和源库关系平衡型.具体表现为:源小库大型品种叶光合速率和单株叶面积较低,源限明显,产量较低(如内蒙古红糜子),但光合潜力较大;源大库小型品种虽然叶光合速率和单株叶面积较大,干物质量较大,但HI显著较低,库限明显(如白黍子),产量较低;源库平衡型品种叶光合速率、单株叶面积和HI都较高,具有较好的源库关系,产量明显较高,如靖远中集青糜、宁糜14,而且该类型品种的蒸腾速率和水分利用效率显著高于其他糜子品种.该研究结果将有利于辅助糜子的育种工作.