氮素对两个生育期下水稻光合作用温度响应的影响及机理的研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoyuzhang
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在水稻的生长发育过程中,氮素是最为重要的营养元素,也是光合作用过程中所必需的一种大量元素,是叶绿素、Rubisco酶(核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶)及其他蛋白质的重要组成元素。我们课题组前期的研究表明氮素对高温下光合作用的降低有缓解作用,但是氮素对光合作用温度响应的影响机理尚未完全解明。另外,由于作物可能在不同生育时期遭受温度胁迫,关于作物在不同生育时期对温度响应差异方面的研究还很匮乏。因此本试验设置了两个主要研究内容:(1)通过气体交换数据与光合限制值数据等,分析不同氮素对不同生育期水稻的净光合速率(A)、气孔导度(gs)和叶肉导度(gm)的温度响应的影响;(2)结合水力参数、叶片结构及叶绿体发育情况,进一步探究氮素对水稻光合作用温度响应影响的机理。目前主要研究结果如下:1、在不同生长时期与氮素水平处理下,随着氮素供应水平的上升,水稻叶片氮素含量显著提高,分蘖期高氮素水平(HN)处理下氮素含量为1.13±0.08 g m-2,比低氮素水平(LN)处理的0.73±0.02 g m-2提高约54.8%,孕穗期HN处理氮素含量为1.15±0.02 g m-2,比LN处理的0.95±0.03 g m-2提高约21.1%。两个生育时期中HN(高氮素水平)处理的叶片氮素含量没有显著的差异,表明分蘖期叶片氮素含量对LN(低氮素水平)处理的响应更为敏感。同时,孕穗期HN处理的比叶重为39.9±1.5 g m-2,显著低于LN处理的44.1±2.1 g m-2,但是在分蘖期时,HN处理比叶重为39.0±0.9 g m-2,LN处理比叶重为40.1±1.2 g m-2,两个处理间无显著差异。2、在分蘖期时,HN处理下的A、gs、gm等参数均显著高于LN处理,HN处理中A为31.8±4.3μmol m-2s-1,gs为0.595±0.139 mol m-2s-1,gm为0.300±0.073 mol m-2s-1,而LN处理中A为20.3±1.0μmol m-2s-1,gs为0.341±0.032 mol m-2s-1,gm为0.149±0.027 mol m-2s-1。在两个氮素处理下,A与gm对温度非常敏感,随着温度的升高而升高;在15℃到25℃之间,HN处理下A与gm的响应幅度大于LN处理,表明不同氮素处理间光合作用对温度的响应存在差异。而在孕穗期中,虽然HN处理中A与gm对温度的响应达到显著水平,但HN与LN处理之间光合能力参数没有显著差异。3、水稻叶片水力导度(Kleaf)在两个生长时期、两个氮素处理中对温度的响应均达到显著,且分蘖期水稻的Kleaf显著高于孕穗期,HN处理下的Kleaf显著高于LN处理,但生长时期及氮素处理对Kleaf温度响应的趋势均没有显著影响。叶片水势(Ψleaf)在HN处理中对温度没有显著响应,但在LN处理中随温度上升而显著下降,且孕穗期LN处理下Ψleaf对温度的敏感性比分蘖期更高。不同氮素水平下,Ψleaf对温度响应的差异可能是造成gm对温度的响应存在差异的原因之一。4、在两个生长时期中,LN处理下的Smajor(单位叶宽的大导管截面积)均显著高于HN处理,而IVDmajor(大导管间距)则均显著较低;分蘖期时,HN处理的LT(叶片厚度)约为114.8±8.0μm,显著低于LN处理的124.4±3.7μm;在孕穗期,HN处理的LT则达到约199.0±16.4μm,显著高于LN处理的175.2±21.0μm。Smajor与Sminor(单位叶宽的小导管截面积)随生长时期的推移而呈现降低的趋势,而Smid(单位叶宽的中脉导管截面积)、IVDmajor、IVDminor(小导管间距)均随生长时期的推移而呈现出程度不同的上升趋势。在两个生长时期中,LN处理的Smajor均显著高于HN处理,而IVDmajor则均显著较低。5、氮素处理显著影响了叶绿体的发育,在两个生长时期中,HN处理下的Sc(单位面积内叶绿体朝向细胞间隙的总面积)均显著高于LN处理;另外,分蘖期的Sc显著高于孕穗期,表明氮素处理及生长时期均显著影响Sc。而Sm(单位面积内细胞壁朝向细胞间隙的总面积)在不同氮素处理间没有显著差异,但分蘖期的Sm显著高于孕穗期。另外,分蘖期时HN处理的叶肉细胞壁厚度(Tw)约0.193±0.024μm,显著低于LN处理的0.226±0.030μm,但孕穗期的Tw在HN处理约0.249±0.042μm,LN处理约0.245±0.022μm,不同氮素处理之间没有显著差异,且整体相对于分蘖期有上升的趋势。6、gm的温度响应可能与Sc、Tw相关。高氮处理可能通过下调Tw、上调Sc,提高gm对温度响应的敏感性;而随着生长时期的推移,Sc显著下降,Tw也有上升的趋势,gm对温度响应的敏感性也随之下降。
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