氮素對溫室黃瓜花后葉片光合作用和葉綠素?zé)晒鈪?shù)影響的定量研究.pdf

1、光合作用是作物產(chǎn)量和品質(zhì)形成的基礎(chǔ),直接受葉片氮素含量的影響,葉片光合作用速率是判斷和分析作物氮素營養(yǎng)狀況的重要指。葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)是以光合作用理論為背景反映光合作用內(nèi)在機理的新興技術(shù),它以測量簡便、反應(yīng)靈敏、獲得結(jié)果快速和對作物無破壞性等特點被廣泛應(yīng)用于作物對逆境響應(yīng)機理的分析,在作物氮素營養(yǎng)診斷上具有較大的潛力。因此利用葉片光合速率的測定和葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)進行溫室黃瓜葉片氮素營養(yǎng)狀況的定量分析具有重要的理論和實踐意義。本研究以溫室水果型

2、黃瓜戴多星(Cucumis Sativus cv.Deltastar)和申綠72(Cucumis sativus cv.Shenlv72)為試驗材料,于2003年11月-2005年11月分別在上海Venlo型玻璃溫室、PVC連棟溫室以及連棟塑料大棚內(nèi)進行了不同定植期和不同氮素處理水平的栽培試驗,通過黃瓜功能葉片的光合作用速率測定、葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定、植株養(yǎng)分化學(xué)分析以及溫室內(nèi)小氣候數(shù)據(jù)采集,建立了適合不同光溫條件下溫室黃瓜葉片氮濃度與葉

3、片最大總光合速率的定量關(guān)系,建立了適合不同溫度條件的葉片氮濃度與葉綠素?zé)晒鈪?shù)定量關(guān)系以及葉綠素?zé)晒鈪?shù)與葉片最大總光合速率定量關(guān)系。并用與建立模型相獨立的數(shù)據(jù)對模型進行了檢驗,結(jié)果表明模型能較好預(yù)測溫室黃瓜葉片光合作用速率、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和葉片氮素含量。主要結(jié)果如下： 首次系統(tǒng)分析了不同定植期的光溫條件差異對黃瓜葉片氮素含量的影響,利用定植后生理發(fā)育時間和定植到初果期以及初果期到盛果期的日平均輻熱積定量描述了光溫條件和生育期對

4、溫室黃瓜葉片氮素含量的影響。結(jié)果表明,黃瓜葉片氮素含量隨定植后生理發(fā)育時間的變化在定植到初果期表現(xiàn)為負指數(shù)遞增,而在初果期到生育末期表現(xiàn)為負指數(shù)遞減,而且指數(shù)方程參數(shù)與相應(yīng)的日平均輻熱積表現(xiàn)出正弦函數(shù)關(guān)系。因此可以根據(jù)溫室內(nèi)溫度和太陽輻射來計算定植后的生理發(fā)育時間和相應(yīng)的日平均輻熱積,進而求算不同光溫條件下溫室黃瓜葉片適宜氮濃度及其隨生育期的變化(N％opt(t))。通過實測的葉片氮濃度與相應(yīng)定植期的葉片適宜氮濃度之比值求算,消除了不同

5、定植期的光溫條件差異對葉片氮素含量的影響,建立了適合不同光溫條件下溫室黃瓜葉片氮素含量與葉片光合作用速率關(guān)系的模擬模型。用與建模相獨立的試驗數(shù)據(jù)對模型進行檢驗,結(jié)果表明該模型對溫室黃瓜葉片最大總光合速率的預(yù)測結(jié)果與實測結(jié)果之間基于1:1直線的決定系數(shù)R2和回歸估計標(biāo)準誤差RMSE分別為0.83和1.56 μmol CO2·m-2·s-1。 首次利用光合作用溫度三基點定量分析溫室內(nèi)1.5m高空氣溫度對黃瓜葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響,

6、結(jié)果表明,無氮脅迫處理的黃瓜葉片光適應(yīng)下PSII的實際量子效率(ФPSII)隨溫室內(nèi)1.5 m高空氣溫度的變化表現(xiàn)為三段函數(shù)關(guān)系。用試驗數(shù)據(jù)擬合得到溫度大于22℃時的方程參數(shù),由此計算不同溫度條件下(大于22℃)溫室黃瓜葉片ФPSII的適宜值。在此基礎(chǔ)上,定量分析了不同施氮水平的黃瓜葉片氮素含量與葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的關(guān)系。結(jié)果表明,消除光溫條件差異影響的黃瓜葉片氮素含量與消除溫度差異影響的葉片ФPSII表現(xiàn)出負指數(shù)遞增關(guān)系,用與建模相獨

7、立的試驗數(shù)據(jù)對模型進行檢驗,結(jié)果表明模型對黃瓜葉片光適應(yīng)下PSII的實際量子效率(ФPSII)的模擬結(jié)果與1:1直線間的R2為0.86,預(yù)測的回歸估計標(biāo)準誤(RMSE)為0.05。黃瓜葉片氮素含量與葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的定量關(guān)系是實現(xiàn)葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)作為溫室黃瓜葉片氮素脅迫診斷手段的前提。 首次利用黃瓜葉片ФPSII隨溫室內(nèi)1.5 m高空氣溫度變化的函數(shù)關(guān)系,定量分析了溫室黃瓜葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)與葉片光合作用速率的關(guān)系.結(jié)果表明,黃

8、瓜葉片ФPSII與葉片最大總光合速率表現(xiàn)出負指數(shù)遞增關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,初步建立了基于葉綠素?zé)晒鈪?shù)與葉片光合作用速率定量關(guān)系的溫室黃瓜葉片氮素脅迫診斷模型。用模型估算黃瓜葉片最大總光合速率,再由葉片最大總光合速率估算葉片氮濃度的方法,并與建模相獨立的試驗數(shù)據(jù)相比較,結(jié)果表明,該模型可以較好預(yù)測溫室黃瓜葉片氮濃度,預(yù)測結(jié)果與實測結(jié)果之間基于1:1直線的決定系數(shù)R2和回歸估計標(biāo)準誤差RMSE分別為0.66和0.175％。與直接由葉片光合作用

9、速率測定來估算葉片氮素含量的脅迫診斷方法相比,本模型克服了葉片光合速率數(shù)據(jù)的測定因儀器價格昂貴,且操作程序復(fù)雜而不能在生產(chǎn)上進行實際運用的缺點,為溫室黃瓜氮素脅迫診斷提供簡便、快速和準確的監(jiān)測手段。 本研究建立的模型可以根據(jù)溫室內(nèi)溫度和太陽輻射以及溫室黃瓜葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)估算葉片光合作用速率或葉片氮素含量,與已有的溫室黃瓜作物生長模型相結(jié)合,可以定量預(yù)測不同光溫條件下氮素對溫室黃瓜生長速率的影響,從而為不同定植期種植的溫室黃瓜