荫蔽后复光对大豆补偿生长的影响机制研究

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:Hamihami
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在玉米-大豆带状套作种植模式中,共生期间,低位作物大豆受荫蔽环境影响,形态生理均产生较大改变,且不同大豆品种对荫蔽的适应能力存在差异。玉米收获后,大豆恢复全光照,在植株形态、干物质分配、叶片结构及光合能力上产生补偿生长,补偿生长的强弱直接影响了产量高低。因此有必要弄清大豆对荫蔽-复光环境转变的补偿生长响应机制,并找到此阶段影响产量的关键性状,从而指导套作大豆的品种选育。本文通过模拟荫蔽,明确了大豆从荫蔽转到复光环境后的形态结构变化,找到了造成品种间补偿生长能力差异的关键性状;比较了不同补偿生长能力大豆品种从套作荫蔽转到复光环境后的光合生理差异;最后分析了荫蔽-复光环境转变对补偿生长关键性状(叶面积)的影响。主要研究结果如下:1.为了明确大豆从荫蔽转到复光环境后的形态结构变化,本研究调查了136个大豆品种在荫蔽-复光环境下的形态结构、干物质积累及产量。结果表明:荫蔽显著降低了大豆的地上部干物质、第一节粗、叶面积、主茎节数、分枝数、叶片厚度,显著增加了茎干物质比例、茎长、叶面积比(LAR)和比叶面积(SLA)。复光后,茎长、LAR和SLA增加速度迅速减缓,第一节粗、叶面积、主茎节数、分枝数、叶片厚度快速增加。大豆产量与复光后30天的SPAD、叶干重、地上部干物质、第一节粗、叶面积、分枝数、最低分枝高度呈极显著正相关。主成分分析发现,茎干重、叶干重、地上部干物质、叶面积可反映原始数据信息量的35.59%,说明大豆在由荫蔽转变到复光环境后地上部干物质和叶面积对大豆补偿生长的贡献最大。补偿生长能力最强的大豆类群在复光后表现为:生长较为迅速,地上部干物质和叶面积最大,分枝数和主茎节数最多,产量最高。2.为了比较不同补偿生长能力大豆品种从荫蔽转到复光环境后的光合生理差异,本研究调查了补偿生长能力强(南豆12)、中(特选13)、弱(九月黄)的三个大豆品种在套作荫蔽下和复光后的地上部干物质、叶片性状、光合生理特征及产量。结果表明:套作下,南豆12和特选13的产量分别为1159.6 kg hm-2和1131.4 kg hm-2,均显著高于九月黄的566.9 kg hm-2。套作荫蔽期降低了三个大豆品种的光合面积(叶面积、叶片数量、叶片大小)以及光合能力(SPAD、净光合速率、Rubisco酶含量和总活力)。复光后,光合面积和光合能力均能迅速恢复,但只有叶片超微结构和SPAD恢复到了单作水平。南豆12的光合面积、光合能力和干物质增长速率均显著大于九月黄。上述结果说明补偿生长能力较强的品种在复光后能迅速扩大叶面积和恢复光合能力,从而增加光能的截获与利用,提高干物质积累速率,最终获得较高产量。3.为了研究荫蔽对大豆小叶面积的影响,本研究采用盆栽试验,调查了南豆12在荫蔽处理下的小叶面积、细胞数量、细胞大小、调控细胞分裂/扩张相关基因表达量以及激素含量。结果表明:荫蔽显著降低了大豆的单株叶面积和各叶位上的小叶面积。荫蔽对幼嫩叶片细胞数量和细胞大小的影响程度均显著高于对成熟叶片的影响程度,对细胞数量的影响程度大于对细胞大小的影响程度。调控细胞分裂和扩张的基因表达量在腋芽和幼嫩叶下大多发生显著下调,但基因表达量在叶片的不同发育阶段存在一定差异。荫蔽显著增加了幼嫩叶、中熟叶、全熟叶的生长素含量和赤霉素含量,显著降低了细胞分裂素含量。综上所述,荫蔽显著降低了大豆的小叶面积,且对幼嫩叶片的影响程度大于对成熟叶片的影响程度;荫蔽下变小的叶片主要是受幼嫩叶的细胞分裂和扩张以及成熟叶的细胞扩张影响;细胞分裂素是影响荫蔽下叶面积大小的主要激素。4.为了研究荫蔽-复光环境转变对大豆小叶面积的影响,采用盆栽试验和大田试验相结合,分析了荫蔽后复光对南豆12、特选13、九月黄的小叶面积、细胞数量、细胞大小、碳水化合物以及激素的影响。盆栽试验结果表明:与全光照处理相比,对成熟叶片荫蔽显著降低了三个大豆品种新生叶片的小叶面积、叶片厚度、海绵组织厚度、细胞数量、净光合速率、可溶糖含量以及细胞分裂素含量,显著增加了生长素含量。成熟叶片荫蔽处理下,南豆12细胞分裂素含量和可溶性糖含量显著大于九月黄。大田试验结果表明:复光后,三个大豆品种小叶面积仍然显著小于对照,南豆12的栅栏组织厚度和海绵组织厚度与对照差异不显著,而九月黄的叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度显著低于对照;南豆12和九月黄的细胞分裂素仍然显著低于对照,淀粉含量显著大于对照。以上试验结果表明,套作荫蔽降低了大豆的小叶面积,光照恢复并未使叶面积恢复到对照水平,说明前期荫蔽环境会对后期全光照环境下大豆新生叶片的面积产生系统调控,补偿生长能力强的品种叶面积恢复程度更高,荫蔽时的能量积累以及细胞分裂可能是影响恢复后新生叶面积的主要因素。
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