光合作用与相关因素对小麦生长及产量的影响

旺杰次仁

(西藏自治区农业技术推广服务中心·西藏拉萨·850000)

光合作用与相关因素对小麦生长及产量的影响

旺杰次仁*

(西藏自治区农业技术推广服务中心·西藏拉萨·850000)

本文重点介绍光合作用对小麦产量的影响,特别是光合速率与小麦籽粒饱满度之间的关系[1]。本文通过论述施肥对光合作用的影响、不同耕作方式对小麦旗叶光合特性和水分利用效率的影响以及小麦根系扩展深度对旗叶衰老及光合产物分配的影响综述了小麦的光合作用对产量变化,并介绍小麦的绝大部分产量来自于光合作用[2],以及光合作用在小麦生育后期对籽粒的贡献可达80以上%[3]。并告诉我们,在实际的生产过程中,要采取最佳栽培与管理措施,从而达到更高的产量。

综述 小麦光合作用 相关因素 影响

光合作用是指:植物、藻类等,在可见光的照射下,经过光反应和碳反应,利用光合色素,将二氧化碳和水转化为有机物,并释放出氧气的生化过程。总之光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和,是生物界赖以生存的基础,也是地球碳氧循环的重要媒介。影响光合作用的因素也有很多,有作物自身的因素,如叶片的叶倾角,叶绿素含量,光合酶的活性等;还有环境因素,如光照,水分,矿质元素,温度和二氧化碳等。在农业生产上,就是要协调各方面因素,实现一个作物最适宜的环境条件,充分发挥作物的光合作用潜力,达到一个高产水平。本文通过一些光合作用相关文献,并通过这些结果,更深入地了解光合作用的机理,为以后的研究铺垫。

1 不同耕作方式对小麦旗叶光合特性和水分利用效率的影响

李友军、吴金芝[4]等研究了,在豫西丘陵旱作条件下,少耕、免耕覆盖、深松覆盖、耕作方式对冬小麦旗叶光合、荧光特性和产量、水分利用效率的影响。结果如图所示:

耕作模式时期项目表现灌浆中后期小麦旗叶叶绿素和类胡萝卜素含量低较低传统的耕作模式开花期光化学猝灭系数和非光化学猝灭系数以及光化学效率值低光抑制程度大灌浆中期光合速率略高整个生育期耗水量较低灌浆中后期小麦旗叶叶绿素和类胡萝卜素含量高叶绿素a、b的比值和叶绿素和类胡萝卜素的比值较高开花期光化学猝灭系数和非光化学猝灭系数以及光化学效率值高免耕覆盖和深松覆盖光抑制程度小灌浆中期光合速率略低(为传统耕作的96.4%和99.7%)整个生育期耗水量较高

采用免耕覆盖和深松覆盖作物的产量和水分利用效率显著提高,与传统耕作相比,产量增加19.3%和9. 4%,水分利用效率提高17.5%和8.5%。通过近几年的研究,耕作方式对冬小麦的光合速率影响较大,免耕覆盖和深松覆盖叶绿素含量,及叶绿素与类胡萝卜素比值明显提高;光抑制程度较小,耗水量较高;但水分的利用效率提高了,产量也得到了提高,且都达到了显著水平[4]。虽然,在灌浆中期,免耕覆盖和深松覆盖净光合速率略低于传统耕作,但是并不显著。所以,利用免耕覆盖和深松覆盖有利于光合作用的增强,有利于粮食增产。

2 冬小麦生育后期有关光合特性及光合产物分配规律

莱阳地区属半干旱地区,在整个生育期降水量在180毫米以上,土壤绝对含水量在16%左右,若当年降水量在10毫米以下的条件下小麦产量仍然可以达到7500kg/hm2左右。试验结果表明:由于旱作小麦根系发达、根系吸收营养物质的能力强,并对小麦中后期的生长发育有着重要的作用,这对提高小麦的产量发挥不可替代的作用;从试验结果我们还可以看出,在缺水相对严重的背景下,光合速率仍可保持较高,在植物水分散失超过水分吸收,使植物组织含水量下降,膨压降低正常代谢失调的现象下使得水稻及其作物叶片的羧化酶及其其他活性受到控制。

从中我们可以得知,旱地种植冬小麦也有一定的优势。比如小麦的根系比较发达,小麦根系养分有8.34%分布在120—200cm土层范围,而浇水处理只有3.6%,能更有效地利用土壤深层水分。在水分相对低的条件下,地上部的主要器官对籽粒的贡献可达44.8%,而浇水后为40.2%;另外,旱作处理小麦籽中的粒蛋白质的含量为15.6%,比浇水处理的11.8%高出约3.8个百分点。这就告诉我们,要充分利用自然条件,发挥区域优势,在旱地选用根系发达的,具有一定抗旱性的种质,发挥高产性能。但是,关于这方面的研究相对较少,需要更多的研究,毕竟我国的旱地面积很大,并且承担着我国粮食增产的重要任务。

3 小麦根系扩展深度对旗叶衰老及光合产物分配的影响

在干旱地区,由于土壤含水量相对较低,作物生长受到干旱胁迫,根就向土壤深层延伸。小麦生育后期,浅层土壤的根系活性随着作物的生长而逐渐衰减,而深层土壤则恰恰相反[5]。为研究小麦根系扩展的深度对小麦旗叶衰老以及光合产物的分配,王法宏、王旭请等进行了研究。使用水(池)栽方法,使用人为控制根系的条件下,对小麦的生理状况进行了调查。结果表明[6]:随着扩展深度的增加,小麦生育后期旗叶的衰老速度减缓(SOD,POD活性增加,MDA含量降低),旗叶叶绿素降解速度变慢,光合作用强度增加。小麦根系扩展较深会延缓小麦旗叶衰老,延长光合作用时间,从而使光合作用强度增加;并且有利于光合产物的运输分配也会有较大影响,会促进光合产物向穗部等生殖器官运输。当然,我们要去考虑怎样才能增加小麦根系的扩展深度。比如可以考虑土壤耕作方式,包括深松耕、少免耕等;或者采用秸秆还田,高留茬,或一些化学调节剂等,促进根系延伸;或者通过选育耐旱品种,具有强大的根系;或者那些水分利用率更强的品种等。对于小麦根系方面的研究,还需要进一步去深入。毕竟,根关系着地上部分生长的好坏,也关系着土壤养分的利用情况。

4 施肥对光合作用的影响

4.1 氮素形态对不同专用型小麦生育后期光合特性及穗部性状的影响

在小麦施肥方面,氮肥很重要。关于施用什么形态的氮肥,也要根据小麦品种进行选择,这样才能更有效地发挥肥料的效力。马新明、王小纯[7]等对此做了进一步研究。试验结果如下:

品种处理表现备注强筋型豫麦34硝态氮生育后期衰老延缓,旗叶保持较高的光合速率,发生光抑制的可能性较小,穗部性状较好,穗粒重最高。试验采用盆栽中筋型豫麦49和弱筋型豫麦50酰胺态氮光合和荧光参数较优,穗粒重较高,有利于实现高产。试验采用盆栽

不同专用型小麦需要不同的氮素形态,以利于延缓旗叶后期早衰,保持较高的光合特性,延长光合时间。细胞间CO2浓度与光合速率有密切关系。实验表明,胞间CO2浓度与光合速率之间呈现明显的负相关,这与叶片同化CO2能力有关,叶片衰老,同化CO2能力下降。另外,氮素形态对小麦穗部性状改善、穗粒重的提高途径不同,可能是作用机理不同,需要进一步研究。在生产上,不同专用型的小麦品种要选用不同的氮肥,这样更有利于小麦根系的吸收及利用。另外,不同的地区也要注意氮肥形态的选择,比如说降雨量多的地方,一般选用铵态氮等;而在旱地选用硝态氮较好,利于小麦的直接吸收利用。

4.2 钼对冬小麦叶绿素含量变化的影响

微量元素对小麦的生长需要的量很少,但经常会有很重要的作用。因此,关于微量元素的研究还是很必要的,不能等到小麦的生长出现不良症状了,再去施肥。现在,也有很多肥料,含有微量元素,也是一种必然趋势。王运华等[8]对冬小麦的研究表明,缺钼时冬小麦越冬期发生黄化死苗。有的时候缺钼冬小麦会引起硝酸还原酶活性降低,但植株总氮含量却表现为缺钼高于施钼处理,说明硝酸还原酶活性的下降并非因为氮素不足,而是因为氮素利用率降低。喻敏、胡承孝[9]等研究了缺钼对小麦叶绿素的影响。结果表明:

品种处理说明34个冬小麦品种叶绿素SPAD值缺钼处理显著低于施钼处理冬小麦黄化的原因是缺钼引起冬小麦叶绿素含量下降

时期品种备注说明27天和57天叶绿素含量缺钼处理显著低于施钼处理低温135天两个冬小麦品种缺钼和施钼处理叶绿素含量没有显著差异高温低温时期缺钼易引起冬小麦叶绿素含量下降,从而导致冬小麦黄化现象的发生

低温时期缺钼易引起冬小麦叶绿素含量下降,从而导致冬小麦黄化现象的发生

播种后27、57和84d(温度较低时期)Chla/Chlb比值显著高于播种后135d(温度较高时期),表明叶绿素a向叶绿素b的转化与钼营养的丰缺无关,只是受低温影响。缺钼引起冬小麦越冬期黄化死苗,研究表明,缺钼引起硝酸还原酶活性降低,氮素的利用率降低,从而导致叶绿素合成受阻,引起黄化。在小麦的种植过程中,要注意微量元素的施用,防止小麦的生长受阻。

5 总结

在大田生产中,小麦的生长受各种环境的影响。我区地处祖国的西南边陲海拔高,太阳辐射强,在这样的气候生态条件下,麦类作物的光合作用等代谢活动及其群体的物质生产特点,均与低海拔地区有所不同,田间冬小麦旗叶光合作用研究西藏高原冬小麦旗叶光合速率日变化曲线为平坦或单峰型,没有明显“午睡”现象。净光合速率日最高值可与平原接近。光合日总量最高值出现在灌浆中期,其值比平原低4%～34%。净光合速率达20μmolCO2.m-2.s-1以上的环境因子组合是光合有效辐射光量子通量密度2000μmol.m-2.s-1以上,气温25～29℃,近地层大气CO2密度0.41mg.dm-3以上,0cm地温18～23℃、5cm地温15～19℃。这样的因子组合在高原同时满足的机率不高,由于CO2浓度与光温因子高值出现时间不同步,更由于CO2密度比内陆平原低1/3,严重制约了光合日总量值,高原冬小麦旗叶光合作用的特点是净光合速率日最高值可与平原接近,但光合日总量却明显低于平原,这就需要我们利用科学技术、研究结果,采取合理的农作制度,种地养地相结合,加强田间管理,为小麦的生长创造比较适宜的环境,从而提高光合特性及延长光合作用时间,达到高产目的。当然,由于阅读文献有限,本文关于小麦光合特性的探究还不够全面,需要进一步研究探索。

[1]岳寿松.小麦生育后期的光合作用与产量.山东农业大学学报,1989(1):89-94.

[2]董彩霞,田纪春,赵世杰等.蛋白质含量不同的小麦品种间光合速率的比较.植物生理学报,2001,27(5).

[3]李永攀.1BL易位染色体三个小麦品种的抗衰老生理特性及其功能叶对产量贡献研究.四川农业大学, 2008.

[4]李友军,吴金芝,黄明等.不同耕作方式对小麦旗叶光合特性和水分利用效率的影响[J].农业工程学报, 2006,22(12):44～48.

[5]梁银丽,陈培元等.土壤水分和磷营养对小麦根系生长生理特性的影响[J].西北植物学报,1994(5):56-60.

[6]王法宏,王旭清,李松坚等.高产小麦生育后期不同层次土壤中根系活性的研究[J].作物学报,2001,27 (6):891～895.

[7]马新明,王小纯,王志强等.氮素形态对不同专用型小麦生育后期光合特性及穗部性状的影响[J].生态学报,2003,23(12):2587～2593.

[8]王运华,魏文学,谭启玲等.湖北省黄棕壤冬小麦缺钼和施钼研究[J].土壤肥料,1995,(3):24.

[9]喻敏,胡承孝,王运华等.低温条件下钼对冬小麦叶绿素合成前体的影响[J].中国农业科学,2006,39(4): 702-708.

Effects of photosynthesis and related factors on wheat production and yield

Wanjie ciren
(Tibet Autonomous Region Agricultural Technology Extension ServiceCenter Lhasa,Tibet,850000)

This paper focuses on the effect of photosynthesis on wheat yield,especially the relationship between photosynthesis rate and grain yield of wheat[1].In this paper,through the discussion of Fertilization on Photosynthesis and different tillage on wheat flag leaf photosynthetic characteristics and water use efficiency and wheat root extended depth of flag leaf senescence and photosynthetic product distribution of summary of the impact of the photosynthesis of wheat on the yield variation,and introduces the wheat most production from photosynthesis[2],and photosynthesis in the late period of wheat growth contribution to grain can reach above 80%[3].And tell us,in the actual production process,to take the best cultivation and management measures,so as to achieve a higher yield.

review;wheat photosynthesis;Rlelted factors;influence

旺杰次仁(1986-),男,农艺师。主要从事农业资源与环境研究工作。电话:13549096808