光质与生姜生长发育及光能利用特性的关系

论文摘要

生姜起源于热带雨林地区,生产中多采用遮光栽培。近年来,利用塑料薄膜进行生姜小拱棚覆盖提早保护栽培,延长生姜生育期,可显著提高生姜产量。由于构成产量的干物质90%以上来源于光合作用,而光是影响光合作用的重要环境因素,因此,前人就光强与生姜光合作用的关系进行了较多的研究,但关于光质对生姜光合作用的影响,尚未见报道。为此,本文通过利用有色膜田间遮光及室内电光源发光两种处理方法,系统研究了光质与生姜生长发育及光能利用特性的关系,创造了生姜传统遮光栽培技术与提早保护栽培技术相融合的生姜有色膜调光保护栽培新技术。主要研究结果如下:1.有色膜覆盖显著改变了生姜植株受光光质环境,较传统遮光栽培显著提高了生姜出苗前的气温及地温,有利于生姜出苗。出苗后,通过增加有色膜遮光小拱棚通风量,有色膜覆盖不仅起到了降低光照强度的作用,而且还降低了气温和地温。2.有色膜覆盖栽培和传统遮荫网栽培的生姜生长势均显著优于露地栽培,但不同颜色薄膜覆盖的效果有显著差异。蓝膜覆盖生姜株高秆细,生物量较低,分枝数及产量与传统遮荫网栽培差异不显著;红膜覆盖虽比蓝膜及传统遮荫网栽培的生物量增加,但却显著低于白膜和绿膜覆盖;白膜茎秆较粗,但分枝数及生物量不及绿膜高;绿膜覆盖生姜分枝数较多,产量较高。收获时绿膜、白膜、红膜、蓝膜覆盖的生姜产量分别达3560.6、3362.8、3194.3、2901.2 kg·666.7 m-2,分别比露地栽培提高37.7%、30.0%、23.5%、12.2%,但分别比地膜覆盖加遮荫网栽培提高18.5%、12.0%、6.3%、-3.4%。室内光质处理与田间有色膜覆盖效果不同,以白光和红光处理的生姜幼苗生物量较高,绿光处理生姜幼苗生物量较低,但生姜幼苗质量以白光和蓝光处理较好。3.田间不同颜色薄膜覆盖的生姜叶片叶绿素含量有较大差异。幼苗覆膜期,生姜植株功能叶及幼嫩叶叶绿素含量以蓝膜和绿膜覆盖较高,白膜覆盖居中,红膜覆盖较低,而随叶位下降,蓝膜覆盖生姜叶片叶绿素含量降低较快。室内光质处理生姜幼苗叶片叶绿素含量以白光和红光处理较高,分别达3.01、2.94 mg·g-1FW,蓝光处理居中,绿光处理较低,仅2.17 mg·g-1FW。4.整个生长期内,绿膜覆盖生姜叶片的光合速率较高,白膜和红膜覆盖次之,蓝膜覆盖较低。幼苗覆膜期,绿膜覆盖生姜叶片光饱和点、光饱和时的光合速率、羧化效率、CO2饱和点及RuBP最大再生速率较高;蓝膜覆盖叶片虽然光饱和点与绿膜处理差异不显著,但蓝膜处理光呼吸速率较高,光合同化碳素较多的流向乙醇酸循环,其净光合速率较绿膜、白膜和红膜低。旺盛生长无膜期,虽然各处理生姜叶片光饱和点无显著差异,但光合速率仍以苗期绿膜处理生姜叶片较高,分别比白膜、红膜、蓝膜覆盖提高5.8%、9.3%、16.3%,绿膜RuBP最大再生速率较白膜、红膜、蓝膜覆盖分别提高4.6%、11.9%、17.0%。5.有色膜覆盖可显著影响生姜叶片的光能利用及分配特性。不同处理叶片叶绿素荧光参数日变化动态相似,但叶片Fv/Fm、Fv′/Fm′、ΦPSII、qP和光化学反射指数（PRI）均以绿膜处理最高,其次为蓝膜和白膜处理,红膜处理最低;而PSI和PSII间激发能分配不平衡偏离系数（β/α-1）和NPQ则以绿膜处理最低,蓝膜、白膜和红膜处理依次升高。表明适当增加遮光光质中绿光比例,生姜叶片午间光抑制程度较轻,PSI和PSII间线性电子传递协调性较好,激发能热耗散较低,光能利用效率较高。旺盛生长无膜期,各处理间光能利用特性仍有显著差异,光抑制较强时,光能利用效率绿膜处理较高,白膜和红膜处理居中,蓝膜较低。6.有色膜覆盖显著影响了不同叶龄叶片色素含量、光合速率及光能利用特性。展叶30 d时,不同处理生姜叶片叶绿素含量达最高值,以蓝膜和绿膜处理较高,白膜居中,红膜较低,此后蓝膜处理叶绿素含量下降幅度显著高于其他处理;类胡萝卜素含量除红膜处理在生姜展叶30 d达最大值外,白膜、蓝膜、绿膜处理均在展叶20 d时达最大值。展叶20 d时,各处理生姜叶片光合速率达最高值,此时绿膜处理光合速率较白膜、红膜、蓝膜处理高6.6%、11.5%、17.9%;展叶30 d后,各处理光合速率迅速下降,但下降幅度以蓝膜处理较高。羧化效率变化趋势与光合速率相似,展叶20 d时达最大值,以绿膜处理较高,白膜和红膜居中,蓝膜较低;而表观量子效率以红膜处理较高,蓝膜处理居中,白膜和绿膜处理较低,且两者差异不显著。各处理生姜展叶5 d时,PSⅡ活性就接近最高值,并且展叶10～50 d内Fv/Fm一直较高,Fv′/Fm′、ΦPSⅡ、qP等在展叶10 d后就近最大值。此外,展叶当天,蓝膜处理生姜叶片Fv/Fm、Fv′/Fm′、ΦPSⅡ、qP显著高于绿膜、白膜和红膜处理,Fv/Fm、Fv′/Fm′、ΦPSⅡ、qP达最大值时绿膜处理较高,蓝膜和白膜居中,红膜较低。7.室内光质处理生姜幼苗叶片适应强光能力、光合能力、固定CO2能力、RuBP最大再生速率以白光处理较高,蓝光和红光处理居中,绿光处理较低;各处理Fv/Fm虽无显著差异,但Fv′/Fm′和ΦPSⅡ以白光和蓝光处理较高,红光处理居中,绿光处理较低。移至室外自然光照条件下,室内弱光处理生姜幼苗均出现严重光抑制,且光照减弱时仍未恢复到原来水平,白光、绿光、红光、蓝光处理生姜叶片17:00 Fv/Fm较7:00分别下降20.4%、42.0%、30.7%、22.5%,且光合日变化呈单峰曲线变化,峰值出现在9:00,但光合速率以白光处理较高,为7.9 mol·m-2·s-1,蓝光和红光处理居中,绿光处理较低,仅4.1 mol·m-2·s-1。8.午间高温、强光条件下,有色膜覆盖生姜叶片超氧阴离子自由基产生速率达最高值,但以绿膜覆盖生姜叶片超氧阴离子自由基产生速率较低,白膜、红膜、蓝膜覆盖差异不明显,但13:00时,SOD及APX酶活性以蓝膜覆盖较高,白膜和红膜居中,绿膜较低。MDA含量和电解质渗漏率在13:00时达最高值,但仍以绿膜覆盖较低,白膜、红膜和蓝膜覆盖差异不显著。幼嫩叶和功能叶超氧阴离子自由基产生速率较老龄叶片低,且均以绿膜覆盖较低。蓝膜处理老龄叶片MDA含量和电解质渗漏率显著高于绿膜、白膜和红膜处理。9.生姜生长的光质环境显著影响了气孔形态特征,绿膜覆盖生姜叶片上表皮气孔密度、气孔宽度、气孔孔径宽度较其他处理大。同时,无论幼苗覆膜期还是旺盛生长期,绿膜覆盖生姜叶片较厚,栅栏组织发达,栅栏组织/海绵组织厚度较高,而蓝膜覆盖叶片较薄,栅栏组织厚度较小。室内白光和红光处理的生姜叶片厚度差异不显著,但较蓝光和绿光处理高,蓝光处理虽然栅栏组织厚度不及白光和红光处理,但栅栏组织/海绵组织厚度较白光、红光、绿光处理分别高15.9%、19.9%、14.2%。绿光处理每个细胞中叶绿体数目,叶绿体大小、淀粉粒数、基粒片层数、基粒数均较白光、红光和蓝光处理低,同时蓝光处理基粒片层数、基粒数较多。

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第一章光质调控植物生长发育及其机理研究进展-文献综述

1 光质与植物的生长发育

2 植物光受体

3 光敏色素与光信号转导

3.1 光敏色素

3.2 光敏色素功能

3.3 光信号转导

4 蓝光受体

4.1 隐花色素

4.2 向光色素

4.3 蓝光受体的信号转导

5 本研究的目的和意义

第二章苗期遮光光质与生姜生长及产量品质的关系

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定方法

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 不同处理姜田光谱特性

2.2 苗期遮光光质对姜田温度及生姜出苗期的影响

2.3 苗期遮光光质对生姜生长的影响

2.3.1 对株高、茎粗和分枝数的影响

2.3.2 对叶片鲜重、地上茎鲜重及根茎鲜重的影响

2.4 苗期遮光光质对生姜产量的影响

2.5 苗期遮光光质对生姜品质的影响

第三章苗期遮光光质与生姜光合特性及光能耗散的关系

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定方法

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 苗期遮光光质对生姜叶片叶绿素及类胡萝卜素含量的影响

2.1.1 苗期遮光光质对不同叶位叶片叶绿素及类胡萝卜素含量的影响

2.1.2 苗期遮光光质对叶片叶绿素和类胡萝卜素含量季节变化的影响

2.2 苗期遮光光质对生姜叶片光合特性的影响

2.2.1 苗期遮光光质对不同叶位叶片光合作用的影响

2.2.2 光质对生姜叶片光合作用季节变化的影响

2.2.3 苗期遮光光质对生姜叶片气体交换参数日变化的影响

2浓度响应的关系'>2.3 苗期遮光光质与生姜叶片光合作用对光强和CO₂浓度响应的关系

2 响应特性'>2.3.1 幼苗覆膜期生姜叶片Pn－PFD 和Pn－CO₂响应特性

2响应特性'>2.3.2 旺盛生长无膜期生姜叶片Pn－PFD 和Pn－CO₂响应特性

2.4 苗期遮光光质对生姜叶片叶绿素荧光参数日变化的影响

2.4.1 幼苗覆膜期生姜叶片叶绿素荧光参数日变化

2.4.2 旺盛生长无膜期生姜叶片叶绿素荧光参数日变化

2.5 苗期遮光光质对不同叶龄生姜光合特性及光能耗散的影响

2.5.1 苗期遮光光质对不同叶龄叶片叶绿体色素含量的影响

2.5.2 苗期遮光光质对不同叶龄生姜叶片光合特性的影响

2.5.3 苗期遮光光质对不同叶龄生姜叶片光能利用特性的影响

第四章苗期遮光光质与生姜叶片膜质过氧化及保护酶活性的关系

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定方法

1.3 数据处理

2 结果与分析

2^-·产生速率的影响'>2.1 苗期遮光光质对生姜叶片 O₂^-·产生速率的影响

2.2 苗期遮光光质对生姜叶片保护酶活性的影响

2.3 苗期遮光光质对生姜叶片MDA 和电解质渗漏率的影响

2^-·产生速率及酶活性的影响'>2.4 苗期遮光光质对不同叶位叶片O₂^-·产生速率及酶活性的影响

第五章苗期遮光光质对生姜叶片解剖结构及超微结构的影响

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定方法

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 苗期遮光光质对生姜叶片气孔特征的影响

2.2 苗期遮光光质对生姜叶片解剖结构的影响

2.3 苗期遮光光质对生姜叶片叶绿体超微结构的影响

第六章室内光质处理对生姜生长、光能利用特性及叶片结构的影响

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定方法

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 室内光质处理对生姜生长的影响

2.2 室内光质处理对生姜叶片光能利用及光合特性的影响

2.2.1 对生姜叶片叶绿素荧光和光合速率的影响

2.2.2 室内光质处理对生姜叶片光合生理特征的影响

2.2.3 室内光质处理生姜叶片的光合诱导

2.2.4 室内光质处理生姜叶片的叶绿素荧光参数

2.3 自然光照条件下室内光质处理生姜叶片光合作用及叶绿素荧光参数的变化

2.3.1 光合速率（Pn）及光呼吸速率（Pr）的日变化

2.3.2 叶片Fv/Fm、Fv’/Fm’、qP 及β/α-1 的日变化

2.3.3 生姜叶片光能利用与耗散特性

2.4 室内光质处理生姜叶片SOD、POD、CAT 活性和MDA 含量的变化

2.4.1 室内光质处理对SOD、POD、CAT 活性和MDA 含量的影响

2.4.2 自然光照条件下室内光质处理生姜叶片SOD、POD、CAT 活性和MDA 含量的日变化

2.5 室内光质处理生姜叶片结构特征

2.5.1 室内光质处理生姜叶片气孔特征

2.5.2 室内光质处理生姜叶片解剖结构

2.5.3 室内光质处理生姜叶片叶绿体超微结构的影响

第七章讨论

1 光质与生姜叶片色素含量的关系

2 光质与生姜叶片结构及叶绿体超微结构的关系

3 光质与生姜叶片光合特性、光能耗散及分配的关系

4 绿膜覆盖提高生姜叶片光合速率的原因

5 光质与生姜叶片发育进程的关系

6 光质与生姜生长及产量品质的关系

第八章结论

图版说明

参考文献

致谢

攻博期间发表论文

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