中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (22): 4417-4427.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.22.005
高静(), 陈吉玉, 谭先明, 吴雨珊, 杨文钰, 杨峰(
)
收稿日期:
2023-03-27
接受日期:
2023-05-04
出版日期:
2023-11-16
发布日期:
2023-11-17
通信作者:
杨峰,E-mail:f.yang@sicau.edu.cn
联系方式:
高静,E-mail:1787913440@qq.com。
基金资助:
GAO Jing(), CHEN JiYu, TAN XianMing, WU YuShan, YANG WenYu, YANG Feng(
)
Received:
2023-03-27
Accepted:
2023-05-04
Published:
2023-11-16
Online:
2023-11-17
摘要:
【目的】 探究光强对苗期大豆叶片水力导度、光合特性和叶水势的影响,分析叶脉性状对不同生长光强的适应机制,为提高大豆光能利用提供理论支撑。【方法】选用强耐荫型的大豆品种南豆12和弱耐荫型的大豆品种桂夏7为试验材料,在人工气候室进行盆栽试验,设置高光强((424.47±12.32)µmol·m-2·s-1,HL)、中光强((162.52±20.31)µmol·m-2·s-1,ML)和低光强((93.93±9.87)µmol·m-2·s-1,LL)处理。在处理20 d后研究不同生长光强对苗期大豆叶片水力导度、光合参数、叶片水势及叶脉性状的影响。【结果】相对于高光强处理,低光强处理下南豆12和桂夏7的叶片水力导度显著降低,南豆12的叶片水力导度在3个处理下均显著高于桂夏7。与高光强处理相比,在中、低光强处理下南豆12的叶片水力导度分别降低7.56%和21.24%,气孔导度分别降低43.96%和58.89%,净光合速率分别降低29.44%和46.49%。同样,桂夏7的叶片水力导度分别降低42.16%和23.71%,气孔导度分别降低54.55%和45.79%,净光合速率分别降低37.03%和42.06%。南豆12和桂夏7的叶片水势在处理间均无显著差异。大豆的叶片水力导度与气孔导度在3个光强处理下均达到极显著正相关(P<0.01),随着光强的降低,叶片水力导度与净光合速率呈显著正相关(P<0.05),与气孔导度呈极显著正相关(P<0.01)。对于叶脉结构,与高光强相比,中、低光强处理下两个大豆品种的小叶脉密度以及主叶脉和小叶脉的木质部导管面积均显著降低,且南豆12的小叶脉密度和主叶脉木质部导管面积在中、低光强处理下均显著高于桂夏7。南豆12的主叶脉密度在处理间无显著变化,桂夏7的主叶脉密度在中、低光强处理下较高光强显著降低11.4%和15.0%。光强降低显著增长了叶脉到气孔的距离。南豆12在中、低光强处理下叶脉到气孔的距离较高光强增长21.33%和60.01%,桂夏7叶脉到气孔的距离增长31.50%和53.59%。相关性分析表明,大豆叶片水力导度与小叶脉密度、主叶脉和小叶脉的木质部导管面积呈显著正相关(P<0.05),与叶脉到气孔的距离呈极显著负相关(P<0.01)。【结论】光强会通过调控大豆叶脉结构影响叶片水力导度,弱光降低大豆叶片水力导度,但叶片水力导度和气孔导度保持协调,维持叶片水分供需平衡。弱光下具有较高的叶脉密度能够缩短水分运输的距离,保证较好的叶片水分供应能力,从而有利于CO2的扩散和光合作用,这是耐荫型大豆适应弱光环境的又一策略。
高静, 陈吉玉, 谭先明, 吴雨珊, 杨文钰, 杨峰. 光强对苗期大豆叶片水力导度及叶脉性状的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(22): 4417-4427.
GAO Jing, CHEN JiYu, TAN XianMing, WU YuShan, YANG WenYu, YANG Feng. Effect of Light Intensity on Leaf Hydraulic Conductivity and Vein Traits of Soybean at Seedling Stage[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(22): 4417-4427.
表2
光强对大豆叶片光合特性的影响"
处理 Treatment | 品种 Variety | 气孔导度Gs (mol H2O·m-2·s-1) | 净光合速率Pn (μmol CO2·m-2·s-1) | 蒸腾速率E (mmol H2O·m-2·s-1) | 胞间二氧化碳浓度Ci (μmol CO2·mol-1) | 叶片水力导度/气孔导度 Kleaf/Gs (-Mpa) |
---|---|---|---|---|---|---|
高光强HL | ND12 | 0.91±0.10a | 17.83±6.41a | 7.92±0.32a | 400.29±6.41ab | 0.009±0.001c |
GX7 | 0.56±0.13b | 18.71±12.29a | 6.57±0.79ab | 388.35±12.29bc | 0.011±0.003bc | |
中光强ML | ND12 | 0.51±0.18bc | 12.53±12.30b | 6.57±1.28ab | 411.77±12.30a | 0.017±0.006ab |
GX7 | 0.25±0.07d | 11.78±17.53bc | 4.53±0.75c | 373.83±17.53c | 0.014±0.003abc | |
低光强LL | ND12 | 0.38±0.06bcd | 9.54±5.71c | 5.73±0.52bc | 412.80±5.71a | 0.018±0.003ab |
GX7 | 0.30±0.11cd | 10.84±7.87bc | 4.99±1.13bc | 379.86±7.87bc | 0.018±0.007a |
图2
不同光强下大豆叶片水力导度和光合参数的相关性分析 A:不同光强处理下叶片水力导度和光合参数相关性分析 The correlation analysis of leaf hydraulic conductivity and photosynthetic parameters under different light intensity treatments; B:处理间叶片水力导度和光合参数的相关性分析 The correlation analysis of leaf hydraulic conductivity and photosynthetic parameters among treatments"
图3
不同光强处理下大豆叶脉性状和气孔密度 A:叶脉密度Leaf vein density;B:气孔密度Stomatal density;C:小叶脉解剖结构,V、sto和Dm分别代表叶脉、气孔、叶脉到气孔的距离Minor leaf vein anatomy, V, sto and Dm represent leaf veins, stomata and distance from leaf veins to stomata, respectively;D:主叶脉解剖结构,Xy代表木质部导管Major leaf vein anatomy, Xy represents xylem conduit"
表3
光强对大豆叶脉结构和气孔密度的影响"
处理 Treatment | 品种 Variety | 主叶脉密度 VLAmajor (cm·cm-2) | 小叶脉密度 VLAminor (cm·cm-2) | 气孔密度 Stomatal density (n/mm2) | 叶脉到气孔 的距离Dm (μm) | 主叶脉木质部 导管面积 Xmajor (μm2) | 小叶脉木质部 导管面积 Xminor (μm2) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
高光强HL | ND12 | 1.49±0.05a | 52.06±5.79a | 267.73±24.23a | 112.48±22.15c | 1102.35±97.21a | 34.21±4.31a |
GX7 | 1.40±0.13a | 40.58±5.21a | 226.25±25.49b | 127.98±16.13c | 992.44±57.21ab | 37.22±6.99a | |
中光强ML | ND12 | 1.42±0.02ab | 34.07±0.93b | 165.21±32.99c | 136.48±13.48c | 900.29±47.39b | 29.38±3.02b |
GX7 | 1.24±0.11b | 29.86±3.15c | 150.65±7.36cd | 168.30±16.75b | 800.29±66.96cd | 27.63±4.11b | |
低光强LL | ND12 | 1.46±0.14a | 29.10±1.81c | 136.25±12.16cd | 179.98±15.71ab | 746.31±32.05c | 24.94±2.59bc |
GX7 | 1.19±0.17b | 25.53±2.67d | 112.80±6.64e | 196.56±20.98a | 648.33±84.21d | 21.29±2.06c |
表4
大豆叶片水力导度与叶脉性状的相关性分析"
参数 Parameter | 叶片水力导度 Kleaf | 小叶脉密度VLAminor | 叶脉到气孔的距离Dm | 主叶脉木质部 导管面积Xmajor | 小叶脉木质部 导管面积Xminor | 气孔密度 Stomatal density |
---|---|---|---|---|---|---|
小叶脉密度VLAminor | 0.73* | 1 | ||||
叶脉到气孔的距离Dm | -0.80** | -0.91*** | 1 | |||
主叶脉木质部导管面积Xmajor | 0.68* | 0.65* | -0.68* | 1 | ||
小叶脉木质部导管面积Xminor | 0.69* | 0.73* | -0.75* | 0.66* | 1 | |
气孔密度Stomatal density | 0.62* | 0.97*** | -0.93*** | 0.66* | 0.74* | 1 |
[1] |
蒋慕东. 二十世纪中国大豆改良、生产与利用研究[D]. 南京: 南京农业大学, 2006.
|
|
|
[2] |
doi: 10.1080/1343943X.2018.1541137 |
[3] |
|
[4] |
doi: 10.1111/nph.2010.187.issue-1 |
[5] |
|
[6] |
doi: 10.1093/jxb/erp069 |
[7] |
doi: 10.1016/j.flora.2016.11.017 |
[8] |
张强强. 水稻气孔导度和光合作用在不同光环境下的响应差异与机理[D]. 武汉: 华中农业大学, 2020.
|
|
|
[9] |
doi: 10.1186/s12870-019-1633-1 |
[10] |
范元芳, 杨峰, 刘沁林, 谌俊旭, 王锐, 罗式伶, 杨文钰. 套作荫蔽对苗期大豆叶片结构和光合荧光特性的影响. 作物学报, 2017, 43(2): 277-285.
|
doi: 10.3724/SP.J.1006.2017.00277 |
|
[11] |
pmid: 17114274 |
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
|
[15] |
doi: 10.1111/nph.2011.192.issue-2 |
[16] |
doi: 10.1071/FP05100 pmid: 32689191 |
[17] |
pmid: 16637372 |
[18] |
|
[19] |
doi: 10.3389/fpls.2017.00945 pmid: 28634485 |
[20] |
doi: 10.1111/nph.2017.215.issue-4 |
[21] |
doi: 10.1104/pp.107.101352 pmid: 17556506 |
[22] |
doi: 10.1111/tpj.14595 pmid: 31677190 |
[23] |
李晓鹏. 枣叶脉序及其功能性状研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2016.
|
|
|
[24] |
doi: 10.3389/fpls.2021.693815 |
[25] |
武晓玲, 梁海媛, 杨峰, 刘卫国, 佘跃辉, 杨文钰. 大豆苗期耐荫性综合评价及其鉴定指标的筛选. 中国农业科学, 2015, 48(13): 2497-2507. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2015.13.002.
|
|
|
[26] |
陈吉玉, 冯铃洋, 高静, 时健祎, 周雨晨, 涂发涛, 陈元凯, 杨文钰, 杨峰. 光照强度对苗期大豆叶片气孔特性及光合特性的影响. 中国农业科学, 2019, 52(21): 3773-3781. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.21.006.
|
|
|
[27] |
|
[28] |
doi: 10.3390/ijms19061666 |
[29] |
doi: 10.1111/nph.2013.198.issue-4 |
[30] |
李盛蓝, 谭婷婷, 范元芳, 杨文钰, 杨峰. 玉米荫蔽对大豆光合特性与叶脉、气孔特征的影响. 中国农业科学, 2019, 52(21): 3782-3793. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.21.007.
|
|
|
[31] |
熊栋梁. 水稻叶片结构对水力导度与光合作用的影响及其机理[D]. 武汉: 华中农业大学, 2016.
|
|
|
[32] |
pmid: 16669766 |
[33] |
doi: 10.1016/j.envexpbot.2009.03.022 |
[34] |
吴海英, 张明荣. 不同播期对夏大豆南豆12产量和品质的影响. 大豆科技, 2009(6): 30-32.
|
|
|
[35] |
韦清源, 陈渊, 汤复跃, 陈文杰, 郭小红, 梁江. 高产大豆新品种桂夏7号的选育及栽培技术要点. 种子, 2020, 39(2): 122-124, 127.
|
|
|
[36] |
doi: 10.1186/s12870-020-02352-0 pmid: 32268881 |
[37] |
doi: 10.1111/nph.2015.207.issue-1 |
[38] |
pmid: 15517405 |
[39] |
doi: 10.1111/fec.2007.21.issue-4 |
[40] |
doi: 10.1111/ppl.2008.134.issue-3 |
[41] |
doi: 10.1104/pp.111.172346 |
[42] |
doi: 10.1093/aob/mcac020 pmid: 35143609 |
[43] |
doi: 10.3389/fpls.2013.00078 pmid: 23596446 |
[44] |
龚容, 高琼. 叶片结构的水力学特性对植物生理功能影响的研究进展. 植物生态学报, 2015, 39(3): 300-308.
doi: 10.17521/cjpe.2015.0029 |
doi: 10.17521/cjpe.2015.0029 |
|
[45] |
韩玲, 赵成章, 冯威, 徐婷, 郑慧玲, 段贝贝. 张掖湿地芨芨草叶脉密度和叶脉直径的权衡关系对3种生境的响应. 植物生态学报, 2017, 41(8): 872-881.
doi: 10.17521/cjpe.2016.0316 |
doi: 10.17521/cjpe.2016.0316 |
|
[46] |
|
[47] |
潘莹萍, 陈亚鹏. 叶片水力性状研究进展. 生态学杂志, 2014, 33(10): 2834-2841.
|
|
|
[48] |
doi: 10.1093/jxb/eru434 |
[49] |
王贝贝, 何乾瑞, 张佳伟, 王仲林, 范元芳, 杨文钰, 杨峰. 弱光下不同大豆品种光合能力综合评价. 大豆科学, 2021, 40(1): 45-58.
|
|
[1] | 孙涛, 冯晓敏, 高新昊, 邓艾兴, 郑成岩, 宋振伟, 张卫建. 多样化种植对土壤团聚体组成及其有机碳和全氮含量的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(15): 2929-2940. |
[2] | 曹杰, 谷勇哲, 洪慧龙, 吴海涛, 张霞, 孙建强, 包立高, 邱丽娟. 大豆红色种皮的色素鉴定和基因定位[J]. 中国农业科学, 2023, 56(14): 2643-2659. |
[3] | 马鸣超, 姜昕, 王鹏辉, 关大伟, 李俊. 大豆根瘤菌菌株5873 PCR快速检测方法的建立及应用效果评价[J]. 中国农业科学, 2023, 56(14): 2751-2760. |
[4] | 李允静, 肖芳, 武玉花, 李俊, 高鸿飞, 翟杉杉, 梁晋刚, 吴刚. 抗逆大豆IND-ØØ41Ø-5转化体特异性定量PCR检测方法的建立及其标准化[J]. 中国农业科学, 2023, 56(13): 2443-2460. |
[5] | 刘玉颖, 沈丰, 杨劲峰, 蔡芳芳, 付时丰, 罗培宇, 李娜, 戴健, 韩晓日. 长期施肥棕壤大豆产量的演变及土壤氮素分布特征[J]. 中国农业科学, 2023, 56(10): 1920-1934. |
[6] | 董永鑫,卫其巍,洪浩,黄莹,赵延晓,冯明峰,窦道龙,徐毅,陶小荣. 在中国大豆品种上创建ALSV诱导的基因沉默体系[J]. 中国农业科学, 2022, 55(9): 1710-1722. |
[7] | 李易玲, 彭西红, 陈平, 杜青, 任俊波, 杨雪丽, 雷鹿, 雍太文, 杨文钰. 减量施氮对套作玉米大豆叶片持绿、光合特性和系统产量的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(9): 1749-1762. |
[8] | 郭世博, 张方亮, 张镇涛, 周丽涛, 赵锦, 杨晓光. 全球气候变暖对中国种植制度的可能影响XIV.东北大豆高产稳产区及农业气象灾害分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(9): 1763-1780. |
[9] | 马小艳, 杨瑜, 黄冬琳, 王朝辉, 高亚军, 李永刚, 吕辉. 小麦化肥减施与不同轮作方式的周年养分平衡及经济效益分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(8): 1589-1603. |
[10] | 阿依木古丽·阿不都热依木,阿尔祖古丽·阿依丁,王家敏,石嘉琛,马芳芳,蔡勇,乔自林. 大豆异黄酮对牦牛卵巢颗粒细胞增殖和凋亡的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(8): 1667-1675. |
[11] | 王绿阳,崔雷鸿,冯江银,洪秋霞,游美敬,保浩宇,杭苏琴. 钙敏感受体和胆囊收缩素-1受体介导大豆蛋白水解物对小鼠食欲的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(4): 807-815. |
[12] | 姜芬芬, 孙磊, 刘方东, 王吴彬, 邢光南, 张焦平, 张逢凯, 李宁, 李艳, 贺建波, 盖钧镒. 世界大豆生育阶段光温综合反应的地理分化和演化[J]. 中国农业科学, 2022, 55(3): 451-466. |
[13] | 闫强,薛冬,胡亚群,周琰琰,韦雅雯,袁星星,陈新. 大豆根特异性GmPR1-9启动子的鉴定及其在根腐病抗性中的应用[J]. 中国农业科学, 2022, 55(20): 3885-3896. |
[14] | 王巧娟,何虹,李亮,张超,蔡焕杰. 基于AquaCrop模型的大豆灌溉制度优化研究[J]. 中国农业科学, 2022, 55(17): 3365-3379. |
[15] | 原程, 张玉先, 王孟雪, 黄炳林, 辛明强, 尹小刚, 胡国华, 张明聪. 中耕时间和深度对大豆光合特性及产量形成的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(15): 2911-2926. |
|