缺鉀脅迫對(duì)油菜群體葉面積形成和光合特性的影響.pdf

1、長(zhǎng)江流域是我國(guó)油菜（Brassica napus L.）重要產(chǎn)區(qū)，盡管該區(qū)域鉀肥應(yīng)用已經(jīng)普及，隨著高產(chǎn)品種的應(yīng)用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的提高，該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依然面臨鉀素缺乏的問(wèn)題，缺鉀脅迫嚴(yán)重影響了油菜的產(chǎn)量。缺鉀導(dǎo)致作物生長(zhǎng)受限產(chǎn)量降低，與缺鉀脅迫下作物光合能力降低密切相關(guān)。鉀素生理功能的多樣性，決定了其對(duì)光合作用影響的復(fù)雜性，然而目前的研究更多關(guān)注鉀素脅迫下凈光合速率降低的機(jī)制。事實(shí)上，在面臨缺鉀脅迫時(shí)作物首先通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鉀離子的分布影響

2、作物的葉面積，之后隨著鉀素脅迫程度的不斷加重，才會(huì)進(jìn)一步影響凈光合速率，但目前關(guān)于鉀對(duì)作物葉面積的形成的研究仍顯不足，往往忽視葉面積同樣是影響作物光合能力的重要因素。因此，本研究以冬油菜為研究對(duì)象，在田間條件下探究了不同鉀素供應(yīng)對(duì)冬油菜群體葉面積形成的影響，在此基礎(chǔ)上，采用光合作用限制模型，分析缺鉀脅迫下光合限制因子（氣孔限制、葉肉限制和生化限制）的變化，并從光合氮分配以及光合產(chǎn)物的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)兩個(gè)角度重點(diǎn)剖析缺鉀脅迫下生化限制因子產(chǎn)生的

3、原因。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)缺鉀脅迫導(dǎo)致出葉速率減慢，其中K1（0kg K2O hm-2，重度缺鉀），K2(60kg K2O hm-2，中度缺鉀)，K3（120kg K2O hm-2，正常供鉀）處理的出葉積溫分別為33.5、27.9和26.8℃d/葉;此外，缺鉀條件下葉片衰老加速，單葉面積變小，油菜苗期的單葉面積變小和葉片衰老加速是缺鉀條件下綠葉面積指數(shù)(GLAI)下降的主要影響因素，而出葉速率影響較小。分析不同鉀處理的光

4、能截獲量（RIacc）和光能利用率(RUE)發(fā)現(xiàn)，兩者在缺鉀脅迫下顯著下降，從而導(dǎo)致油菜生物量顯著降低，嚴(yán)重缺鉀處理和中度缺鉀處理的地上部干物質(zhì)分別比正常供鉀處理下降了61.7％和48.2％。將油菜苗期分為三個(gè)階段時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)干物質(zhì)下降不足24.8％時(shí)，RUE下降不足10％，當(dāng)干物質(zhì)進(jìn)一步下降時(shí)，RUE的減小對(duì)于干物質(zhì)下降的貢獻(xiàn)增加。由此可見(jiàn)，出葉速率、葉片衰老和單葉面積對(duì)缺鉀的敏感性存在差異，光能截獲量和光能利用率在缺鉀脅迫下干物質(zhì)

5、下降的貢獻(xiàn)比例與缺鉀程度有關(guān)，并且RIacc比RUE對(duì)缺鉀更敏感。
　　(2)缺鉀脅迫明顯抑制油菜越冬期葉片光合速率(Pn)。盡管缺鉀脅迫下葉片氣孔導(dǎo)度(gs)明顯降低，但其胞間CO2濃度(Ci)升高，氣孔限制值(Ls)減小，說(shuō)明氣孔因素并非缺鉀脅迫下油菜葉片Pn下降的主要原因。進(jìn)一步的葉綠素?zé)晒饨Y(jié)果表明，缺鉀脅迫導(dǎo)致油菜越冬期葉片光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)潛在光化學(xué)效率(Fv/Fm)和實(shí)際光化學(xué)效率（φPSⅡ）顯著下降;并且缺鉀脅迫下油

6、菜葉片葉綠體的長(zhǎng)度降低了15.1％、葉綠體厚度增加了22.7％、葉綠體到細(xì)胞壁的距離增加了56.1％。結(jié)果說(shuō)明缺鉀脅迫下越冬期油菜葉片反應(yīng)中心受損、葉綠體結(jié)構(gòu)破壞等非氣孔因素是導(dǎo)致其葉片光合速率下降的主要原因。
　　(3)缺鉀條件下葉片鉀含量、光合速率(Pn)、最大羧化速率（Vc,max）、最大電子傳遞速率（Jmax）顯著下降。通過(guò)光合作用限制定量化分析發(fā)現(xiàn)缺鉀脅迫下氣孔限制(SL)、葉肉限制(MCL)和生化限制(BL）共同限制了

7、Pn，其限制值分別為18.2％、17.5％和3.4％。除凈光合速率降低外，與正常供鉀處理相比，鉀素脅迫導(dǎo)致了羧化系統(tǒng)(PC）和生物力能學(xué)組分（PB）的氮素分配比例明顯降低?？梢?jiàn)，在本研究條件下缺鉀導(dǎo)致的氣孔限制和葉肉限制是光合速率下降的主導(dǎo)因素，羧化系統(tǒng)氮分配比例減少是最大羧化速率下降的原因之一。
　　(4)去庫(kù)前期（去庫(kù)7 d）葉片的光合速率顯著降低，在-K（0kg K2O hm-2）處理中這種抑制作用比+K(120kg K2O

8、 hm-2)處理顯著。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，-K處理葉片光合速率和碳水化合物含量存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而在+K處理不存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明-K處理光合速率的下降與光合反饋抑制有關(guān)。去庫(kù)后期（去庫(kù)14和21d）葉片中仍存在光合產(chǎn)物積累，但光合產(chǎn)物積累與光合速率之間不存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明該階段光合反饋抑制并未發(fā)生。相反，去庫(kù)葉片與高庫(kù)處理相比，鉀含量更高，葉綠體結(jié)構(gòu)完善，光系統(tǒng)Ⅱ活性較強(qiáng)，因此光合速率更高。由此可見(jiàn)，去庫(kù)通過(guò)光合反饋抑制能夠短期抑制