中国水稻科学 ›› 2015, Vol. 29 ›› Issue (2): 150-158.DOI: 10.3969/j.issn.1001-7216.2015.02.006
王志军1, 谢宗铭1,*(), 田又升1, 陈林2, 董永梅1, 李有忠1, 吕昭智1,3
收稿日期:
2014-04-10
修回日期:
2014-12-23
出版日期:
2015-03-10
发布日期:
2015-03-10
通讯作者:
谢宗铭
基金资助:
Zhi-jun WANG1, Zong-ming XIE1,*(), You-sheng TIAN1, Lin CHEN2, Yong-mei DONG1, You-zhong LI1, Zhao-zhi LV1,3
Received:
2014-04-10
Revised:
2014-12-23
Online:
2015-03-10
Published:
2015-03-10
Contact:
Zong-ming XIE
摘要:
以粳稻品系T-04和T-43为试材,通过盆栽控水试验,比较了在膜下滴灌和淹灌两种栽培模式下乳熟期叶片的光合色素含量、光合特性、叶绿素荧光参数和渗透调节物质含量的差异,分析了两种栽培模式下的水分利用效率和产量构成因素。结果表明,在膜下滴灌栽培模式下,2个水稻品系的水分利用效率显著高于淹灌,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量均降低;最大净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率显著降低,表明光合速率下降受叶绿素含量和气孔的双重影响;表观量子效率、羧化效率、ΦPSII、电子传递速率、Fv/Fm均显著降低,说明光合色素含量降低导致PSⅡ反应中心捕光能力减弱和光化学转化效率降低,从而使叶片光合速率降低;可溶性糖、可溶性蛋白均显著低于淹灌栽培;丙二醛、脯氨酸含量高于淹灌栽培,说明滴灌栽培水稻植株的膜脂过氧化加剧,细胞膜系统受到一定程度的破坏,通过主动积累渗透调节物质,适应干旱胁迫。膜下滴灌栽培水稻单位面积有效穗数和结实率显著降低,导致最终减产。
中图分类号:
王志军, 谢宗铭, 田又升, 陈林, 董永梅, 李有忠, 吕昭智. 膜下滴灌和淹灌两种栽培模式下水稻光合生理特性的研究[J]. 中国水稻科学, 2015, 29(2): 150-158.
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材料 Material | 栽培方式 Cultivation | 叶绿素a含量 Chlorophyll a content /(mg·g-1) | 叶绿素b含量 Chlorophyll b content /(mg·g-1) | 总叶绿素含量 Total Chlorophyll contents /(mg·g-1) | 类胡萝卜素含量 Carotenoids contents /(mg·g-1) | 叶绿素a/b Chlorophyll a/b | 类胡萝卜素/ 叶绿素 Carotenoids/ chlorophyll |
---|---|---|---|---|---|---|---|
T-04 | 传统淹灌TCF | 1.09±0.08 a | 0.37±0.03 a | 1.46±0.11 a | 0.21±0.014 a | 2.96±0.24 a | 0.15±0.001 a |
膜下滴灌DIPFM | 0.85±0.04 b | 0.31±0.02 b | 1.15±0.05 b | 0.11±0.004 b | 2.77±0.39 c | 0.13±0.003 b | |
T-43 | 传统淹灌TCF | 1.14±0.00 a | 0.40±0.01 a | 1.54±0.03 a | 0.21±0.006 a | 2.89±0.16 b | 0.14±0.002 b |
膜下滴灌DIPFM | 1.11±0.04 a | 0.40±0.01 a | 1.51±0.04 a | 0.21±0.006 a | 2.77±0.41 c | 0.14±0.001 b |
表1 两种栽培模式下水稻乳熟期剑叶光合色素含量及部分比值
Table 1 Contents and partial ratio of photosynthetic pigments in flag leaf at milky stage in rice under two cultivation patterns.
材料 Material | 栽培方式 Cultivation | 叶绿素a含量 Chlorophyll a content /(mg·g-1) | 叶绿素b含量 Chlorophyll b content /(mg·g-1) | 总叶绿素含量 Total Chlorophyll contents /(mg·g-1) | 类胡萝卜素含量 Carotenoids contents /(mg·g-1) | 叶绿素a/b Chlorophyll a/b | 类胡萝卜素/ 叶绿素 Carotenoids/ chlorophyll |
---|---|---|---|---|---|---|---|
T-04 | 传统淹灌TCF | 1.09±0.08 a | 0.37±0.03 a | 1.46±0.11 a | 0.21±0.014 a | 2.96±0.24 a | 0.15±0.001 a |
膜下滴灌DIPFM | 0.85±0.04 b | 0.31±0.02 b | 1.15±0.05 b | 0.11±0.004 b | 2.77±0.39 c | 0.13±0.003 b | |
T-43 | 传统淹灌TCF | 1.14±0.00 a | 0.40±0.01 a | 1.54±0.03 a | 0.21±0.006 a | 2.89±0.16 b | 0.14±0.002 b |
膜下滴灌DIPFM | 1.11±0.04 a | 0.40±0.01 a | 1.51±0.04 a | 0.21±0.006 a | 2.77±0.41 c | 0.14±0.001 b |
材料 Material | 栽培方式 Cultivation | 蒸腾速率 Transpiration rate(Tr) /(mmol·m-2s-1) | 气孔导度 Stomatal conductance(Gs) /(μmol·m-2s-1) | 光合速率 Photosynthetic rate(Pn) /(μmol·m-2s-1) | 胞间CO2浓度 Intercellular CO2 concentration(Ci) /(μmol·mol-1) | 水分利用效率 Water use efficiency(WUE) μmol/mmol |
---|---|---|---|---|---|---|
T-04 | 传统淹灌TCF | 17.79±2.26 a | 451.96±63.38 a | 21.18±2.86 a | 258.92±13.56 a | 1.19±0.05 b |
膜下滴灌DIPFM | 8.72±1.28 b | 211.70±42.95 b | 14.48±2.92 c | 241.19±18.08 b | 1.66±0.06 a | |
T-43 | 传统淹灌TCF | 17.31±1.77 a | 387.92±58.31 a | 20.95±4.40 ab | 248.34±7.79 ab | 1.21±0.03 b |
膜下滴灌DIPFM | 10.50±1.41 b | 244.51±41.04 b | 16.51±3.27 bc | 232.85±5.98 b | 1.57±0.08 a |
表2 两种栽培模式下水稻乳熟期剑叶的光合特性
Table 2 Photosynthetic characteristics in flag leaf at milky stage in rice under two cultivation patterns.
材料 Material | 栽培方式 Cultivation | 蒸腾速率 Transpiration rate(Tr) /(mmol·m-2s-1) | 气孔导度 Stomatal conductance(Gs) /(μmol·m-2s-1) | 光合速率 Photosynthetic rate(Pn) /(μmol·m-2s-1) | 胞间CO2浓度 Intercellular CO2 concentration(Ci) /(μmol·mol-1) | 水分利用效率 Water use efficiency(WUE) μmol/mmol |
---|---|---|---|---|---|---|
T-04 | 传统淹灌TCF | 17.79±2.26 a | 451.96±63.38 a | 21.18±2.86 a | 258.92±13.56 a | 1.19±0.05 b |
膜下滴灌DIPFM | 8.72±1.28 b | 211.70±42.95 b | 14.48±2.92 c | 241.19±18.08 b | 1.66±0.06 a | |
T-43 | 传统淹灌TCF | 17.31±1.77 a | 387.92±58.31 a | 20.95±4.40 ab | 248.34±7.79 ab | 1.21±0.03 b |
膜下滴灌DIPFM | 10.50±1.41 b | 244.51±41.04 b | 16.51±3.27 bc | 232.85±5.98 b | 1.57±0.08 a |
材料 Material | 栽培方式 Cultivation | 最大净光合速率 Maximum net photosynthetic rate /(μmol·m-2s-1) | 暗呼吸速率 Respiration rate /(μmol·m-2s-1) | 光补偿点 Light compensation point /(μmol·m-2s-1) | 光饱和点 Light saturation point /(μmol·m-2s-1) | 表观量子效 Apparent quantum efficiency | 决定系数 Determination coefficient |
---|---|---|---|---|---|---|---|
T-04 | 传统淹灌TCF | 18.92 b | -0.132 b | 4.00 b | 733 b | 0.044 b | 0.939 |
膜下滴灌DIPFM | 13.81 d | -1.402 a | 6.75 a | 644 d | 0.041 c | 0.914 | |
T-43 | 传统淹灌TCF | 21.23 a | -0.075 b | 2.40 c | 690 c | 0.048 a | 0.929 |
膜下滴灌DIPFM | 17.40 c | -0.033 b | 1.43 d | 757 a | 0.016 d | 0.896 |
表3 两种栽培模式下乳熟期水稻剑叶的光响应曲线参数
Table 3 Simulated parameters of light-response curve in flag leaf at milky stage in rice under two cultivation patterns.
材料 Material | 栽培方式 Cultivation | 最大净光合速率 Maximum net photosynthetic rate /(μmol·m-2s-1) | 暗呼吸速率 Respiration rate /(μmol·m-2s-1) | 光补偿点 Light compensation point /(μmol·m-2s-1) | 光饱和点 Light saturation point /(μmol·m-2s-1) | 表观量子效 Apparent quantum efficiency | 决定系数 Determination coefficient |
---|---|---|---|---|---|---|---|
T-04 | 传统淹灌TCF | 18.92 b | -0.132 b | 4.00 b | 733 b | 0.044 b | 0.939 |
膜下滴灌DIPFM | 13.81 d | -1.402 a | 6.75 a | 644 d | 0.041 c | 0.914 | |
T-43 | 传统淹灌TCF | 21.23 a | -0.075 b | 2.40 c | 690 c | 0.048 a | 0.929 |
膜下滴灌DIPFM | 17.40 c | -0.033 b | 1.43 d | 757 a | 0.016 d | 0.896 |
材料 Material | 栽培方式 Cultivation | 最大净光合速率 Maximum net photosynthetic rate /(μmol·m-2s-1) | 羧化效率 Carboxylation efficiency | 光呼吸速率 Photorespiratory rate /(μmol·m-2s-1) | CO2补偿点 CO2 compensation point /(μmol·mol-1) | CO2饱和点 CO2 saturation point /(μmol·mol-1) | 决定系数 Determination coefficient |
---|---|---|---|---|---|---|---|
T-04 | 传统淹灌TCF | 41.10 b | 0.048 b | -1.885 b | 39.27 a | 895 b | 0.955 |
膜下滴灌DIPFM | 35.05 c | 0.045 c | -1.712 c | 37.78 b | 816 c | 0.955 | |
T-43 | 传统淹灌TCF | 50.16 a | 0.055 a | -1.940 a | 35.27 c | 947 a | 0.967 |
膜下滴灌DIPFM | 33.34 d | 0.049 b | -1.703 c | 34.76 d | 646 d | 0.905 |
表4 两种栽培模式下水稻乳熟期剑叶CO2响应曲线模拟参数
Table 4 Simulated parameters of CO2-response curve in flag leaf at milky stage in rice under two cultivation patterns.
材料 Material | 栽培方式 Cultivation | 最大净光合速率 Maximum net photosynthetic rate /(μmol·m-2s-1) | 羧化效率 Carboxylation efficiency | 光呼吸速率 Photorespiratory rate /(μmol·m-2s-1) | CO2补偿点 CO2 compensation point /(μmol·mol-1) | CO2饱和点 CO2 saturation point /(μmol·mol-1) | 决定系数 Determination coefficient |
---|---|---|---|---|---|---|---|
T-04 | 传统淹灌TCF | 41.10 b | 0.048 b | -1.885 b | 39.27 a | 895 b | 0.955 |
膜下滴灌DIPFM | 35.05 c | 0.045 c | -1.712 c | 37.78 b | 816 c | 0.955 | |
T-43 | 传统淹灌TCF | 50.16 a | 0.055 a | -1.940 a | 35.27 c | 947 a | 0.967 |
膜下滴灌DIPFM | 33.34 d | 0.049 b | -1.703 c | 34.76 d | 646 d | 0.905 |
参数 Parameter | T-04 | T-43 | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
传统淹灌TCF | 膜下滴灌DIPFM | 传统淹灌TCF | 膜下滴灌DIPFM | |||||||||
光系统Ⅱ有效量子产量 | 0.74 | ± | 0.04 a | 0.73 | ± | 0.03 a | 0.64 | ± | 0.06 b | 0.66 | ± | 0.05 ab |
Effective quantum yield of photosystemⅡ | ||||||||||||
相对电子传递 | 117.63 | ± | 15.06 ab | 85.3 | ± | 13.29 bc | 144.53 | ± | 29.94 a | 72.5 | ± | 23.76 c |
Electron transport rate/(μmol·m-2s-1) | ||||||||||||
光化学猝灭 | 0.91 | ± | 0.06 ab | 0.95 | ± | 0.10 ab | 0.81 | ± | 0.10 b | 0.99 | ± | 0.10 a |
Photochemical quenching | ||||||||||||
非光化学猝灭 | 0.044 | ± | 0.05 ab | 0.100 | ± | 0.09 a | 0.035 | ± | 0.01 ab | 0.017 | ± | 0.03 b |
Non-photochemical quenching | ||||||||||||
暗适应样品最小荧光 | 339 | ± | 18 c | 379 | ± | 17 b | 372 | ± | 33 b | 544 | ± | 50 a |
Minimal fluorescence | ||||||||||||
暗适应样品最大荧 | 1868 | ± | 59 a | 1823 | ± | 365 a | 1903 | ± | 252 a | 1696 | ± | 23 a |
Maximal fluorescence | ||||||||||||
暗适应PSⅡ最大量子Fv/ | 0.82 | ± | 0.00 a | 0.79 | ± | 0.05 a | 0.80 | ± | 0.03 a | 0.67 | ± | 0.07 b |
Optimal/maximal photochemical | ||||||||||||
efficiency of PSⅡ in the dark |
表5 两种栽培模式下水稻乳熟期剑叶的叶绿素荧光参数
Table 5 Chlorophyll fluorescence kinetic parameters in flag leaf at milky stage in rice under two cultivation patterns.
参数 Parameter | T-04 | T-43 | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
传统淹灌TCF | 膜下滴灌DIPFM | 传统淹灌TCF | 膜下滴灌DIPFM | |||||||||
光系统Ⅱ有效量子产量 | 0.74 | ± | 0.04 a | 0.73 | ± | 0.03 a | 0.64 | ± | 0.06 b | 0.66 | ± | 0.05 ab |
Effective quantum yield of photosystemⅡ | ||||||||||||
相对电子传递 | 117.63 | ± | 15.06 ab | 85.3 | ± | 13.29 bc | 144.53 | ± | 29.94 a | 72.5 | ± | 23.76 c |
Electron transport rate/(μmol·m-2s-1) | ||||||||||||
光化学猝灭 | 0.91 | ± | 0.06 ab | 0.95 | ± | 0.10 ab | 0.81 | ± | 0.10 b | 0.99 | ± | 0.10 a |
Photochemical quenching | ||||||||||||
非光化学猝灭 | 0.044 | ± | 0.05 ab | 0.100 | ± | 0.09 a | 0.035 | ± | 0.01 ab | 0.017 | ± | 0.03 b |
Non-photochemical quenching | ||||||||||||
暗适应样品最小荧光 | 339 | ± | 18 c | 379 | ± | 17 b | 372 | ± | 33 b | 544 | ± | 50 a |
Minimal fluorescence | ||||||||||||
暗适应样品最大荧 | 1868 | ± | 59 a | 1823 | ± | 365 a | 1903 | ± | 252 a | 1696 | ± | 23 a |
Maximal fluorescence | ||||||||||||
暗适应PSⅡ最大量子Fv/ | 0.82 | ± | 0.00 a | 0.79 | ± | 0.05 a | 0.80 | ± | 0.03 a | 0.67 | ± | 0.07 b |
Optimal/maximal photochemical | ||||||||||||
efficiency of PSⅡ in the dark |
材料 Material | 栽培方式 Cultivation | 丙二醛含量 Malondialdehyde content /(mmol·g -1) | 脯氨酸含量 Proline content /(μg·g -1) | 可溶性蛋白含量 Soluble protein content /(μg·g-1) | 可溶性糖含量 Soluble sugar content /(mg·g -1) |
---|---|---|---|---|---|
T-04 | 传统淹灌TCF | 8.24±0.90 d | 247.25±10.08 d | 14.11±0.58 b | 13.10±0.03 b |
膜下滴灌DIPFM | 9.71±1.05 c | 638.45±11.01a | 12.74±0.76 d | 10.02±1.46 c | |
T-43 | 传统淹灌TCF | 10.73±1.26 b | 514.25±7.45 c | 15.80±0.04 a | 14.41±1.02 a |
膜下滴灌DIPFM | 11.59±1.26 a | 601.03±10.46 b | 13.19±0.70 c | 9.01±0.01 d |
表6 两种栽培模式下水稻乳熟期剑叶渗透调节物质含量变化
Table 6 Contents of osmolyts in flag leaf at milky stage in rice under two cultivation patterns.
材料 Material | 栽培方式 Cultivation | 丙二醛含量 Malondialdehyde content /(mmol·g -1) | 脯氨酸含量 Proline content /(μg·g -1) | 可溶性蛋白含量 Soluble protein content /(μg·g-1) | 可溶性糖含量 Soluble sugar content /(mg·g -1) |
---|---|---|---|---|---|
T-04 | 传统淹灌TCF | 8.24±0.90 d | 247.25±10.08 d | 14.11±0.58 b | 13.10±0.03 b |
膜下滴灌DIPFM | 9.71±1.05 c | 638.45±11.01a | 12.74±0.76 d | 10.02±1.46 c | |
T-43 | 传统淹灌TCF | 10.73±1.26 b | 514.25±7.45 c | 15.80±0.04 a | 14.41±1.02 a |
膜下滴灌DIPFM | 11.59±1.26 a | 601.03±10.46 b | 13.19±0.70 c | 9.01±0.01 d |
耗水量及农艺性状 Water consumption and agronomic traits | T-04 | T-43 | ||
---|---|---|---|---|
传统淹灌 TCF | 膜下滴灌 DIPFM | 传统淹灌 TCF | 膜下滴灌 DIPFM | |
耗水量water consumption/(m3·667m-2) | 1834 | 697 | 1834 | 697 |
有效穗数Effective panicle number/(×104·hm-2) | 319.6±7.8 b | 230.8±10.1 c | 456.6±8.7 a | 333.5±9.5 b |
株高 Plant height | 94.8±5.3 a | 76.9±9.6 b | 92.7±6.2 a | 73.8±12.5 b |
主穗长Main panicle length | 17.2±2.0 ab | 18.6±1.4 a | 14.9±1.6 c | 15.9±3.0 bc |
每穗实粒数Filled grain number per panicle | 128.1±10.6 a | 110.1±11.5 a | 77.2±7.4 b | 69.7±10.8 b |
结实率Seed setting rate/% | 91.4±5.1 a | 81.6±6.5 b | 91.0±3.9 a | 80.0±6.1 b |
千粒重1000-grain weight/g | 28.4±1.9 a | 24.6±1.6 b | 28.5±1.6 a | 27.2±1.8 ab |
产量Yield/(kg·hm-2) | 11609.8±57.4 a | 6241.5±43.1 b | 10041.9±37.8 a | 6331.2±26.1 b |
表7 两种栽培模式下水稻全生育期水分消耗量及农艺性状含量比较
Table 7 Comparison of water consumption and agronomic traits of rice under two cultivation patterns.
耗水量及农艺性状 Water consumption and agronomic traits | T-04 | T-43 | ||
---|---|---|---|---|
传统淹灌 TCF | 膜下滴灌 DIPFM | 传统淹灌 TCF | 膜下滴灌 DIPFM | |
耗水量water consumption/(m3·667m-2) | 1834 | 697 | 1834 | 697 |
有效穗数Effective panicle number/(×104·hm-2) | 319.6±7.8 b | 230.8±10.1 c | 456.6±8.7 a | 333.5±9.5 b |
株高 Plant height | 94.8±5.3 a | 76.9±9.6 b | 92.7±6.2 a | 73.8±12.5 b |
主穗长Main panicle length | 17.2±2.0 ab | 18.6±1.4 a | 14.9±1.6 c | 15.9±3.0 bc |
每穗实粒数Filled grain number per panicle | 128.1±10.6 a | 110.1±11.5 a | 77.2±7.4 b | 69.7±10.8 b |
结实率Seed setting rate/% | 91.4±5.1 a | 81.6±6.5 b | 91.0±3.9 a | 80.0±6.1 b |
千粒重1000-grain weight/g | 28.4±1.9 a | 24.6±1.6 b | 28.5±1.6 a | 27.2±1.8 ab |
产量Yield/(kg·hm-2) | 11609.8±57.4 a | 6241.5±43.1 b | 10041.9±37.8 a | 6331.2±26.1 b |
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