棉花叶片光合作用的系统调控及对种植密度的响应研究

摘要

新疆作为全国主要的棉花种植和生产区域，采用高密度种植模式是新疆棉花获得高产的重要手段。然而，在农业生产中，栽培密度的升高往往会导致植株中下部成熟叶之间发生不同程度的遮蔽现象，使中下部成熟叶处于弱光环境中，而顶部幼叶仍然处于强光环境中，产生异质性光环境。因此，不同光环境下，作物不同部位叶片的生长发育及光合性能的变化有待于进一步研究。本试验通过研究遮荫对棉花幼叶和成熟叶解剖结构、色素含量和光合荧光特性的影响，明确幼叶和成熟叶的结构和生理特性以及光合性能对不同光环境的响应机制，初步揭示棉花幼叶和成熟叶之间光合作用系统调控的机理。在此基础上，研究不同种植密度对棉花冠层不同部位叶片解剖结构、色素含量和光合荧光特性的影响，探究高密度栽培下棉花不同部位叶片光合作用的调控机制，同时分析田间环境与室内模拟条件下叶片光合作用系统调控间的差异，以期揭示密植条件下棉花叶片光合作用的优化规律。主要研究内容与结果如下：
　　1.本研究表明，成熟叶的受光环境发生改变时，幼叶的气孔密度、叶片厚度、栅栏组织的厚度和比叶重均显著降低；色素含量均显著升高；净光合速率、气孔导度和气孔限制值均显著降低，胞间CO2浓度显著升高，这些指标与成熟叶表现出一致的变化趋势。表明，棉花幼叶的发育和光合性能受到成熟叶受光环境的系统调控。但是幼叶和成熟叶叶绿体超微结构的变化，受自身所处的光环境的调控。
　　2.本研究表明，成熟叶的受光环境发生改变时，幼叶的Chla、Chlb和Chla+b含量均显著增加，Chla/Chlb值显著降低；LCP、Pmax和Rd均显著降低，AQY显著升高；Gs和Ls均显著降低，Ci显著升高；LSP，Pm和Ik均显著降低，但α显著升高；Y（II）和qP均显著降低，NPQ和Y（NPQ）均显著升高，这些指标与成熟叶表现出一致的变化趋势。表明，棉花下部成熟叶的受光环境对顶部幼叶的光能利用存在系统调控。幼叶通过启动叶黄素循环的热耗散等光保护机制耗散过剩光能，平衡来自外界的强光和自身系统调控的双重影响。
　　3.本研究表明，随着种植密度的升高，棉花中下部叶片的冠层光合有效辐射差异显著，上部和下部叶片的净光合速率均显著降低，叶绿素含量显著升高，叶片厚度和比叶重均显著降低。表明，密植条件下，棉花下部叶片对上部叶片发育和光合性能的调控作用显著。
　　4.本研究表明，棉花上部和下部叶片的比叶重与叶片密度和叶片厚度呈显著正相关，中部叶片的比叶重与叶片密度呈显著正相关。表明，棉花上部和下部叶片的比叶重受到叶片密度和厚度的共同调控，中部叶片的比叶重受到叶片密度的调控。

目录

缩略词表

前言

第一章 文献综述

1 种植密度对农业生产的重要性

2 种植密度对作物光环境的影响

3 光环境对作物生长发育的影响

4 光环境对叶片光合作用的影响

5 叶片光合作用的系统调控

6 本研究目的及意义

第二章 棉花不同部位叶片间生理特性的系统调控效应

1材料方法

2结果与分析

3讨论

第三章 棉花不同部位叶片间光能利用的系统调控及适应性

1材料方法

2结果与分析

3 讨论

第四章 棉花不同部位叶片生理特性对种植密度的响应

1 材料方法

2结果与分析

3讨论

第五章 棉花比叶重的系统调控及对种植密度的响应

1 材料方法

2 结果与分析

3 讨论

第六章 结论与展望

1研究结论

2研究展望

参考文献

致谢

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