氮素对温室黄瓜花后叶片光合作用和叶绿素荧光参数影响的定量研究

摘要

光合作用是作物产量和品质形成的基础,直接受叶片氮素含量的影响,叶片光合作用速率是判断和分析作物氮素营养状况的重要指。叶绿素荧光技术是以光合作用理论为背景反映光合作用内在机理的新兴技术,它以测量简便、反应灵敏、获得结果快速和对作物无破坏性等特点被广泛应用于作物对逆境响应机理的分析,在作物氮素营养诊断上具有较大的潜力。因此利用叶片光合速率的测定和叶绿素荧光技术进行温室黄瓜叶片氮素营养状况的定量分析具有重要的理论和实践意义。本研究以温室水果型黄瓜戴多星(Cucumis Sativus cv.Deltastar)和申绿72(Cucumis sativus cv.Shenlv72)为试验材料,于2003年11月-2005年11月分别在上海Venlo型玻璃温室、PVC连栋温室以及连栋塑料大棚内进行了不同定植期和不同氮素处理水平的栽培试验,通过黄瓜功能叶片的光合作用速率测定、叶绿素荧光参数测定、植株养分化学分析以及温室内小气候数据采集,建立了适合不同光温条件下温室黄瓜叶片氮浓度与叶片最大总光合速率的定量关系,建立了适合不同温度条件的叶片氮浓度与叶绿素荧光参数定量关系以及叶绿素荧光参数与叶片最大总光合速率定量关系。并用与建立模型相独立的数据对模型进行了检验,结果表明模型能较好预测温室黄瓜叶片光合作用速率、叶绿素荧光参数和叶片氮素含量。主要结果如下： 首次系统分析了不同定植期的光温条件差异对黄瓜叶片氮素含量的影响,利用定植后生理发育时间和定植到初果期以及初果期到盛果期的日平均辐热积定量描述了光温条件和生育期对温室黄瓜叶片氮素含量的影响。结果表明,黄瓜叶片氮素含量随定植后生理发育时间的变化在定植到初果期表现为负指数递增,而在初果期到生育末期表现为负指数递减,而且指数方程参数与相应的日平均辐热积表现出正弦函数关系。因此可以根据温室内温度和太阳辐射来计算定植后的生理发育时间和相应的日平均辐热积,进而求算不同光温条件下温室黄瓜叶片适宜氮浓度及其随生育期的变化(N％opt(t))。通过实测的叶片氮浓度与相应定植期的叶片适宜氮浓度之比值求算,消除了不同定植期的光温条件差异对叶片氮素含量的影响,建立了适合不同光温条件下温室黄瓜叶片氮素含量与叶片光合作用速率关系的模拟模型。用与建模相独立的试验数据对模型进行检验,结果表明该模型对温室黄瓜叶片最大总光合速率的预测结果与实测结果之间基于1:1直线的决定系数R2和回归估计标准误差RMSE分别为0.83和1.56 μmol CO2·m-2·s-1。 首次利用光合作用温度三基点定量分析温室内1.5m高空气温度对黄瓜叶片叶绿素荧光参数的影响,结果表明,无氮胁迫处理的黄瓜叶片光适应下PSII的实际量子效率(ФPSII)随温室内1.5 m高空气温度的变化表现为三段函数关系。用试验数据拟合得到温度大于22℃时的方程参数,由此计算不同温度条件下(大于22℃)温室黄瓜叶片ФPSII的适宜值。在此基础上,定量分析了不同施氮水平的黄瓜叶片氮素含量与叶片叶绿素荧光参数的关系。结果表明,消除光温条件差异影响的黄瓜叶片氮素含量与消除温度差异影响的叶片ФPSII表现出负指数递增关系,用与建模相独立的试验数据对模型进行检验,结果表明模型对黄瓜叶片光适应下PSII的实际量子效率(ФPSII)的模拟结果与1:1直线间的R2为0.86,预测的回归估计标准误(RMSE)为0.05。黄瓜叶片氮素含量与叶片叶绿素荧光参数的定量关系是实现叶绿素荧光技术作为温室黄瓜叶片氮素胁迫诊断手段的前提。 首次利用黄瓜叶片ФPSII随温室内1.5 m高空气温度变化的函数关系,定量分析了温室黄瓜叶片叶绿素荧光参数与叶片光合作用速率的关系.结果表明,黄瓜叶片ФPSII与叶片最大总光合速率表现出负指数递增关系。在此基础上,初步建立了基于叶绿素荧光参数与叶片光合作用速率定量关系的温室黄瓜叶片氮素胁迫诊断模型。用模型估算黄瓜叶片最大总光合速率,再由叶片最大总光合速率估算叶片氮浓度的方法,并与建模相独立的试验数据相比较,结果表明,该模型可以较好预测温室黄瓜叶片氮浓度,预测结果与实测结果之间基于1:1直线的决定系数R2和回归估计标准误差RMSE分别为0.66和0.175％。与直接由叶片光合作用速率测定来估算叶片氮素含量的胁迫诊断方法相比,本模型克服了叶片光合速率数据的测定因仪器价格昂贵,且操作程序复杂而不能在生产上进行实际运用的缺点,为温室黄瓜氮素胁迫诊断提供简便、快速和准确的监测手段。 本研究建立的模型可以根据温室内温度和太阳辐射以及温室黄瓜叶片叶绿素荧光参数估算叶片光合作用速率或叶片氮素含量,与已有的温室黄瓜作物生长模型相结合,可以定量预测不同光温条件下氮素对温室黄瓜生长速率的影响,从而为不同定植期种植的温室黄瓜作物的氮肥优化管理提供理论依据和决策支持。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略符号

声明

第一章文献综述

1氮素营养的重要性及其存在的问题

2作物氮素营养诊断方法

3氮素对作物叶片光合特性和叶绿素荧光参数的影响

3.1氮素对作物叶片光合特性的影响

3.2作物叶片氮素含量与叶片光合作用速率关系的定量研究

3.3氮素对作物叶片叶绿素荧光参数的影响

4作物叶片叶绿素荧光参数对叶片光合作用的模拟研究

5本研究的目的与意义

参考文献

第二章不同光温条件下叶片氮素含量对温室黄瓜花后叶片光合作用速率影响的模拟研究

1.材料与方法

1.1试验基本情况

1.2作物数据的采集

1.3温室环境数据的采集

1.4叶片最大总光合速率的计算

1.5生理发育时间和平均日辐热积的计算

1.6模型检验方法

1.7相关显著性分析

2结果与分析

2.1黄瓜叶片适宜氮浓度确定

2.2黄瓜叶片氮素含量与叶片光合作用速率的关系

2.3模型的检验

3.结论与讨论

参考文献

第三章不同温度条件下叶片氮素含量对温室黄瓜花后叶片叶绿素荧光参数影响的模拟研究

1材料与方法

1.1试验基本情况

1.2试验数据的获取

1.3温室环境数据的采集

2结果与分析

2.1温度对黄瓜叶片叶绿素荧光参数的影响

2.2黄瓜叶片氮浓度对叶片叶绿素荧光参数影响的模拟研究

2.3模型检验

3结论与讨论

参考文献

第四章基于叶绿素荧光参数与叶片光合作用速率定量关系的温室黄瓜氮素诊断初探

1.材料与方法

1.1试验基本情况

1.2试验数据的获取

1.3温室环境数据的采集

1.4叶片最大总光合速率的计算

2结果与分析

2.1黄瓜叶片叶绿素荧光参数与叶片光合作用速率定量关系的研究

2.2模型检验

3结论与讨论

参考文献

第五章讨论与结论

1讨论

1.1叶片氮素含量与叶片光合作用速率的定量关系

1.2叶片氮素含量与叶绿素荧光参数的定量关系

1.3叶片叶绿素荧光参数与叶片光合作用速率的定量关系

2结论

3小结

参考文献

致 谢

攻读硕士期间参于发表的学术论文