玉米品种更替中光合效率与产量提高的生理生态机制

本文以我国不同年代推出的玉米品种为试验材料,深入研究玉米品种更替中产量提高和光合效率改良的演变特征及生理机制,以及环境胁迫影响各年代玉米品种光合效率及产量的生理机制,在此基础上分析光合改良与产量提高的关系。 对各年代玉米品种花后光合效率的变化及其与产量形成的关系的研究发现:虽然新品种的光合速率在开花前并不比老品种高,但是它们能够迅速扩大叶面积,形成较多的籽粒,为接下来的生长准备了比较大的源和库。花后茎秆的功能由‘库’转为了‘源’,即能够从茎秆中转移一些同化物到籽粒中。而且新品种能够在花后维持较高的光合速率,衰老较慢,光合有效期较长,这样就能够为籽粒灌浆提供较多的新同化产物。因此新品种具有很强的调节光合器官功能和优化分配同化产物的能力,能够使各部位叶片的光合生产,植株的生长和发育以及干物质的分配与再分配都有利于籽粒产量的形成。新品种在花后能够维持较高的光合活性主要是因为它们能够在老品种叶片可逆性衰老的时候维持较高的叶绿素含量和可溶性蛋白质含量,从而未像老品种那样进入不可逆转的衰老阶段。对各年代玉米品种光合特性日变化的研究也发现新品种的光化学效率比较高。老品种光合作用的午间降低是由严重的光抑制引起的。 对于N素缺乏和水分胁迫对各年代玉米品种产量及光合效率的影响机制的研究发现新品种一方面能够在胁迫条件下维持较高的光合速率,另一方面仍能维持较长的光合有效期。即新品种能够在胁迫条件下维持较高的光合生产能力,从而能够形成较大的生物产量和籽粒产量。新品种在缺N情况下能够保持较高的光合活性是因为它们能够维持较高的PEPCase活性、叶绿素含量和可溶性蛋白质含量,也就是说新品种能够在缺N情况下维持叶绿体结构组分的完整性和功能性,从而维持较高的光合效率。而玉米新品种在水分胁迫时能够保持较高的光合活性是因为它们能够在水分胁迫时维持较高的叶片水势,使光合器官的功能得到良好的保护,复水时光合也能够比较迅速和完全的恢复。