不同水肥条件下水稻叶片叶绿素荧光特性研究

1、不同水肥条件下水稻叶片叶绿素荧光特性研究孔伟丽1,2，彭世彰1，魏征1,2（1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210098；2.河海大学农业工程学院，江苏 南京 210098）摘 要：通过蒸渗仪试验和室内化学分析，研究了不同水肥调控模式下水稻叶片叶绿素含量、PS最大光化学量子产量Fv/Fm和PS潜在活性Fv/F0的响应规律及相应参数的补偿效应。结果表明，控制灌溉实地施肥水稻Fv/Fm 和Fv/F0正午低于对照，正午前后接近或高于对照，适度的水肥调控增强了叶片抵御光抑制的能力。控制灌溉实地施肥水稻各时刻的Fv/Fm和Fv/F0在拔节孕穗期后多接近或高于对照，控制灌溉

2、水稻叶片叶绿素含量具有拔节孕穗后期到乳熟前期多高于对照的变化规律，适度的水肥调控提高了水稻叶片光能利用效率与叶绿素含量。生长中后期表现出明显的生理补偿效应，有利于水稻光合产物的积累及获得较高的经济产量。关键字：水稻；水肥调控；荧光；叶绿素含量；补偿效应光合作用是作物代谢的基础，影响作物生长、产量和质量。叶绿体是植物进行光合作用的主要器官1，光合作用的实现主要依赖于叶绿体色素，因此，叶绿素含量直接或间接地与单位叶面积光合速率有关，影响生物产量和经济产量。植物叶片PS最大光化学量子产量FvFm和PS潜在活性FvF0是表明光化学反应状况的两个重要参数2，对探究光合机构效能及获得较高经济产量具有重要意

3、义。水分和肥料是影响农作物生长的两个重要因子，目前，水分或施肥单因素对水稻叶绿素含量与荧光参数影响已有一些报道，Ramanjulu（1998）、Anita Ierna（2006）等3-4研究认为，作物遭受轻度水分胁迫时不会降低PS光化学效率，只有在重度水分胁迫下才会降低。房江育（2001）5研究表明，在水分胁迫条件下叶绿素含量及其构成比例均呈下降趋势，且叶绿素含量降低幅度随水分胁迫程度加深而加剧。苏祖芳（1998）、张雷明（2003）等研究6-7表明，增施氮肥能提高功能叶的叶绿素含量、Fv/Fm和Fv/F0。然而，不同水肥组合条件下水稻叶片叶绿素荧光特性的变化规律研究鲜有报道，因此，本文分析了

4、不同水肥调控模式下水稻叶片Fv/Fm、Fv/F0和叶绿素含量的响应规律及其补偿效应，以期为水稻节水、节肥、高产提供理论依据。1 材料与方法1.1供试材料以昆山市当地水稻种植品种早熟晚粳型9998-3为材料，于2007年5月25日播种，6月26日移栽，在河海大学国家重点实验室昆山试验研究基地开展蒸渗仪试验，蒸渗仪上部设有移动式防雨棚。试验区属亚热带南部季风气候区，年平均气温15.5，年降雨量1097.1mm，年蒸发量1365.9mm，日照时数2085.9h。当地土壤为潴育型黄泥土，耕层土壤为重壤土，018cm土层土壤有机碳30.3g/kg，全氮1.79g/kg，全磷1.40g/kg，全钾20.8

5、6g/kg，pH值7.4。蒸渗仪面积为2.5 m×2.0m，株、行距为18cm×27cm，每穴定3苗，10月25日收割。1.2试验设计试验以常规灌溉常规施肥为对照（简称CK），设控制灌溉常规施肥（简称CF）和控制灌溉实地施肥（简称CS）两个处理，每个处理设3次重复。控制灌溉处理除返青期田间保基金项目：国家“863”计划项目（2006AA100202）;优秀博士论文学位论文作者专项基金项目（200546） 作者简介：孔伟丽，女，1983，黑龙江牡丹江人，硕士，从事节水灌溉理论与技术研究。Email：kwl7732持525mm的水层和黄熟期自然落干以外，其他各生育期灌溉后均不建

6、立水层。土壤含水率上限为饱和含水率，分蘖前期、分蘖中期、分蘖后期、拔节孕穗前期、拔节后期、抽穗开花期及乳熟期的根层土壤含水率下限分别取饱和含水率的 70 % ,65 % ,60 % ,70 % ,75 % ,80 %和70 %。常规施肥处理在6月26日基肥、7月4日蘖肥、7月16日壮苗肥和8月9日穗肥的施肥量（折合成纯氮）分别为8.025 kg/亩、3.465kg/亩、6.930kg/亩和5.313kg/亩，共23.733 kg/亩；实地施肥处理比常规施肥少施一次壮苗肥，且其它次施肥量较常规施肥少，分别为6.999 kg/亩、3.119kg/亩和4.813kg/亩，共14.931kg/亩。 1

7、.3观测指标与方法1)荧光参数：采用Hansatech-PEA连续激发式荧光仪测定了不同处理水稻功能叶片的荧光动力学参数（暗适应时间，15min），在每个生育期挑选天气晴朗的一天，选取蒸渗仪中生长状况良好的植株体的3个功能叶片，在8：00-18：00之间每两小时用PEA测定水稻叶片Fv/Fm和Fv/F0。2)叶片叶绿素含量：水稻拔节孕穗开始取3张全展功能的叶片，按照Lichtenthaler(1983) 8的方法, 称取0.3 g 鲜样, 研磨后用80% 丙酮提取, 测定663nm 和645nm 下的吸光度值, 计算叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和叶绿素a/b的值。 2结果与分析2.1 PS

8、II最大光化学量子产量 Fv/Fm和潜在活性Fv/F0日变化规律选取不同生育阶段典型日3天，不同土壤水分条件下水稻叶片PSII最大光化学量子产量Fv/Fm和潜在活性Fv/F0的典型日变化规律表明（图1），水稻叶片Fv/Fm和Fv/F0均在早晨和黄昏较大，而在正午前后出现“低谷”，与徐俊增（2007）9的研究结果一致，并与光合的“午休”现象（胡继超，2004b）10相对应，说明PSII反映中心中午处于强光胁迫时不能充分利用过量的光能。8月2日（饱和状态）、7月24日（局部有水）和9月10日（40%左右饱和含水率）各处理低谷值分别出现在10：00、12：00和14：00，说明可能是土壤含水率的降低

9、推迟了Fv/Fm 和Fv/F0最低值的出现时间。图1 PSII最大光化学量子产量Fv/Fm和潜在活性Fv/F0日变化规律Fig.1 The diurnal variation of Fv/Fm and Fv/F0不同水肥调控条件下各处理间的对比表明，CF处理Fv/Fm和Fv/F0多低于对照，表明土壤水分亏缺造成了水稻叶片的光抑制；在午前和午后CS处理Fv/Fm和Fv/F0多高于CF处理与对照，在正午辐射较强、温度较高的12：00或14：00多低于对照而高于CF处理，表明正午水肥亏缺与辐射、高温的联合作用导致水稻叶片光抑制，而适当的水、肥亏缺锻炼增强了水稻叶片在其它时刻的光利用效率和抵御光抑制的

10、能力。2.2 PSII最大光化学量子产量Fv/Fm和潜在活性Fv/F0全生育期变化规律不同水肥条件下水稻叶片PSII最大光化学量子产量Fv/Fm和潜在活性Fv/F0的各时刻全生育期变化情况表明（图2），不同处理间Fv/Fm和Fv/F0呈现相似的变化规律。不同时刻的对比关系表明，对照处理各个时刻Fv/Fm和Fv/F0均在分蘖末期达到谷底值，随后逐渐升高，多在拔节期和乳熟期达到峰值，而CF和CS处理Fv/Fm和Fv/F0在生育前期均较低，10：00时刻在分蘖末和乳熟期达到两个峰值，且乳熟期峰值较大， 12：00和14：00两个时刻分别于拔节和乳熟期达到峰值，且拔节期峰值较大，峰值出现时间不同可能是

11、拔节期施肥和正午的强辐射及高温的联合作用的结果。图2 PSII最大光化学量子产量Fv/Fm和潜在活性Fv/F0全生育期变化规律Fig.2 The whole growth stage variation of Fv/Fm and Fv/F0不同水肥处理间的对比关系表明，10：00时刻Fv/Fm和Fv/F0在整个生育期CS处理多高于对照和CF处理，而CF处理只在生育后期高于对照，经历了适度的水肥亏缺锻炼，水稻通过其自身调节实现了光能利用效率的恢复与提高。12：00时刻CS处理Fv/Fm和Fv/F0在分蘖期多低于对照，而在拔节期之后逐渐回升并与对照接近或高于对照，表现出一定的补偿和超补偿效应；而C

12、F处理Fv/Fm和Fv/F0多低于对照，表明水分亏缺导致了水稻叶片光系统受抑制，光利用效率降低。在辐射最强、温度最高的正午14：00，CF处理Fv/Fm和Fv/F0多高于CS处理，同一土壤水分情况下，氮肥的亏缺在一定程度上降低了水稻的光利用效率；除抽穗期外CF和CS处理均处于高于对照的优势，表明经过一定水、肥亏缺锻炼后，控制灌溉水稻不管是常规施肥还是实地施肥处理均显示出其在光能利用方面的优势，表现出明显的超补偿效应。2.3叶片叶绿素含量及构成比例的变化规律不同水肥模式下水稻功能叶片叶绿素含量及其比例构成表明（图3），各处理叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量在整个生育期呈现一致的变化规律；叶绿素a

13、与叶绿素b的比值在整个生育期变幅较小，多在乳熟期达到谷底值。图3 叶片叶绿素含量及比例构成全生育期变化规律Fig.3 The whole growth stage variation of content of chlorophyll and its proportion不同施肥处理比较表明，CF处理叶片叶绿素含量在全生育期多高于CS，表明同一土壤水分情况下，氮肥的亏缺一定程度上降低了水稻叶片叶绿素含量。各处理间的对比关系表明，对照处理叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量在全生育期整体呈下降趋势；CF和CS处理在拔节前期叶绿素含量较小，8月9日施过穗肥后逐渐增大，并在拔节孕穗后期达到峰值，且CS较

14、CF处理峰值出现时间提前，这可能与实地施肥施肥次数少、施肥量较小有关，此后随着叶片的衰老叶绿素含量逐渐降低。CS和CF处理在拔节前期和乳熟后期之后叶绿素a/叶绿素b的值均高于对照；拔节孕穗前期CF和CS处理叶绿素含量多低于对照，但随着水稻对水、肥亏缺的适应，拔节孕穗期之后叶绿素含量逐渐升高，并与对照接近或高于对照，表明控制灌溉使水稻生育后期具有较高的叶绿素含量与比例构成，表现出明显的补偿效应，有利于水稻获得较强的光合能力和干物质形成，从而有利于获得较高的经济产量。 3结论 1）控制灌溉实地施肥处理水稻叶片Fv/Fm和Fv/F0正午低于对照，而其他时刻与对照接近或高于对照，说明正午强辐射、高温与

15、水、肥亏缺联合作用使水稻叶片光系统受到抑制，而适当的水、肥亏缺锻炼增强了水稻叶片在其它时刻的光利用效率和抵御光抑制的能力。2）控制灌溉条件下实地施肥水稻Fv/Fm和Fv/F0低于常规施肥处理，氮肥亏缺在一定程度上降低了水稻叶片光利用效率。控制灌溉实地施肥处理水稻叶片Fv/Fm和Fv/F0在10：00和14：00时刻整个生育期多高于对照，12：00在生育前期低于对照处理，生育后期逐渐回升与对照接近或高于对照，表明经过一定水、肥亏缺锻炼后，CS处理水稻显示出其在光能利用方面的优势，表现出显著的补偿与超补偿效应。3）控制灌溉条件下实地施肥水稻叶片叶绿素含量低于常规施肥处理，氮肥亏缺同样降低了水稻叶片

16、叶绿素含量；控制灌溉实地与常规施肥水稻叶片叶绿素含量均在拔节孕穗前期低于对照，随后逐渐趋于对照值，表明适度的水肥调控有助于水稻生育后期获得较高的叶绿素含量，表现出明显的补偿效应，有利于水稻光合产物的累积和获得较高的经济产量。 参考文献1 潘瑞炽.植物生理学M.北京:高等教育出版社,2006.2 张守仁.叶绿素荧光动力学参数的意义及讨论J.植物学通报,1999, 16 (4) : 444-448.3 S Ramanjulu , N Sreenivasalu ,et al.Photosynthetic characteristics of mulberry during water stress

17、and rewatering J.Photosynthetica,1998,35(2):259-263.4 Anita Ierna , Giovanni Mauromicale . Physiological and growth response to moderate water deficit of off-season potatoes in a Mediterranean environment J. Agricultural Water Management .2006,82,193-209.5 房江育,张仁陟.无机营养和水分胁迫对春小麦叶绿素、丙二醛含量等的影响及其相关性J.甘肃

18、农业大学学报,2001,36(1): 89-94.6 苏祖芳,王辉斌,等.水稻生育中期群体质量与产量形成关系的研究J.中国农业科学,1998,31(5):19-25.7 张雷明,上官周平,等.长期施氮对旱地小麦灌浆期叶绿素荧光参数的影响 J.应用生态学报,2003,14(5): 695-698.8 Lichtenthaler H K, Wellburn A R. Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents J. Biochem Soc T,

19、 1983, 603: 591-592.9 徐俊增.节水控制灌溉水稻生理生长响应机理研究D.南京：河海大学,2007.10 胡继超, 曹卫星,等. 短期干旱对水稻叶水势、光合作用及干物质分配的影响J. 应用生态学报, 2004b, 15(1): 63-67.Study on Chlorophyll Fluorescence Characteristics of Rice Leavesunder Different Water and Fertilizer ConditionsKONG Weili1,2，PENG Shi-Zhang 1，WEI Zheng1,2(1.State Key Labo

20、ratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, NanJing 210098, China；2. College of Agriculture Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China)Abstract: Effect of water and fertilizer management on chlorophyll, Fv/Fm and Fv/F0 of rice leaves and the compensative effect of relati

21、ve parameters were studied by using lysimeter and chemical analysis. The results indicated that, the rice of controlled irrigation and site-specific nitrogen had lower Fv/Fm and Fv/F0 in the midday than control and was close to or higher than the control in the during midday, so this result showed that moderate water and fertilizer management could enhance the ability of leaf resisting photoinhibition. The Fv/Fm and Fv/F0 of the controlled irrigatio