【不同光照强度对大豆叶片光合特性的影响实证探析7300字（论文）】

不同光照强度对大豆叶片光合特性的影响实证分析摘要实验设置三种不同光照强度，通过检测植株叶面积、比叶重、光合参数特性、叶绿素含量和子粒性状等项目，研究不同光照强度对大豆叶片光合特性的作用,为增加大豆收益、改良大豆质量作出参考依据。结果表明：随着光照强度减小,敏感品种桂夏2号和耐阴品种南豆12号的叶面积逐渐增大，比叶重逐渐减小，暗呼吸和最大光合速率先增大后减小，叶绿素a含量、类胡萝卜素含量、叶绿素a/b的值均呈现先增大后减小的趋势，而叶绿素b含量逐渐增加，且敏感品种桂夏2号的变化程度比阴品种南豆12号大。综上所述，适度降低光照强度可以增大大豆叶片面积，提升叶绿素含量，促进有机物积累，增加产量，为进一步研究光照强度对大豆的影响提供了理论基础。关键词：大豆；遮阴；光合参数；有机物积累目录一、绪论 11.1研究背景 11.1.1大豆 11.1.2光照对植物生长的影响 21.1.3光合作用 31.2国内外研究现状 41.3研究内容与目标 5二、材料与方法 62.1实验材料 62.2实验设计 62.3指标测定方法 62.3.1叶面积测定 62.3.2比叶重测定 62.3.3光合参数测定 62.3.4光合色素含量 72.3.5子粒性状 72.4数据处理 7三、结果与分析 83.1不同光照强度对大豆叶片叶面积和比叶重的影响 83.2 不同光照强度对大豆叶片主要光合参数的影响 93.3不同光照强度对大豆叶片光合色素含量的影响 93.4不同光照强度对大豆子粒性状的影响 10四、讨论与结论 12一、绪论1.1研究背景1.1.1大豆源于中国的大豆如今已闻名遐迩，流传于世界各国，其盛产于中国的三大平原。大豆含有好多有益于我们身体强健的营养成分。豆类渗透于人们的日常饮食是因为它与食物一起食用大大增加了各自本来的养分。大豆油脂易于消化吸收，是上等脂肪，因此，人们经常以豆类为提防各种疾病的理想食品。大豆中大部分蛋白质是可溶的，在大豆做成食物时这部分蛋白质成分最有价值[1]。大豆蛋白结构中功能炭具有一下几个作用：1、可以将外界食物转化为自身所需物质，因此大豆可以作为需要补充蛋白人们的日常食品。2、低过敏性，可以作为免疫功能下降的人一类相对安心的蛋白源。3、吃饭后热量大幅增加，有益于降低脂肪。4、降低体内胆固醇比例，能防止胆固醇被二次接受，让其变为非体物质。5、缓解疲劳，体力劳动者可以饮食含有大豆成分饮料和食品，恢复精神状态[2]。另外，因为大豆具有很高的营养成分、利用价值和种植于多地等优点，因此在缓解全球性粮食短缺方面有着深远的影响。本实验选取2个大豆品种，它们对光照强度的感受力迥异，分别是耐阴品种南豆12号和敏感品种桂夏2号为实验材料。桂夏2号是实验大豆中名列前茅的品种，，它是由“扶绥黄豆”和“桂190”经过有性杂交选育而得，是一种成熟周期短、籽粒饱满、产量大的大豆品种；南豆12号是由四川省南充市农科所育种出的含有大量蛋白的大豆新种类，是农业部重要品种，经过多次试验其产量比对照品种增产3%-6%，是值得推广的大豆品种。1.1.2光照对植物生长的影响1、光照强度对植物光合参数的影响在植株叶片进行光合作用过程中光环境起着举足轻重的作用，它几乎伴随植被发育的所有阶段。其发挥的作用原理大概可分为这两个方面：一方面经济作物的工厂化生产和人工培养植物过程中为了植物更好的生长，需要进行人工补光。光照强度对光合作用过程中运行机理的很多结构有直接影响，如光敏色素的增加和减少，叶绿体在电子显微镜下查看到的构造变化，参加光合作用的催化活性等；另一方面光作为一种化学信号影响植物体许多生理过程，（如改变气孔导度、蒸腾速率、光合产物运输效率，促使叶片中储存产物）从而影响光合效率[3]。2、光照强度对植物光合色素改变的影响绿色植物叶片的光合作用主要有光系统捕获光子，光合酶将光子转变成ATP中活跃的化学能再转化成糖类中不易转化的化学能而实现的。通常，随着光能的增加或减少，植物在必要时通过几种反应自觉对叶绿素含量做出相应变化。光照会诱导叶绿体的发育，叶绿体中叶绿素a含量较大而叶绿素b含量很少[4]，因而，可以认为叶绿素a含量反映植物对光能的转化能力，而根据叶绿素b含量推测植物叶片对光能的捕捉能力。从光照强度较强环境到光照强度较弱环境，由于提供的有效光量下降，这时光能不足成为植物光合作用速率降低的关键所在。植物为了正常地进行各机理运转会自觉地调节叶内叶绿素b的含量。相反，在从光强较弱环境到光强较强环境，光量不再是干扰光合作用强弱的关键所在，这时植物体内会通过一些机理增加酶量，从而更好的利用转化光能。3、光照强度对植物叶外部形态变化的影响叶片对光照强弱有很强的感受力，由于环境的不同植物叶片构成和形态会发生相应的变化，这就是叶片对环境的符合性，其关键表现为叶子形制、叶片面积和叶片内部结构等的变动。李冬林表示[5]，弱光环境下，紫金楠叶片大小几乎不变，但叶片干重却显然有变，比叶面积升高，比叶重却降低；不遮阴环境下，叶片干重达到极致，证实叶片里面干物质聚集多；遮阴环境下，单位种植面积上总叶片面积的重量减轻，但是，单位干重的叶面积扩广从而提高光的吸收，因此有利于紫金楠在弱光环境下发育。能够提高紫金楠木工艺价值[5]。总之，光照强度与光合作用效率间没有确定的线性关系，但是在其它条件满足的情况下，两者呈正相关趋势。当然也不是光照强度越大越好，当光照强度达到一定值，光照强度再增强，光合作用速率不会加快。当光量超过饱和值时，叶绿素被分解，细胞发生质壁分离，破坏光合作用机制，植物停止生长。光量没有满足适宜值时，植物转化有机物质的量小于其呼吸作用所需要的有机物量，植物就会停止生长。只有当光照强度与植物叶片满足光合作用所需求的光强相匹配时，植物体才能有序发展。1.1.3光合作用光合作用是动植物互利互惠，合作双赢的纽带；是人类与大自然交流互通的枢纽；是人类生产生活有序发展的必要前提；也是全球生灵生存生活所需物质的必需来源。所以被人们称为“地球上化学反应的心脏”。既然光合作用有如此强大的作用，在我们的生活中起着如此大的影响，我们就应该让它跟随人类科学技术进步的节奏不断向前，从而更加方便人们的生活。有现代科学技术保驾护航，我们应该付出百倍努力研究绿色植物生产氢的原理。以绿色植物进行光合作用的原理为基础，可想而知在不久的将来太阳能转换器也会运用而生

。

科学就是不断摸索探究的过程中才能得新知，研究光合作用，能够为医学、物理学、化学、生物学等各个研究学领域提供一定的佐证，并给21世纪的新时期科研工作产生不同凡响的影响。所以，不断推敲光合作用原理是新时代全世界科研人员的众矢之的。这些年来，空气和水资源污染愈发严重，温室效应不断加剧，严重影响气象，这也是困惑人类的一大问题，是否可以高效利用通过光合作用过程解决这些当务之急，值得我们共同努力，共同期待。1.2国内外研究现状近些年,有科研工作者多次亲自深入到种植大豆的田间，对大豆生长的整个过程进行了周密的勘测，以了解大豆生长各时期叶片光合作用强弱与大豆产量的关系。这里是一部分有关大豆光合作用的研究结果。研究发现，因大豆种类不同，当光照强度相同时，叶片光合作用速率也存在较大差异[6]。此外，从大豆叶片的形状特征和一定时期的生理反应能够推测在不同光照强度下光合特性[7,8-9]。PAUSCH等研究表明，遮阴提高大豆功能叶的面积[10]。XU等研究结果证实，大豆叶片受遮阴影响，其叶绿素a和叶绿素总含量增加，叶绿素a/b比值减小[12]。李冬梅等研究结果表明，遮阴增强大豆叶片暗呼吸作用效率，降低大豆叶片最大光合作用速率，提高表观量子利用率[13]。大豆源于我国，也盛产于我国好多地区，因此，我国关于大豆生长情况以及产量的研究成果应该处于世界领先水平。我国的大豆早以前就被运输到国外，由于气候不同，环境条件有异，我国成套的育种体系在其他国家并不适用，于是国外的科学家对大豆生长也进行了深入的研究。美国、巴西、印度和阿根廷等国家已经对大豆育种的研究有了一定的成果并且形成完整的推广体系。孟山都大豆育种分为五个时期，90%的市场预测入选率。由于环境气候和土壤条件的适宜，国外对在提高大豆蛋白含量方面值得期待。当然了，国外大豆的种植情况也并非人们所愿会遭到各种病害。1.3研究内容与目标随着世界人口的增加，科学技术的飞跃，人们的生产生活也蒸蒸日上。我们在享受着如今舒适的时光，殊不知由于人类的不节制潜移默化间给大自然施加了沉重的负担，如：食物短缺、资源不充分、能源减少和气候不良等。在农民耕种的田地里设法人工调节光照强度至最适合农作物生长的要求从而增加秋收成果是解决目前粮食短缺的重要途径。仔细推敲光合作用高效运行机制，高效应用太阳能，能够为增加能源物质，解决粮食不足和降低化肥用量的问题贡献绵薄之力，也有利于在改善环境方面作出贡献。近些年，大豆种业产业化发展进入激烈竞争时代，大豆进口价格出现上涨，然而我国大豆加工企业出现了加工原料不足，因此，将眼光探视到推敲光合作用上是具有高瞻远瞩的表现。本文研究了不同光照强度对两个不同品种大豆叶片的光合作用的影响，具体通过设置对照组和两个不同遮阴效果的实验组对耐阴品种南豆12号和敏感品种桂夏2号进行周密的实验探究，其实验结果是通过测定、对比和统计分析耐阴品种南豆12号和敏感品种桂夏2号的叶面积、比叶重、光合参数、叶绿素含量和子粒性状这些指标而得出的。大豆渗透于我们常见的各种食物，如豆腐、豆浆和粥类等。豆渣也常用于饲养禽。使用大豆有利于降低乳腺癌、老年痴呆发生的风险，还有利于改善妇女更年期症状和记忆力。吃大豆食品具有多种健康益处。所以，提高大豆品质和产量对人们身体健康有促进作用。另外，还希望给与光合作用有关新型产业提供一定的帮助，为人类更方便更健康地生活奠定理论基础。

二、材料与方法2.1实验材料本实验选取2个品种的大豆，分别为耐阴品种南豆12号和敏感品种桂夏2号为实验材料。2.2实验设计本实验设置了两种处理，大豆品种和不同的光照强度。不同光照强度的控制：对照组A（正常光照，遮光度0），实验组B1（一层黑色遮阳罩，遮光度35%），实验组B2（两层黑色遮阳罩，遮光度70%），重复3次。2.3指标测定方法2.3.1叶面积测定扫描仪扫描叶片之后用ImageJ1.44测定叶面积[14]。2.3.2比叶重测定采用打孔称重法测定[14]。2.3.3光合参数测定在上午9:00–11:00,用便携式光合仪检测大豆有功能叶片的光合参数并分别作出相应曲线，并用PhotosynAssistantr软件对以上曲线进行拟合，计算出光合参数的值即暗呼吸速率和最大光合速率[15]。2.3.4光合色素含量用直径为13.32mm的打孔器在两种大豆关键叶上打若干个孔，剪成碎片，放入9mL96%乙醇、少许碳酸钙和石英砂溶液中浸18小时，必要时研磨，到组织有白色出现。用分光光度计分别在叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素最大吸收峰处检测溶液吸光值，计算叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量，后分析总叶绿素含量和叶绿素a/b的数值，每个处理重复3次，计算其平均值为各光合色素含量[16,17]。2.3.5子粒性状对实验植株的单株粒数、每荚粒数进行计数，然后将大豆籽粒分别存于折叠纸中，100℃杀青25min，85℃烘干到重量不再出现变化，拿分析天平精准测其重量。2.4数据处理选用SPSS19.1软件，把将所得的实验数据进行整合。三、结果与分析3.1不同光照强度对大豆叶片叶面积和比叶重的影响表3.1表明，随着光照强度的减弱，实验大豆桂夏2号和南豆12号叶面积都有一定程度的变大，但变化程度不同，桂夏2号在B1情况下叶面积与A相比增大了24.6%，在B2情况下叶面积与A相比增大了65.12%，南豆12号在B1情况下叶面积与A相比增大了12.11%，在B2情况下叶面积与A相比增大了37.42%。所以，南豆12号叶面积增大的程度更大。随着光照强度的下降，实验大豆桂夏2号和南豆12号比叶重均逐渐降低，但变化程度有异，桂夏2号在B1情况下比叶重与A相比减小了19.69%，在B2情况下比叶重与A相比减小了36.00%，南豆12号在B1情况下比叶重与A相比减小了28.16%，在B2情况下比叶重与A相比减小了49.14%。所以，南豆12号比叶重变化程度更大。因此，轻度遮阴对两个大豆品种叶面积和比叶重影响程度不大。表3.1不同光照强度对大豆叶面积和比叶重的影响Table3.1effects

of

different

light

intensities

on

leaf

area

and

specific

leaf

weight

of

soybean处理Treatment叶面积LA(cm2)比叶重LMA(g.m-2)桂夏2号南豆12号桂夏2号南豆12号A14.53±0.1314.78±0.423.25±0.033.48±0.03B118.04±0.5816.57±0.532.61±0.012.50±0.03B220.69±0.2720.31±0.682.08±0.041.77±0.013.2 不同光照强度对大豆叶片主要光合参数的影响如表3.2，光合参数为反应不同光照强度对实验大豆叶片光合作用过程影响的重要指标，两个不同品种大豆叶片的暗呼吸速率变化表现为：光照强度逐渐减弱时，暗呼吸速率先增大后减小，但是遮阴下的暗呼吸速率总比对照大，说明弱光可促进两个品种大豆叶片暗呼吸。同样，两个不同品种大豆叶片的最大光合速率变化表现为：光照强度逐渐减弱时，最大光合速率先增大后减小，但是两个种类的大豆在B2情况下的最大光合速率都比A下小，说明适度的遮阴有利于大豆积累有机物，桂夏2号B1情况下最大光合速率与对照相比增大了13.57%，南豆12号B1情况下最大光合速率与A相比增大了18.12%，且相同遮阴情况下南豆12号最大光合速率比桂夏2号大。因此，适度的遮阴更有益于耐阴性南豆12号积累有机物。表3.2不同光照强度对大豆叶片主要光合参数的影响Table

3.2effects

of

different

light

intensities

on

main

photosynthetic

parameters

of

soybean

leaves品种Cultivar处理Treament暗呼吸速率Rd(μmol.m-2.s-1)最大光合速率Pnmax(μmol.m-2.s-1)桂夏2号A-1.58±0.0219.67±0.27B1-2.36±0.0422.34±0.35B2-1.87±0.0118.85±0.56南豆12号A-1.66±0.0521.47±0.47B1-2.74±0.0225.36±0.36B2-1.98±0.0320.28±0.283.3不同光照强度对大豆叶片光合色素含量的影响表3.3表明，不同光照强度对大豆叶绿素含量作用效果有差异，当光强逐渐下降，桂夏2号和南豆12号叶绿素a含量、类胡萝卜素含量、叶绿素a/b都表现为先上升后下降的变化，即B1>A>B2，叶绿素b含量表现为上升。和对照A对比，B1情况下的桂夏2号和南豆12号的叶绿素a含量分别提高了27.98%、53.87%，类胡萝卜素含量分别提高了7.94%、19.21%。和对照A对比，B1、B2处理下的桂夏2号和南豆12号的叶绿素b含量有小幅提高，因大豆品种不同所以叶绿素b含量的变化程度也不一样，但是不同环境下同一种类大豆叶绿素b含量变化程度不太大，说明弱光环境下，植物通过自身调节机制增加叶绿素b含量，从而吸收更多的光能。表3.3不同光照强度对大豆叶片光合色素含量的影响Table

3.3effects

of

different

light

intensities

on

light

and

pigmentcontent

of

soybean

leaves品种Cultivar处理Treament叶绿素a含量Chla(mgdm-2)叶绿素b含量Chlb(mgdm-2)类胡萝卜素含量Car(mgdm-2)叶绿素(a+b)Chl(a+b)(mgdm-2)叶绿素a/bChla/bratio桂夏2号A3.75±0.051.03±0.040.60±0.014.78±0.033.64±0.05B14.80±0.061.09±0.010.65±0.025.89±0.054.40±0.06B23.42±0.041.13±0.030.57±0.034.55±0.043.03±0.05南豆12号A3.74±0.051.03±0.010.71±0.054.77±0.033.63±0.03B15.76±0.071.04±0.020.89±0.066.80±0.025.54±0.06B23.41±0.041.24±0.010.65±0.044.65±0.052.75±0.023.4不同光照强度对大豆子粒性状的影响如表3.4，不同光照强度对两个品种的大豆产量的影响程度不同，两组处理B1、B2遮阴效果逐渐增强，即光照强度逐渐减弱。随着光照强度的减弱，两个品种的生物量都逐渐下降，敏感性桂夏2号B1情况下较A下降了15.59%，B2情况下较A下降了28.90%；耐阴性南豆12号B1情况下较A下降了10.18%，B2情况下较CK下降了15.46%，说明，南豆12号下降程度比桂夏2号小。随着光照强度的减弱敏感性桂夏2号单株粒数、每荚粒数和单株粒重均呈现先增大后减小趋势，而耐阴性南豆12号单株粒数、每荚粒数和单株粒重呈逐渐增大趋势，由此，遮阴有利于耐阴性南豆12号积累有机物增加产量而适当的遮阴有利于敏感性桂夏2号积累有机物增加产量。表3.4不同光照强度对大豆子粒性状的影响Table3.4

effect

of

different

light

intensity

on

soybean

seed

characters品种Cultivar处理Treament单株粒数Seedsperpiant每荚粒数Seedsperpod单株粒重Yieldperplant(g)生物量Biomass(g)桂夏2号A83.89±0.431.45±0.0214.63±0.515.71±0.03B198.89±0.621.66±0.0322.65±0.654.82±0.02B280.57±0.521.32±0.0410.87±0.474.06±0.04南豆12号A72.36±0.411.57±0.0218.64±0.627.76±0.06B179.98±0.631.66±0.0422.96±0.566.97±0.05B290.76±0.541.78±0.0623.83±0.486.56±0.02四、讨论与结论遮阴通过影响农作物的光合作用过程[18]和干物质积累分配[19]，从而影响其收成[20]。本实验选取了桂夏2号和南豆12号两个不同的大豆品种，分别对两个品种植株做了两个不同程度的遮阴处理，两个品种不同处理条件下变化规律基本一致，实验的结果更具普遍性。本实验表明，参实大豆品种在两种遮阴处理下，叶面积均增大，叶比重均减小，暗呼吸和最大光合速率先增大后减小，叶绿素b含量逐渐增加，而其他光合色素值均为先大后小，且敏感品种桂夏2号的变化程度比耐阴品种南豆12号大。但是敏感品种桂夏2号单株粒数、每荚粒数和单株粒重均呈现先增大后减小的趋势而耐阴品种而南豆12号的单株粒数、每荚粒数和单株粒重逐渐增大。在弱光下，植物能够高效地应用自身的反应机制跟着光照强度的变化作出相应的调整，目的在于积累更多的有机物。因此，光强是大豆形态建成和物质积累的直接干扰因素。由本试验可知，弱光条件下，敏感型桂夏2号生物量和产量的变化程度比耐阴型南豆12号大。因此，适当的遮阴条件有助于加快大豆光合产物的积累和转化。由于试验大豆的品种不同，所以，光照的变化对大豆叶片光合作用的影响还有待更深入的探究。

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PAUSCH

R

C,BRITZ

S

J,

MULCHI

C

L.

Growth

and

photosynthesis

of

soybean

(Glycine

max

(L.)

Merr.

)

in

simulated

vegetation

shade:

Influence

of

the

ratio

of

red

to

far-red

radiation.

Plant,

Cell

&

Environment,2006,14(7):

647-656.

[11]GHASSEMI-GOLEZANI

K,

BAKHSHY

J,

ZEHTAB-SALMASI

S,

MOGHADDAM

M.

Changes

in

leaf

characteristics

and

grain

yield

of

soybean

(Glycine

max

L.)

in

response

to

shading

and

water

stress.

International

Journal

of

Biosciences,

2013,

3(2):

71-79.

[12]XUC,YIN

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R,

WANG

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Y,GUO

J,

CHEN

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T,

YAG