施氮水平对大豆光合氮利用效率的影响
氮素在叶片中的分布特征对提高作物光合速率和光合氮利用效率（PhotosyntheticNitrogenUseEfficiency，PNUE）具有重要影响。PNUE与氮素生理利用效率具有显著正相关关系，因此提高叶片PNUE有助于作物氮素利用效率和产量的提高。适量施用氮肥可促进大豆生长和产量提高，究其原因可能与施氮有助于优化氮素在光合系统和非光合系统中的分配，提高光合氮利用效率和光合速率有关。然而，目前缺少从光合系统氮分配角度解析施氮水平对大豆叶片光合氮利用效率和产量的影响的研究。因此，本研究于2021-2022年在黑龙江省黑河市鹤山农场进行，选用金源55和克山1号为供试品种，设置不同施氮水平处理（N0—尿素0kg/hm2、N0.5—尿素60kg/hm2、N1—尿素120kg/hm2、N1.5—尿素180kg/hm2），采用小区对比的方式研究施氮水平对大豆叶片光合组分和非光合组分与光合氮利用效率的关系、大豆不同叶龄叶片光合系统氮素的变化规律、作物群体冠层垂直分布下光、氮衰减和冠层光合系统氮分配的变化规律和大豆光合作用和光合氮素利用率的限制因素，为提高大豆叶片光合作用和氮素营养下大豆光合和产量提供理论依据。研究结果和结论如下： 1、随施氮水平提高，苗期大豆叶绿素含量、单位面积氮含量、单位质量氮含量呈上升趋势。两供试品种光合酶含量和活性随施氮水平提高变化趋势不同，金源55N1处理Rubisco酶含量和活性最高，克山1号N1.5处理Rubisco酶含量和活性最高。在一定范围内，适宜的氮素水平可通过调控光合系统和非光合系统中氮的分配比率来提高植物的光合氮利用效率和光合速率。光合氮利用效率、光合系统内羧化系统组分、电子传递组分和非光合系统氮分配比例随施氮水平提高呈现先上升、后下降趋势，捕光系统氮组分随施氮水平提高呈下降趋势。相关性分析表明，羧化组分、电子传递组分氮素与光合氮利用效率呈显著正相关关系，相关系数分别为R2=0.8215、R2=0.5902和R2=0.8466、R2=0.9994；捕光系统组分和非光合系统组分与光合氮利用效率呈显著负相关关系，相关系数分别为R2=0.6951和R2=0.6756、R2=0.9391和R2=0.5488。光合氮利用效率随施氮水平提高呈先上升、后下降趋势，低氮水平导致光合系统氮素分配比例提高、光合羧化系统和电子传递系统氮分配比例下降是造成苗期大豆叶片光合氮利用效率降低的原因；高氮水平下光合系统氮素向非光合系统转移是造成光合氮利用效率降低的原因。 2、针对第2片三出复叶的全生育期研究发现，叶片单位面积氮含量和叶绿素含量呈先上升、后下降趋势，V3-V4期达到最大值，V4期后逐渐下降。施氮水平提高有利于叶片氮和叶绿素含量的提高。羧化速率（Vcmax）和电子传递速率（Jmax）随施氮水平提高总体呈上升趋势，适量增施氮肥可提高最大羧化速率和电子传递速率，从而提高叶片光合速率。与叶片完全展开前相比，叶片光合氮含量在完全展开后提高迅速；叶片完全展开后，光合氮含量呈先上升、后下降趋势。施氮水平显著改变了光合系统内部羧化、电子传递和捕光系统中氮分配比例，在光合速率最高时期（V3-V4），金源55和克山1号的N0、N0.5、N1、N1.5处理光合组织氮分配分别为41.04％-49.75%和46.12%-53.55%、47.72%-53.55%和44.65%-55.60%、47.50%-58.22%和51.07%-56.89%、52.10%-59.70%和47.79%-61.13%，低氮处理光合氮素比例显著低于中、高氮处理。与低氮处理相比，中、高氮处理提高了不同叶龄叶片两供试品种叶片PNUE，达到显著差异水平。V4期后叶片停止生长，光合氮含量与光合速率呈正相关关系，光合氮组分中捕光系统所占比例高、电子传递系统和羧化系统所占比例低是限制PNUE的关键因子。 3、针对R6期不同节位叶片研究发现，适宜的施氮水平有利于冠层中部和下部叶片光合速率的提高，减缓冠层下部叶片衰老和叶绿素的降解，促进大豆群体光合速率提高。随冠层高度下降，限制光合氮利用效率的限制因子由羧化系统和电子传递系统转变为捕光系统和电子传递系统。施氮水平提高可显著提高冠层下部叶片光合氮利用效率。 4、通过两年大豆产量测定显示，两供试品种N1处理和N1.5处理较N0处理分别提高了64.68%和68.75%、60.7%和91.9%。施用氮肥可显著提高鼔粒期中、上部叶片光合氮分配比例，促进中、上部籽粒百粒重，最终提高大豆产量。
大豆;光合系统;光合氮利用效率;生育期
黑龙江八一农垦大学
硕士
作物学
张玉先
2023
中文
S565.1
2023-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）