温室桃树光能利用规律及其相关机理研究

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果实品质差是目前温室桃树生产上普遍存在的问题,多数人认为与温室光照弱造成光合产物积累少有关系。考虑到桃树冠层光分布存在时空差异,如果能够改善桃树不同冠层位置光照分配,提高光合光利用效率,就可以充分利用进入温室内的有限光资源,提高整个桃树冠层光合有效辐射的利用效率。为此,本文以中国桃树集中栽植面积最大的北京平谷区的典型桃树温室为试验场所,以5年生的“瑞光5号”油桃/毛桃为试材,树形为Y字形,栽培密度为1m×3m。将整个温室桃树冠层在水平方向上分为北区、中区和南区,在垂直方向上分为上层、中层和下层。动态观测了不同冠层位置的光照等环境因子、光合速率、冠层结构参数、叶片形态结构和理化性质、果实生长发育和部分果实品质参数的变化特征,并统计分析了它们之间的相互关系。旨在从冠层、叶片和叶绿体等不同层次水平探讨温室桃树不同冠层位置光合有效辐射利用规律及其相关机理。结果表明: (1) 冠层上下部位的果实品质差异与光照差异和光合差异存在显著的相关性。其中下部冠层光照度和整个冠层平均光合速率在果实发育第三阶段处于最低值。 (2) 在果实发育第三阶段,整个温室桃树冠层光能利用率为2.10 gMJ<-1>PAR(或3.3%),其中,下部冠层光截获率大小和上部冠层光合光利用效率大小分别限制着其最终光能利用率大小。冠层光截获过程中的主要光损失途径是冠层光透射,而在叶片光合光利用过程中,在叶片水平上和在叶绿体水平上的主要光损失途径分别是叶片光反射和天线色素上的热耗散。 (3) 冠层厚度和冠层开度(尤其是单个冠层间隙的大小)是生长后期限制冠层下部光截获的关键冠层结构参数;光照在穿过0.75m~1m厚的冠层过程中强度急剧下降。 (4) 气孔限制是造成生长后期上部冠层中午光合下降的主要原因;中午空气温度与上部冠层光合光利用效率呈显著负相关关系。当中午气温超过26℃~28℃左右时,光合光利用效率呈下降趋势。 (5)下部冠层生长后期光合下降除了气孔限制外,还与光合器官内在结构的适应性变化和光合活性下降有关。具体表现为,与上部冠层相比,下部冠层叶片栅栏组织厚度减小,叶绿体中的基粒数和淀粉粒数量明显增加;以单位叶片鲜重计算的叶绿素含量增加;ATPase活性、RuBP羧化酶活性和NADPH含量明显下降。 因此,适当减小温室桃树冠层厚度和增加冠层开度,以增加生长后期下部冠层光截获,提高下部叶片光合能力;降低温室桃树冠层气温,以提高上部冠层光合光利用效率,是增加整个温室桃树冠层光能利用率,进而改善果实品质的重要途径。
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