一种测定植物群体光合作用的方法与流程

[0001]
本发明涉及群体光合作用领域，特别是一种测定植物群体光合作用的方法。


背景技术：

[0002]
目前，作物光合作用测定的方法大多是用li-6400光合仪测定单个叶片来反映，该 方法测定的是个体，难以反映群体的光合强度。作物群体光合作用更能直观的反应作物 的生长发育状况，以及最终的产量。已有的群体光合作用测定方法主要是气流法和比色 法。两者因需要密闭的叶室而有别于大田环境，同时在外界条件不断变化的情况下重复 测定的差误较大，而测定个别植株或叶片又难以反映群体的光合强度。采用红外线二氧 化碳分析仪的气流法测量的精度高而快速，是当前广泛运用的先进方法，配合同化箱的 使用，可进行大田群体光合作用的测定，但设备条件要求高，在远离实验室时甚为不便， 且在大由各处理非同步测定的情况下，其结果仍然受不断变化着的田间生态条件(光强 温度、湿度)的影响，而给不同处理之间的光合强度的比较带来困难，并且为解决光合 箱内升温问题，需配备制冷机、空调机等作为降温设备，结构较复杂，造价昂贵，普遍 使用存在一定困难，所有现有的测定方法还是不够完善。


技术实现要素：

[0003]
本发明所要解决的技术问题是，针对现有群体光合作用测定方法的不足，即现有 仪器和测定方法无法准确反映出品种间、栽培措施间对作物群体光合作用的差异，本发 明提供一种测定植物群体光合的方法，利用光合作用的特点，吸收太阳能用于固定co2， 并形成碳水化合物，其固定co2的总量就是单位时间单位面积的作物群体的光合速率， 方法准确、操作简单，以克服现有方法的不足。
[0004]
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0005]
一种测定植物群体光合作用的方法，包括以下步骤：
[0006]
s1、于植物各个生育时期，在植物种植区内取样，将植物的叶片、茎秆剪下，烘 干至恒重后称重得m
叶片(取样)
和m
茎秆(取样)
，测定叶片面积l
叶片(取样)
和茎秆侧面积l
茎秆(取样)
，分别根据公式(1)和公式(2)计算取样叶片干物质量w
叶片(取样)
、取样茎秆干物 质量w
茎秆(取样)
，测定取样植物所占的土地面积s
取样植物所占的土地面积
及总土地面积s
总土地面积
， 并分别根据公式(3)和公式(4)计算叶片和茎秆总干物质重w
叶片
、w
茎秆
；
[0007]
w
叶片(取样)
＝m
叶片(取样)
/l
叶片(取样)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0008]
w
茎秆(取样)
＝m
茎秆(取样)
/l
茎秆(取样)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0009]
w
叶片
＝w
叶片(取样)
*s
总土地面积
/s
取样植物所占的土地面积
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0010]
w
茎秆
＝w
茎秆(取样)
*s
总土地面积
/s
取样植物所占的土地面积
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0011]
s2、与s1同生育时期测定植物叶片和茎秆的c含量c
叶片
、c
茎秆
，根据公式(5) 计算各时期的c
积累量
；
[0012]
c
积累量(前一生育阶段-后一生育阶段)
＝[(w
叶片
*c
叶片)
+w
茎秆
*c
茎秆
)
(后一生育阶段)-(w
叶片
*c
叶片
+w
茎秆
*
c
茎秆
)
(前一生育阶段)
]/1000
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0013]
c
积累量
为后一生育阶段的含碳量与前一生育阶段的含碳量的差值，含碳量为总干物 质重与c含量的乘积；
[0014]
s3、根据公式(6)换算成co2的固定量，即为该时期植物群体光合强度；
[0015]
p
(前一生育阶段-后一生育阶段)
＝[c
积累量(前一生育阶段-后一生育阶段)
*3.67/44]/d
ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0016]
其中，单位分别为：干物质重量m(g)、面积s(m2)、干物质量w(g/m2)、 植物各部分的c含量(％或g/kg)、各时期的c
积累量
(
积累量
,g/m2)、群体光合p(umolco2/m2.s)、 时间d(s)。
[0017]
本发明通过测定取样叶片和茎秆的干物质量，并换算为总干物质量，通过测定植物 各部分的c含量，从而计算得到各时期的碳积累量，最后再通过碳积累量计算得到该时 期植物群体光合强度。
[0018]
其中，公式(6)中的3.67为44/12，即将碳的质量换算为co2的质量，再除以44 即得到co2的摩尔质量。
[0019]
进一步地，s1中，在植物种植区用对角线法取样，对角线取样得到的结果误差较 小。
[0020]
进一步地，s1中，将叶片、茎秆于65-75℃下烘干，使新鲜叶片、茎秆中水分烘干， 并完整保留干物质。
[0021]
进一步地，s1中，烘干步骤之前还包括杀青过程，将植物各部分于100-110℃下杀 青20-40min。烘干之前快速杀青，可使植物快速失活，避免植物生命活动损耗植物各部 分中的碳水化合物。
[0022]
进一步地，s1中，采用li－3000c便携式叶面积仪测定叶面积。
[0023]
进一步地，s2中，用碳氮元素分析仪测量c的百分含量。
[0024]
进一步地，s1中，根据各干物质量，计算各生育阶段干物质积累量，前一生育阶 段至后一生育阶段的干物质积累量为后一生育阶段的叶片和茎秆干物质量和与前一生 育阶段的叶片和茎秆干物质量和的差值，按公式(7)计算：
[0025]
w
(前一生育阶段-后一生育阶段)
＝(w
叶片
+w
茎秆
)
(后一生育阶段)-(w
叶片
+w
茎秆
)
(前一生育阶段)
ꢀꢀꢀ
(7)。
[0026]
干物质积累量用于计算植物各时期的净同化率，通过测定群体光合与净同化率之间 的相关性，来判断本发明测定方法的准确性。
[0027]
进一步地，植物为粮食作物、大豆、油菜。
[0028]
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明不借助复杂仪器或装置的前 提下，批量、准确测定作物群体光合作用。利用光合作用的特点，吸收太阳能用于固定 co2，并形成碳水化合物，其固定co2的总量就是单位时间单位面积的作物群体的光合 速率，方法准确、操作简单。
具体实施方式
[0029]
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案做详细 的说明。
[0030]
(1)在水稻种植区于幼穗分化期、孕穗期、齐穗期、齐穗后10d、齐穗后20d在每 个小区用对角线法取样12兜(1兜是指一个坑内的所有植株)。将绿色叶片剪下，用li －3000c便携式叶面积仪测定叶面积，然后将植株地上各部分于105℃下杀青30min后， 70℃下烘至
恒重，测定干物质量，并计算各生育阶段干物质积累量。并根据12兜的干物 质量，根据其土地面积计算总干物质重。具体为先测量种植12蔸水稻需要的面积，然后 折算成一亩地，或一公顷地的总干物质量。
[0031]
(2)同期用碳氮元素分析仪测定叶片、茎、穗(齐穗后)的c含量，结合干物质计 算各时期的c积累量。
[0032]
(3)根据各时期的c积累量换算成co2的固定量，即为该时期水稻群体光合强度。
[0033]
步骤2所述各时期的c积累量按如下公式计算(以幼穗分化期到孕穗期为例)：
[0034]
c
(幼穗分化-孕穗)
＝[(w
叶片
*c
叶片)
+w
茎秆
*c
茎秆
)
(孕穗)-(w
叶片
*c
叶片
+w
茎秆
*c
茎秆
)
(幼穗分化)
]/1000
[0035]
步骤3所述各时期的c积累量按如下公式换算成co2的固定量，同时结合该时期经历 的时间(d)，即可计算出该时期的群体光合(mol co2/m2.s)(以幼穗分化期到孕穗期为例)：
[0036]
p
(幼穗分化-孕穗)
＝[c
(幼穗分化-孕穗)
*3.67/44]/d
[0037]
步骤1所述各各生育阶段干物质积累量按如下公式计算(以幼穗分化期到孕穗期为 例)：
[0038]
w
(幼穗分化-孕穗)
＝(w
叶片
+w
茎秆
)
(孕穗)-(w
叶片
+w
茎秆
)
(幼穗分化)
[0039]
通过干物质积累量可计算植物各时期的净同化率。
[0040]
实施例1
[0041]
步骤一：择两个水稻品种(一个常规稻和一个杂交稻)播种育秧，20天后移栽大田， 插秧株行距为25cm*11cm，每穴插2本。
[0042]
步骤二：采用完全随机区组排列，3次重复，共12个小区，每小区30m2，每小区肥 料用量均为：氮肥150kg/hm2,磷肥75kg/hm2，钾肥150kg/hm2，水分管理各小区保持一 致，严格按高产田要求精细管理，及时防控病虫草害。
[0043]
步骤三：于幼穗分化期、孕穗期、齐穗期、齐穗后10d、齐穗后20d在每个小区用 对角线法取样12兜，将绿色叶片剪下，用li－3000c便携式叶面积仪测定叶面积，然后 将植株地上部各分于105℃下杀青30min后，70℃下烘至恒重，测定干物质量。并计算各 生育阶段干物质积累量。并根据12兜的干物质重，结合其土地面积(0.33m2)计算总干 物质重，用于后续计算植物各时期的净同化率。
[0044]
步骤四：同期测定叶片、茎、穗(齐穗后)的c含量，结合干物质计算各时期的c 积累量。
[0045]
步骤五：根据各时期的c积累量换算成co2的固定量，同时结合该时期经历的时间 (d)，即可计算出该时期的群体光合。
[0046]
干物质重量(m，g)、面积(s，m2)、干物质量(w，g/m2)、植物各部分的c 含量(c，％或g/kg)、各时期的c积累量(c
积累量
,g/m2)、群体光合(p,umolco2/m2.s)，按 如下公式计算(以幼穗分化期到孕穗期为例)：
[0047]
w
叶片(取样)
＝m
叶片(取样)
/s
叶片(取样)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0048]
w
茎秆(取样)
＝m
茎秆(取样)
/s
茎秆(取样)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0049]
w
叶片
＝w
叶片(取样)
*s
总土地面积
/s
取样植物所占的土地面积
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0050]
w
茎秆
＝w
茎秆(取样)
*s
总土地面积
/s
取样植物所占的土地面积
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0051]
c
(幼穗分化-孕穗)
＝[(w
叶片
*c
叶片)
+w
茎秆
*c
茎秆
)
(孕穗)-(w
叶片
*c
叶片
+w
茎秆
*c
茎秆
)
(幼穗分化)
]/1000
[0052]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0053]
p
(幼穗分化-孕穗)
＝[c
(幼穗分化-孕穗)
*3.67/44]/d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0054]
将试验中测定的数据代入上面公式，具体计算数值如下表所示：
[0055][0056]
c
(幼穗分化-孕穗)陵两优104
＝[(146*401+277*390)-(91*402+151*391)]/1000＝[(58546+108030)
-ꢀ
(36582+59041)]/1000＝70953/1000
[0057]
c
(幼穗分化-孕穗)泰优390
＝[(178*399+391.5*385)-(160*408+231*397)]/1000＝[(71022+150727.5)
ꢀ-
(65280+91707)]/1000＝64762.5/1000
[0058]
d
陵两优104(幼穗分化-孕穗)
＝10d
[0059]
d
泰优390(幼穗分化-孕穗)
＝10d
[0060]
p
陵两优104(幼穗分化-孕穗)
＝[70953/1000*3.67/44]*1000000/(10*24*60*60)＝6.85umol co2/m2.s
[0061]
p
泰优390(幼穗分化-孕穗)
＝6.25umol co2/m2.s
[0062]
用同样的方法计算其他各时期的群体光合强度：
[0063]
p
陵两优104(孕穗-齐穗)
＝9.27umol co2/m2.s
[0064]
p
泰优390(孕穗-齐穗)
＝7.28umol co2/m2.s
[0065]
p
陵两优104(齐穗-齐穗后10d)
＝9.83umol co2/m2.s
[0066]
p
泰优390(齐穗-齐穗后10d)
＝4.42umol co2/m2.s
[0067]
p
陵两优104(齐穗后10d-齐穗后20d)
＝4.88umol co2/m2.s
[0068]
p
泰优390(齐穗后10d-齐穗后20d)
＝8.64umol co2/m2.s
[0069]
同时用如下公式计算各时期的净同化率：
[0070]
nar＝(lnl2-lnl1)*w
(前一生育阶段-后一生育阶段)
/[(l2-l1)*(t2-t1)]，其中l1和l2分别为前后 两个生育阶段测定的叶面积，t1和t2为前后两个生育阶段测定的时间，t1-t2即为式(6) 中的d，为前后两个生育阶段经历的时间。
[0071]
其中，w
(前一生育阶段-后一生育阶段)
＝(w
叶片
+w
茎秆
)
(后一生育阶段)-(w
叶片
+w
茎秆
)
(前一生育阶段)
[0072]
注：c
叶片
的单位是％或g/kg，即单位质量的干物质量中含有碳质量的百分比。
[0073][0074]
t2-t1＝d
陵两优104(幼穗分化-孕穗)
＝10d
[0075]
d
泰优390(幼穗分化-孕穗)
＝10d
[0076]
nar
陵两优104(幼穗分化-孕穗)
＝(ln4.64-ln2.38)*[(146+277)-(91+151)])/[(4.64-2.38)*10]＝5.34g m-2
d-1
[0077]
nar
泰优390(孕穗-齐穗)
＝(ln4.98-ln2.86)*[(178+391.5)-(160+231)]/[(4.98-2.86)*
10]＝4.67g m-2
d-1
[0078]
nar
陵两优104(幼穗分化-孕穗)
＝5.34g m-2
d-1
[0079]
nar
泰优390(孕穗-齐穗)
＝4.67g m-2
d-1
[0080]
nar
陵两优104(孕穗-齐穗)
＝6.49g m-2
d-1
[0081]
nar
泰优390(孕穗-齐穗)
＝4.81g m-2
d-1
[0082]
nar
陵两优104(齐穗-齐穗后10d)
＝4.72g m-2
d-1
[0083]
nar
泰优390(齐穗-齐穗后10d)
＝2.26g m-2
d-1
[0084]
nar
陵两优104(齐穗后10d-齐穗后20d)
＝3.51g m-2
d-1
[0085]
nar
泰优390(齐穗后10d-齐穗后20d)
＝8.07g m-2
d-1
[0086]
用该方法测定出来的群体光合与净同化率之间的相关性达显著水平(r2＝0.54)， 说明本发明测定植物群体光合作用的方法测定值准确性好。
[0087]
该方法不局限水稻，其他粮食作物，大豆、油菜等都可以采用该方法测定群体光合 作用。上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不 用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形 式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。