彭金鳳 劉婷婷 許桂玲 馮躍華,3* 王曉珂 李杰 羅強(qiáng)鑫 PHONENASAY Somsana 韓志麗 盧葦

（1貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴陽(yáng)550025；2黔西南州農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴州 興義562400；3貴州大學(xué)/山地植物資源保護(hù)與種質(zhì)創(chuàng)新教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng)550025；第一作者：1498845335@qq.com；*通訊作者：fengyuehua2006@126.com）

光合作用是水稻物質(zhì)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，水稻產(chǎn)量的90%來(lái)自葉片的光合作用，水稻葉片光合作用強(qiáng)弱對(duì)產(chǎn)量起著至關(guān)重要的作用[1-3]。氮素是水稻生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中最重要的元素，也是光合器官組成的關(guān)鍵因子，栽培環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)的供應(yīng)直接關(guān)系著作物葉片的光合功能[4]，氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)作物葉片光合性能具有顯著的調(diào)控作用[5-7]。張忠學(xué)等[8]研究表明，隨著施氮量的增加，龍慶稻3號(hào)的光飽和點(diǎn)（LSP）和LCP明顯降低，AQE有所增加；而徐俊增等[9]研究表明，在高氮處理下嘉33的AQE和LSP大都高于低氮處理，LCP低于低氮處理；劉琦峰等[7]在盆栽試驗(yàn)條件下，研究了6個(gè)施氮水平下龍粳32號(hào)葉片的光合參數(shù)，表明葉片Pn與Gs隨施氮量增加而升高，而Ci降低，在施氮量達(dá)150 kg/hm2之后，Pn降低、Ci增加；而歐達(dá)等[5]大田試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著施氮量的增加，C兩優(yōu)華占的Pn在拔節(jié)期和孕穗期整體呈上升趨勢(shì)，Gs在拔節(jié)期和孕穗期呈整體上升趨勢(shì)，Ci在拔節(jié)期呈先升后降趨勢(shì)、在孕穗期呈下降趨勢(shì)。

另外，PNUE是葉片的固有屬性，是描述植物葉片養(yǎng)分利用、生理特性和生存策略的重要特征，單位面積葉片氮含量是影響PNUE的關(guān)鍵因素[10-12]。李勇[10]研究認(rèn)為，隨著施氮量增加，揚(yáng)稻6號(hào)和汕優(yōu)63的Narea呈上升趨勢(shì)，PNUE呈下降趨勢(shì)；而徐國(guó)偉等[13]在田間試驗(yàn)條件下，研究了3個(gè)供氮水平下新稻20葉片的PNUE，結(jié)果表明在同一灌溉方式下，中氮處理能提高主要生育期水稻葉片Narea和PNUE。

綜上所述，在有關(guān)不同施氮量對(duì)水稻葉片光合特性、光合氮素利用效率影響的研究中，存在不同的研究結(jié)論，同時(shí)前人對(duì)水稻光合特性和光合氮素利用效率的研究較多集中在粳稻上，有關(guān)秈型超級(jí)雜交稻的研究報(bào)道不多。為此，筆者于2019年以超級(jí)雜交稻Q優(yōu)6號(hào)和宜香優(yōu)2115為試驗(yàn)材料，探究不同施氮水平對(duì)超級(jí)雜交稻孕穗期、抽穗期葉片光合特性、光合氮素利用效率和產(chǎn)量的調(diào)節(jié)作用，旨在為貴州超級(jí)雜交稻的高產(chǎn)栽培提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年在貴州省黃平縣舊州鎮(zhèn)寨碧村（26°59′44.59″N，107°43′58.90″E）進(jìn)行。試驗(yàn)田土壤肥力狀況：pH值5.02，有機(jī)質(zhì)18.38 g/kg，堿解氮209.50 mg/kg，速效磷4.56 mg/kg，速效鉀65.73 mg/kg，全氮2.62 g/kg，全磷0.29 g/kg，全鉀12.31 g/kg。試驗(yàn)水稻品種為Q優(yōu)6號(hào)（重慶市種子公司）、宜香優(yōu)2115（四川綠丹種業(yè)有限公司），前者葉片顏色較深，后者葉片顏色較淺。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用兩因素裂區(qū)設(shè)計(jì)。主區(qū)處理為品種（V），設(shè)2個(gè)水平，為Q優(yōu)6號(hào)（V1）、宜香優(yōu)2115（V2）；副區(qū)處理為施氮量（N），設(shè)5個(gè)水平，為0 kg/hm2（N0）、75 kg/hm2（N1）、150 kg/hm2（N2）、225 kg/hm2（N3）、300 kg/hm2（N4）。氮肥處理采用分次施肥法，基肥（5月27日施）、分蘗肥（6月6日施）、促花肥（7月6日施）、?；ǚ剩?月23日施）施氮量分別占總施氮量的35%、20%、30%、15%；磷肥和鉀肥的用量分別為96 kg/hm2（P2O5）、135 kg/hm2（K2O），磷肥作基肥一次性施入，鉀肥作基肥和?；ǚ矢魇?0%。每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積25.9 m2，每個(gè)小區(qū)四周筑高30 cm、寬20 cm的田埂并包膜，包膜壓深至地下30 cm，重復(fù)間留50 cm走道。4月18日育秧，5月27日移栽，行株距30 cm×20 cm，每叢插1苗。大田返青期保持淺水層，分蘗期濕潤(rùn)灌溉，苗期達(dá)到預(yù)期穗數(shù)的85%時(shí)開(kāi)始自然斷水曬田，拔節(jié)后灌水并保持淺水層至抽穗期，灌漿成熟期間歇灌溉，收獲前10 d斷水落干。田間精細(xì)管理，及時(shí)控制病蟲(chóng)害。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 光合特性參數(shù)

孕穗期（7月19日）取心葉為0.5的下1片葉，抽穗期（8月9日）取劍葉，在晴天上午9∶00—11∶00，選擇有代表性植株，采用美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400型光合作用測(cè)定儀測(cè)定主莖葉片中部Pn、Gs、Tr、Ci。每個(gè)處理選擇3個(gè)測(cè)樣點(diǎn)，測(cè)定時(shí)光強(qiáng)為1 500μmol/m2·s，溫度為30℃，CO2濃度為400μmol/mol。

1.3.2 氣體交換參數(shù)

于孕穗期（7月20日至23日）、抽穗期（8月11日至13日），葉片選擇與光合參數(shù)測(cè)定一樣，在晴天9∶00—15∶00采用Li-Cor6400型光合作用測(cè)定儀對(duì)目標(biāo)葉片進(jìn)行光響應(yīng)及胞間CO2響應(yīng)曲線的測(cè)定。測(cè)定時(shí)按照由高到低：2 000、1 500、1 200、1 000、800、600、400、200、150、100、50和0μmol/m2·s光強(qiáng)梯度測(cè)定其光響應(yīng)曲線，測(cè)定時(shí)葉室CO2濃度設(shè)定為400μmol/mol，每個(gè)光強(qiáng)下測(cè)定時(shí)間為2～3 min，整個(gè)程序需要約30 min。以光合速率為縱坐標(biāo)、光強(qiáng)為橫坐標(biāo)作曲線，曲線的初始斜率（PPFD≤200時(shí)）為量子產(chǎn)率。測(cè)定光響應(yīng)曲線后第2 d，設(shè)定葉室光照在光飽和點(diǎn)1 500 μmol/m2·s，設(shè)定葉室內(nèi)CO2濃度梯度依次為：400、250、100、50、400、400、600、800、1 000、1 200、1 500μmol/mol測(cè)定胞間CO2響應(yīng)曲線，以光合速率為縱坐標(biāo)、細(xì)胞間隙內(nèi)CO2濃度為橫坐標(biāo)作曲線，曲線的初始斜率（C＜200時(shí)）為羧化效率。每個(gè)光強(qiáng)或CO2濃度下測(cè)定時(shí)間為2～3 min，整個(gè)程序需要約30 min。所有氣體交換參數(shù)測(cè)定時(shí)葉片溫度和葉室內(nèi)空氣濕度分別控制在25℃～28℃和40%～60%。利用光響應(yīng)曲線計(jì)算LSP、LCP和AQE，利用胞間CO2響應(yīng)曲線計(jì)算最大羧化速率（Vcmax）和最大電子傳遞速率（Jmax）。

1.3.3 最大羧化速率和最大電子傳遞速率的計(jì)算

首先通過(guò)胞間CO2響應(yīng)曲線初始部分（外界CO2濃度在50～200μmol/mol時(shí)）胞間CO2濃度（Ci）與凈光合速率作擬合直線Pn＝kCi+i，得到斜率k以及i。其中，Ci為L(zhǎng)i-6400直接測(cè)得；k為羧化效率CE；i等于Ci取值為0時(shí)的凈光合速率，相當(dāng)于光呼吸速率[14]。然后通過(guò)FARQUHAR改進(jìn)的方法[15]計(jì)算Vcmax；Jmax通過(guò)LOUSTAU提出的方法[16]進(jìn)行計(jì)算。

1.3.4 光合氮素利用效率（PNUE）

PNUE＝Pn/Narea，式中，Pn為凈光合速率、Narea為單位葉面積氮含量；Narea＝（Nleaf×SLW）/100，式中，Nleaf為葉片氮含量（通過(guò)凱氏定氮儀測(cè)定）、SLW為比葉重；SLW＝DM/LA，式中，DM為葉片烘干至恒質(zhì)量后的質(zhì)量、LA為葉片葉面積。

表1 不同處理對(duì)水稻葉片光合特性的影響（孕穗期）

1.3.5 產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

產(chǎn)量測(cè)定成熟期每個(gè)小區(qū)選90叢進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，單打單收，曬干后測(cè)定稻谷質(zhì)量和含水量，然后折合含水量13.5%記為實(shí)收產(chǎn)量。在測(cè)定產(chǎn)量的同時(shí)，根據(jù)田間調(diào)查的平均莖蘗數(shù)，選取代表性植株6叢作為每個(gè)小區(qū)考種樣品，考察產(chǎn)量構(gòu)成因子。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和計(jì)算，并用SAS 9.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)葉片光合特性的影響

由表1可知，在孕穗期，隨著施氮量的增加，水稻Vcmax和Jmax均呈上升趨勢(shì)，而LCP和Ci與之相反，其中Vcmax和Jmax均是N4處理最高，N4處理的Jmax顯著高于N1處理，N0處理的LCP顯著高于N1處理，N0處理的Ci顯著高于N2、N3和N4處理；Tr、AQE和Pn均呈先升后降趨勢(shì)，其中，N1處理的AQE顯著高于N0處理，N2、N3和N4處理的Pn顯著高于N0和N1處理。

由表1可知，在孕穗期，對(duì)于V1品種，隨著施氮量的增加，Vcmax和Jmax呈上升趨勢(shì)，均為N3處理顯著高于N1處理；Ci呈下降趨勢(shì)，N0處理顯著高于N2和N3處理；AQE和Pn呈先升后降趨勢(shì)，其中，N2處理的AQE顯著高于N4處理，N2和N3處理的Pn顯著高于N0和N1處理；LSP呈先降后升趨勢(shì)，其中，N3和N4處理的LSP顯著高于N2處理。對(duì)于V2品種，隨著施氮量的增加，Ci呈下降趨勢(shì)，N0處理的Ci顯著高于N4處理，AQE呈先升后降趨勢(shì)，N1、N3和N4處理顯著高于N0處理。兩個(gè)品種間，水稻Vcmax、Jmax、LCP、Ci和Tr均為V1高于V2，而Gs、LSP、AQE和Pn與之相反，但差異性均不顯著。

由表2可知，在抽穗期，隨著施氮量的增加，水稻Gs和LCP呈先升后降趨勢(shì)。其中N1處理的LCP最高，且顯著高于N0、N2和N4處理；N2處理的Gs最高，且顯著高于N0和N4處理。由表2可知，在抽穗期，隨著施氮量的增加，兩個(gè)品種的變化趨勢(shì)相同，對(duì)于V1品種，LCP呈先升后降趨勢(shì)，其中，N1處理顯著高于N4處理；對(duì)于V2品種，LCP變化趨勢(shì)與V1品種一致，其中，N1處理顯著高于N0和N2處理。兩個(gè)品種間，水稻Vcmax、Jmax、LSP和AQE均為V1高于V2，而LCP、Gs、Pn、Ci和Tr與之相反，其中，僅V2、V1品種間的Pn差異達(dá)顯著水平。

表2 不同處理對(duì)水稻葉片光合特性的影響（抽穗期）

圖1 不同施氮量對(duì)水稻葉片Narea、PNUE的影響

方差分析結(jié)果（表1和表2）表明，不同超級(jí)雜交稻品種光合特性在抽穗期Pn達(dá)到顯著差異；施氮量對(duì)水稻孕穗期Pn和抽穗期LCP有極顯著或顯著影響；品種與施氮量的互作對(duì)水稻孕穗期和抽穗期光合特性影響均不顯著。

2.2 不同處理對(duì)葉片光合氮素利用效率的影響

從圖1中Ⅰ、Ⅱ可看出，在孕穗期，隨著施氮量的增加，水稻PNUE（除N0處理外）呈先升后降趨勢(shì)，而Narea呈上升趨勢(shì)，其中，N2處理的PNUE顯著高于N1處理，N3和N4處理的Narea顯著高于N0處理。在抽穗期，隨著施氮量的增加，水稻Narea呈上升趨勢(shì)，而PNUE呈下降趨勢(shì)，其中，N1、N2、N3和N4處理的Narea顯著高于N0處理，N0處理的PNUE顯著高于N3處理。

表3 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

由圖1中Ⅲ、Ⅳ可看出，兩個(gè)品種在不同生育時(shí)期的變化趨勢(shì)不同，在孕穗期，隨著施氮量的增加，對(duì)于V1品種，Narea呈上升趨勢(shì)，PNUE（除N0處理外）呈先升后降趨勢(shì)，其中，N3處理的Narea顯著高于N0處理。對(duì)于V2品種，Narea呈上升趨勢(shì)，PNUE（除N0處理外）呈先升后降趨勢(shì)，其中，N4處理的Narea顯著高于N0和N1處理。在抽穗期，隨著施氮量的增加，V1品種的Narea呈上升趨勢(shì)，其中，N3和N1處理的Narea顯著高于N0處理；V2品種的Narea呈上升趨勢(shì)，PNUE呈下降趨勢(shì)，其中，N3和N4處理的Narea顯著高于N0處理，N0處理的PNUE顯著高于N3和N4處理。

由圖1中Ⅴ、Ⅵ可知，兩個(gè)品種間水稻孕穗期的PNUE、抽穗期的Narea和PNUE，均為V2顯著高于V1，而V1孕穗期的Narea高于V2，但未達(dá)顯著水平。

方差分析結(jié)果表明，品種對(duì)孕穗期和抽穗期的PNUE、抽穗期的Narea均有極顯著影響；施氮量對(duì)孕穗期和抽穗期的Narea有顯著或極顯著影響；品種與施氮量的互作對(duì)各指標(biāo)的影響均不顯著。

2.3 不同處理對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

由表3可知，隨著施氮量的增加，對(duì)于V1品種，千粒重和結(jié)實(shí)率變化呈下降趨勢(shì)，實(shí)際產(chǎn)量呈先升后降趨勢(shì)，其中，N0處理的千粒重顯著高于N2、N3和N4處理，N0處理的結(jié)實(shí)率顯著高于N3處理，實(shí)際產(chǎn)量N2處理顯著高于N0和N1處理；對(duì)于V2品種，千粒重、結(jié)實(shí)率和實(shí)際產(chǎn)量的變化趨勢(shì)與V1品種變化趨勢(shì)一致，其中，N0處理的千粒重顯著高于其他4個(gè)施氮處理，N0處理的結(jié)實(shí)率顯著高于N2和N4處理，實(shí)際產(chǎn)量N1處理顯著高于N4處理。

兩個(gè)品種間，有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和實(shí)際產(chǎn)量均為V1高于V2，千粒重和結(jié)實(shí)率則相反，其中，V1的每穗粒數(shù)和實(shí)際產(chǎn)量顯著高于V2，V2的千粒重和結(jié)實(shí)率顯著高于V1。

方差分析結(jié)果（表3）表明，不同品種每穗總粒數(shù)、千粒重和實(shí)際產(chǎn)量達(dá)極顯著差異，結(jié)實(shí)率達(dá)顯著差異；施氮量對(duì)千粒重、結(jié)實(shí)率和實(shí)際產(chǎn)量的影響達(dá)顯著或極顯著水平；品種與施氮量的互作僅對(duì)千粒重和實(shí)際產(chǎn)量有顯著或極顯著影響。

在本試驗(yàn)條件下，施氮量和產(chǎn)量之間呈拋物線關(guān)系。于V1品種，建立產(chǎn)量與施氮量之間的回歸方程：y=－0.0623x2+23.441x+11033，推算出獲得最高產(chǎn)量的施氮量為188.13 kg/hm2，水稻產(chǎn)量為13 237.98 kg/hm2；于V2品種，建立產(chǎn)量與施氮量之間的回歸方程：y=－0.0202x2+4.3292x+10242，推算出獲得最高產(chǎn)量的施氮量為107.16 kg/hm2，水稻產(chǎn)量為10 027.35 kg/hm2。由兩個(gè)品種產(chǎn)量平均值與施氮量之間的回歸方程y=－0.0413x2+13.89x+10637，可推算出獲得最高產(chǎn)量的施氮量為168.16 kg/hm2，水稻產(chǎn)量為11 804.87 kg/hm2。

3 討論與結(jié)論

本研究表明，隨著施氮量增加，孕穗期水稻葉片Pn呈先升后降趨勢(shì)、Ci呈下降趨勢(shì)，抽穗期Gs呈先升后降趨勢(shì)、Pn呈上升趨勢(shì)，表明適量增施氮肥，有利于使葉片氣孔張開(kāi)，促進(jìn)葉片吸收胞間CO2參與光合作用，光合效率提高，而過(guò)高的施氮量抑制氣孔舒張，降低光合作用，研究結(jié)果與黎星等[17]研究相似但有所差異，這可能與試驗(yàn)選用水稻品種和試驗(yàn)地外界條件以及土壤基礎(chǔ)肥力不同有關(guān)。

本研究表明，隨著施氮量增加，孕穗期水稻葉片AQE呈先升后降趨勢(shì)，而LSP、LCP呈下降趨勢(shì)，表明適量增施氮肥有利于水稻葉片對(duì)強(qiáng)光的吸收利用，氮肥虧缺或過(guò)高的施氮處理會(huì)導(dǎo)致水稻功能葉片對(duì)強(qiáng)光適應(yīng)能力降低，所得結(jié)果與張忠學(xué)等[8-9]的研究結(jié)果略有不同，這可能與水稻品種和試驗(yàn)地外界條件以及土壤基礎(chǔ)肥力不同有關(guān)。孕穗期和抽穗期的Vcmax和Jmax總體呈上升趨勢(shì)，進(jìn)一步表明適量的增施氮肥有利提高最大羧化速率和電子傳遞速率，促進(jìn)在基質(zhì)中將CO2轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的碳水化合物的過(guò)程，從而提高葉片光合速率，所得結(jié)果與李勇[10]的研究結(jié)果一致。

本研究表明，隨著施氮量增加，孕穗期和抽穗期水稻葉片Narea大體呈上升趨勢(shì)，抽穗期PNUE呈降低趨勢(shì)，這與李勇[10]的研究略有不同，不同之處是在本試驗(yàn)條件下孕穗期PNUE呈先升后降趨勢(shì)，這可能與水稻品種和試驗(yàn)地外界條件以及土壤基礎(chǔ)肥力不同有關(guān)。

本試驗(yàn)條件下，Q優(yōu)6號(hào)和宜香優(yōu)2115，在孕穗期的PNUE，抽穗期的Narea、PNUE和Pn存在顯著性差異，這與前人[18-20]的研究結(jié)論較為一致。在本研究中，盡管Q優(yōu)6號(hào)的千粒重和結(jié)實(shí)率顯著低于宜香優(yōu)2115，但Q優(yōu)6號(hào)的有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)高于宜香優(yōu)2115，最終導(dǎo)致Q優(yōu)6號(hào)的實(shí)際產(chǎn)量顯著高于宜香優(yōu)2115，表明實(shí)際產(chǎn)量受有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)的影響較大，這一結(jié)論與夏冰等[21]研究結(jié)果一致。

本研究表明，隨著施氮量的增加，每穗粒數(shù)和實(shí)際產(chǎn)量呈先升后降趨勢(shì)，說(shuō)明適量增施氮促進(jìn)作物產(chǎn)量提高，當(dāng)施氮量超過(guò)一定水平后，對(duì)作物產(chǎn)量則產(chǎn)生抑制作用，結(jié)果與高偉等[22]的研究結(jié)果一致。本研究表明，有效穗數(shù)呈上升趨勢(shì)、千粒重和結(jié)實(shí)率呈下降趨勢(shì)，與蔣鵬等[23]的研究結(jié)果不同，這可能與試驗(yàn)選用品種以及試驗(yàn)外界條件不同有關(guān)。

總的來(lái)說(shuō)，在75~225 kg/hm2的施氮量范圍內(nèi)，增施氮肥能提高光合氮素利用效率，有利于促進(jìn)氣孔導(dǎo)度增大及葉片吸收CO2參與光合作用，提高最大羧化速率和電子傳遞速率，以此促進(jìn)在基質(zhì)中將CO2轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定碳水化合物的過(guò)程，從而提高葉片光合速率，有利于實(shí)現(xiàn)高效高產(chǎn)。