作物的综合光合作用能力直接决定粮食产量,探明作物光合特性分布机制是开发新品种、研发新农艺的一个关键科学问题.为探究玉米植株光合特性的垂直分布规律,该研究利用荧光成像技术对不同品种和不同氮、水处理的5叶期样本进行图像采集,对植株不同叶片的荧光淬灭特性及荧光参数进行分析.荧光淬灭特性分析表明,叶片光量子产量随垂直高度的增加呈上升趋势;由非加权组平均法聚类产生的四类淬灭特性中,郑单958在不同环境中的荧光淬灭垂直分布异质性小于先玉335和浚单20.关键荧光参数分析结果表明,叶片最大光能转换效率、实际光能转换效率、光反应电子传递活性随垂直高度的增加呈上升趋势,除衰老叶片外的非光化学能量耗散差异性不显著.光合特性垂直分布分析表明,不同土壤氮含量下样本的最大光量子效率(Fv/Fm)有较为显著的二次函数分布特征,随着土壤氮含量的降低,垂直分布的异质性增大;不同品种间的稳态光适应光化学淬灭(qL_Lss)有较为显著的一次函数分布特征,郑单958表现出较强的抗逆性.基于机器学习方法,以荧光参数垂直分布数据分类植株组别的结果表明,郑单958样本的最大光量子效率(Fv/Fm)、微量土壤氮含量下样本的最大光量子效率(Fv/Fm)和干旱环境下样本的稳态非光化荧光淬灭(NPQ_Lss)判别准确率分别达0.82、0.94和0.88,与其他处理及荧光参数相比,垂直分布规律更显著;其他荧光参数的分布特征并不能有效判别样本组别.将叶片按植株形态学自下而上排序,由植株叶片光合垂直异质性关键叶片分析,第2片叶片可以作为垂直分布的"特征叶片"评估玉米品种和土壤氮含量,第1片叶片可以作为垂直分布的"特征叶片"评估植株土壤水含量.

叶绿素荧光;光合作用;玉米;垂直分布

肖天璞;杨丽;张东兴;王粮局;张天亮;杜兆辉;李鸿盛;夏徐隆

中国农业大学工学院,北京 100083;农业农村部土壤-机器-植物系统技术重点实验室，北京 100083

农业工程学报

[1]肖天璞;杨丽;张东兴;王粮局;张天亮;杜兆辉;李鸿盛;夏徐隆-.基于叶绿素荧光成像的玉米苗期叶片光合特性垂直分布)[J].农业工程学报,2022(16):162-171

Lss

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