在耕地面积紧张、氮肥施用过度的背景下,提高小麦产量是农业领域的研究热点。光合作用是农作物进行干物质积累的先提条件,对小麦生长和产量形成具有不可替代的作用。氮素作为植物体内的重要营养元素之一,是构成植物体内重要化合物的基础组分。叶片氮素含量的增加可以提高Rubisco酶（核酮糖-1,5-二磷酸羧化/氧化酶）含量,并通过提高最大羧化速率和增加最大电子传递速率来促进植物光合作用。本课题组前期的研究结果表明,随着叶片氮含量的提高,光合作用显著提高的同时,PNUE显著降低,这一现象与叶绿体发育的改变影响叶肉细胞CO2传输有关;在同一供氮浓度下,PNUE存在品种间差异。然而,关于氮素对作物生长发育和光合作用的影响机理仍有进一步探索的价值和空间。因此本研究进行了不同供氮水平下的小麦水培试验,分析小麦氮含量、叶片生长发育和光合参数的变化规律以及这些指标间的相关关系,进一步探究氮素对小麦生长发育和光合作用的影响和机理,主要研究内容如下:（1）结合Vcmax、Jmax、Kleaf和气孔结构等生理和结构指标进一步探究氮素对小麦光合作用的影响机理;（2）通过分析小麦叶片生长发育状态和光合作用随氮含量增加的变化趋势,探究影响小麦生长和光合作用的临界氮浓度;（3）通过分析15个小麦品种在两个氮素浓度下（40和10 mg/L）的光合参数和叶片氮素含量,探究不同品种小麦净光合速率、气孔导度、叶肉导度和PNUE的差异及其对氮素浓度的响应规律。研究结果如下:1、小麦干物质积累在轻度缺氮条件下无显著变化,在严重缺氮条件下受到明显限制。XM7、XM823、JM22、NM13的株高、茎干重、叶干重、叶面积在40和10mg/L培养条件下无显著差异,但在2.5 mg/L浓度下显著降低;根重在3个氮处理间差异不大,但是根冠比随着氮浓度降低而显著增大。随着叶片氮含量的降低,小麦新完全展开叶的面积和A对氮含量变化的敏感性不同,A的敏感性显著高于叶片面积。光合速率随着叶片氮素含量的降低而呈线性降低;叶片面积随着氮含量的降低先保持不变,在3.99%(1.62 g m-2)时开始逐渐减小。2、叶片氮含量的降低显著降低了净光合速率,但是JM22和NM13在供氮浓度降低到2.5 mg/L时才显著降低,气孔导度没有明显变化规律,可能是气孔大小和气孔密度在处理间没有显著差异导致的。gm、Vcmax、Jmax随着供氮浓度的降低而逐渐减小,gm、Vcmax、Jmax和净光合速率的正相关关系表明,缺氮培养条件下小麦CO2传输能力和生化功能的降低是净光合速率降低的重要原因。小麦Kleaf对氮素的敏感性存在品种间差异,与气孔导度无显著相关性,主要是XM7的变化规律差异造成的,表明Kleaf与气孔导度的相关性与品种特性有关。3、小麦的净光合速率、气孔导度、叶肉导度、LMA和叶片氮含量在15个小麦品种之间存在差异。净光合速率最大的品种是SL375,达30.7μmol CO2 m-2s-1;最低是XM943,仅20.5μmol CO2 m-2s-1。净光合速率与气孔导度和叶肉导度之间均存在显著的正相关关系,与叶片氮素含量的关系并不显著。结果表明,光合作用的基因型差异与CO2传输差异有关,与叶片氮含量的差异无关。Amass与LMA的负相关关系表明,小麦品种间Amass的变化与品种间LMA的差异有关。4、正常供氮浓度下品种间PNUE存在差异,分布在12.4-21.9μmol g–1s–1。PNUE和气孔导度正相关,却与LMA负相关,表明PNUE的品种间差异可能与CO2传输和叶片结构有关。缺氮显著降低了小麦净光合速率和叶肉导度,增加了PNUE,各品种气孔导度的变化趋势不同。净光合速率、气孔导度、叶肉导度和PNUE对氮素变化的响应程度存在品种间差异。PNUE对氮素浓度降低的响应程度与气孔导度的变幅正相关,表明PNUE对氮素的响应程度差异与品种间CO2的供应差异有关。
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