Field. Crops .Res.|棉花通过调节特定叶面积来优化冠层光合对光和氮的利用效率，从而响应不同的植物种群密度

论文内容

研究背景：

光合有效辐射（PAR）是植物光合过程的主要驱动力。以前的研究表明，PAR不仅影响叶片形态性状（例如，比叶面积，SLA），而且叶生理性状（例如，叶片氮含量和叶片氮分配到光合系统）。具有低SLA和高叶片N分配到光合作用的叶片通常具有高叶片水平光合能力。冠层光合能力是叶片水平光合能力的函数，其在冠层之间变化。

氮是植物碳积累的重要来源。冠层中不同位置的叶片N含量与叶片发育期间的光环境正相关。植物响应于PAR的变化来调节SLA以优化叶片中的N投资。Yao等人观察到棉花冠层中SLA与单位面积叶片氮含量之间存在显著的负线性相关。因此，SLA是冠层内叶氮空间分布的重要决定因素。

生态学研究表明，SLA受到从植物冠层顶部到底部的光分布的显著影响。在深阴环境中，薄叶增强了光捕获，因为每单位干物质有更多的叶面积。通常，SLA与每单位叶面积的叶水平光合能力负相关。因此，SLA的调节可以影响冠层光合能力。

冠层光合能力的改善对于增加产量是必要的。作物管理实践对冠层光合能力的显著影响（。例如，植物种群密度（PPD）影响冠层结构特征（例如，叶面积指数、冠层开放度，尤其是光分布）。所有这些因素都显著影响冠层光合能力。关于PPD如何影响棉花冠层SLA以及SLA如何影响冠层表观光合光能利用效率（CAPLUE）和冠层表观光合氮利用效率（CAPNUE）的研究相对较少。本研究的目的是调查（i）PPD对棉花冠层内叶片形态和叶片氮分布的影响;（ii）这些形态和生理因素对CAPNUE和CAPLUE的影响;以及（iii）有助于提高冠层光合能力的关键特征。

研究内容：

适当的群体密度是优化棉花冠层光分布、提高光合能力的重要措施。通过2年田间试验，研究了棉花净光合速率（PPD）（7.5、19.5和31.5株m-2）对冠层光合能力、光氮利用效率的影响。结果表明，PPD对叶片形态和冠层光合特性均有显著影响。随着PPD的变化，棉花通过调节比叶面积（SLA）来提高冠层表观光合光能利用效率（CAPLUE）和光合能力，进而影响叶片氮在冠层中的分配。3个冠层的比叶面积均随PPD的增加而增加。在冠层上部，冠层光截获量和冠层表观光合氮利用效率（CAPNUE）随叶片比叶面积的增加而增加，而CAPLUE则随叶片比叶面积的增加而降低。随着PPD的增加，冠层中、下层的比叶面积显著增加。这导致冠层表观光合速率/叶面积（CAPLeaf）和CAPNUE下降。中量PPD处理冠层表观光合速率（CAP）和CAPLUE在冠层中、下层最高。因此，在本研究中，中等PPD具有最高的全冠层光合能力和CAPLUE。研究结果表明，棉花冠层光能和比叶面积的最佳空间分布是有效利用光能和氮素的关键。

研究结论：

群体密度影响棉花冠层内光能的空间分布和截留。棉花通过调节比叶面积来优化群体光合能力和群体光合利用效率。在冠层上部，净光合速率随PPD的增加而增大。这导致PARi和CAPNUE上升。而冠层上部的CAPLUE则随着PPD的增加而降低。在冠层中、下层，随着PPD的增加，PARi和CAPLeaf显著降低，导致CAPNUE降低。中等PPD在每个冠层中有最大的CAP和最大的CAPLUE在中间和较低的冠层。结果表明，在本研究的处理中，中等PPD具有最大的全冠光合能力和CAPLUE。结果表明，冠层光截获和冠层表观光合利用效率的空间分布是影响冠层光合能力的关键特征。

期刊信息

期刊：Field Crops Research

影响因子（2022）：5.8

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