全 文 ：Vol. 29 , No. 5
pp. 697～700 　Sept. , 2003
作 　物 　学 　报
ACTA AGRONOMICA SINICA
第 29 卷 第 5 期
2003 年 9 月 　697～700 页
高光效大豆几项光合生理指标的研究
满为群1 　杜维广1 　张桂茹1 　李卫华2 　栾晓燕1 　戈巧英2 　郝乃斌2 　陈　怡1 Ξ
(1黑龙江省农科院大豆所 ,黑龙江哈尔滨 150086 ;2中国科学院植物所 ,北京 100093)
摘 　要 　研究了高光效大豆的几项光合生理特性 ,即 :单叶光2光合作用曲线、CO22光合作用曲线、RuBPCase 活性、C4 途径
酶及产量潜力。结果表明 ,在适宜温度和相同光强条件下鼓粒期 (R5 ) ,高光效大豆黑农 40、黑农 41 的光合速率 ( Pn)大于
高产品种黑农 37。光饱和点时 ,黑农 40、黑农 41 的光量子通量密度 (PFD) 在 1360μE·m - 2 s - 1和 1188μE·m - 2 s - 1左右 ,分
别高出黑农 37 (1146μE·m - 2 s - 1 ) 18. 7 % 和 3. 7 % ;CO2 补偿点黑农 40、黑农 41 分别为 86. 14 ±8. 53μmolΠL CO2 和 98. 82 ±
6. 09μmolΠL CO2 ,分别比黑农 37 (112. 01 ±5. 85μmolΠL CO2 )降低了 23. 1 %和 11. 8 % ;羧化效率、RuBPCase 活性和 C4 途径
酶 ,高光效大豆黑农 40、黑农 41 比高产品种黑农 37 都有所提高 ;产量水平 ,黑农 40、黑农 41 比黑农 37 分别增产了
13115 %～14. 73 %和 11. 39 %～15. 75 %。
关键词 　大豆 ;光饱和点 ;CO2 补偿点 ;RuBPCase ;产量
中图分类号 : S565 　文献标识码 : A
Photosynthetic Characteristics of Soybean Cultivars with High Photosynthetic Effi2
ciency
MAN Wei2Qun1 　DU Wei2Guang1 　ZHANG Gui2Ru1 　LI Wei2Hua2 　LUAN Xiao2Yan1 　GE Qiao2Ying2 　HAO Nai2Bin2 　
CHEN Yi1
(1 Soybean Institute , Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences , Harbin , Heilongjiang 150086 , 2 Institute of Botany , Academia Sinica , Beijing 100093 ,
China)
Abstract 　Photosynthetic characteristics of soybean cultivars with high photosynthetic efficiency were studied , such as
light2photosynthesis curve , CO22photosynthesis curve , RuBPCase activity , C4 pathway enzymes activity and yield. The re2
sults were as follows : (1) Pn and light saturation points of Heinong 40 , Heinong 41 were larger than that of Heinong 37
at R5 stage. PFD of the three cultivar were 1360μE·m - 2 s - 1 ,1188μE·m - 2 s - 1 and 1146μE·m - 2 s - 1 , respectively. (2)
CO2 compensatory points of Heinong 40 , Heinong 41 were lower than that of Heinong 37 , which were 86. 14±8. 53μmolΠ
L CO2 , 98. 82 ±6. 09μmolΠL CO2 and 112. 01 ±5. 85μmolΠL CO2 , respectively. (3) Assimilation efficiency , RuBPCase
and C4 cases activity of Heinong 40 , Heinong 41 increased as compared with that of Heinong 37. (4) Yield of Heinong 40 ,
Heinong 41 also increased by 13. 15 %—14. 73 % and 11. 39 %—15. 75 % as compared with that of Heinong 37.
Key words 　Soybean ; Light saturation point ; CO2 compensatory point ; RuBPCase ; Yield
　　作物的产量 90 %以上来自光合作用。围绕着
大豆产量以及高光效大豆的光合特性 ,人们做了大
量研究[1～5 ] 。高光效品种 (种质) 在光合生理生化等
方面的特性已逐渐被作物育种家所认识。近年来 ,
由于对光合作用研究的深入 ,尤其对光能的吸收、传
递、转化机理的研究 ,更加快了对高光效大豆光合特
性研究的步伐。本文试图通过对高光效大豆光合生
理特性的研究 ,阐明高光效大豆光合作用的基本特
征 ,进一步揭示高光效大豆高产的原因 ,为高光效育
种提供依据。Ξ基金项目 :国家重点基础规划项目 ( G1998010100)资助。
作者简介 :满为群 (1964 - ) ,男 ,硕士 ,研究员 ,从事大豆遗传育种和光合生理生态研究。
Received(收稿日期) :2002205229 ,Accepted(接受日期) :2002210227.

1 　材料和方法
试验于 2000～2001 年在黑龙江省农科院科技
园区进行。试验区土壤肥力中上等 ,供试品种为高
光效品种黑农 40、黑农 41 ,对照品种为黑龙江省第
一积温带主栽品种黑农 37。光合作用测定采用美
国产 LI2Cor 6200 便携式光合仪在大田中进行 ,在上
午 9 :30～11 :30 进行测量。CO22光合作用曲线的测
定 :采用密封式叶室 ,CO2 浓度每 50μmolΠL 梯度差
测量 1 次 ,光合室叶温控制在 31～35 ℃,根据此曲线
计算出羧化效率 ;光2光合作用曲线的测定 :叶温控
制在 32～33 ℃,通过调节太阳入射光的角度获得不
同的量子通量密度 ,范围控制在 800～1500μE·m - 2
s
- 1 。每样重复 3 次。RuBP 羧化酶活性测定按 Ishii
等[1 ]方法进行。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 ( PEP2
Case) 、苹果酸脱氢酶 ( NADP2MDH) 、苹果酸酶
(NADP2ME) 、丙酮酸磷酸二激酶 (PPDK) 测定请参见
[6～10 ]。
2 　结果与分析
211 　高光效大豆的光2光合作用曲线 　通过调节太
阳光的入射角度获得不同的量子通量密度 ,测得了
鼓粒期 (R5 )不同大豆品种单叶的光2光合作用曲线。
3 品种的光2光合作用曲线可用 y = b0 + b1 x + b2 x2
的曲线方程表示[11 ,12] 。y 为单叶光合速率 (μmol
CO2 m - 2 s - 1 ) , b0 、b1 、b2 分别为回归系数 , x 为不同
的光量子通量密度。高光效大豆黑农 40 的光2光合
作用曲线为 y = - 2118854 + 0105678 x - 117508 ×
10 - 5 x2 ( F = 27180 3 ) ,黑农 41 为 y = - 3012423 +
0107114 x - 214441 ×10 - 5 x2 ( F = 14144 3 ) ,高产大豆
黑农 37 为 y = - 5316917 + 011092 x - 410512 ×10 - 5
x
2 ( F = 9175 3 ) 。从上述 3 个方程可以看出 ,其 F 值
均达到了显著水平 ,说明 3 条曲线能够说明不同大
豆品种在不同光量子通量密度 ( PFD) 条件下的光合
速率 ( Pn ) 。在弱光下 ,光强是大豆单叶光合效率的
限制因素 ,随着光强增加 ,单叶光合速率上升较快。
从图 1 可以看出 ,在适宜的温度和相同光强条件下 ,
高光效大豆黑农 40、黑农 41 的光合速率 ( Pn ) 始终
大于高产品种黑农 37。光饱和点 ,高光效品种黑农
40 的 PFD 在 1360μE·m - 2 s - 1 左右 ,黑农 41 的 PFD
在 1188μE·m - 2 s - 1 左右 ,而黑农 37 其 PFD 在 1146
μE·m - 2 s - 1 左右 ,高光效大豆黑农 40、黑农 41 的光
饱和点分别比高产品种黑农 37 高 1817 %和 317 %。
图 1 不同大豆品种在不同光量子通
量密度 (PFD)下的光合速率
Fig. 1 Pn on different PFD of soybean cultivars
2. 2 　高光效大豆的 CO2 —光合作用曲线
鼓粒期 (R5 ) (21Π8)测定了高光效大豆品种和高
产品种在不同 CO2 浓度下的光合速率 ,从图 2 可以
看出 ,随着 CO2 浓度的下降光合速率逐渐降低 ,但
同一 CO2 浓度条件下高光效大豆品种的光合效率
均大于高产品种。大豆的羧化效率实际上是与 CO2
的亲合能力 ,黑农 40、黑农 41 分别比黑农 37 高
3319 %和 1313 %(表 1) 。在 TLeaf = 33. 5 ℃的适宜温
度条件下 ,高光效品种的 CO2 补偿点低于高产品
种。若以黑农 37 为对照 ,黑农 40、黑农 41 分别降低
到 76. 9 %和 88. 2 %(表 2) 。
图 2 不同大豆品种在不同 CO2 浓度下的光合速率 ( Pn)
Fig. 2 Pn on different CO2 density of soybean cultivars
表 1 不同大豆品种的羧化效率
Table 1 Assimilation efficiency of soybean cultivars
品种 Cultivar 羧化效率 Assimilation efficiency %
黑农 40 Heinong 40 0. 0652 ±0. 0117 133. 9
黑农 41 Heinong 41 0. 0552 ±0. 0188 113. 3
黑农 37 Heinong 37 0. 0487 ±0. 0184 100
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表 2 不同大豆品种在 R5 时期适宜温度下的 CO2 补偿点
Table 2 CO2 compensatory point of soybean cultivars on
appropriate temperature at R5 stage
品种 Cultivar CO2 浓度 CO2 density (μmolΠL) %
黑农 40 Heinong 40 86. 14 ±8. 53 76. 9
黑农 41 Heinong 41 98. 82 ±6. 09 88. 2
黑农 37 Heinong 37 112. 01 ±5. 85 100
2. 3 　RuBP羧化酶、C4 途径 4 种酶比较
RuBP羧化酶是 Calvin 环中关键性酶 ,它的活力
是决定光合强度大小的重要因素 ,因此可以作为光
合能力高低的指标。近年来研究表明 ,C3 植物中亦
含有 C4 途径酶 ,它对碳素同化效率的提高具有重要
的辅助作用。试验结果表明 ,鼓粒期高光效大豆品
种黑农 40、黑农 41 的 RuBP 羧化酶、PEPCase、NADP2
MDH和 NADP2ME 的活性均比高产品种黑农 37 有
所提高 (黑农 41 的 PPDK略有降低) (表 3) 。
2. 4 　光合速率、RuBPCase 和 C4 途径酶及产量的相
关性
相关分析显示 (表 4) ,光合速率 ( Pn ) 和 RuBP2
Case 羧化酶与产量均达到了 5 %显著水平 ,相关系
数分别为 0. 90 和 0. 80。C4 途径 4 种酶间亦存在密
切关系。
表 3 鼓粒期不同大豆品种 RuBPCase 和 C4 酶活性
Table 3 RuBPCase and C4 cases activity of soybean cultivars at pod filling stage (μmol CO2mg - 1 Pro·min - 1)
品种 Cultivar RuBPCase PEPCase PPDK NADP2MDH NADP2ME
黑农 40 Heinong 40 0. 85 ±0. 003 0. 11 ±0. 005 2. 70 ±0. 118 0. 20 ±0. 002 1. 94 ±0. 017
黑农 41 Heinong41 0. 80 ±0. 002 0. 09 ±0. 006 2. 25 ±0. 101 0. 25 ±0. 001 1. 89 ±0. 014
黑农 37 Heinong 37 0. 79 ±0. 005 0. 08 ±0. 004 2. 27 ±0. 121 0. 18 ±0. 005 1. 75 ±0. 013
表 4 高光效大豆品种黑农 41 光合速率、RuBPCase 和 C4 途径酶及产量的相关性
Table 4 Correlation among Pn , PuBPCase , C4 cases and yield
Pn RuBPCase PEPCase PPDK NADP2MDH NADP2ME 产量 Yield
Pn 1. 00 0. 90 3 0. 75 0. 54 0. 81 3 0. 78 0. 80 3
RuBPCase 1. 00 0. 75
PEPCase 1. 00 0. 80 0. 81 3 0. 84 3
PPDK 1. 00 0. 34 0. 48
NADP2MDH 1. 00 0. 96 3 3
NADP2ME 1. 00
产量 Yield 1. 00
　　注 : 3 、3 3 ,分别表示 0. 05、0. 01 水平显著。
Notes : 3 correlation is significant at the 0. 05 level ; 　3 3 correlation is significant at the 0. 01 level .
2. 5 　产量比较
品种光效高低与产量的关系比较复杂。在本试
验中 ,高光效品种的产量比非高光效品种高 (表 5) 。
表 5 表明 ,高光效大豆品种黑农 40、黑农 41 的产量
比对照品种黑农 37 产量都有较大提高 ,产量鉴定试
验增产 14. 73 %和 15. 75 % ,区域和生产试验分别增
产 13. 15 %和 11139 %。
表 5 不同大豆品种产量比较
Table 5 Yield comparison of soybean cultivars
品种
Cultivar
产量鉴定
Yield test
(kgΠhm2) % 区域生产试验District and productiontest (kgΠhm2) %
黑农 37 Heinong 37 2561. 0 — 2426. 0 —
黑农 40 Heinong 40 2938. 2 14. 73 2745. 0 13. 15
黑农 41 Heinong 41 2964. 3 15. 75 2702. 3 11. 39
3 　讨论
3. 1 　主要农艺性状的改进
　　对照品种黑农 37 为亚有限结荚习性大豆 ,生育
期 125 d ,黑农 40、黑农 41 分别为无限、亚有限结荚
习性大豆 ,生育期分别为 128 d 和 123 d。黑农 40 比
黑农 37 生育日数长 3 d ,因此增加了植株的光合时
间 ,叶面积指数也有所提高。而黑农 41 生育期缩短
了 2 d ,无疑增加了黑农 41 创造较高产量的难度。
3. 2 　多项高光效光合特性的整合
通过高光效育种程序和方法 ,选育出的高光效
大豆品种黑农 40 和黑农 41 的光合速率、光饱和点
及羧化效率均高于对照品种黑农 37 ,而 CO2 补偿点
则明显低于黑农 37 ,特别是 C3 途径关键酶 RuBP 及
C4 途径关键酶活性的提高 ,为光合碳同化的高效运
996　5 期 满为群等 : 高光效大豆几项光合生理指标的研究 　　　

转奠定了基础 ,上述结果充分说明 ,通过遗传改进可
使多项高光效的功能特性整合到高光效大豆品种
中。可见 ,应用杜维广[3 ] (1990) 建立的大豆高光效
育种程序和方法选育出具有高光效性能同时又高产
的大豆品种是可能和可行的。本文通过高光效品种
及主要光合生理指标研究结果再次验证了高光效育
种的可行性及在超高产育种中的地位。
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