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为探究水分胁迫下花生光合限制及耐旱策略，研究人员评估不同基因型花生，发现不同阶段限制因素不同，C76-16 和 Lariat 产量高，对花生生产意义重大。
花生，作为全球广泛种植的重要经济作物，在许多地区的农业经济中占据着举足轻重的地位。然而，全球大部分花生种植区域都面临着一个严峻的挑战 —— 干旱。这些地区多为半干旱气候，土壤保水能力差，灌溉用水匮乏，降水也极不稳定。在这样的环境下，花生的生长和发育受到了极大的影响，产量也随之大幅下降。
以往关于花生应对干旱的研究虽然取得了一些成果，但仍存在诸多不足。比如，多数研究只是在生长季中进行一两次短期的干旱处理，这与实际多变的气候情况相差甚远，难以准确反映花生在长期干旱胁迫下的真实状况。而且，这些研究往往没有综合考虑多种因素，像不同花生基因型的耐旱差异，以及光合作用、呼吸作用、叶绿素荧光等生理指标与产量之间的复杂关系。因此，对于花生在水分胁迫下的生理机制，我们还需要更深入、全面的了解。
为了填补这些研究空白，来自美国农业部农业研究服务局（USDA-ARS）合作单位的研究人员开展了一项为期三年（2020 - 2022 年）的研究。他们的研究成果发表在《Plant and Soil》杂志上。研究旨在评估不同花生基因型（AG18、C76-16、GA-09B 和 Lariat）在水分充足和水分胁迫条件下，于开花 / 下针期（R2阶段）、结荚 / 种子发育期（R4阶段）和荚果充实 / 作物成熟期（R7阶段）这三个关键发育阶段的生理响应和产量表现，进而探究水分胁迫对花生光合作用和产量的影响机制，以及不同基因型花生的耐旱策略。
在研究方法上，研究人员主要采用了以下几种关键技术：一是实验设计与种植管理，在德克萨斯州拉伯克的研究田，采用裂区设计，设置水分充足（IF，保持土壤含水量高于 75% 田间持水量）和水分胁迫（I0，模拟旱地条件）两种灌溉处理，种植四种花生基因型，定期监测土壤湿度，确保实验条件符合要求；二是生理指标测定，利用便携式光合作用系统 LI-6800 测定净光合速率（AN）、气孔导度（gs）、暗适应日间呼吸速率（Rdl）和黎明前呼吸速率（Rdp），通过特定的操作和计算测定叶绿素荧光参数，包括 PSII 实际量子产量（ΦPSII）、光合电子传递速率（ETR）和 PSII 最大量子产量（Fv/Fm），同时采用 RACiR 技术测定A/Ci响应曲线，进而计算出最大羧化速率（Vc,max）、最大电子传递速率（Jmax）和暗呼吸速率（Rdd）；三是产量测定，在收获时记录花生的脱壳率、百粒重、籽仁产量和荚果产量。
下面来看具体的研究结果：
- 环境参数：研究期间，不同年份的气温和降水量存在明显差异。2020 年和 2022 年的平均气温略高于长期平均值，2021 年与长期平均值持平。降水量方面，2020 年和 2022 年低于长期平均值，2021 年则高于长期平均值，且 2022 年的降水分布极不均匀。这些环境因素的变化，对花生的生长和发育产生了重要影响。
- 瞬时叶片气体交换：水分胁迫处理（I0）下，花生的AN和gs显著低于水分充足处理（IF），且随着水分胁迫的加剧，这种差异更加明显。不同基因型的花生在AN和gs上也存在显著差异，C76-16 在多数情况下表现出较高的AN和gs。Rdl在不同灌溉处理间多数时候差异不显著，Rdp则在水分充足处理下更高。这表明，气孔导度的降低是导致水分胁迫下花生光合速率下降的重要原因之一，而不同基因型的花生对水分胁迫的响应存在差异。
- 叶绿素荧光：在R2阶段，水分胁迫处理下的ETR和ΦPSII显著低于水分充足处理，说明水分胁迫会降低 PSII 的光化学效率，影响电子传递和光合能力。到了R7阶段，两种处理下的相关指标都有所下降，可能是由于水分胁迫加剧和植株衰老共同作用的结果。基因型方面，C76-16 和 Lariat 在叶绿素荧光参数上表现较好，显示出对水分胁迫的较高耐受性。
- A/Ci响应：在R2阶段，不同灌溉处理和基因型的Vc,max和Jmax差异不显著，说明此时 PSII 功能相似，非气孔因素对AN的限制较小。而在R7阶段，水分胁迫处理的Vc,max和Jmax显著低于水分充足处理，表明非气孔因素成为限制AN的主要因素。C76-16 和 Lariat 在R7阶段能够维持较高的Vc,max和Jmax，体现了它们对水分胁迫的耐受性。
- 产量属性和籽仁产量：水分充足处理下，花生的百粒重、脱壳率、籽仁产量和荚果产量都显著高于水分胁迫处理。不同基因型的花生在这些产量指标上也存在显著差异，C76-16 和 Lariat 在多数情况下表现出较高的产量。这说明，水分胁迫会显著降低花生的产量，而不同基因型的花生在产量和耐旱性上存在明显差异。
综合研究结论和讨论部分，这项研究明确了水分胁迫对花生生理和产量的显著影响。在开花 / 下针期，AN的下降主要是由气孔导度（gs）降低导致的；而在荚果充实 / 作物成熟期，AN的下降则是气孔限制（生物物理因素）和非气孔限制（生物化学因素）共同作用的结果。基因型 C76-16 和 Lariat 在水分胁迫下表现出较高的气孔导度（gs）、净光合速率（AN）和叶绿素荧光参数，这使得它们能够维持较高的荚果和籽仁产量，展现出更强的耐旱性。此外，研究还发现黎明前呼吸速率与水分胁迫下的花生产量呈正相关。这些研究结果为花生的耐旱育种和精准灌溉提供了重要的理论依据。在未来气候变化的背景下，通过培育耐旱品种和优化灌溉策略，能够有效提高花生在半干旱地区的产量和可持续生产能力，对保障全球花生供应和农业经济发展具有重要意义。
