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Screening of Water-saving and Drought-tolerant Hedychium Germplasm Based on Photosynthetic Fluorescence and Membership Function Method
YAOXiang, CHENGYanan, LIUPing, CHENQiong, HUXiu
Chin Agric Sci Bull ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (4) : 97-104.
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Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
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Screening of Water-saving and Drought-tolerant Hedychium Germplasm Based on Photosynthetic Fluorescence and Membership Function Method
Plants of the genus Hedychium possess ecological, ornamental, and medicinal values. However, their preference for warm and humid conditions restricts their application in relatively arid environments. To address the above issues, screening of water-saving and drought-tolerant Hedychium germplasm is important. This study aimed to clarify the photosynthetic physiological adaptation mechanism of water-saving and drought-tolerant Hedychium germplasm, thereby providing a theoretical basis for the breeding of high-quality Hedychium varieties, optimization of drought-resistant cultivation modes, and configuration of landscape applications. 10 Hedychium varieties were used as materials, and 12 indicators including leaf area, photosynthetic pigment content, gas exchange parameters, and chlorophyll fluorescence parameters were determined. A comprehensive analysis was conducted using the membership function method of fuzzy mathematics to construct a comprehensive evaluation system for photosynthetic capacity. The results showed significant differences in photosynthetic physiological characteristics among different Hedychium varieties. ‘Milan’ had the largest leaf area (319.65 cm2); ‘Hongtian’e’ had the highest total chlorophyll content (3.11 mg/g); ‘Ya Cheng’ exhibited the highest net photosynthetic rate [4.02 μmol/(m2·s)] and transpiration rate [4.14 mmol/(m2·s)], and maintained stable and high levels of light energy conversion efficiency (0.76-0.80) and PSⅡ potential photochemical activity (Fv/Fo) (3.16-3.93) throughout the day; ‘Qiaoqiao’ had the highest water use efficiency (2.63 μmol/mmol). Correlation analysis revealed that the net photosynthetic rate was extremely significantly positively correlated with stomatal conductance (r=0.78**) and negatively correlated with intercellular CO2 concentration (r=-0.49), while there was no significant positive correlation between total chlorophyll content and net photosynthetic rate. Comprehensive evaluation using the membership function method showed that the photosynthetic capacity of the 10 varieties, from strongest to weakest, was in the order: ‘Ai Datou’> ‘Qiaoqiao’> ‘Kuoban’> ‘Yacheng’> ‘Milan’> Hedychium coronarium> ‘Zhuyue’> ‘Xiahong’> ‘Fenyun’> ‘Hongtian’e’. Photosynthetic efficiency was regulated by multiple factors synergistically; ‘Ai Datou’ and ‘Qiaoqiao’ exhibited the optimal photosynthetic capacity and comprehensive adaptability, and could be prioritized as Hedychium germplasm with outstanding water-saving and drought-tolerant potential for application in resource-saving landscape construction. ‘Yacheng’ is suitable for high-yield cultivation in water-sufficient areas, while ‘Fenyun’ and ‘Kuoban’ can be used in the configuration of high-light environments. The results of this study can provide theoretical support for the precise screening of Hedychium germplasm and their landscape application.
Hedychium / low-maintenance varieties / photosynthetic physiological characteristics / water use efficiency / chlorophyll fluorescence / membership function method
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王飞, 刘世增, 李得禄. 不同龄沙地云杉光合荧光生理特征的比较[J]. 中国农学通报, 2016, 32(28):7-10.
旨在比较分析不同龄沙地云杉的差异。以不同龄沙地云杉为实验材料，采用Li-6400便携式光合作用系统，测定不同龄云杉的光响应、叶绿素荧光参数。结果表明：（1）沙地云杉叶片净光合速率随着树龄的增加净光合速率(Pn)逐渐降低，其中5年生的沙地云杉的净光合速率最大。10年生的沙地云杉的光饱和点光饱和点(LSP)比5年、20年的高，这就说明10年沙地云杉光合最活跃，是生产光合产物最高的时期，处于生命最旺盛的时期。（2）不同龄沙地云杉的叶绿素荧光参数之间差异不显著，其中实际光化学反应量子效率(ΦPSⅡ)、表观光合电子传递速率(ETR)随着树龄的增加而降低，5年生的ΦPSⅡ、ETR达到最大。
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赵媛媛, 刘萍涛, 康建宏. 高温胁迫对马铃薯叶片生理特性及产量影响研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(21):35-44.
马铃薯是重要的粮食作物，对高温十分敏感。本研究旨在探讨高温胁迫对马铃薯叶片生理特性及产量的影响。以‘青薯9号’为试验材料，采用随机区组试验设计，对马铃薯叶面积、叶绿素含量、光合荧光特性及产量进行了系统研究。结果表明，高温胁迫使叶面积指数和叶片SPAD值明显下降，T<sub>1</sub>处理较T<sub>2</sub>处理叶面积指数下降11%~34%，相对T<sub>3</sub>处理下降34%~68%，T<sub>2</sub>较T<sub>3</sub>处理的SPAD值降低了2.43%。其次，光合荧光及产量也下降，回升相对缓慢，抑制了Pn产生和对光能的吸收与转化，并使得活性氧增加，叶片失水萎蔫造成死亡，从而会影响马铃薯的整个生育进程，造成最终减产。因此，高温下会引发功能叶片多变，使马铃薯光合性能降低，活跃期逐渐缩短，生理代谢活动紊乱，产量也明显降低。
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仇亚红, 杨峰, 赵刚成, 等. 玉米穗位叶主要光合荧光参数与高光谱数据的相关分析[J]. 中国农学通报, 2015, 31(24):71-77.
穗位叶光合相关参数状况直接影响玉米后期产量构成，探讨高光谱遥感数据与叶片光合相关参数的关系，对快速，准确评价玉米穗位叶光合特性状况具有重要的意义。通过设置4个不同氮肥水平（N0：0 kg/hm<sup>2</sup>，N1：170 kg/hm<sup>2</sup>，N2：340 kg/hm<sup>2</sup>，N3：500 kg/hm<sup>2</sup>），以抽雄吐丝期玉米穗位叶为研究对象，分析叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)等光合参数，PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、吸收的光能被用于光化学反应的份额(P)、非光化学淬灭系数(NPQ)等荧光参数，叶绿素含量(Chl)、类胡萝卜素含量(Cars)、叶绿素含量/类胡萝卜素含量(Chl/Cars)等光合色素参数以及光谱反射率的变化规律，明确光合荧光相关参数与原始光谱反射率、一阶微分光谱、植被指数等高光谱数据之间的关系。结果表明，Pn、Tr、Fv/Fm、ΦPSⅡ、P、Chl、Cars、Chl/Cars等8个参数随着氮肥的增加呈现上升趋势，与对照相比差异显著(P<0.05)，而Gs和NPQ在各处理下差异不显著(P>0.05)，NPQ随着氮肥的增加呈现先减小后增大的趋势。对于光谱反射率，可见光波段光谱反射率随着氮肥的增加而降低，近红外波段施肥处理反射率比未施氮肥处理显著升高，红边位置出现“红移”现象。通过Pn、Tr、Fv/Fm、ΦPSII、P、NPQ、Chl、Cars、Chl/Cars与原始、微分光谱及植被指数相关性分析，最佳高光谱变量分别为Dλ<sub>699</sub>、Dλ<sub>701</sub>、Dλ<sub>703</sub>、Dλ<sub>702</sub>、Dλ<sub>701</sub>、R<sub>764</sub>、Dλ<sub>699</sub>、Dλ<sub>699</sub>、Dλ<sub>700</sub>，相关系数分别为0.81、-0.73、-0.54、-0.58、-0.61、-0.49、-0.996、-0.997、-0.877，均达到了极显著水平(P<0.01)；而Gs的相关性最佳高光谱变量为Dλ<sub>575</sub>，相关系数为0.47(P<0.05)。因此，利用高光谱遥感技术评价玉米抽雄吐丝期穗位叶光合荧光相关参数具有可行性，对评价玉米后期产量构成具有重要的意义。
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杨明凤, 王金梅, 吉春容, 等. 干旱胁迫对棉花生长发育和光合荧光参数的影响[J]. 中国农学通报, 2021, 37(13):22-28.
为明确持续干旱胁迫对棉花生长发育、叶片水势、光合特性、荧光参数的影响,以‘新陆早57号’为试验材料,在土壤水分试验场内,设置3个水分处理（正常、轻度干旱、重度干旱）,研究不同干旱程度下棉花发育期、叶面积、干物质、产量、叶片水势、光合荧光参数的变化规律。结果表明：随着干旱胁迫时间的延长叶面积指数、光合物质积累量、籽棉产量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学量子产量(Yield)、光化学猝灭系数(qP)呈下降趋势,叶片水势先下降后上升,非光化学猝灭系数(qN)则呈上升趋势,且随干旱程度的加剧而增加。经统计分析,干旱胁迫下Pn、Tr、Gs与对照差异显著(P<0.05)。干旱胁迫持续15天后,重度干旱胁迫下Yield、qP、qN与对照差异显著(P<0.05),轻度干旱差异不显著。Pn、Tr、Gs、Yield、qP、qN均能反映棉花叶片水分状况,但Yield、qP、qN更为敏感。
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黄平升, 刘世男, 李婷, 等. 外源硅对盐胁迫下黄果厚壳桂幼苗的光合荧光及抗氧化特性的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(23):32-38.
为探讨外源硅对盐胁迫下黄果厚壳硅的缓解作用。以一年生黄果厚壳桂(Cryptocarya concinna)幼苗为材料,在100 mg/L NaCl胁迫下,添加不同浓度(0、0.5、1、2 mmol/L)外源硅对幼苗进行处理,测定和分析不同处理下幼苗叶片的叶绿素含量、光合、叶绿素荧光特性参数和抗氧化酶含量。结果表明,外源硅能不同程度提高Pn、Tr、Gs、Fv/Fm,降低Ci;提高叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量;提高SOD、PPO和APX活性,降低MDA含量。其中PPO在1.0 mmol/L硅处理下效果最佳,其他指标均在 2.0 mmol/L硅处理效果最佳。可见,添加适度浓度硅可以缓解盐胁迫对黄果厚壳桂幼苗的伤害,提高其耐盐能力,该研究为黄果厚壳桂引种栽培提供参考。
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胡秀, 钟玉成, 谭嘉川. 姜花新品种‘寒月’[J]. 园艺学报, 2021, 48(S2):2925-2926.
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寇亚平, 刘念, 胡秀, 等. 三种景观类姜花属植物的光合作用特性研究[J]. 广东农业科学, 2011, 38(12):45-47.
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刘晓洲, 郭浩轩, 卓定龙, 等. 干旱复水对白姜花光合和叶绿素荧光参数的影响[J]. 中国农学通报, 2021, 37(34):84-89.
探究在干旱胁迫和复水过程中白姜花光合和叶绿素荧光的生理响应,为姜花属植物抗旱性研究提供参考依据。以当年生白姜花单株盆栽苗为材料进行自然干旱试验,分别于干旱的第0、3、6、9、12天和复水第3天测量土壤相对湿度、叶片枯萎率、光合和叶绿素荧光参数。在干旱的第3、6、9、12天,土壤相对湿度从第0天的84.60%分别下降到了59.20%、34.40%、20.40%、15.40%;随着干旱程度的不断加深,叶片枯萎率、蒸腾速率、净光合速率、气孔导度、胞间CO<sub>2</sub>浓度、最大光化学效率、实际光能转化效率、光化学淬灭系数和光合电子传递速率均呈现下降趋势,其胁迫时期的参数间均存在显著差异(P<0.05);而水分利用效率、气孔限制值、非光化学淬灭系数则呈现上升趋势,其胁迫时期的参数间也存在显著差异(P<0.05);复水3天后各项指标均有不同程度恢复。综合分析各项参数,干旱胁迫对白姜花光合和荧光特性影响显著,气孔因素是导致白姜花净光合速率下降的主要因素;干旱后复水各项指标均能恢复,表明白姜花具有一定的干旱适应能力。
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王学奎, 黄见良. 植物生理生化实验原理和技术(第3版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2015:131-133.
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韦晨. 变异冬红果光合生理特性与组培技术的研究[D]. 镇江: 江苏大学, 2019.
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陈荣敏, 杨学举, 梁凤山, 等. 利用隶属函数法综合评价冬小麦的抗旱性[J]. 河北农业大学学报, 2002, 25(2):7-9.
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王贤, 周涤, 王巍伟, 等. 利用隶属函数法筛选百合鳞片繁殖最佳条件[J]. 北方园艺, 2011(18):107-109.
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杜凯旋. 玉米水分生理对土壤盐分、水分和大气干旱胁迫的响应[D]. 邯郸: 河北工程大学, 2024.
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祁闻, 陈克龙, 李琳, 等. 模拟增温对青海湖高山嵩草夏季光合作用日变化特征的影响[J]. 生态科学, 2025, 44(3):197-201.
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周广文. 大豆叶片光合特性与气候因子的关系实证研究[J]. 种子科技, 2025, 43(13):26-28.
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郭春芳, 孙云, 陈常颂, 等. 茶树品种光合与水分利用特性比较及聚类分析[J]. 作物学报, 2008(10):1797-1804.
在自然条件下测定52个茶树品种叶片的光合与生理参数并对其进行数值分类以及主成分、聚类和判别分析。结果表明, 叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)及水分利用效率(WUE)的品种间差异达极显著水平(P<0.01); 选出3个主成分分析, 方差累计贡献率达到96.98%, Pn、Tr、Gs为第一主成分的主导因子, WUE、Ci均为第二主成分和第三主成分的主导因子; 根据Pn、Tr、Gs和WUE 4个指标聚类, 52个茶树品种聚为5类, 其中I类的15个品种为高光合速率、中等蒸腾速率、低气孔阻力、高水分利用效率类型, 可用于茶树的品种改良; 在聚类分析基础上用判别分析选出对茶树光合与生理性状数值分类有显著影响的4个参数, 建立了5个判别能力较高的判别模型。
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吕明玥, 马纪龙, 谢铁娜, 等. 宁夏玉米品种的光合特性及叶片水分利用效率分析[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2026(2):1-11
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田海涛, 高培军, 温国胜. 7种箬竹抗寒特性比较[J]. 浙江林学院学报, 2006(6):641-646.
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郭雨亭. 四季草莓品种(系)夏秋季农艺性状、光合特性及红叶病抗性研究[D]. 林芝: 西藏农牧学院, 2023.
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曲鹏, 邢亚娟, 王庆贵. 植物经济谱研究进展[J]. 中国农学通报, 2018, 34(10):88-94.
以叶和根经济谱为基础，分析了植物经济谱，并进一步探讨了植物经济谱地上、地下的相关性，同时对其相关性研究进行了评价。基于现有研究成果，笔者针对叶寿命、比叶面积、光合速率、呼吸速率以及氮和磷含量共变，详细阐述了叶经济谱；针对根直径、根干物质含量、比根长、氮和碳含量、水溶性化合物、纤维素和木质素浓度共变，详细阐述了根经济谱。同时，通过对功能性状共变的解析，得出地上、地下部分植物经济谱的相关性。为更好地认知植物经济谱，笔者提出如下建议：增加研究植物经济谱的物种和群落，对全部植物功能性状参数进行分析整合，建立全球植物经济谱模型，探讨环境因子对植物经济谱的影响。对植物经济谱的详细分析和探讨，可为这一新研究方向提供技术支持。
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陈莹婷, 许振柱. 植物叶经济谱的研究进展[J]. 植物生态学报, 2014, 38(10):1135-1153.
叶经济谱(leaf economics spectrum)概念自提出以来, 已受到广泛关注。它第一次在全球尺度上定量分析植物功能性状及其关系, 从而量化和概括权衡策略(trade-off)的内涵和变化规律, 具有重要的理论价值, 为后续植物性状的相关研究提供借鉴。该文综合评述了叶经济谱的概念、内容和相关检验性或异议性观点, 探讨叶经济谱的形成机制与动力, 并从多角度、多方面概述叶经济谱理论的应用及扩展性研究, 最后指出我国叶经济谱研究现状的不足, 并对国内外叶经济谱理论的发展进行展望, 强调共建共享全球基础数据库的重要性。
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曾松, 欧静, 田奥, 等. 干旱胁迫对马缨杜鹃生长和光合生理特征的影响[J]. 西南农业学报, 2023, 36(12):2670-2677.
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王卓敏, 薛达, 薛立. 阳江5种滨海园林植物的光合特性和叶片元素[J]. 安徽农业大学学报, 2017, 44(2):277-282.
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廖芳芳, 邢丹, 朱文超, 等. 基于隶属函数法的辣椒耐镉性农艺性状综合评价[J]. 西南农业学报, 2024, 37(10):2303-2311.
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