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      5種接骨木的光合特性

      2016-11-28 23:23:53沈植國湯正輝程建明韓健
      江蘇農(nóng)業(yè)科學 2016年9期
      關(guān)鍵詞:接骨木

      沈植國+湯正輝+程建明+韓健

      摘要:應(yīng)用 Li-6400XT便攜式光合作用測定系統(tǒng),對河南鄭州5種接骨木夏季晴天的光合指標的日變化進程、光響應(yīng)進行測定。結(jié)果表明,5種接骨木的凈光合速率(Pn)日變化較為一致,在14:00有不同程度午休現(xiàn)象;5種接骨木的蒸騰速率(Tr)日變化、氣孔導(dǎo)度(Gs)日變化均呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢,除花葉接骨木、紫云接骨木外,其余3種接骨木Gs、Tr間沒有明顯的正相關(guān)性;5種接骨木都有著較低的光補償點和較高的光飽和點,對光照環(huán)境適應(yīng)能力強。其中,普通接骨木對光照環(huán)境的適應(yīng)能力最強,其次是金葉接骨木。

      關(guān)鍵詞:接骨木;光合速率;光響應(yīng);日變化

      中圖分類號: Q945.11 文獻標志碼: A

      文章編號:1002-1302(2016)09-0186-03

      接骨木屬(Sambucus Linn)系忍冬科(Caprifoliaceae)落葉灌木或小喬木,稀草本。本屬植物全世界分布約20余種,廣泛分布于溫帶和亞熱帶,中國有5~6種[1]。國內(nèi)分布較為廣泛的是接骨木,為重要的中草藥,可活血化瘀,接骨止痛。接骨木還是重要的油料樹種,研究證實,其果實含油率達35%~44%,接骨木油中飽和脂肪酸含量低,僅為2.22%,對人體健康十分有利。此外,接骨木成苗快,株形美觀,可驅(qū)蚊避蟲,是我國北方城鄉(xiāng)園林綠化中優(yōu)良的觀賞樹種[2-3]。國內(nèi)外學者對該屬植物的研究主要包括資源分布、繁殖栽培、果實油性成分、藥用價值、觀賞用途等方面。

      光合作用是植物最基本的生命活動,是將太陽能轉(zhuǎn)換為化學能的過程,是植物內(nèi)最重要的化學反應(yīng),也是地球上規(guī)模最大的生物合成過程[4]。研究植物的光合特性,有利于了解植物對光能的利用效率,闡明植物光合的生態(tài)學特征[5]。本試驗對5種不同接骨木光合日變化規(guī)律和光響應(yīng)進行了研究,為了解其不同的光合生產(chǎn)力,估算它們的碳平衡、水分平衡以及確定影響不同種類接骨木光合作用的要素提供基礎(chǔ),以期對接骨木評價及開發(fā)利用提供依據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 研究區(qū)概況

      試驗地位于河南省新鄭市格蘭德園林科技有限公司試驗林場(112°36.259′E,35°07.013′N),為豫西山地向豫東平原過渡的地帶,屬暖溫帶大陸性季風氣候,四季分明,春季干旱,風沙多,夏季炎熱,降雨集中,日照充足,冬季寒冷,雨雪少。海拔140 m,年均氣溫14.2 ℃,極端最高氣溫42.3 ℃,極端最低氣溫-17.9 ℃,年均降水量735 mm,年均蒸發(fā)量1 476.2 mm,年均日照時數(shù)2 114.2 h,年平均相對濕度67%,全年≥10 ℃的積溫為4 500 ℃,全年無霜期208 d。試驗林地地勢平坦,土壤為黃潮土亞類,pH值為7.3,有機質(zhì)含量中等。

      1.2 試驗材料

      供試5種不同接骨木的材料為2013年栽植的接骨木試驗林,分別為金葉接骨木(Sambucus canadensis var. aurea)、花葉接骨木(Sambucus nigra cv. Variegata)、金羽接骨木(Sambucus racemosa cv. Plumosa Aurea)、紫云接骨木(Sambucus nigra ‘Thunder Cloud)、接骨木(Sambucua williamsii Hance),選擇生長健壯、健康無病蟲害的接骨木成熟葉(從上到下第3張至第5張葉)作為試驗對象,使用LI-6400XT便攜式光合作用儀(美國)進行測定。

      1.3 研究方法

      1.3.1 光合作用日變化的測定 于2015年7月1日08:00—18:00進行,每隔2 h測定1次,每個品種測定3株,每株測定3張葉子,每張葉片在凈光合速率(Pn)的變化幅度小于0.5 時連續(xù)記錄4個值,結(jié)果取其平均值。測定的生理指標包括植物的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)等,環(huán)境參數(shù)包括光合有效輻射(Qleaf)、葉溫(Tl)、空氣濕度(Eref)、大氣CO2濃度(Cref)、溫度(Tch)等。

      1.3.2 光響應(yīng)曲線測定 于2015年7月2日測定前,測定對象在1 000 μmol/(m2·s)光照度下誘導(dǎo)20~30 min(儀器自帶的紅藍光源)以充分活化光合系統(tǒng)使用開放氣路,外界空氣CO2濃度在400 μmol/mol左右,設(shè)定的光照度梯度為2 000、1 500、1 200、1 000、500、100、50、20、0 μmol/(m2·s),測定對象與日變化測定使用的測定對象相同,自動取值間隔設(shè)置為最小等待1 min,最大等待3 min。

      結(jié)果取其平均光響應(yīng)曲線的擬合曲線方程,使用A=a×[1-C0×e-b×PAR/a]。式中:C0為度量弱光下凈光合速率趨于0時的指標;a為光響應(yīng)曲線中最大光合速率;b為表觀量子效率。光補償點(LCP)為凈光合等于0時的光照值,光飽和點(LSP)為光合速率達到最大值99%時的光照值,采用LCP=a×ln(C0)/b,LSP=a×ln(100×C0)/b公式計算[6-7]。

      1.4 數(shù)據(jù)分析

      采用Excel 2007對數(shù)據(jù)進行描述性統(tǒng)計和作圖,用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 5種接骨木的光合特性日變化

      2.1.1 環(huán)境因素日變化 光合作用受內(nèi)部生理因子(葉齡、部位、生育期等)及外部環(huán)境因素(光照度、CO2濃度、溫度、水分含量等)共同影響,但在短時間內(nèi),由于內(nèi)部生理因子相對穩(wěn)定,外部環(huán)境因子就成為主要的影響因素[8-9]。試驗當日08:00—18:00的環(huán)境因素變化見表1。從表1可以看出,環(huán)境中光強在12:00 之前逐步升高,12:00達到最高,為1 776 μmol/(m2·s),至14:00都比較穩(wěn)定,14:00之后逐步下降,16:00以后大幅下降;溫度和濕度基本都是隨著光照度變化先升后降,溫度在14:00之間達到最高值,為39.81 ℃,濕度在14:00達到最高值,為30.79%;空氣中CO2濃度在08:00 最大,之后逐漸下降,至14:00達到最低,之后略有回升。

      2.1.2 凈光合速率(Pn)日變化 從圖1可以看出,金葉葉接骨木、普通接骨木、金羽接骨木凈光合速率在08:00左右達到峰值,分別為14.64、17.09、13.56 μmol/(m2·s),之后隨溫度升高逐步下降,至14:00溫度最高時有個低點,在16:00有短暫回升;紫云接骨木的凈光合速率先是逐步上升,在10:00—16:00之間變化不大,在12:00達到峰值,為10.86 μmol/(m2·s);花葉接骨木凈光合速率在10:00達到最大,為9.96 μmol/(m2·s),之后緩慢下降,但變化不大,在16:00有小幅回升之后繼續(xù)下降??傮w上看,5種接骨木都在14:00 有不同程度的休眠現(xiàn)象;在18:00都還有較強的光合作用,表明在本地有較好的弱光適應(yīng)能力。

      2.1.3 蒸騰速率(Tr)日變化 蒸騰作用失水所造成的水勢梯度是植物吸收和運輸水分的主要驅(qū)動力,同時也能降低植物葉片溫度,以避免熱害,更有利于CO2的吸收和同化[10]。從圖2可以看出,5種接骨木Tr日變化都呈現(xiàn)先升后降的單峰型曲線,其中金葉接骨木、普通接骨木、金羽接骨木、紫云接骨木的峰值出現(xiàn)在14:00,花葉接骨木的峰值出現(xiàn)在12:00。5種接骨木的Tr最低值都出現(xiàn)在18:00。這幾種接骨木的蒸騰速率與溫度和光照度間都有基本的正相關(guān)性。

      2.1.4 氣孔導(dǎo)度(Gs)日變化 氣孔導(dǎo)度表示的是氣孔張開的程度,影響光合作用、呼吸作用及蒸騰作用。從圖3可以看出,金葉接骨木、普通接骨木、金羽接骨木的Gs變化趨勢較為一致,都是先升后降,在12:00達到峰值,之后迅速下降至低點,然后保持平緩,16:00略有回升;紫云接骨木Gs變化趨勢與前3種大致相同,但是在14:00達到峰值,16:00迅速下降;花葉接骨木Gs在12:00最高,08:00—16:00保持平緩的上升和下降,在18:00達到最低值。除花葉接骨木、紫云接骨木外,其他3種接骨木Gs和Tr之間沒有明顯的正相關(guān)性。

      2.2 5種接骨木光響應(yīng)參數(shù)分析

      光合作用的某些生理參數(shù)尤其是光飽和點和光補償點在植物對光照度的需求適應(yīng)和耐陰性方面反應(yīng)比較直觀,可為植物在園林應(yīng)用中提供理論基礎(chǔ)[11]。最大凈光合速率金葉接骨木與普通接骨木均較大,紫云接骨木與金羽接骨木較為接近,最小的是花葉接骨木。5種接骨木表觀量子效率均在0.03~0.04 μmol/(m2·s)之間,光補償點在57.519~69.125 μmol/(m2·s) 之間,從大到小依次為金羽接骨木>紫云接骨木>花葉接骨木>普通接骨木>金葉接骨木;5種接骨木光飽和點在1 352.577~2 003.692 μmol/(m2·s)之間,從大到小依次為普通接骨木>金葉接骨木>紫云接骨木>金羽接骨木>花葉接骨木。

      3 結(jié)論與討論

      植物光合作用是植物生產(chǎn)過程中物質(zhì)積累與生理代謝的基本過程,也是分析環(huán)境因素影響植物生長和代謝的重要手段。本研究結(jié)果顯示,5種接骨木的Pn日變化較為一致,在14:00有不同程度的午休現(xiàn)象,說明在39 ℃的高溫下已經(jīng)呈現(xiàn)不同程度的高溫休眠;在18:00都還有較強的光合作用,表明在本地有較好的弱光適應(yīng)能力,與光響應(yīng)中光補償點測量結(jié)果保持一致。

      5種接骨木Tr日變化都呈現(xiàn)先升后降的單峰型曲線,在12:00—14:00之間達到最大值,在18:00達到最低值,說明這幾種接骨木的蒸騰速率與溫度和光照度都有基本的正相關(guān)性。5種接骨木的Gs日變化都是先上升后下降的變化趨勢,結(jié)合Tr日變化,除花葉接骨木和紫云接骨木外,其他3種接骨木Gs和Tr之間沒有明顯的正相關(guān)性,主要差異在于14:00,Tr在14:00達到最大,而Gs在14:00迅速下降,可能是因為14:00溫度過高,蒸騰作用過大,導(dǎo)致氣孔保衛(wèi)細胞失水而關(guān)閉造成Gs大幅下降。

      光補償點低說明植物利用弱光能力強,有利于有機物質(zhì)的積累,光飽和點高說明植物能適應(yīng)更強的光照環(huán)境[12]。5種接骨木光補償點都在100 μmol/(m2·s)以下,說明在本地區(qū)具有良好的弱光適應(yīng)能力;本試驗中除金葉接骨木和普通接骨木外,其他3種接骨木的光飽和點都不是很高,說明更容易達到最高效光合利用率,而金葉接骨木、普通接骨木的高光飽和點更能適應(yīng)夏天的強光直射環(huán)境;5種接骨木光補償點、光飽和點的差值都較大,說明其能適應(yīng)更廣闊的光照環(huán)境。綜合來看,以普通接骨木的光照環(huán)境適應(yīng)能力最強,其次是金葉接骨木。

      參考文獻:

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