中国柽柳叶片光合特性日变化的研究

中国柽柳叶片光合特性日变化的研究摘要:采用Li-6400便携式气体分析系统,对一年生中国柽柳叶片的净光合速率(Pn)､气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)进行测定,并分析了三者的相互关系｡结果表明,在光照充足条件下,中国柽柳叶片Pn､Gs日变化均呈双峰曲线､Tr的日变化为单峰曲线｡中国柽柳叶片Pn与大气温度(Ta)､Gs､Tr､大气CO2浓度(Ca)有较明显的正相关关系,与大气相对湿度(RH)有较明显的负相关关系｡关键词:中国柽柳;净光合速率;蒸腾速率;气孔导度;影响因子Sudy on the Daily Variations of Photosynthesis Rate in Leaves of Tamarix chinensis LourAbstract: Photosynthetic rate(Pn), stomatal conductance(Gs) and transpiration rate(Tr) were investigated in one-year-old Tamarix chinensis Lour. by using Li-6400 photosynthesis analyzer system. The relationships of them were also analyzed. The results revealed that in the typical sunny days, both of them present double-peak curve of the daily variation of net photosynthetic rate and stomatal conductance. However, it presents single-peak curve of the daily variation of transpiration rate. There a positive correlation between the photosynthetic rate and the atmospheric temperature, Gs, Tr, and the CO2 concentration in air, while there was a negative correlation with RH in Tamarix chinensis Lour..Key words: Tamarix chinensis Lour.; photosynthesis rate; transpiration rate; stomatal conductance; influence factors柽柳属(Tamarix L.)植物为堇菜目(Violales)柽柳科(Tamaricaceae)灌木或小乔木[1]｡我国柽柳属树种主要分布在西北干旱､半干旱地区,是一类具有水土保持和固沙造林的灌木树种,同时也是生态价值很高兼备经济价值的树种[2]｡李向义等[3]研究了柽柳水势和蒸腾作用的日变化及其与环境因子的关系｡张海清等[4]研究了柽柳气体交换与水分利用效率日变化,李怡等[5]对甘肃省人工栽植的五年生柽柳进行了光合特性的日变化研究｡关于柽柳光合特性方面国内外已经有不少的研究,但大多集中在干旱生理或者生理生态方面[6-10]｡中国柽柳是濒危中药材管花肉苁蓉的寄主植物,研究华北平原一年生中国柽柳叶片的光合特性,揭示光照充足天气下中国柽柳叶片光合特性的日变化规律,能够为华北地区柽柳-管花肉苁蓉复合苗的源库调控提供理论依据｡1材料与方法1.1试验材料田间试验于2008年在河北农业大学标本园进行,采用盆栽的方式,选用沙壤土,装盆前全部过筛｡供试树种为一年生中国柽柳(Tamarix chinensis Lour.)｡2008年4月人工栽植柽柳并接种管花肉苁蓉,自然条件下生长,选择植株中层功能小枝叶作为试材｡1.2试验方法2008年8月中旬对中国柽柳叶片光合特性日变化进行测试｡采用美国L1-COR 公司生产的Li-6400便携式气体分析系统测定一天中不同时段､不同光合有效辐射下的净光合速率,以及光合速率环境因子的日变化｡光合速率日变化[11]测试选在晴朗无风光照充足的一天,选定3株长势大小相近､生长良好且无病虫害的柽柳中部叶片作为样本,测定时间从08∶00开始,每隔2 h测定1次,中午为1h测定1次,到19∶00结束｡试验3次重复｡由于中国柽柳叶片较特殊,无法充满整个叶室,测定后取回测试叶,在实验室重新计算叶面积后,输入光合仪, 重新计算数据后输入电脑,供数据处理用｡测定参数为净光合速率Pn､气孔导度Gs､蒸腾速率Tr､同时记录空气温度Ta､大气CO2浓度Ca､空气相对湿度RH等｡2结果与分析2.1中国柽柳叶片净光合速率的日变化从图1可以看出,中国柽柳叶片净光合速率日变化成典型的双峰型曲线,上午随着光照强度的增强其光合速率逐渐增加,上午10∶00其光合速率达到5.65μmol/(m2·s),即出现第一峰值,之后随着光照强度的继续增强光合速率开始下降,中午12∶00之后气温再度升高,空气的相对湿度也处于最低值,光合速率在13∶00出现最低值,即光合“午休”现象｡14∶00之后光照强度开始下降,光合速率再度升高,在15∶00左右第二峰值出现,Pn达到3.56μmol/(m2·s)｡可见上午中国柽柳叶片光合能力较强,而下午较弱｡2.2中国柽柳叶片光合相关生理因子日变化从图1和图2可以看出,从上午08∶00开始气温逐渐升高,13∶00达到一天中的最大值,为37℃,之后开始缓慢降低;与温度的上升相伴随的是大气相对湿度的下降,12∶00达到一天中的最低值,为40.5%,之后随着温度的下降缓慢回升｡光合作用作为植物体的重要生理过程,易受外界因素的影响｡其中温度是最主要的环境因子[12]｡从图3可以看出,从上午08∶00开始,随着环境中植物光合作用的进行,大气中的CO2浓度逐渐降低,10∶00之前下降的速度很快,之后下降的速度稍微放缓,到15∶00下降到一天中的最低值,为333.0 μmol/mol,然后有所回升,且回升的速度较快,说明此时环境中植物的光合速率相对已经放缓,而呼吸作用则在加强｡大气中CO2的浓度作为光合作用的原料,对光合速率有很大影响[13]｡2.3中国柽柳叶片净光合速率与蒸腾速率间的关系从图4可以看出,中国柽柳叶片蒸腾速率日变化规律呈单峰型曲线,与光合作用的日变化形式不同, 柽柳的蒸腾作用日变化并没有在上午10∶00左右达到最大值,而是在中午13∶00前后达到最大值,约为3.86 mmol/(m2·s)｡之后随着气温的进一步升高,气孔开度减小或关闭,蒸腾速率呈逐渐降低趋势｡这是因为植物的蒸腾作用过程及其影响因素与光合作用不同｡蒸腾作用不仅是植物的生理过程,同时也是受气象条件影响的物理蒸发过程｡2.4中国柽柳叶片净光合速率与气孔导度的关系由图5可以看出,中国柽柳叶片气孔导度日变化呈双峰型的曲线,气孔导度日变化与净光合速率日变化是基本一致的,第一个峰值出现在上午10∶00,其气孔导度处于一天中的最大值0.27mol/(m2·s),第二个峰值出现在下午15∶00左右,约为0.13 mol/(m2·s)｡气孔导度在一天中与净光合速率呈同步的规律性变化,两者之间呈极显著相关[14]｡证明了净光合速率和气孔导度之间存在着明显的相关性,因此气孔导度是影响光合速率的因子之一｡3小结中国柽柳叶片净光合速率日变化为典型的双峰型曲线,这一结果与张海清等[4]研究的额济纳旗柽柳气体交换与水分利用效率日变化一致｡第一峰值都出现在上午10∶00,第二峰值出现在下午15∶00,两峰之间呈低谷,也就是光合“午休”现象,低谷出现在下午13∶00｡许大全等[15]报道了中午气孔关闭是光合“午休”的一个重要原因｡光合作用的午间降低是自然界普遍存在的现象,不同的学者对此有不同的解释[16,17]｡但绝大多数人认为,光合作用的午间降低主要是外界生态因子的影响而引起的[18]｡中国柽柳叶片的气孔导度在一天中呈双峰型的日变化,第一个峰值出现在上午10∶00,其气孔导度处于一天中的最大值0.27mol/(m2·s),第二个峰值出现在下午15∶00左右,约为0.13mol/(m2·s)｡中国柽柳叶片的蒸腾速率日变化趋势呈单峰型曲线,随着太阳辐射的增强迅速上升,13∶00左右蒸腾速率达最大值｡从试验结果来看,中午温度较高, 引起叶片暂时水分亏缺,导致气孔关闭,胞间CO2浓度下降,是蒸腾速率下降的主要原因｡中国柽柳叶片净光合速率与大气CO2浓度､蒸腾速率､大气温度和气孔导度有较明显的正相关关系,与大气相对湿度有较明显的负相关关系｡参考文献:[1] 任宪威. 树木学[M].北京:中国林业出版社, 2002.238-247.[2] 刘铭庭.柽柳属植物综合研究及大面积推广应用[M].兰州:兰州大学出版社,1995. 1-142.[3] 李向义,赵强,何兴元,等.策勒绿洲前沿两种植物的水分生理生态特征[J].干旱区研究,2004,21(2):171-174.[4] 张海清,常金宝. 额济纳旗柽柳气体交换与水分利用效率日变化[J].内蒙古师范大学学报,2006,35(2):230-233.[5] 李怡,刘发民,宋耀选,等. 柽柳叶片光合速率日变化特征的研究[J].安徽农业科学,2008, 36(18):7559-7560,7563.[6] 邓雄,李小明,张希明, 等. 4种荒漠植物气体交换特征的研究[J]. 植物生态学报,2002,26(5):605-612.[7] 邓雄,李小明,张希明,等.四种荒漠植物的光合响应[J].生态学报,2003,23(3):598-605.[8] 邓雄,李小明,张希明,等.多枝柽柳气体交换特性研究[J].生态学报,2003,23(1):180-187.[9] 蒋进,高海峰.柽柳属植物抗旱性排序研究[J].干旱区研究,1992(4):41-44.[10] 徐飞,郭卫华,王炜,等.黄河三角洲柽柳与芦苇光合特性比较[J].山东林业科技,2007(6):29-33.[11] 乌日汗.额济纳胡杨光合和水分生理特性的研究[D].兰州:西北民族大学,2005.[12] 张正斌,徐萍,周晓果,等.作物水分利用效率的遗传改良研究进展[J].中国农业科学, 2006,39(2):289-294.[13] 苗海霞,孙明高,夏阳,等. 盐胁迫对苦楝根系活力的影响[J].山东农业大学学报(自然科学版),2005,36(1):9-12.[14] 杨模华,李志辉,黄丽群,等.银杏光合特性的日变化[J].经济林研究,2004,22(4):15-18.[15] 许大全,丁勇.田间小麦叶片光合效率日变化与光合“午睡”的关系[J]. 植物生理学报,1992,18(3):279-284.[16] 杜占池, 杨宗贵.土壤水分充足条件下羊草和大针茅光合速率午间降低的原因[J].植物生态学与地植物学学报,1989, 13(2):106-113.[17] TENHUNEN J D,SERRA SALA A,HARLEY P C,et al. Factors influencing carbon fixation and water use by mediterranean sclerophyll during summer drought [J]. Oecologia,1990,82:381-393.[18] 唐鸿寿,刘桐华,余彦波,等.小麦光合作用“午休”的生态因子研究[J].生态学报,1986,6(2):128-132.。