磷元素對(duì)茭白生長(zhǎng)與葉片光合特性的影響

閆寧，張艷麗，王曉清，黃建中，郭得平

（浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，杭州，310058）

磷元素對(duì)茭白生長(zhǎng)與葉片光合特性的影響

閆寧，張艷麗，王曉清，黃建中，郭得平

（浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，杭州，310058）

利用水培技術(shù)研究了不同濃度磷條件下茭白生長(zhǎng)和葉片的光合特性。與正常磷（0.64 mmol/L）條件下相比，缺磷（0 mmol/L）與低磷（0.16 mmol/L）抑制植株生長(zhǎng)，并導(dǎo)致葉片凈光合速率（Pn）和氣孔導(dǎo)度（Gs）下降，而胞間CO2濃度（Ci）上升，同時(shí)葉片PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率（ΦPSⅡ）、光化學(xué)淬滅（qP）、表觀電子傳遞效率（ETR）下降。高磷（2.56 mmol/L）條件下，植株生長(zhǎng)受到輕微抑制，葉片的ΦPSⅡ、qP、ETR、Pn和Gs略有下降。

茭白（Zizania latifoliaTurcz.）；磷；生長(zhǎng)；葉綠素a熒光參數(shù)；光合氣體交換

磷是葉片光合作用的必需元素，葉片中磷含量的多少直接影響光合作用過程和生產(chǎn)力。光合產(chǎn)物的運(yùn)輸也離不開磷，許多物質(zhì)必須先進(jìn)行磷酸化作用才能進(jìn)入代謝路徑。植物葉綠體中光合作用所形成的磷酸丙糖與細(xì)胞溶質(zhì)內(nèi)Pi進(jìn)行正常交換依賴于體內(nèi)磷的充足供應(yīng)，當(dāng)磷供應(yīng)量處于較低水平并成為限制因素時(shí)，光合磷酸化過程中有機(jī)磷循環(huán)受阻，對(duì)作物葉片生長(zhǎng)產(chǎn)生顯著影響，導(dǎo)致葉片面積、生長(zhǎng)速率和葉片數(shù)量顯著減少，從而極大地限制葉片的光合作用[1，2]。

磷缺乏導(dǎo)致作物的非生物脅迫，它可限制作物產(chǎn)量的30%~40%[3]。磷缺乏影響植物根系[2]、果實(shí)、莖[4]和葉片[5，6]的生長(zhǎng)。 在一些作物中，如大麥[7]、大豆[8，9]、甜菜[10，11]、玉米[12]、向日葵[13]，磷缺乏導(dǎo)致凈光合速率下降。但過高的磷供應(yīng)對(duì)植物生長(zhǎng)和光合作用也有抑制作用[14，15]。

葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)在測(cè)定葉片光合作用過程中光系統(tǒng)對(duì)光能的吸收、傳遞、耗散、分配等方面有獨(dú)特的作用，它可以快速、無(wú)損傷地測(cè)定植物活有機(jī)體內(nèi)光合機(jī)構(gòu)的功能及各種外界因子對(duì)植物光合作用的影響[16]。因此，逆境因子對(duì)植物光合作用的影響可以通過葉綠素a熒光參數(shù)的變化反映出來(lái)[17]。

本試驗(yàn)利用水培技術(shù)研究了不同濃度磷條件下茭白生長(zhǎng)與葉片光合熒光特性，以探明磷供應(yīng)對(duì)茭白生長(zhǎng)和葉片光合作用的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試茭白為浙茭2號(hào)，苗齡為4葉期。營(yíng)養(yǎng)液配方參照國(guó)際水稻所（IRRI）的方法（表1）。水培2周后，開始控磷處理，用NaCl代替NaH2PO4·2H2O，控制磷的濃度為0，0.16，0.64，2.56 mmol/L。

#6試劑溶解后，添加500 mL的98%濃硫酸，最后用蒸餾水稀釋成10 L。貯存液使用時(shí)，取#1到#6貯存液各5 mL，稀釋成4 L。為了更好地生長(zhǎng)，添加SiO2或硅酸鈉50～100 mg/L，調(diào)節(jié)pH值為5.6～5.8。

1.2 試驗(yàn)方法

磷脅迫處理后4周，測(cè)定茭白的株高、葉長(zhǎng)、葉寬、葉數(shù)、分蘗數(shù)和茭白植株各部分的質(zhì)量，同時(shí)測(cè)定茭白的光合氣體交換參數(shù)與葉綠素a熒光參數(shù)。

凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間二氧化碳濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）等參數(shù)用Li-6400便攜式光合儀（美國(guó)LI-COR公司）測(cè)定。內(nèi)置紅藍(lán)光源光強(qiáng)設(shè)定為 1 000 μmol·m-2·s-1。于晴天 9：00~ 11：00或15：00~17：00進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定時(shí)取剛剛展開的倒三葉，重復(fù)6株。

表 1 國(guó)際水稻所（IRRI）的水稻水培的貯存液

葉綠素a熒光參數(shù)用M-Series Imaging-PAM熒光成像系統(tǒng)（德國(guó)WALZ公司）測(cè)定，測(cè)定前植株葉片先暗適應(yīng)30 min，Kinetics測(cè)定時(shí)光合有效輻射PAR設(shè)置為146 μmol·m-2·s-1，20 s一個(gè)脈沖，得到ΦPSⅡ、NPQ、qP和ETR值，F(xiàn)v/Fm測(cè)定時(shí)選定整個(gè)葉面積為AOI（Area of Interest），計(jì)算Fv/Fm的平均值。測(cè)定時(shí)取剛剛展開的倒三葉，重復(fù)6株。

1.3 數(shù)據(jù)處理與作圖

每個(gè)處理設(shè)置6個(gè)重復(fù)。用DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用Ducan進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷元素對(duì)茭白生長(zhǎng)的影響

缺磷（0 mmol/L）和低磷（0.16 mmol/L）條件下，茭白的株高、葉長(zhǎng)、葉寬、葉數(shù)和分蘗數(shù)降低（P< 0.05）。缺磷（0 mmol/L）顯著抑制了根長(zhǎng)，但低磷對(duì)根長(zhǎng)的影響不大（P>0.05），高磷（2.56 mmol/L）對(duì)根長(zhǎng)也有顯著抑制。高磷條件下，植株的株高、葉長(zhǎng)、分蘗數(shù)略有下降，但與正常磷（0.64 mmol/L）的差異不顯著，見表2。

缺磷和低磷條件下，植株葉片、葉鞘、莖、根、全株的質(zhì)量降低（P<0.05）。高磷（2.56 mmol/L）條件下，茭白葉片、葉鞘、莖和全株質(zhì)量略有下降，但與正常磷（0.64 mmol/L）差異不顯著（P>0.05），見表3。

2.2 磷對(duì)葉片光合氣體交換指標(biāo)的影響

缺磷（0 mmol/L）和低磷（0.16 mmol/L）條件下，Pn、Gs、Tr降低，但Ci卻升高 （P<0.05）。 與正常磷（0.64 mmol/L）相比，高磷（2.56 mmol/L）條件下，葉片的Pn、Gs、Tr略有降低，Ci稍上升（P>0.05），見圖1。

2.3 磷元素對(duì)茭白葉綠素a熒光參數(shù)的影響

圖1 磷元素對(duì)茭白葉片氣體交換參數(shù)的影響

表2 磷元素對(duì)茭白生長(zhǎng)的影響

表3 磷元素對(duì)茭白質(zhì)量的影響

與正常磷（0.64 mmol/L）水平相比，缺磷（0 mmol/L）和低磷（0.16 mmol/L）條件下， 葉片的 ΦPSⅡ、qP、ETR降低，同時(shí)NPQ升高（P<0.05）；高磷（2.56 mmol/L）條件下，葉片的ΦPSⅡ、qP、ETR降低，NPQ上升 （P>0.05）。相對(duì)于正常磷（0.64 mmol/L）供應(yīng)，缺磷導(dǎo)致Fv/Fm顯著降低，但低磷（0.16 mmol/L）和高磷（2.56 mmol/L）條件下Fv/ Fm降低不顯著（P>0.05），見圖2。

3 結(jié)論與討論

3.1 磷缺乏對(duì)植物生長(zhǎng)不利

缺磷（0 mmol/L）和低磷（0.16 mmol/L）抑制了茭白植株的生長(zhǎng)，表現(xiàn)為株高、葉長(zhǎng)、葉數(shù)、分蘗數(shù)減少（P<0.05）（表2）和葉片、葉鞘、莖、植株總質(zhì)量降低（P<0.05）（表3）。這與前人報(bào)道的磷缺乏導(dǎo)致植物果實(shí)、莖[4]和葉片[5，6]的生物量下降的結(jié)果一致。

根系是作物生長(zhǎng)所需礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的主要吸收部位，其發(fā)育受遺傳和外部環(huán)境共同調(diào)控[18]，具有很大的可塑性[19]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，低磷（0.16 mmol/L）對(duì)植株根長(zhǎng)幾乎無(wú)影響（表2），可能與在低磷脅迫下，植物可能改變根系構(gòu)型，使根系在有效磷含量較高區(qū)域分布較多有關(guān)，從而提高對(duì)磷的有效吸收。在水培體系中，低磷條件下，植物根系通過增加根的生物量來(lái)吸取更多的磷[20]。

對(duì)茭白來(lái)說(shuō)，分蘗數(shù)的多少與茭白的產(chǎn)量密切相關(guān)。缺磷和低磷降低了茭白植株的分蘗數(shù)（表2）。這與前人在小麥上的研究結(jié)果一致[21]。缺磷與低磷降低了茭白莖的質(zhì)量（表2），因此足量磷的供應(yīng)是茭白產(chǎn)品器官形成的保證。高磷（2.56 mmol/L）條件下，茭白的株高、葉長(zhǎng)、分蘗數(shù)和葉片、葉鞘、莖、全株的質(zhì)量略有下降（P>0.05）（表2、3）。這與高濃度的磷抑制番茄生長(zhǎng)的結(jié)果一致[14]。

3.2 磷供應(yīng)影響茭白的光合效率

缺磷（0 mmol/L）和低磷（0.16 mmol/L）條件下，植株葉片Pn均降低（P<0.05）（圖1）。Pn下降與Gs的降低有關(guān)（圖1）。同時(shí)，缺磷和低磷條件下植物葉片表觀電子傳遞速率（ETR）下降（圖2），說(shuō)明磷缺乏限制了光合作用的正常進(jìn)行。我們的研究結(jié)果與前人缺磷抑制植物的生長(zhǎng)，同時(shí)降低光合作用的報(bào)道一致[7~13，22]。缺磷與低磷在使氣孔導(dǎo)度下降的同時(shí)，胞間CO2濃度升高，這表明缺磷與低磷條件引起Pn下降可能主要由非氣孔因素導(dǎo)致[23]。

缺磷和低磷條件下ΦPSⅡ和qP下降（P<0.05）（圖2），造成葉片PSⅡ過度還原，PSⅡ關(guān)閉程度增加，激發(fā)光能通過PSⅡ進(jìn)入光化學(xué)過程的量減少，光能轉(zhuǎn)換和電子傳遞效率降低，過剩激發(fā)能增加，不利于光合作用進(jìn)行[24]。缺磷和低磷條件下qP降低說(shuō)明QA重新氧化能力減弱，傷害了PSⅡ受體側(cè)電子傳遞。試驗(yàn)中觀察到缺磷和低磷使茭白葉片的NPQ升高（P<0.05）（圖2），這說(shuō)明缺磷與低磷條件使得葉片中用于耗散過剩激發(fā)能的部分增多。這與前人的研究結(jié)果一致[25]。缺磷與低磷條件下，茭白葉片用于耗散過剩激發(fā)能的部分增多，相應(yīng)的用于光化學(xué)反應(yīng)的部分減小，PSⅡ開放反應(yīng)中心的比例和參與CO2固定的電子減少，使電子傳遞能力減弱，光合色素所捕獲的光能以轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的速度和效率變慢，葉片暗反應(yīng)受阻，最終導(dǎo)致植物葉片的光化學(xué)效率降低[25]。Fv/Fm反映了PSⅡ反應(yīng)中心的原初光能轉(zhuǎn)化效率，是反映植物脅迫程度的常用指標(biāo)。正常生長(zhǎng)條件下，植物葉片的Fv/Fm變化很小，脅迫條件下Fv/Fm通常明顯下降[16]。本研究中，缺磷條件下，葉片的Fv/Fm顯著降低，但低磷條件下Fv/Fm降低并不顯著（圖2）?？梢姡绷讓?duì)茭白生長(zhǎng)造成了脅迫。

圖2 磷元素對(duì)茭白葉片葉綠素a熒光參數(shù)的影響

高磷（2.56 mmol/L）條件下，茭白葉片的Pn略有下降（P<0.05）（圖1）。這與高磷處理下番茄凈光合速率的下降類似[15]。高磷條件下葉片凈光合速率的下降可能與有機(jī)磷含量下降有關(guān)[13]。此外，高磷條件下Pn的降低還可能受到葉片的ΦPSⅡ、qP、ETR下降的影響（P<0.05）（圖2）。

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Effects of Phosphorus on Growth and Photosynthesis ofZizania latifoliaTurcz.

YAN Ning,ZHANG Yanli,WANG Xiaoqing,HUANG Jianzhong,GUO Deping
(College of Agriculture and Biotechnology,Zhejiang University,Hangzhou 310058)

In this paper,we examined the effects of different concentrations of phosphorus on the growth and photosynthetic responses ofZizania latifoliaTurcz..The results showed that,compared to the normal phosphorus concentration(0.64 mmol/L), the phosphorus deficiency treatments (0,0.16 mmol/L)inhibited the plant growth and significantly decreased Pn,Gs but increased Ci.Meanwhile,the phosphorus deficiency treatments significantly decreased ΦPSⅡ,qP,ETR,but increased NPQ.The high phosphorus treatment(2.56 mmol/L)slightly inhibited the plant growth and decreased ΦPSⅡ,qP,ETR, Pn and Gs.

Zizania latifoliaTurcz.;Phosphorus;Growth;Chlorophyll a fluorescence parameters;Photosynthetic gas exchange

10.3865/j.issn.1001-3547.2012.16.033

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“水生蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系研究與示范”（編號(hào)200903017-03），浙江省科技廳重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目“浙江省水生蔬菜產(chǎn)業(yè)提升關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”（2009C02006-3）

閆寧（1987-），男，博士研究生，主要從事蔬菜學(xué)研究，電話：0571-88982796，E-mail：yanning5110@163.com郭得平，通信作者，E-mail：dpguo@zju.edu.cn

2012-06-28