中華紅葉楊光合特性測定分析

陳開偉

摘要:利用Li-6400光合測定儀對自然條件下2年生中華紅葉楊葉片光合速率(Pn)、蒸騰率(Tr)和水分利用率(WUE)進行測定。結果表明:在同一CO2濃度(Ci)下,中華紅葉楊在雨量充沛、氣溫較高的8月份光飽和點(LSP)值最高;隨著Ci的增加,紅葉楊的Pn也快速增加;光合有效輻射(PAR)強度增大,Tr也隨著增大;在相同的PAR條件下,紅葉楊葉片在不同月份的水分利用率(WUE)排序為:8月＞7月＞6月。

關鍵詞:紅葉楊光合作用蒸騰作用水分利用光飽和點CO2飽和點

中圖分類號:S7 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0208-02

中華紅葉楊(Populus deltoids cv.chinese)為楊柳科楊屬,落葉喬木,樹干通直,雄性,無飛絮,初始嫩葉深紫紅色,長成后漸成紫紅色,7～9月份老葉變成紫綠色,10月份為暗綠色,11月份變?yōu)樾狱S色。相對于其他楊樹種類而言,中華紅葉楊葉色瑰麗多變,展葉期長,抗性較強,適生地區(qū)廣,生長迅速,能較好體現(xiàn)對園林綠化樹種多樣性、多層次、立地成景、彩葉化的要求。文章對中華紅葉楊生長季節(jié)內(nèi)光合作用的光響應和CO2響應進行討論,分析紅葉楊光合作用對環(huán)境變化響應和耐干旱程度,對提高紅葉楊大規(guī)模繁殖和區(qū)域植被恢復及生態(tài)建設提供技術指導和科學依據(jù)。

1材料與方法

1.1 試驗地概況

選擇普通農(nóng)耕地設置苗圃試驗地,試驗地設在西昌市川興鎮(zhèn)小花山,地理坐標為北緯27°51′25″,東經(jīng)102°19′48″,海拔1540m;屬亞熱帶季風氣候,終年溫差較小,夏季多雨,冬季少雨且溫暖,陽光充沛,日照時間較長,熱量資源豐富,年平均氣溫為18℃,年絕對最高氣溫36℃,絕對最低溫度8℃,年日照時數(shù)可達2430h,無霜期250d,春天風力相對較大,3～4級。

1.2 試驗材料

試驗材料為2a生紅葉楊,選取樣株長勢良好、無病蟲害的植株4株,在每株樣樹上選擇完全展開并能接受完全光照大小適中、完整的3個活體葉片,作好標記,用作各項光合參數(shù)的測定。用Li-6400光合測定儀測量植物葉片的氣體交換、呼吸參數(shù)和熒光參數(shù)等指標,將數(shù)據(jù)用Microsoft Excel2010錄入并用統(tǒng)計軟件SPSS13.0分析。

2光響應曲線、CO2響應曲線的測定以及光合參數(shù)的計算

試驗時間為2011年6～8月,選擇晴朗天氣測定,測定部位為植株中部向南的葉片,并作好標記。用Li-6400光合測定儀,將紅藍光源LED設定一系列系列光合有效輻射(PAR)強度:0、100、200、300、400、500、600、700、800μmol(m2·s),測定不同光照強度下紅葉楊葉片的凈光合速率(Pn)和蒸騰速率(Tr),測定時溫度在25℃左右,CO2濃度為觀測時大氣CO2濃度。利用所得數(shù)據(jù)繪制Pn和PAR曲線(Pn-PAR),求出曲線的最大值即為光飽和點(LSP),利用PAR在0～200μmol(m2·s)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)繪制出響應曲線,直線與橫軸的交點即為光補償點(LCP),直線的斜率即為表觀量子效率(Φ)。

用液化CO2鋼瓶設定CO2濃度(Ci)分別為600、400、300、200、100、200、300、400、600μmol/mol。測定不同CO2濃度下紅葉楊葉片的凈光合速率(Pn)。測定時溫度控制在25℃左右,光強度為1000μmol(m2·s)。利用所得數(shù)據(jù)繪制出Pn和Ci曲線(Pn-Ci),求出曲線的最大值即為CO2飽和點(CSP),利用CO2在00～200μmol/mol范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)響應直線,直線與橫軸的交點即為CO2補償點(CCP),直線的斜率即為羧化率(CE)。

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和作圖由Microsoft Excel2010完成,線性回歸和相關分析利用SPSS13.0完成,水份利用率(WUE)用凈光合速率和蒸騰速率之比表示(WUE=Pn/Tr)。

3結果分析

3.1 紅葉楊葉片凈光合速率對光照強度的響應

光是植物進行光合作用的能源,光照強度對植物的光合作用有著顯著的影響,不同生態(tài)型植物的光合速率變化在強光和弱光下均有差異。由圖1可知紅葉楊葉片光合速率隨光強變化較大:當PAR在0～200μmol(m2·s)時,紅葉楊的Pn增長迅速,幾乎為線性趨勢;隨著光強的增加,當PAR在200～600μmol(m2·s)時,Pn的增長趨勢減緩。當PAR達到光飽和點以后,Pn增長更為緩慢,趨勢線與X軸幾乎平行,處于較為恒定狀態(tài)。當PAR在0～200μmol(m2·s)時,6、7、8月份紅葉楊的Pn差別不大;當PAR＞200μmol(m2·s)時,紅葉楊的Pn隨PAR的增加而增加。當PAR達到光飽和點以后,在相同的PAR下,6月最小,7月居中,8月最高。

用回歸方程Pn=aPAR2+bPAR+c對不同月份紅葉楊的光響應曲線進行擬合,分別計算出紅葉楊葉片在不同生長時期的光補償點(LCP)、光飽和點(LSP)和表觀量子利用效率(Φ),結果見表1。LCP、LSP和Φ是植物光響應特征的主要指標。

由表1可知,紅葉楊在雨量充沛、氣溫較高的8月份LSP值最高,大小順序為8月＞7月＞6月;Φ整體呈逐漸上升趨勢,說明紅葉楊對光的利用能力逐步增強。最大凈光合速率(Pnmax)反映了植物的光合作用能力,隨著紅葉楊的生長,其光合作用能力增強,8月份Pn最大。

3.2 紅葉楊葉片凈光合速率對CO2濃度升高的響應

隨著CO2濃度的升高,一方面增加了CO2對Rubisco酶結合位點的競爭,提高羧化效率,另一方面通過抑制植物呼吸作用提高光合速率。所以CO2濃度的高低會影響植物的光合作用。紅葉楊的CO2響應曲線見圖2。

由圖2可知,當紅葉楊葉片的Ci低于400μmol/mol,隨著Ci的增加,紅葉楊的Pn也快速增加,其中8月份的增幅明顯高于其他月份,相同的CO2濃度,Pn的大小順序是8月＞7月＞6月。用回歸方程,對紅葉楊葉片的CO2響應曲線進行擬合,各參數(shù)值見表2。

由表2可知,紅葉楊在8月的羧化效率(CE)最高,6月最低;CO2飽和點(CSP)8月份最低,6月最高;CO2補償點(CCP)8月份最低,7月份最高。

3.3 光合有效輻射對紅葉楊葉片蒸騰率和水分利用率的影響

紅葉楊葉片的Tr隨PAR的增強,總體趨勢是增大,但是從整體看增幅不是很大(見圖3)。在相同的PAR條件下,紅葉楊的Tr,8月明顯高于其他2個月。

水份利用效率(WUE)是植物光合、蒸騰特性的綜合反映。在相同的PAR條件下,紅葉楊葉片在不同月份的水分利用率(WUE)排序為:8月＞7月＞6月。

4討論

一般說來,植物的光補償點越低,其利用弱光的能力越強;光飽和點越高的植物對全日照強光的利用效越高,植物生長越快,所以這類植物對光照適應性較強。相反,光補償點較高、光飽和點較低的植物對光照的適應性較弱。從試驗數(shù)據(jù)表明中華紅葉楊具有較強的光利用能力和較寬的光照適應能力,是一種典型的陽性樹種。

CO2補償點(CCP)是植物利用CO2進行光合作用的臨界濃度。試驗表明,中華紅葉楊的CO2補償點比較高,具有較大的光合作用潛力。

表觀量子效率(Φ)是指植物每接收單位量的光所能同化CO2的量,在一定程度上反映植物光合器官利用光能同化CO2的能力。試驗表明紅葉楊的Φ值低于一般植物的Φ值,紅葉楊對弱光的利用能力一般。

水分利用率(WUE)是指單位蒸騰耗水量的光合作用或生長量,是植物光合、蒸騰特性的綜合反映。試驗表明,在水分條件件較好的8月份,紅葉楊表現(xiàn)出高光合、高蒸騰作用,一方面通過蒸騰耗水來降低植物溫度,以免被高溫灼傷;另一方面可以積累大量的有機物質,為越冬作準備。

5結語

綜上所述,紅葉楊的光照適應范圍較寬,光補償點低、飽和點高,適應強光照,具有較大的的光合作用潛力,水分利用率也高。因此適應栽植在陽光充足的地方,種植紅葉楊對水土保持以及生態(tài)環(huán)境改善都有重要意義。

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