不同光照條件對馬來眼子菜和蓖齒眼子菜光合作用的影響

郎鵬+袁龍義+李世平

摘要：利用遮陽網(wǎng)模擬光照度及光照時(shí)間，測定2種沉水植物馬來眼子菜（Potamogeton malaianus Miq.）、蓖齒眼子菜（Potamogeon pectinatus L.）的光合熒光特性，結(jié)果表明：馬來眼子菜、篦齒眼子菜的熒光參數(shù)最大光量子產(chǎn)量（Fv/Fm）、實(shí)際光量子產(chǎn)量（Yield）、光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）在50%自然光照下均比100%、25%自然光照下高；25%自然光下馬來眼子菜非光化學(xué)淬滅系數(shù)（qN）下降；隨著光照度的增大，馬來眼子菜、篦齒眼子菜的光合作用強(qiáng)度也不斷提高，又以馬來眼子菜的光合作用強(qiáng)度要強(qiáng)于篦齒眼子菜。

關(guān)鍵詞：馬來眼子菜；蓖齒眼子菜；沉水植物；光合作用；遮光處理；熒光參數(shù)

中圖分類號： Q945.11文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2014）06-0323-03

收稿日期：2013-09-14

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號：31170400）；湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（編號：B20111305）；湖北省自然科學(xué)基金（編號：2010CDB04402）。

作者簡介：郎鵬（1988—），男，湖北十堰人，碩士研究生，主要從事生態(tài)環(huán)境與生態(tài)修復(fù)研究。E-mail：1041322663@qq.com。

通信作者：袁龍義，博士，副教授，主要從事水生植物生物學(xué)及濕地研究。E-mail：yly35@hotmail.com。沉水植物屬于大型草本植物，整個(gè)植物都在水下生長。作為初級生產(chǎn)者，沉水植物能增加空間生態(tài)位、抑制生物性及非生物性懸浮物、改善水下光照及溶解氧條件，是水體生物多樣性賴以維持的基礎(chǔ)，在整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著非常重要的作用[1-3]。隨著水體富營養(yǎng)化進(jìn)程的加快，沉水植物群落衰退消失現(xiàn)象也越來越明顯[4-5]。陳燦等研究了不同營養(yǎng)狀態(tài)下附生藻類對菹草葉片光合機(jī)能的影響，發(fā)現(xiàn)水體營養(yǎng)水平促進(jìn)沉水植物葉片附生藻類增殖，導(dǎo)致菹草光合機(jī)能下降，營養(yǎng)鹽的作用是間接的[6]。黎慧娟等發(fā)現(xiàn)弱光照、高營養(yǎng)鹽均對苦草生長產(chǎn)生抑制，且兩者有交互作用[7]。有學(xué)者利用水下燈及遮光網(wǎng)模擬光照度及光照時(shí)間，研究光照對大葉藻光合作用、生物量、生長特性的影響，結(jié)果表明，在淺水區(qū)域以光補(bǔ)償點(diǎn)的光照度進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，若光照時(shí)間減少2.9～4.7 h，大葉藻的最大凈光合速率及葉片葉綠素含量是對照區(qū)（光照時(shí)間未發(fā)生變化）的2倍，若光照時(shí)間增加 3.4～4.6 h，大葉藻的最大凈光合速率比對照區(qū)減少33%[8]。光合作用是沉水植物最重要的代謝活動(dòng)，光照度是沉水植物生長所必需的環(huán)境因子，同時(shí)也是主要的限制因素[9-12]。眾多研究者認(rèn)為，光照不足是導(dǎo)致沉水植物群落衰退消失的主要原因。本研究以馬來眼子菜（Potamogeton malaianus Miq.）、蓖齒眼子菜（Potamogeon pectinatus L.）為材料，測定馬來眼子菜、蓖齒眼子菜葉片熒光特性的變化，研究這2種沉水植物對水生生境光照度變化的響應(yīng)機(jī)制，旨在為研究沉水植被的生態(tài)恢復(fù)功能提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

馬來眼子菜別稱竹葉眼子菜，是眼子菜科眼子菜屬多年生沉水植物。蓖齒眼子菜是眼子菜科眼子菜屬多年生沉水植物。這2種植物適應(yīng)能力較強(qiáng)，具有表型可塑性[13]。

1.2方法

2011年5月1日選取15 cm長帶枝葉的采自洪湖的馬來眼子菜、蓖齒眼子菜，種植在75 L的桶中，河沙作底質(zhì)，每桶30株。試驗(yàn)共分3組，采用不同層數(shù)的遮陽網(wǎng)覆蓋，模擬100%自然光照、50%自然光照、25%自然光照等3種不同光照條件，每組3次重復(fù)。2011年7月1日結(jié)束試驗(yàn)。每隔 10 d 用水下調(diào)制熒光儀測定馬來眼子菜、篦齒眼子菜的葉綠素?zé)晒鈪?shù)：最大光量子產(chǎn)量（Fv/Fm）、實(shí)際光量子產(chǎn)量（Yield）、相對光合電子傳遞速率（ETR）、光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）、非光化學(xué)淬滅系數(shù)（qN）等指標(biāo)。

1.3數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003軟件處理數(shù)據(jù)，SPSS 19統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同光照條件對馬來眼子菜、蓖齒眼子菜Fv/Fm、Yield變化趨勢的影響

25%自然光照與50%自然光照處理下的馬來眼子菜Fv/Fm存在顯著差異。50%自然光照下馬來眼子菜的Fv/Fm比全自然光照下的Fv/Fm略高。25%自然光照下蓖齒眼子菜的Fv/Fm與50%、100%光照下蓖齒眼子菜的Fv/Fm差異極顯著。50%光照處理下蓖齒眼子菜的Fv/Fm與100%自然光照下蓖齒眼子菜的Fv/Fm相比差異不顯著。光照對馬來眼子菜、蓖齒眼子菜的Fv/Fm影響大致相同。

由圖2可知，25%自然光照下馬來眼子菜的Yield與100%自然光照下馬來眼子菜的Yield存在顯著差異，50%、25%自然光照下馬來眼子菜的Yield分別為100%自然光照的103.4%、94.4%。25%自然光照下篦齒眼子菜的Yield與100%、50%自然光照下篦齒眼子菜的Yield相比差異極顯著。遮光對篦齒眼子菜的光合作用影響要比對馬來眼子菜的影響大。100%自然光照下，馬來眼子菜、篦齒眼子菜的實(shí)際光合速率要低于50%自然光照組。

2.2不同光照條件對馬來眼子菜、蓖齒眼子菜ETR、qP、qN變化趨勢的影響

100%、50%、25%自然光照下馬來眼子菜的ETR存在顯著差異，100%、50%自然光照下篦齒眼子菜的ETR存在極顯著差異。100%自然光照條件下，馬來眼子菜的光合效率要優(yōu)于篦齒眼子菜。由圖4可知，100%、50%自然光照下，馬來眼子菜的qP差異不顯著，25%、100%自然光照下馬來眼子菜的qP差異顯著。50%、25%自然光照下馬來眼子菜的qP分別是100%自然光照下的 103.9%、83.7%。100%、50%自然光照下，蓖齒眼子菜的qP差異不顯著，25%、100%自然光照下蓖齒眼子菜的qP差異極顯著。半陰生境下，馬來眼子菜、篦齒眼子菜都具有適應(yīng)弱光環(huán)境的能力，但是這種適應(yīng)能力有限。

不同光照條件下馬來眼子菜的qN差異顯著，100%自然光照下馬來眼子菜的qN最大。不同光照條件下篦齒眼子菜的qN差異極顯著。

3結(jié)論與討論

本研究表明，馬來眼子菜、篦齒眼子菜的葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm、Yield、qP 在50%自然光照下均比100%、25%自然光照下高，表明馬來眼子菜光合系統(tǒng)所吸收的光能超過光合作用

本身所利用的能量，光合效率有下降趨勢。25%自然光下馬來眼子菜qN下降，表明弱光下馬來眼子菜吸收的光能主要用于光化學(xué)反應(yīng)，為了適應(yīng)弱光環(huán)境，馬來眼子菜增強(qiáng)光能利用能力。本試驗(yàn)的遮光處理在一定程度上提高了PSⅡ反應(yīng)中心的活性，葉綠體吸收的光能用于光化學(xué)反應(yīng)生成光化產(chǎn)物的比例增加，用于耗散的比例降低，整個(gè)過程并沒有破壞光系統(tǒng)PSⅡ的中心[14-18]。隨著光照度的增大，馬來眼子菜、篦齒眼子菜的光合作用強(qiáng)度也不斷提高，但是馬來眼子菜的光合作用強(qiáng)度要強(qiáng)于篦齒眼子菜。馬來眼子菜、篦齒眼子菜對遮光處理有都有較強(qiáng)的耐受適應(yīng)性[19-21]。馬來眼子菜、篦齒眼子菜是沉水植物，沉水植物為了生存，對水下光照環(huán)境具有很強(qiáng)的可塑性、適應(yīng)性，為了適應(yīng)水體中迅速衰減的光照環(huán)境，沉水植物最大限度地吸收光輻射來完成光合作用[22-23]。沉水植物的光飽和點(diǎn)、補(bǔ)償點(diǎn)都比較低，很容易達(dá)到[24]。

參考文獻(xiàn)：

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[16]任 南，嚴(yán)國安，馬劍敏，等. 環(huán)境因子對東湖幾種沉水植物生理的影響研究[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1996，42（2）：213-218.

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[21]鄧建才，翟水晶，陳 橋.二氧化碳濃度升高對太湖沉水植物馬來眼子菜生長的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，20（6）：1299-1304.

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[24]許木啟，黃玉瑤.受損水域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建研究[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，1998，18（5）：547-558

不同光照條件下馬來眼子菜的qN差異顯著，100%自然光照下馬來眼子菜的qN最大。不同光照條件下篦齒眼子菜的qN差異極顯著。

3結(jié)論與討論

本研究表明，馬來眼子菜、篦齒眼子菜的葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm、Yield、qP 在50%自然光照下均比100%、25%自然光照下高，表明馬來眼子菜光合系統(tǒng)所吸收的光能超過光合作用

本身所利用的能量，光合效率有下降趨勢。25%自然光下馬來眼子菜qN下降，表明弱光下馬來眼子菜吸收的光能主要用于光化學(xué)反應(yīng)，為了適應(yīng)弱光環(huán)境，馬來眼子菜增強(qiáng)光能利用能力。本試驗(yàn)的遮光處理在一定程度上提高了PSⅡ反應(yīng)中心的活性，葉綠體吸收的光能用于光化學(xué)反應(yīng)生成光化產(chǎn)物的比例增加，用于耗散的比例降低，整個(gè)過程并沒有破壞光系統(tǒng)PSⅡ的中心[14-18]。隨著光照度的增大，馬來眼子菜、篦齒眼子菜的光合作用強(qiáng)度也不斷提高，但是馬來眼子菜的光合作用強(qiáng)度要強(qiáng)于篦齒眼子菜。馬來眼子菜、篦齒眼子菜對遮光處理有都有較強(qiáng)的耐受適應(yīng)性[19-21]。馬來眼子菜、篦齒眼子菜是沉水植物，沉水植物為了生存，對水下光照環(huán)境具有很強(qiáng)的可塑性、適應(yīng)性，為了適應(yīng)水體中迅速衰減的光照環(huán)境，沉水植物最大限度地吸收光輻射來完成光合作用[22-23]。沉水植物的光飽和點(diǎn)、補(bǔ)償點(diǎn)都比較低，很容易達(dá)到[24]。

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[22]蘇睿麗，李 偉.沉水植物光合作用的特點(diǎn)與研究進(jìn)展[J]. 植物學(xué)通報(bào)，2005，22（增刊）：128-138.

[23]Maberly S C，Madsen T V. Use of bicarbonateions as a source of carbon in photosynthesis by Callitriche hermaphroditica[J]. Aquatic Botany，2002，73（1）：1-7.

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不同光照條件下馬來眼子菜的qN差異顯著，100%自然光照下馬來眼子菜的qN最大。不同光照條件下篦齒眼子菜的qN差異極顯著。

3結(jié)論與討論

本研究表明，馬來眼子菜、篦齒眼子菜的葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm、Yield、qP 在50%自然光照下均比100%、25%自然光照下高，表明馬來眼子菜光合系統(tǒng)所吸收的光能超過光合作用

本身所利用的能量，光合效率有下降趨勢。25%自然光下馬來眼子菜qN下降，表明弱光下馬來眼子菜吸收的光能主要用于光化學(xué)反應(yīng)，為了適應(yīng)弱光環(huán)境，馬來眼子菜增強(qiáng)光能利用能力。本試驗(yàn)的遮光處理在一定程度上提高了PSⅡ反應(yīng)中心的活性，葉綠體吸收的光能用于光化學(xué)反應(yīng)生成光化產(chǎn)物的比例增加，用于耗散的比例降低，整個(gè)過程并沒有破壞光系統(tǒng)PSⅡ的中心[14-18]。隨著光照度的增大，馬來眼子菜、篦齒眼子菜的光合作用強(qiáng)度也不斷提高，但是馬來眼子菜的光合作用強(qiáng)度要強(qiáng)于篦齒眼子菜。馬來眼子菜、篦齒眼子菜對遮光處理有都有較強(qiáng)的耐受適應(yīng)性[19-21]。馬來眼子菜、篦齒眼子菜是沉水植物，沉水植物為了生存，對水下光照環(huán)境具有很強(qiáng)的可塑性、適應(yīng)性，為了適應(yīng)水體中迅速衰減的光照環(huán)境，沉水植物最大限度地吸收光輻射來完成光合作用[22-23]。沉水植物的光飽和點(diǎn)、補(bǔ)償點(diǎn)都比較低，很容易達(dá)到[24]。

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