花青素型甘薯不同生長時期光合光響應特性研究

張磊等

摘要：

本試驗對花青素型甘薯煙紫薯2號（Y2）、煙紫薯3號（Y3）和日本紫薯（RZ）不同生長時期的光合光響應變化和光合參數(shù)進行研究。結果表明，花青素型甘薯最大凈光合速率（Pnmax）以塊根膨大初期最大，其次是塊根盛長期，塊根膨大末期小，各時期間差異均顯著 （P<0.05）；塊根膨大末期的初始量子效率（α）遠高于膨大初期值，而光飽和點（Isat）卻相反，不同生長時期的光補償點（Ic）和暗呼吸速率（Rd）無明顯差異。對不同品種光合特性比較表明，塊根盛長期的α和Rd以RZ為最高，其次是Y2，Y3最低，但Y3的Isat最高；塊根膨大末期RZ的Pnmax和Isat均顯著高于Y2和Y3，而RZ的Rd則最低。

關鍵詞：花青素型甘薯；不同生長時期；光合光響應；最大凈光合速率

中圖分類號：S531.01文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2015）05-0023-04

Study on Photosynthetic Light Response Characteristics

of Anthocyanin-Type Sweet Potato in Different Growth Periods

Zhang Lei1，2， Liu Weizheng2， Xin Guosheng2， Han Junjie2， Shang Lili2， Qiu Pengfei2， Lin Zujun2*

（1.College of Life Sciences， Yantai University， Yantai 264005， China； 2. Yantai Academy of Agricultural Sciences， Yantai 265500； China）

AbstractIn this experiment， the photosynthetic light response and photosynthetic parameters of three anthocyanin-type sweet potato varieties， Yanzishu 2 （Y2）， Yanzishu 3 （Y3） and Japanese purple sweet potato （RZ）， in different growth periods were studied. The results showed that the maximum net photosynthetic rate （Pnmax） of anthocyanin-type sweet potato as the largest in the initial root-enlargement period， and then rapid root-enlargement period， late root-enlargement period in order. The differences between different growth periods were significant （P<0.05）. The initial quantum efficiency （α） of latter root-enlargement period was much bigger than the initial value， but the light saturation point （Isat） was opposite. The differences in light compensation point （Ic） and dark respiration rate （Rd） between different growth periods were not significant. Compared between different varieties， RZ had the highest α and Rd in the rapid enlargement period of root， followed by Y2 and Y3； Y3 had the hightest Isat. In the late growth period， the Pnmax and Isat of RZ were all significantly higher than those of Y2 and Y3， but Rd of RZ was the lowest.

Key wordsAnthocyanin-type sweet potato； Different growth periods； Photosynthetic light response； Maximum net photosynthetic rate （Pnmax）

光合作用是植物生長發(fā)育及產(chǎn)量形成的基礎，是一個由光能轉變?yōu)榛瘜W能的極其復雜的物理化學過程。該過程不僅與溫度、水分、熱量等有關，還極易受到光照強度、CO2濃度等環(huán)境因子的影響。其中，光作為光合作用中光能的唯一來源，是最根本的環(huán)境生態(tài)因子。近年來，關于植物與光、CO2等環(huán)境因子關系的研究備受植物生理學和植物生態(tài)學領域的關注。

甘薯（Ipomoea batatas Lam）屬旋花科一年生草本喜光植物。文建雷和開國銀等認為，甘薯將是未來擺脫糧食和能源危機的最后一張王牌。中國是世界甘薯種植大國，常年種植面積在600×104 hm2以上，約占世界甘薯總面積的65.4%。光合作用是作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的生理基礎，作物95% 以上的干物質(zhì)來源于光合作用。因此，改善光合性能是提高作物產(chǎn)量的重要途徑之一。植物光合作用對光照強度的響應曲線反映了光合速率隨著光照強度的變化特征，對了解植物光化學過程中的光化學效率變化起到至關重要的作用。目前，對甘薯光合特性的報道多集中在某一特定時期的光合光響應特性方面以及不同品種光合特性與產(chǎn)量的相關性等，關于甘薯不同生長時期光合光響應特性的研究較少。本試驗研究了花青素型甘薯在生長前期、中期和后期的光合光響應特性，并探討了主要光合參數(shù)之間的變化規(guī)律及差異，以求全面了解花青素型甘薯整個生育期的光合光響應特性，從而為其光合生理及相關研究提供理論依據(jù)。endprint

1材料與方法

1.1供試材料

試驗以花青素型甘薯煙紫薯2號（Y2）、煙紫薯3號（Y3）和日本紫薯（RZ）為材料，于2014年4月25日將其幼苗分別移栽于煙臺市農(nóng)業(yè)科學研究院試驗場肥力相當?shù)牡貕K。小區(qū)面積為12 m2，壟長2.5 m，壟寬0.8 m，栽插6行60株。隨機區(qū)組排列，重復3次。一次性施肥，常規(guī)田間管理。在甘薯生長前期各品種分別選5～6株生長良好、無病害且生長一致植株，做好標記，待用。

1.2光響應數(shù)據(jù)的測定

在甘薯生長前期、中期和后期（栽后90～100天）選擇晴朗無風天氣，利用美國Li-6400XT光合儀于上午9∶00～11∶30對待測植株葉片上數(shù)第4片完全展開葉的固定位置進行光響應測定。測定時控制葉室內(nèi)CO2濃度（380±2）μmol/mol，空氣相對濕度為（70±5）%，葉片溫度控制在（28±2）℃，并對Li-6400XT的02B-LED紅藍光源光合有效輻射的梯度進行設置，依次在2000、1800、1500、1200、900、600、400、200、100、50、0 μmol/（m2·s）下測定甘薯光合速率等指標。然后利用直角雙曲線修正模型擬合處理光合光響應數(shù)據(jù)，得到光響應曲線的初始斜率即初始量子效率（α）、光飽和點（Isat）、最大凈光合速率（Pnmax）、光補償點（Ic）和暗呼吸速率（Rd）。取各測量值平均值作為最終結果，以減小誤差。

1.3數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2007進行處理，模型分析選用SPSS 17.0軟件完成。

2結果與分析

2.1花青素型甘薯不同生長時期的光合光響應曲線

圖1顯示出花青素型甘薯不同生長時期的光合光響應變化趨勢，可知，煙紫薯2號（Y2）、煙紫薯3號（Y3）和日本紫薯（RZ）光合光響應曲線總體上呈現(xiàn)單峰趨勢，且不同生長時期的凈光合速率（Pn）大小總體表現(xiàn)為薯塊膨大初期（Ⅰ）>薯塊盛長期（Ⅱ）>薯塊膨大末期（Ⅲ）。在弱光下（PAR<200 μmol/（m2·s），隨著光合有效輻射強度（PAR）逐漸增強，花青素型甘薯各生長時期的Pn迅速增加，接近直線增長；當PAR繼續(xù)增強時，各生長時期的Pn增長放緩；在達到最大值后，Pn隨著PAR增大而開始降低。

2.2不同生長時期花青素型甘薯的主要光合參數(shù)比較

由表1可以看出，塊根膨大末期的α值顯著高于膨大初期值（P<0.05），薯塊盛長期的α值與兩者間差異不顯著。甘薯不同生長時期的Pnmax大小表現(xiàn)為：薯塊膨大初期>薯塊盛長期>薯塊膨大末期，且各時期均達到顯著差異（P<0.05）。對不同時期的Isat進行比較可知，薯塊膨大初期和盛長期的Isat差異不顯著，但二者卻顯著高于薯塊膨大末期值。然而，甘薯的Ic和Rd在不同時期間無顯著差異。

2.3花青素型甘薯不同品種的光合特性差異分析

由表1可以看出，花青素型甘薯塊根膨大初期的α、Pnmax和Isat值在品種Y2 、Y3和RZ間的差異不顯著，而Y2和Y3的Ic 、Rd值則均顯著高于RZ。薯塊盛長期α和Rd值在不同品種間的大小表現(xiàn)為：RZ>Y2>Y3，薯塊膨大末期的α值大小表現(xiàn)為：Y2>RZ>Y3，品種間的差異均達到顯著水平（P<0.05）。薯塊盛長期Y2的Pnmax值顯著高于RZ，而Y3的Isat和Ic值均顯著高于其它品種，直到膨大末期Y2的Pnmax和Isat值顯著低于RZ，但該時期各品種間的Rd值差異不顯著。

3結論與討論

初始量子效率（α）能夠反映植物對弱光的利用能力，而暗呼吸速率（Rd）反映了植物生長過程中消耗光合產(chǎn)物的速率；光飽和點（Isat）和光補償點（Ic）分別反映了植物對強光和弱光的適應能力；最大凈光合速率（Pnmax）體現(xiàn)了植物葉片的最大光合能力。通過光合作用的光響應曲線得到的生理參數(shù)是植物生理生態(tài)學研究的基礎，可以反映其對環(huán)境的適應性狀況。

本研究表明：花青素型甘薯不同生長時期的Pn對光照強度的響應總體表現(xiàn)為：塊根膨大初期>塊根盛長期>塊根膨大末期，不同時期的Pnmax值也表現(xiàn)了同樣的變化趨勢，且各時期間差異均達到顯著水平（P<0.05）。甘薯膨大末期的α值遠高于膨大初期值，Isat值顯著低于膨大初期值，而各生長時期的Ic和Rd值無明顯變化。對不同品種光合參數(shù)比較可以看出，花青素型甘薯塊根盛長期的α值和Rd值均表現(xiàn)為RZ>Y2>Y3，而此時的Isat值以Y3最高。RZ塊根膨大末期的Pnmax和Isat值均最高，而Rd卻最低。

由此可見，花青素型甘薯塊根膨大初期的葉片光合能力最強，其次是盛長期，塊根膨大末期最弱；而塊根膨大初期甘薯對弱光的利用能力最差，對強光適應能力最強，該時期甘薯需要強光條件；花青素型甘薯不同生長時期對弱光的適應能力和生長過程中消耗光合產(chǎn)物的能力相差不大。此外，塊根盛長期的RZ對弱光的利用能力和消耗的光合產(chǎn)物均最高，其次是Y2，Y3最低，其中Y3對強光適應能力最強。塊根膨大末期時，RZ的光合能力最強，同時也最能適應強光條件。因此，花青素型甘薯栽培過程中盡量管理好其塊根膨大初期的光照環(huán)境，以便充分發(fā)揮其光合能力。此外，在栽植RZ品種時，還應注意其對末期光照要求強于Y2和Y3。

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