吳甘霖,羊禮敏,段仁燕,許 遠(yuǎn),王志高
(安慶師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,安徽 安慶 246133)
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遮蔭對(duì)大別山五針?biāo)捎酌绻夂仙睾凸夂献饔玫挠绊?/p>
吳甘霖,羊禮敏,段仁燕*,許遠(yuǎn),王志高
(安慶師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,安徽 安慶 246133)
通過(guò)設(shè)置自然光與遮蔭(30%自然光)兩種光環(huán)境, 觀測(cè)了遮蔭60天后大別山五針?biāo)扇~幼苗光合色素和光合作用的變化。結(jié)果表明:與自然光照下的葉片相比, 遮蔭后葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b、葉綠素a/b均顯著增加(p<0.05);而凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、胞間CO2濃度及羧化效率顯著下降。這一研究結(jié)果說(shuō)明遮蔭對(duì)大別山五針?biāo)捎酌缬忻黠@的抑制作用。
大別山五針?biāo)?;光合特性;光合色素;遮蔭
光是影響植物幼苗生長(zhǎng)、發(fā)育及生殖的關(guān)鍵生態(tài)因子之一。光的生理生態(tài)功能主要表現(xiàn)為光合作用和光形態(tài)建成。遮蔭處理可以引起光質(zhì)的改變, 削弱光合有效輻射強(qiáng)度[1-2], 進(jìn)而影響植物光合作用和光形態(tài)建成[3-6]。在遮蔭條件下, 保持較高的光能利用效率對(duì)植物光合作用和光形態(tài)建成至關(guān)重要, 植物光合特征的變化是研究植物光能利用效率的一種重要手段。遮蔭條件下,植物葉形態(tài)的適應(yīng)性改變主要表現(xiàn)在葉片的比葉面積增加、葉片厚度降低和比葉重減少等方面[3-6]。葉片光合生理的適應(yīng)性表現(xiàn)為光合色素含量的增加[7-8],葉綠素b含量相對(duì)增加[8], 光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)的降低[9],暗呼吸速率的降低[7],以及表觀量子效率的增大[7-8]等方面。
極小種群大別山五針?biāo)?Pinusdabeshanensis)為我國(guó)特有極小種群,屬于國(guó)家Ⅱ級(jí)保護(hù)植物,自然生長(zhǎng)的野外個(gè)體不足1 000株,自然條件下野外僅位于大別山區(qū)5-9個(gè)間斷性的塊狀分布點(diǎn),分布的海拔高度在700-1 400 m。
1.1研究地概況
在安徽安慶妙道山國(guó)家森林公園大別山五針?biāo)煞庇?N 30°47′31.9′′、E 116°06′19.9′′,海拔 1 105 m)進(jìn)行野外控光實(shí)驗(yàn)。該區(qū)域年均溫度約為11.7 ℃,年均降雨量約為1 450 mm,坡度在10°-15°之間,土壤以山地黃棕壤為主。
于2013年6月中旬,對(duì)基地內(nèi)生長(zhǎng)良好的大小相同的大別山五針?biāo)捎酌?約為3-5年)進(jìn)行遮光處理。對(duì)大王溝的大別山五針?biāo)商烊涣终{(diào)查發(fā)現(xiàn),群落內(nèi)的透光度約為30%。為真實(shí)模式幼苗遭受的群落遮光影響,設(shè)置的遮蔭棚內(nèi)的光強(qiáng)約為自然光強(qiáng)的30%。試驗(yàn)設(shè)置自然光、尼龍網(wǎng)遮光2個(gè)處理,每個(gè)處理有3個(gè)重復(fù),每個(gè)遮蔭棚內(nèi)有1株幼苗。兩個(gè)月后,測(cè)定對(duì)照和遮蔭下大別山五針?biāo)傻娜~形態(tài)及光合生理指標(biāo)。
1.2試驗(yàn)方法
1.2.1光合生理指標(biāo)的測(cè)定
利用LI-6400光合作用儀配套的LED紅藍(lán)光源葉室及針葉葉室,在晴朗無(wú)風(fēng)時(shí)的上午9∶00-11∶00測(cè)定不同處理組內(nèi)當(dāng)年生葉片的光合生理指標(biāo)。CO2濃度以當(dāng)?shù)丨h(huán)境CO2濃度為基準(zhǔn), 氣體流量控制在500 ± 0.1 μmol·s-1, 樣品室葉片溫度控制在32 ± 3℃,相對(duì)濕度為37% ±4%, 光合有效輻射從1 000-0 μmol·m-2·s-1分10個(gè)梯度逐漸下降, 每個(gè)點(diǎn)穩(wěn)定3 min后讀數(shù),每個(gè)測(cè)定重復(fù)3次。測(cè)定大別山五針?biāo)扇~片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、胞間CO2濃度、水分利用率和羧化效率等光合指標(biāo)。
1.2.2葉綠素含量的測(cè)定
從每株植物上隨機(jī)采集10-15個(gè)當(dāng)年生健康針葉,用80%丙酮提取光合色素, 用分光光度計(jì)在波長(zhǎng)663 nm和 645 nm下測(cè)定其吸光度值, 計(jì)算葉綠素a、葉綠素b和類(lèi)胡蘿卜素含量。
1.3數(shù)據(jù)處理
采用SPSS13.0 (SPSS Inc., USA)軟件分析處理自然光與遮蔭處理下的大別山五針?biāo)扇~的光合色素和光合參數(shù)之間的差異。
2.1遮蔭對(duì)大別山五針?biāo)捎酌绻夂仙氐挠绊?/p>
圖1表示的是自然光和遮蔭條件下大別山五針?biāo)傻墓夂蠀?shù)特征。由圖1可知, 與自然光相比,遮蔭明顯提高了葉綠素a(圖1-A),葉綠素b(圖1-B),葉綠素a+b(圖1-D)的含量(p<0.05),提高的倍數(shù)分別為3.45,2.09,2.86。此外,遮蔭也顯著提高了葉綠素a/b(圖1-C)(p<0.05),提高的倍數(shù)為1.67。但遮蔭下,類(lèi)胡蘿卜素的含量(圖1-E)卻顯著下降(p<0.05)。
圖1自然光和遮蔭下大別山五針?biāo)傻墓夂蠀?shù)特征
A 葉綠素a(Chla,mg·g-1),B葉綠素b (Chlb,mg·g-1),C 葉綠素a/b(Chla/b),
D 葉綠素a+b(Chla+b,mg·g-1),E 類(lèi)胡蘿卜素(Car,mg·g-1)
2.2遮蔭對(duì)大別山五針?biāo)捎酌绻夂蠀?shù)的影響
圖2為自然光和遮蔭下大別山五針?biāo)傻墓夂蠀?shù)特征。由圖2可知, 與自然光相比,遮蔭明顯降低了凈光合速率(圖2-A),氣孔導(dǎo)度(圖2-B),蒸騰速率(圖2-C),胞間 CO2濃度(圖2-D)及羧化效率(圖2-E)(p<0.05),降低的倍數(shù)分別為3.51,1.48,2.89,3.92,2.38。但遮蔭下,水分利用效率卻顯著提高(圖2-F)(p<0.05)。
圖2自然光和遮蔭下大別山五針?biāo)傻墓夂蠀?shù)特征
A凈光合速率(Pn,μmol·m-2·s-1),B氣孔導(dǎo)度(Gs,μmol·m-2·s-1),C蒸騰速率(Tr,mmol·m-2·s-1),
D胞間CO2濃度( Ci,mol·mol-1),E 羧化效率(CE,μmol·m-2·s-1),F(xiàn) 水分利用率(WUE,mmol/mol)
光照是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的生態(tài)因子,自然生長(zhǎng)的植物幼苗均會(huì)經(jīng)歷光環(huán)境的極端波動(dòng),主要是長(zhǎng)期的林下低光和不可預(yù)測(cè)的林窗光照。林下的遮蔭環(huán)境會(huì)改變光的光質(zhì)、光強(qiáng)、光照時(shí)間及照射角度等,進(jìn)而改變空氣濕度和溫度[3-6],對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育起著明顯的控制作用[10-11]。
植物對(duì)自然環(huán)境下光環(huán)境的變化較敏感,可通過(guò)葉片自身的可塑性和變異性來(lái)積極響應(yīng)光環(huán)境的變化。光合色素主要包括葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素,在植物體內(nèi)起著重要的作用[12]。葉綠素的主要功能是吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化植物所吸收的光能,類(lèi)胡蘿卜素的主要功能是捕獲光能和防御光破壞。本研究證實(shí),模擬林下的遮蔭,大別山五針?biāo)捎酌绲娜~綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b、葉綠素a/b均顯著增加,表現(xiàn)出其對(duì)光照時(shí)間的減少和光合有效輻射降低的適應(yīng),這對(duì)大別山五針?biāo)捎酌缭诘凸猸h(huán)境下進(jìn)行光合作用是有利的,與其他的研究結(jié)果類(lèi)似[5,10]。
遮蔭也會(huì)造成植物光合參數(shù)的改變[10-11]。有研究表明,低光下,植物蒸汽壓虧缺會(huì)增加,可導(dǎo)致植物大量失水(細(xì)胞水勢(shì)下降),進(jìn)而降低蒸騰速率,影響葉片對(duì)水和關(guān)鍵礦質(zhì)元素的吸收及轉(zhuǎn)運(yùn),進(jìn)一步降低植物的光合作用[13]。我們的研究也證實(shí),遮蔭還降低了大別山五針?biāo)捎酌绲墓夂蠀?shù),表現(xiàn)為凈光合速率,氣孔導(dǎo)度,蒸騰速率,胞間 CO2濃度及羧化效率的顯著下降??梢?jiàn),遮蔭下大別山五針?biāo)捎酌绲娜~片可通過(guò)降低光合同化物的產(chǎn)量來(lái)補(bǔ)償?shù)凸鈱?duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的抑制作用。
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Shading on the Photosynthetic Physiological Characteristics and Photosynthetic Pigments of Pinus dabeshanensis Seedlings
WU Gan-lin, YANG Li-min, DUAN Ren-yan, XU Yuan, WANG Zhi-gao
(College of Life Sciences, Anqing Normal University, Anqing, Anhui 246133, China)
The photosynthetic physiological characteristics and photosynthetic pigment ofPinusdabeshanensisseedlings were observed by setting two kinds of light environments (the natural light and shading). Compared with the leaves under natural light, shading increased significantly the chlorophyll a, chlorophyll b, chlorophyll a+b, chlorophyll a/b of the leaves (p<0.05). Shading dropped significantly the net photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration rate, intercellular CO2concentration and carboxylation efficiency (p<0.05). The results showed that the shading had obvious inhibitory effects on the photosynthetic physiological characteristics ofP.dabeshanensisseedlings.
Pinusdabeshanensis; photosynthetic; photosynthetic pigment; shading
2016-03-06
林業(yè)局公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201304314),安徽省自然科學(xué)基金(1608085MC63) 和安徽省優(yōu)秀青年人才基金重點(diǎn)項(xiàng)目(2013SQL060ZD)。
吳甘霖,男,安徽金寨人,碩士,安慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授,研究方向?yàn)橹参镔Y源保護(hù)與利用。E-mail: wugl@sina.cn
段仁燕,男,湖北棗陽(yáng)人,博士,安慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授,研究方向?yàn)樯鷳B(tài)學(xué)。E-mail: duanrenyan78@163.com
時(shí)間:2016-8-17 11:31
http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1150.N.20160817.1131.027.html
Q945.11
A
1007-4260(2016)03-0106-04
10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2016.03.027