三種不同生長調(diào)節(jié)劑對杜鵑光合特性的影響

楊杰， 張中瑋， 張娟， 劉艷，吳林世， 廖菊陽*， 王愛霞

(1.桃江縣林業(yè)局，湖南 益陽 413400；2.湖南省森林植物園，湖南 長沙 410116；3.中南林業(yè)科技大學 理學院，湖南 長沙 410004；4.國家林草局杜鵑工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410116)

杜鵑(Rhododendronsimsii)是杜鵑花科(Ericaceae)杜鵑花屬(RhododendronL.)植物，落葉灌木，具有豐富的遺傳變異性，較高的經(jīng)濟價值和藥用價值，廣泛用于園林綠化和盆栽，研究價值高[1].目前國內(nèi)外對杜鵑的研究主要有植物群落結(jié)構(gòu)組成[2]、植物空間格局[3]與園林應(yīng)用綜合評價[4]，微觀上研究多數(shù)為群體遺傳學、遺傳多樣性[5]等方面.杜鵑分布集中在中國，國外分布較少，關(guān)于杜鵑的研究集中在生長基礎(chǔ)特性研究[6-7]，國內(nèi)少數(shù)學者已研究杜鵑種子休眠與萌發(fā)特性[8]，杜鵑變種花期調(diào)控，針對杜鵑的生長特性的研究較少.本研究選取杜鵑作為研究對象，利用植物生長調(diào)節(jié)劑進行處理，通過植株形態(tài)等一系列指標的觀測，對杜鵑光合特性進行分析，篩選出促進杜鵑花期提前的最佳調(diào)控條件，探究植物生長調(diào)節(jié)劑對杜鵑光合作用的影響，為杜鵑花期調(diào)控提供科學的試驗依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地處于湖南長沙湖南省森林植物園內(nèi)，地處113°01′30″E，28°06′40″N，海拔70 m～80 m，屬于亞熱帶季風氣候；年平均降雨量1 412.3 mm，無霜期281 d；年平均溫度17.2 ℃，年日照時長約1 529.3 h；光照和排水灌溉等條件良好[9].

1.2 試驗設(shè)計

試驗植株引種來自于安徽省安慶市岳西縣，引種栽植于湖南省森林植物園內(nèi)，樹齡均為10年，試驗于2018年8月～9月，在試驗地隨機選取45株生長狀態(tài)良好、形態(tài)大概一致的杜鵑植株，從中隨機選取3株作為對照組，用不同濃度梯度(500 mg/L、1 000 mg/L、1 500 mg/L、2 000 mg/L、2 500 mg/L)的IAA、GA3和NAA生長調(diào)節(jié)劑對杜鵑植株進行噴灑，使用噴霧法噴灑至葉片滴液為準，以清水作為對照(CK)，3次重復(fù)，共16個處理.生長調(diào)節(jié)劑均為生物試劑純度(上海源葉生物科技有限公司).儀器為LI-6400XT便攜式光合儀(美國LI-COR公司).

1.3 測量指標與方法

1.3.1 光合日變化

噴灑調(diào)節(jié)劑5 d后[10]，采用便攜式光合儀測定光合特性.在經(jīng)過生長調(diào)節(jié)劑處理的48棵植株上隨機選取3片無病蟲害、無機械損傷的成熟葉片.選取9∶00～17∶00時間段，每2 h測量一次，共測5次，系統(tǒng)自動測量凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)[11]等一系列植物光合作用表征因子，同時自動記錄空氣溫度、空氣濕度等環(huán)境因素數(shù)據(jù).每片葉記錄10次數(shù)據(jù)，取3次重復(fù)，測平均值.

1.3.2 光合-光響應(yīng)曲線

選擇光照充足，晴朗無風天氣，在上午9∶00～11∶30、下午14∶30～17∶00之間，用光合儀測杜鵑的光響應(yīng)曲線.在0 μmol/(m2·s)～2 000 μmol/(m2·s)范圍內(nèi)設(shè)置14個光合有效輻射梯度：2 000 μmol/(m2·s)、1 500 μmol/(m2·s)、1 000 μmol/(m2·s)、800 μmol/(m2·s)、600 μmol/(m2·s)、500 μmol/(m2·s)、400 μmol/(m2·s)、300 μmol/(m2·s)、200 μmol/(m2·s)、150 μmol/(m2·s)、100 μmol/(m2·s)、50 μmol/(m2·s)、20 μmol/(m2·s)、0 μmol/(m2·s)，CO2采用開放氣流通路.儀器運行后系統(tǒng)自動測定杜鵑不同強度下的凈光合速率，3次重復(fù)，取平均值.

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010及SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)處理，Origin軟件作圖，利用葉子飄直角雙曲線修正模型進行曲線擬合，表達式[12]如下：

其中，Pn代表凈光合速率，I代表光強，α表示光響應(yīng)曲線在光照強度為0時的斜率，β表示修正系數(shù)，γ表示初始量子效率與植物最大凈光合速率的比值，Rd為暗呼吸速率.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度生長調(diào)節(jié)劑對杜鵑光合日變化的影響

(1)凈光合速率(Pn)

由圖1可知，CK的Pn表現(xiàn)出先增高后降低的變化趨勢，于中午13∶00達到最大值.不同濃度的IAA對Pn的影響不同，當濃度為2 000 mg/L～2 500 mg/L時，整體數(shù)值要高于CK.當濃度為1 500 mg/L，在9∶00時Pn最低.17∶00之后整體呈現(xiàn)下降趨勢；GA3對Pn的影響較大，在11∶00～13∶00時間段，2 000 mg/L濃度的Pn達到9 μmol/(m2·s)，之后逐漸回落，到17∶00時低于CK.500 mg/L～1 000 mg/L的GA3對Pn的影響不明顯；NAA對Pn的影響較小，與CK無明顯差異，2 500 mg/L濃度NAA處理的Pn與CK相近，不受光合有效輻射的影響，Pn保持一致，直到15∶00逐漸下降.

圖1 不同濃度生長調(diào)節(jié)劑對杜鵑凈光合速率(Pn)的影響Fig.1 Effects of different concentrations of growth regulators on net photosynthetic rate(Pn)of Rhododendron simsii

(2)蒸騰速率(Tr)

如圖2所示，Tr與Pn日變化趨勢相近，IAA能提高Tr，濃度為500 mg/L～1 500 mg/L的IAA提升能力較弱，而濃度2 000 mg/L～2 500 mg/L時對Tr有一定影響，在13∶00時2 000 mg/L與2 500 mg/LPn相近；當GA3濃度為1 500 mg/L～2 500 mg/L時，Tr與CK相比有所增加，提升約20%；當濃度為500 mg/L～1 000 mg/L時，與CK水平接近；NAA濃度為500 mg/L～1 000 mg/L時，在11∶00～13∶00時間段Tr提升最為明顯.而當濃度上升到2 000 mg/L～2 500 mg/L，Tr反而呈現(xiàn)降低趨勢.

圖2 不同濃度生長調(diào)節(jié)劑對杜鵑蒸騰速率(Tr)的影響Fig.2 Effects of different concentrations of growth regulators on transpiration rate(Tr)of Rhododendron simsii

(3)氣孔導(dǎo)度(Gs)

如圖3所示，生長調(diào)節(jié)劑處理后植株Gs與CK變化相似，呈現(xiàn)先下降后回升的趨勢.IAA處理在11∶00～17∶00時間段，隨著空氣溫度的升高，Gs逐漸增大并高于CK；使用2 000 mg/L濃度GA3處理的植株，9∶00達到最大值，17∶00之后與CK之間差別最明顯.NAA處理變化趨勢為濃度越高Gs越低，而在11∶00不同濃度的Gs受到一定抑制，均低于CK.

圖3 不同濃度生長調(diào)節(jié)劑對杜鵑氣孔導(dǎo)度(Gs)的影響Fig.3 Effects of different concentrations of growth regulators on stomatal conductance(Gs)of Rhododendron simsii

(4)胞間CO2濃度(Ci)

如圖4所示，500 mg/L～2 500 mg/L各濃度處理與CK無明顯差異，GA3處理的Ci日變化趨勢與IAA處理相近，2 000 mg/L～2 500 mg/L濃度GA3處理的Ci可達到360 μmol/mol以上，基本與9∶00持平；在9∶00～13∶00時間段，不同濃度NAA處理對Ci有一定的抑制作用，隨著CO2濃度的升高，15∶00之后高于CK，并在17∶00時數(shù)值變化相似.

圖4 不同濃度生長調(diào)節(jié)劑對杜鵑胞間CO2濃度(Ci)的影響Fig.4 Effects of different concentrations of growth regulators on intercellular CO2 concentration(Ci)of Rhododendron simsii

(5)光能利用率(LUE)

如圖5所示，噴施IAA后植株LUE相較于CK變化不大，濃度之間并無明顯差異，說明IAA對植株LUE無明顯影響；噴施GA3后，在9∶00時CK的LUE比處理組高，隨時間變化，其LUE逐漸低于其他處理組，到下午17∶00，CK的LUE最低；NAA處理后的LUE變化趨勢與GA3類似，CK的LUE呈現(xiàn)為早上降低、下午升高的趨勢，13∶00最低.不同濃度之間沒有明顯規(guī)律性，大致表現(xiàn)為濃度越高LUE越高.

(6)水分利用率(WUE)

由圖6可知，CK的WUE隨時間變化呈現(xiàn)“W”趨勢，施加IAA之后，逐漸變?yōu)椤癕”形，在17∶00時各處理組WUE都在一定程度上低于CK；GA3處理組與IAA處理組的變化趨勢類似，在下午15∶00時三組處理組的WUE均大幅度下降；NAA處理組在15∶00前的變化趨勢與CK一致，15∶00之后除1 500 mg/L的處理組之外，其他各組WUE均隨濃度增加而升高.

圖5 不同濃度生長調(diào)節(jié)劑對杜鵑光能利用率(LUE)的影響Fig.5 Effects of different concentrations of growth regulators on utilization ratio of light energy(LUE)of Rhododendron simsii

圖6 不同濃度生長調(diào)節(jié)劑對杜鵑水分利用率(WUE)的影響Fig.6 Effects of different concentrations of growth regulators on water use efficiency(WUE)of Rhododendron simsii

2.2 不同濃度生長調(diào)節(jié)劑對杜鵑光合-光響應(yīng)曲線的影響

由葉子飄直角雙曲線修正模型擬合方程計算得出的光合參數(shù)見表1.不同種類不同濃度的生長調(diào)節(jié)劑處理，對杜鵑植株的光合特性產(chǎn)生不同的影響.CK的表觀量子效率(AQE)為0.047 3，屬正常范圍.各個處理對植株的AQE均有一定提升效果，使用濃度為2 000 mg/L的IAA處理后，部分處理組的AQE能達到0.07以上，表明這兩個濃度的IAA處理能顯著提升杜鵑適應(yīng)弱光能力.因此，在杜鵑種植時，可適當使用生長調(diào)節(jié)劑促進植株適應(yīng)弱光.另外，陰性植物的光補償點(LCP)等于9 μmol/(m2·s)，光飽和點(LSP)為1 236 μmol/(m2·s)，說明杜鵑屬于喜光且耐半陰植物.

噴灑生長調(diào)節(jié)劑后的LCP響應(yīng)最為顯著，當GA3噴施濃度為1 500 mg/L以上時，植株LCP值大于CK的3倍以上，該濃度下的GA3能促使植株消耗水平增加，需要加大生產(chǎn)量維持植株生長.但從暗呼吸速率(Rd)來看，植株消耗水平?jīng)]有顯著變化，表明能量消耗可能在成花方面.

表1 不同濃度生長調(diào)節(jié)劑對杜鵑光合作用的影響

3 討論

3.1 噴施不同濃度生長調(diào)節(jié)劑對杜鵑光合日變化的影響

經(jīng)過不同生長調(diào)節(jié)劑處理的杜鵑植株，各處理組的光合變化等各項因子變化趨勢，與CK變化趨勢接近，結(jié)果表明生長調(diào)節(jié)劑不能改變杜鵑的日光合變化曲線規(guī)律，當達到一定濃度時對植株光合特性產(chǎn)生促進作用.對Pn提升效果從高到低依次是GA3、IAA、NAA，Pn與Tr變化趨勢相同，表明兩者可能相互聯(lián)系.當Pn升高時，植株水分的消耗逐漸提高.Gs和Ci是植株葉片光合作用的重要指標，CO2能為植株光合作用提供原料，同時是呼吸作用的產(chǎn)物，CO2濃度變化對植株生長和發(fā)育有影響[13].同時WUE較LUE大幅度波動，說明水分在影響光合作用中具有重要作用，Tr提升是植物體內(nèi)水分輸送加快的表現(xiàn)，通過提高Tr可以提高Pn.外部溫度升高，能使植株生理活動變得旺盛，Tr和呼吸速率相應(yīng)得到增強，反之溫度降低則相應(yīng)變?nèi)?

3.2 噴施不同濃度生長調(diào)節(jié)劑對杜鵑光響應(yīng)曲線的影響

測定光合曲線是了解植物光合化學過程的重要方法，對于調(diào)節(jié)植株生長具有重要意義[14]，能夠體現(xiàn)植株的需光性和需光量[15-16].本試驗結(jié)果表明，不同濃度的三種生長調(diào)節(jié)劑處理對杜鵑植株光合特性產(chǎn)生了不同的影響.

通常來說，植物在自然條件的AQE一般在0.03～0.05范圍[17].本研究中，CK的AQE為0.047 3，與生長在林下半蔭蔽環(huán)境下的杜鵑實測數(shù)據(jù)相符合.在試驗中，各處理能夠提升植株的AQE，使用濃度為2 000 mg/L的IAA處理后，部分處理的AQE能達到0.07以上，表明這兩個濃度的IAA處理能提高杜鵑適應(yīng)弱光的能力.因此環(huán)境光線較弱時，可使用生長調(diào)節(jié)劑，以提高植株的弱光適應(yīng)能力.此外，陰性植物的LCP小于20 μmol/(m2·s)，LSP為500 μmol/(m2·s)～1 000 μmol/(m2·s).本試驗中CK的LCP約為9 μmol/(m2·s)，LSP為1 236 μmol/(m2·s)，表明杜鵑是一種喜光且耐半陰的植物，當GA3濃度在1 500 mg/L以上時，能夠促使植株消耗水平增加，需要更多的生長量維持植株生長.但從Rd變化來看，并無顯著變化，說明植株真正消耗水平無變化，植株能量消耗更可能在成花方面.

4 結(jié)論

在光合作用日變化方面，對杜鵑Pn影響效果最好的是GA3，能整體提高植株P(guān)nmax.當NAA處于較高濃度時，Pn大幅度降低，產(chǎn)生了抑制效果.高濃度的IAA、GA3和中濃度NAA均能提高杜鵑的Tr，但NAA處于較高濃度時，Tr明顯降低，杜鵑對于NAA的濃度變化較靈敏.三種生長調(diào)節(jié)劑對杜鵑Gs與Ci的影響不明顯，沒有明顯改變杜鵑的LUE，說明植株的LUE相對于植株的光合特性，更多取決于植株多方面的生理特征.本試驗處理組的植株WUE波動較大，因葉片水分變化與Tr有關(guān)，同時受到光合速率變化影響.

在光響應(yīng)曲線方面，CK的AQE為0.047 3，證明杜鵑是喜陽耐半陰植物，各處理均對杜鵑的AQE有一定影響，其中2 000 mg/L的IAA處理，能提升杜鵑植株適應(yīng)弱光的能力.LSP及LCP代表著植物對光照強度的適應(yīng)性，在本試驗中，較高濃度的IAA、GA3和NAA處理使杜鵑植株LCP成倍增加，在促使植株光合作用加快時，增加了自身消耗水平，高濃度生長調(diào)節(jié)劑處理更為明顯.