“泉口冰雪柚”光合作用特性研究

陶愛(ài)群，姜小文

（湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院 園林學(xué)院,湖南 衡陽(yáng) 421005）

柚（CitrusL.） 是蕓香科（Rutaceae） 柑橘屬（Citrinae）的一個(gè)種，果耐貯運(yùn)，汁胞晶瑩，風(fēng)味佳，營(yíng)養(yǎng)豐富，是熱帶、亞熱帶亞洲馳名的果品［1］。泉口冰雪柚是2008 年南方大范圍冰災(zāi)后，從琯溪蜜柚果園凍后遺留琯溪蜜柚樹(shù)中選育而來(lái)的柚類新品種。有關(guān)其它柚光合作用研究較多［2-9］，但未見(jiàn)泉口冰雪柚光合特性的報(bào)道。筆者對(duì)泉口冰雪柚部分光合作用特性進(jìn)行研究，不僅有助于了解其光合特性，而且也可以豐富柑橘光合作用研究的內(nèi)容，同時(shí)為其適地引種和高光效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試材料為定植于湖南省衡陽(yáng)縣欄隴鄉(xiāng)泉口村柚種植基地的5 a 生泉口冰雪柚。定植密度為2.5 m×3.0 m，常規(guī)管理。

1.2 研究方法

分別于2019 年7 月、9 月和11 月用Li-6400 測(cè)定凈光合速率（Pn），氣孔導(dǎo)度（Gs），胞間CO2濃度（Ci），蒸騰速率（Tr），葉片與空氣間的水氣壓虧缺（VPD），氣溫（Tair），葉溫（Tleaf），大氣CO2濃度（Ca），樣品室空氣濕度（RH），光照強(qiáng)度（PAR）等。測(cè)定時(shí)分別選擇外圍有果春梢（psfw）、外圍無(wú)果春梢（psfu）、內(nèi)膛無(wú)果春梢（isp）、外圍夏梢（psu）等枝條從上往下數(shù)第3～4 片完整功能葉，每次測(cè)3 株，每種類型葉測(cè)3 片。除光合作用的日變化外，其他測(cè)定均在當(dāng)月日變化測(cè)量日的前后1～2 d 上午8∶00～11∶00 進(jìn)行。

光合作用的日變化 在每月中下旬選擇晴天測(cè)定日變化，7∶00～18∶00 每隔1 h 測(cè)定1 次。

光合作用的光響應(yīng)曲線利用自動(dòng)曲線測(cè)定功能，將紅藍(lán)光源設(shè)定光強(qiáng)梯度為0、400、800、1 200、1 600、2 000 μmol l/（m2s），測(cè)定葉片凈光合速率。測(cè)定時(shí)樣本室CO2濃度為400±1 μmol/mol，葉片溫度30±1℃，相對(duì)濕度75±2%。

光合作用的CO2響應(yīng)曲線（Pn-Ci）在0～1 000 μmol/mol范圍內(nèi)設(shè)定CO2濃度梯度（0、200、400、600、800、1 000、1 200 μmol/mol），測(cè)定凈光合速率。測(cè)定時(shí)光強(qiáng)為1 000±2 μmol/（m2s），葉片溫度設(shè)為30±1℃，相對(duì)濕度75±2%。

表觀量子效率（AQY）在0～200 μmol/（m2s）低光強(qiáng)范圍內(nèi)，光強(qiáng)梯度設(shè)定為0、50、100、150、200 μmol/（m2s），測(cè)定Pn。測(cè)定時(shí)樣本室CO2濃度400±1 μ mol/mol，葉 片 溫 度30±1℃，相 對(duì) 濕 度75±2%。將Pn 和PAR 的成對(duì)值進(jìn)行直線回歸，回歸方程的斜率即為表觀量子效率。

羧化效率（CE）在0～250 μmol/mol范圍內(nèi)，將CO2濃度梯度設(shè)定為0、50、100、150、200、250 μmol/mol，測(cè)定Pn。測(cè)定時(shí)光強(qiáng)1 000±2 μmol/（m2s），葉溫30±1℃，相對(duì)濕度75±2%，用Pn-CO2成對(duì)值進(jìn)行回歸，回歸方程的斜率即羧化效率。

氣孔限制值利用Berry 和Downton 的方法計(jì)算：

Ls=1-Ci/（Co-CCC）≌1-Ci/Co

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)取平均值進(jìn)行計(jì)算。補(bǔ)償光強(qiáng)和補(bǔ)償CO2濃度分別是表觀量子效率和羧化效率回歸方程截距與斜率的負(fù)數(shù)，飽和光強(qiáng)和飽和CO2濃度采用回歸曲線法求出，所有數(shù)據(jù)和圖表用Microsoft Excel 2010處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 光合作用的日變化

田間泉口冰雪柚在不同月份、不同類型葉片、不同天氣條件下日變化均不相同（圖1-4）。

外圍有果春梢葉片的凈光合速率（Pn）日變化呈雙峰曲線，出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象，7 月、9 月、11 月（采果后）首峰分別出現(xiàn)在10：00、9：00、8：00；隨后凈光合速率出現(xiàn)不同程度的下降，7 月和9 月低谷值在14：00[6.62 μmol/（m2s）]和[1.49 μmol/（m2s）]、11 月在12：00[1.71 μmol/（m2s）]；15：00、16：00、14：00 出現(xiàn)次峰，次峰值小于首峰值（圖1）。氣孔導(dǎo)度（Gs）和Pn變化趨勢(shì)一致，葉片胞間CO2濃度（Ci）早晨最高，午休出現(xiàn)前與Gs 變化趨勢(shì)相反，午休出現(xiàn)后Ci上升或變化不大（Gs 下降），上升幅度9 月最大、7 月最小，和午休低谷值大小相反，進(jìn)一步分析光強(qiáng)（PAR）、葉片溫度（Tleaf）和空氣相對(duì)濕度（RH），發(fā)現(xiàn)7月時(shí)最大PAR[1 983 μmol/（m2s）]、最高Tleaf（38.01℃）和最小RH（34.74%）均高于9月[1 740μmol/（m2s）]，34.73 ℃，16.35%和11月[1 638 μmol/（m2s）]，31.62 ℃，15.63%，而Gs 的下降幅度卻7 月小于9 月和11 月。同時(shí)，氣孔限制值變化趨勢(shì)（圖4）也說(shuō)明此時(shí)光合作用的的影響因素中，氣孔因素占主導(dǎo)作用。綜上分析說(shuō)明7 月出現(xiàn)午休主要原因是高溫和高光強(qiáng)引起氣孔導(dǎo)度下降限制了CO2向葉肉細(xì)胞的擴(kuò)散（氣孔因素），高溫低濕和高光強(qiáng)條件下的光合能力下降（非氣孔因素）也有一定的影響，15∶00 時(shí)出現(xiàn)第二次峰值時(shí)氣孔導(dǎo)度值并沒(méi)有升高而胞間CO2濃度出現(xiàn)了下降證實(shí)了光合能力下降這一點(diǎn)；而9 月和11 月出現(xiàn)午休是高溫低濕和高光強(qiáng)條件下氣孔因素和非氣孔因素共同作用的結(jié)果，第二峰值出現(xiàn)時(shí)氣孔導(dǎo)度有所增大，而Ci有所下降，說(shuō)明非氣孔因素的影響減少。

圖1 外圍有果春梢晴天光合作用日變化Fig.1 Photosynthetic diurnal variation of psfw in sunny days

圖2 外圍無(wú)果春梢晴天光合作用日變化Fig.2 Photosynthetic diurnal variation of pspw in sunny days

外圍無(wú)果春梢葉片晴天凈光合速率（Pn）日變化和外圍有果春梢相似，呈雙峰曲線也出現(xiàn)午休現(xiàn)象，但峰值出現(xiàn)的時(shí)間和大小與外圍有果春梢有差別（圖1，2）。7 月、9 月、11 月首峰分別出現(xiàn)在11∶00[-0.38 μmol/（m2s）]、12∶00[1.19 μmol/（m2s）]；9 月午休程度比外圍有果春梢要深，凈光合速率出現(xiàn)了負(fù)值；11月次峰比有果春梢明顯，出現(xiàn)時(shí)間（16：00）晚于外圍有果春梢。分析氣孔導(dǎo)度（Gs）、葉片胞間CO2濃度（Ci）、光強(qiáng)（PAR）、葉片溫度（Tleaf）和空氣相對(duì)濕度（RH）等的變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，7 月10：00氣孔導(dǎo)度達(dá)到最大值時(shí)凈光合速率已開(kāi)始下降，說(shuō)明此時(shí)午休的主要原因是非氣孔因素，10：00 后氣孔導(dǎo)度下降，胞間CO2濃度（Ci）不但沒(méi)有下降反而略有升高，這說(shuō)明光合午休是氣孔因素（見(jiàn)圖6）引起CO2供應(yīng)不足和非氣孔因素引起的光合能力下降的共同結(jié)果；9 月8∶00-10∶00 凈光合速率隨氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度下降而下降，主要是氣孔因素的影響，隨著溫度的進(jìn)一步升高和濕度的下降，非氣孔因素的影響加大。氣孔限制值的變化也表明了不同月份外圍無(wú)果春梢葉片光合午休的影響因素因季節(jié)差異而變化。外圍夏梢葉晴天凈光合速率（Pn）和氣孔導(dǎo)無(wú)果春梢葉片光合午休的影響因素因季節(jié)差異而變化。外圍夏梢葉晴天凈光合速率（Pn）和氣孔導(dǎo)度（Gs）日進(jìn)程呈雙峰曲線，兩者變化趨勢(shì)較接近，說(shuō)明凈光合速率與氣孔導(dǎo)度正相關(guān)，與春梢葉的結(jié)果一致。7 月出現(xiàn)午休時(shí)的胞間CO2濃度（Ci）不但沒(méi)有下降反而略有升高，這說(shuō)明光合午休不是氣孔因素引起CO2供應(yīng)不足,而是非氣孔因素引起的光合能力下降，9 月和11 月出現(xiàn)午休時(shí)Ci 增加幅度較大，出現(xiàn)Pn低谷值[2.51 μmol/（m2s）和1.23 μmol/（m2s）]時(shí)相對(duì)濕度最低（16.27%和15.01%），這說(shuō)明低濕等引起的非氣孔因素導(dǎo)致了光合能力的下降，這是9 月和11 月光合午休的主要原因。氣孔限制值變化（見(jiàn)圖4）也應(yīng)證了夏梢葉片7 月光合“午休”主要受氣孔因素影響，9 月、11 月主要受非氣孔因素影響。

圖3 夏梢凈光合作用日變化Fig.3 Photosynthetic diurnal variation of psu in sunny day

圖4 氣孔限制值（上有果春梢，中無(wú)果春梢下，夏梢）Fig.4 Stomatal limitation（upper psfw,，middle pspw，down psu）

2.2 光合作用的光響應(yīng)曲線

葉片光補(bǔ)償點(diǎn)10～93 μmol/（m2s），飽和光強(qiáng)1 372～1 776 μmol（/m2s）（表1），說(shuō)明“泉口冰雪柚”利用弱光和強(qiáng)光能力都較強(qiáng)，表觀量子效率為0.010 5～0.053 0 molCO2/mol photons；不同類型葉片相同月份和同類型葉片不同月份間均沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。

表1 飽和光強(qiáng)、光補(bǔ)償點(diǎn)和表觀量子效率Table 1 saturation（LSI）intensity and light compensation（LCI）and apparent quantum efficiency （AQY）

2.3 光合作用的CO2響應(yīng)曲線

Pn在CO2濃度50～100 μmol/mol由負(fù)變正（表2），在0～250 μmol/mol 濃度范圍內(nèi)緩慢上升；在250～900 μmol/mol 范圍內(nèi)，隨CO2濃度提高Pn劇增，在900 μmol/mol開(kāi)始，即使增加CO2濃度，Pn增幅很小或不增加，甚至下降，其整個(gè)進(jìn)程近似雙曲線。CO2補(bǔ)償點(diǎn)為42～92 μmol/mol，飽和點(diǎn)為778～1 136 μmol/mol，羧化效率0.014 6～0.048 0 mol/（m2s）。

表2 CO2的補(bǔ)償點(diǎn)、飽和CO2濃度、羧化效率和曲線響應(yīng)方程Table 2 CO2 compensation（CCC）、and saturation concentration（CSC）、carboxying efficiency（CE）and fitting response equation between Pn and air CO2 concentration

3 討論

“泉口冰雪柚”外圍枝梢葉片晴天條件下與柑桔其他種類以及其他果樹(shù)的日進(jìn)程［10-14］相似，呈雙峰曲線，有明顯“午休”現(xiàn)象。發(fā)生“午休”現(xiàn)象的原因主要是強(qiáng)光、高溫、低濕和土壤干旱等因素，F(xiàn)arquhar和Sharkey把限制光合速率的因素分為氣孔因素（主要是氣孔導(dǎo)度下降導(dǎo)致CO2供應(yīng)不足）和非氣孔因素（主要是光合能力下降）兩大類。本試驗(yàn)證明“泉口冰雪柚”的“午休”是由兩種因素共同作用的結(jié)果，同類型葉片7 月“午休”弱于9 月和11 月，7 月的光強(qiáng)和葉片溫度比9 月和11 月高，出現(xiàn)“午休”時(shí)氣孔導(dǎo)度下降（高出9 月和11 月），胞間CO2濃度上升（幅度小于9月和11月）或基本不上升，這說(shuō)明7 月“午休”的主要原因是氣孔導(dǎo)度下降，氣孔因素占主要地位；9月和11月平均濕度也只有35%，最小濕度只有16%，9 月和11 月飽和光強(qiáng)下的Pn值比7月Pn值要小得多，氣孔導(dǎo)度也低于7月，雖然出現(xiàn)“午休”時(shí)氣孔導(dǎo)度也下降，但胞間CO2濃度上升幅度大于7 月，這說(shuō)明9 月和11 月“午休”原因主要是非氣孔因素，但也有氣孔因素的作用。生產(chǎn)實(shí)踐中如果出現(xiàn)干旱，特別是在高光強(qiáng)和高溫條件下，要注意降溫、遮蔭、增濕，創(chuàng)造適宜的生態(tài)小環(huán)境以打破或減弱“午休”的程度，以提高光能利用率和光合作用效率。高溫、強(qiáng)光、低濕條件下氣孔如何調(diào)節(jié)以及光合功能的下降進(jìn)程和機(jī)理還有待進(jìn)一步探求。

有果春梢葉片采果后有CO2補(bǔ)償點(diǎn)和飽和光強(qiáng)升高、飽和CO2濃度呈下降趨勢(shì)，這是果實(shí)對(duì)光合作用的影響，還是季節(jié)、天氣的原因，或者是葉齡的關(guān)系，還有待進(jìn)一步研究。

植物光合作用受各種生理生態(tài)因子共同影響，包括植株種類、品種、年齡、葉如齡、葉位，葉綠素含量與比葉重，酶系統(tǒng)，光的質(zhì)量，CO2濃度，空氣和土壤濕度、溫度，土壤營(yíng)養(yǎng)元素含量，外源激素及其他外源物等因素。而且這些因素（特別是外部因素）自身的多變以及內(nèi)、外因素間的相互作用構(gòu)成了光合作用影響因素的隨機(jī)多變性、復(fù)雜性和不穩(wěn)定性，這導(dǎo)致了不同葉片類型在不同季節(jié)對(duì)光合作用起支配作用的因子也不相同，這還有待進(jìn)一步研究。

泉口冰雪柚不同類型葉片如春梢葉片、夏梢葉片凈光合速率存在有差異，且同種葉片在不同季節(jié)光合作用影響因子也不完全相同，如何將葉片光合作用研究與生產(chǎn)實(shí)踐如葉片管理、花果管理相結(jié)合有待進(jìn)一步深入。