不同秋眠級(jí)苜蓿越冬前后葉片光合作用的比較研究

張浩陽(yáng)， 劉美君*，衛(wèi)丹丹，苗 宇，張麗佳

(1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，新疆草地資源與生態(tài)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 8320052；2. 忻州師范學(xué)院，山西 忻州 034000)

紫花苜蓿以其環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、草質(zhì)優(yōu)、產(chǎn)量高和水土保持能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被冠以“牧草之王”的美稱[1-3]，在新疆廣泛種植。由于新疆特殊的地理氣候條件，冬季低溫、春凍寒潮等極端天氣時(shí)有發(fā)生，影響苜蓿的順利返青，嚴(yán)重制約新疆苜蓿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，篩選抗寒性好、返青率較高的苜蓿品種，研究其抗寒性機(jī)制，能夠?yàn)樘岣哕俎Ｔ蕉?、返青率的研究提供理論支持，?duì)于新疆的苜蓿產(chǎn)業(yè)發(fā)展有重要的意義[4-8]。

秋眠性是與日照變化有關(guān)的一種秋季生長(zhǎng)特性，是對(duì)短日照的一種生長(zhǎng)反應(yīng)，大量的研究表明，秋眠等級(jí)與越冬率之間存在著極顯著負(fù)相關(guān)的關(guān)系，目前，秋眠級(jí)是評(píng)價(jià)苜蓿越冬能力的重要指標(biāo)之一[9]。同時(shí)，秋眠性是苜蓿對(duì)晚秋生長(zhǎng)環(huán)境變化的一種適應(yīng)性反應(yīng)，也是實(shí)現(xiàn)越冬、返青等過(guò)程的關(guān)鍵基礎(chǔ)[10]。董靜華等[11]研究表明苜蓿的秋眠級(jí)別與越冬性呈顯著負(fù)相關(guān)；Brouweretal等指出植株的高度與凍害、冷害呈正相關(guān)[12]。然而不同秋眠級(jí)的苜蓿在相同環(huán)境下到達(dá)各個(gè)生育期時(shí)間不同，秋眠級(jí)越低的品種，其進(jìn)入各個(gè)生育期時(shí)間也會(huì)越晚，反之則會(huì)提前[13]。王曉龍[14]等研究結(jié)論說(shuō)明，秋眠級(jí)低的苜蓿品種越冬能力相對(duì)更強(qiáng)，可以更好適應(yīng)寒冷的環(huán)境。盧欣石[15]對(duì)國(guó)內(nèi)23個(gè)審定苜蓿品種及92個(gè)地方品種的秋眠級(jí)別進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)苜蓿秋眠級(jí)別與其耐寒能力有直接關(guān)系，秋眠性強(qiáng)，抗寒能力較強(qiáng)。但是苜蓿秋眠級(jí)影響其抗寒性的作用機(jī)理至今尚不明確。

光合作用是植株生產(chǎn)力的重要過(guò)程，也是限制作物產(chǎn)量的關(guān)鍵因素[16]。同時(shí)光合作用的日變化是植物生產(chǎn)過(guò)程中物質(zhì)積累、生理代謝以及能量轉(zhuǎn)化的基本單元[17]。低溫會(huì)直接損害植物的光合器官，降低其光能同化率，對(duì)植物造成嚴(yán)重傷害[18]。隨著低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，植物凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)等光合參數(shù)會(huì)持續(xù)下降，但當(dāng)?shù)蜏孛{迫解除，光合參數(shù)都會(huì)有明顯回升[19]。王瑞霞[20]等研究表明，低溫脅迫下，小麥的光合速率、蒸騰速率以及氣孔導(dǎo)度都會(huì)出現(xiàn)顯著下降；煙草葉片在低溫脅迫后，出現(xiàn)凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)與氣孔導(dǎo)度(Gs)下降，導(dǎo)致同化物積累量下降；同時(shí)氣孔收縮度增大，抑制氣體交換，導(dǎo)致胞間CO2濃度(Ci)降低，造成光合產(chǎn)物合成原料不足[21]。并且在低溫脅迫下會(huì)影響到葉片光能的吸收、轉(zhuǎn)換與光合電子傳遞，致使過(guò)剩的激發(fā)能大量積累于PSⅡ反應(yīng)中心，進(jìn)而損傷植物葉片的PSⅡ反應(yīng)中心，導(dǎo)致光合作用能力減弱。此外，前人研究發(fā)現(xiàn)熒光參數(shù)可以反映苜?？购缘膹?qiáng)弱[22]，因此，通過(guò)研究光系統(tǒng)Ⅱ的活性可以反映葉片光合器官的活性。其中葉片的PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)，PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)均隨著低溫脅迫時(shí)間延長(zhǎng)出現(xiàn)顯著下降[23-27]。但是相關(guān)研究中關(guān)于越冬過(guò)程中不同秋眠級(jí)苜蓿光合活性的差異研究?jī)?nèi)容較少。

因此，本研究從紫花苜蓿葉片光合活性角度出發(fā)，通過(guò)對(duì)2種不同秋眠級(jí)的紫花苜蓿越冬前后的光系統(tǒng)活性、光合速率以及氣孔結(jié)構(gòu)的測(cè)定，研究了不同秋眠級(jí)紫花苜蓿越冬前后葉片光合活性的變化差異，闡明苜蓿秋眠級(jí)影響其抗寒性的作用機(jī)理，以期為苜?？购贩N的選育和高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)三坪實(shí)踐教學(xué)基地，位于歐亞大陸腹地，天山山脈北坡，屬新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市；大陸性干旱、半干旱性氣候；海拔850 m；年均溫度6.5℃，年極端最高溫度38.8℃，年極端最低溫度-41.5℃；冬季有積雪，年降水量230 mm，年蒸發(fā)量2570 mm；土壤凍結(jié)期11月中旬，解凍期3月中旬，無(wú)霜期150 d左右，共設(shè)置20個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)4 m，寬3 m，播種行距30 cm，每小區(qū)播10行。2017年5月播種，人工開(kāi)溝條播，播深2 cm，播種量1.5 kg·畝-1。采取常規(guī)的田間管理措施，人工除草。

1.2 供試品種

供試紫花苜蓿品種為準(zhǔn)格爾和勁能806。準(zhǔn)格爾是一種優(yōu)良紫花苜蓿品種，其秋眠級(jí)為1級(jí)，勁能806秋眠級(jí)為8級(jí)[28]，由于新疆冬季積雪較厚，對(duì)苜蓿根莖有保溫作用[29]，通過(guò)前期實(shí)驗(yàn)可以確定兩個(gè)品種都可以實(shí)現(xiàn)安全越冬。

1.3 測(cè)定指標(biāo)和方法

1.3.1基本光合參數(shù)測(cè)定 于2018，2019和2020年10月，采用Ciras-2便攜式光合儀，選擇晴朗無(wú)云天氣，選取小區(qū)內(nèi)長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株，從9:30到20:00，監(jiān)測(cè)不同秋眠級(jí)紫花苜蓿的倒數(shù)第3片完全展開(kāi)葉，測(cè)定指標(biāo)為葉片的光合速率(Pn)。用于研究不同秋眠級(jí)紫花苜蓿光合作用的日變化。

分別于越冬前2018，2019和2020年10月下旬和越冬后5月上旬，采用Ciras-2便攜式光合儀，選擇晴朗無(wú)云天氣，分別在10:00，13:00，16:00，在各時(shí)間點(diǎn)測(cè)定重復(fù)3天，選取小區(qū)內(nèi)長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株，監(jiān)測(cè)紫花苜蓿的倒數(shù)第3片完全展開(kāi)葉，測(cè)定指標(biāo)為葉片的光合速率(Pn)、蒸騰速率(E)、氣孔導(dǎo)度(Gs)以及胞間CO2濃度(Ci)，用于分析越冬前后不同秋眠級(jí)紫花苜蓿光合速率的差異。

1.3.2葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定 于 2018，2019和2020年5月，采用Handy PEA進(jìn)行測(cè)定，選擇晴朗無(wú)云天氣，選取小區(qū)內(nèi)長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株，從9:30到20:00，測(cè)定相同葉位葉片(植株頂端第一個(gè)完全展開(kāi)三葉的中間小葉)。測(cè)定前，用葉夾暗適應(yīng)葉片20 min，每2 h測(cè)定1次。每個(gè)品種重復(fù)10次。用于分析不同秋眠級(jí)紫花苜蓿光系統(tǒng)Ⅱ活性日變化特征，主要測(cè)定指標(biāo)為最大光化學(xué)效率(Fv/Fm),葉片光合性能指數(shù)(PIabs)。

于2018，2019和2020年10月下旬和越冬后5月上旬，選擇晴朗無(wú)云天氣，選取小區(qū)內(nèi)長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株，使用Handy PEA進(jìn)行測(cè)定，分別在10:00，13:00，16:00，測(cè)定相同葉位葉片(植株頂端第一個(gè)完全展開(kāi)三葉的中間小葉)。測(cè)定前，用葉夾暗適應(yīng)葉片20 min。每個(gè)品種重復(fù)10次，每個(gè)時(shí)期測(cè)定3 d。用于分析越冬前后紫花苜蓿葉片光系統(tǒng)Ⅱ活性的差異，主要測(cè)定指標(biāo)為最大光化學(xué)效率(Fv/Fm),葉片光合性能指數(shù)(PIabs)。

1.3.3氣孔結(jié)構(gòu)觀察及參數(shù)測(cè)定 于2018，2019和2020年10月下旬和3月下旬越冬中、越冬后5月上旬，分別采樣，使用NIkon SMZ1000顯微鏡分別觀察兩品種處理前和恢復(fù)后的氣孔結(jié)構(gòu)變化及氣孔長(zhǎng)度、寬度、氣孔孔徑寬度及長(zhǎng)度的指標(biāo)變化。

1.4 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上述測(cè)定方法，除了特定時(shí)間點(diǎn)測(cè)量的光合參數(shù)是以重復(fù)3 d進(jìn)行測(cè)定以外，其余每年每個(gè)品種測(cè)定10次重復(fù)。由于光合日變化3年變化趨勢(shì)相似，本文選取較為典型其中一年的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其余所使用數(shù)據(jù)采用3年平均值，使用Excel軟件和SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秋眠級(jí)苜蓿光合速率日變化特征

不同秋眠級(jí)苜蓿葉片光合速率(Pn)的日變化整體趨勢(shì)相近，呈現(xiàn)三鋒曲線，如圖1所示。清晨苜蓿葉片的光合速率開(kāi)始緩步上升，勁能806和準(zhǔn)格爾的Pn值于10：00達(dá)到第一個(gè)高峰，峰值分別為2.6和4.0 μmol·m-2·s-1；勁能806和準(zhǔn)格爾的Pn的第二個(gè)峰值分別出現(xiàn)在13：00和14：00，峰值分別為10.9和8.6 μmol·m-2·s-1；勁能806和準(zhǔn)格爾的Pn的第三個(gè)峰值分別出現(xiàn)在16：00和18：00，峰值分別為11.6和12.2 μmol·m-2·s-1。這表明，上午隨著光照強(qiáng)度增強(qiáng)，苜蓿的光合速率隨之增加；午間出現(xiàn)光合速率的下降，可能是由于光合“午休”的出現(xiàn)或是發(fā)生強(qiáng)光光抑制；而隨著時(shí)間推移，光照強(qiáng)度下降，光合速率回升，直到18：00光照強(qiáng)度下降，光合速率也隨之降低。

圖1 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿光合速率日變化特征

2.2 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿光系統(tǒng)Ⅱ活性日變化特征

葉片光系統(tǒng)Ⅱ的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)反映了苜蓿葉片光系統(tǒng)Ⅱ的活性。如圖2A所示，不同秋眠級(jí)苜蓿的Fv/Fm整體變化趨勢(shì)相同，在9：00點(diǎn)時(shí)，勁能806和準(zhǔn)格爾的Fv/Fm值分別為0.73和0.65，隨后勁能806開(kāi)始緩慢下降，而準(zhǔn)格爾的Fv/Fm先上升后下降。勁能806和準(zhǔn)格爾的Fv/Fm分別于10：30和15：00以后開(kāi)始趨于穩(wěn)定，勁能806和準(zhǔn)格爾的Fv/Fm分別在10：00(15：00)和12：00達(dá)到最小值；勁能806和準(zhǔn)格爾當(dāng)日Fv/Fm最小值分別為0.66和0.59，于15：00以后兩品種都開(kāi)始上升，到晚上21：00之前一直在不斷上升。而勁能806苜蓿和準(zhǔn)格爾苜蓿的Fv/Fm最高值都在晚上21：00出現(xiàn)，分別是0.85和0.84；勁能806苜蓿的最低值是在10：00，15：00，都為0.66，而準(zhǔn)格爾苜蓿是12：00，為0.59，所以通過(guò)對(duì)比可以看出準(zhǔn)格爾苜蓿Fv/Fm變化幅度較大。

圖2 兩品種Fv/Fm日變化特征(A)、PIabs日變化特征(B)和Fv/Fm與PIabs落差幅度(C)

不同秋眠級(jí)紫花苜蓿的葉片光合性能指數(shù)(PIabs)整體變化趨勢(shì)相近。清晨?jī)善贩N的PIabs變化平穩(wěn)，而勁能806苜蓿從9：00后開(kāi)始下降，12：00時(shí)降到最低點(diǎn)，而準(zhǔn)格爾苜蓿從10：00后下降到最低點(diǎn)。準(zhǔn)格爾和勁能806的PIabs分別在12：00，15：00以后開(kāi)始出現(xiàn)快速上升，這時(shí)由于光照強(qiáng)度開(kāi)始降低，光抑制程度逐漸減弱。勁能806和準(zhǔn)格爾的PIabs值分別于15：00和12：00到達(dá)谷底，最小值分別為0.22和0；相比勁能806，準(zhǔn)格爾的PIabs值上升得慢，勁能806在午后的上升速率明顯大于清晨下降速率；兩個(gè)品種苜蓿到21：00仍持續(xù)上升，勁能806上升速率下降，而準(zhǔn)格爾上升態(tài)勢(shì)不變，且勁能806和準(zhǔn)格爾的PIabs值達(dá)到測(cè)定時(shí)間內(nèi)的最大值，分別是4.3和2.8，明顯大于清晨葉片的PIabs值。根據(jù)兩個(gè)品種的葉片單日Fv/Fm和PIabs值相比較的結(jié)果可以看出，準(zhǔn)格爾和勁能806的PIabs值相對(duì)Fv/Fm值變化更加敏感。

2.3 越冬前后不同秋眠級(jí)紫花苜蓿光合速率Pn，E，Gs，Ci的對(duì)比

依據(jù)以上不同秋眠級(jí)紫花苜蓿葉片光合速率(Pn)的日變化規(guī)律，在越冬前后分別選10：00，13：00和16：00三個(gè)典型時(shí)間點(diǎn)代表上午、中午和下午對(duì)苜蓿光合速率相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，研究越冬前后不同秋眠級(jí)苜蓿光合活性的差異。如圖3A所示，圖中的勁能806與準(zhǔn)格爾苜蓿相比，在越冬前準(zhǔn)格爾苜蓿的光合速率較低，結(jié)果表明，苜蓿品種的秋眠級(jí)越低，光合速率越低，生長(zhǎng)越慢。與越冬前相比，在越冬后勁能806和準(zhǔn)格爾葉片的Pn值更高，且準(zhǔn)格爾較勁能806光合速率更高。這表明，越冬后氣溫等環(huán)境條件的不斷恢復(fù)，苜?；謴?fù)生長(zhǎng)，并且秋眠級(jí)較低的準(zhǔn)格爾相較于勁能806的光合能力和光合速率恢復(fù)較快。

兩品種苜蓿越冬前后的蒸騰速率(E)、氣孔導(dǎo)度(Gs)以及胞間CO2濃度(Ci)也呈現(xiàn)很大差異。

如圖3B所示，蒸騰速率(E)，越冬前苜蓿葉片的蒸騰速率先增加，13：00時(shí)達(dá)到最大值，16：00時(shí)下降，且準(zhǔn)格爾葉片蒸騰速率變化幅度比勁能806變化幅度更大。這表明準(zhǔn)格爾葉片對(duì)環(huán)境變化更為敏感；越冬后兩品種的苜蓿葉片的蒸騰速率在一天內(nèi)逐漸增加。越冬前后，準(zhǔn)格爾葉片蒸騰速率明顯都低于勁能806。

從圖3C中的Gs(氣孔導(dǎo)度)值可以看出上午兩個(gè)不同品種苜蓿葉片越冬前的氣孔導(dǎo)度都明顯高于越冬后，除勁能806在13：00出現(xiàn)相反情況；同時(shí)在下午16：00兩個(gè)品種苜蓿葉片越冬前的氣孔導(dǎo)度略大于越冬后，但差異不顯著；中午準(zhǔn)格爾葉片氣孔導(dǎo)度在越冬前和越冬后無(wú)顯著差異，而勁能806越冬前顯著小于越冬后。

如圖3D所示，越冬前，兩個(gè)不同品種的苜蓿的胞間CO2濃度呈U型日變化，即上午下午較高而中午下降。且兩個(gè)品種苜蓿葉片Ci在同一時(shí)間無(wú)顯著差異。越冬后，準(zhǔn)格爾苜蓿葉片在三個(gè)時(shí)間段內(nèi)Ci差異較小，而勁能806葉片Ci在中午達(dá)到最大值。同時(shí)兩個(gè)品種的苜蓿的越冬前Ci值明顯高于越冬后的值。

圖3 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿越冬前后光合速率(Pn)、蒸騰速率(E)氣孔導(dǎo)度(Gs)以及胞間CO2濃度(Ci)的對(duì)比

2.4 越冬前后不同秋眠級(jí)紫花苜蓿光系統(tǒng)Ⅱ活性的對(duì)比

根據(jù)不同秋眠級(jí)紫花苜蓿葉片光系統(tǒng) Ⅱ 的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)和葉片光合性能指數(shù)(PIabs)的日變化規(guī)律，在越冬前后分別選擇10：00，13：00和16：00這3個(gè)典型時(shí)間點(diǎn)對(duì)苜蓿進(jìn)行測(cè)定，對(duì)比越冬前后不同秋眠級(jí)紫花苜蓿光合活性的差異。圖4A和圖4B是越冬前后勁能806苜蓿和準(zhǔn)格爾苜蓿的Fv/Fm和PIabs對(duì)比圖。與越冬前相比，越冬后勁能806的Fv/Fm和PIabs顯著升高。在越冬前，勁能806的Fv/Fm和PIabs較準(zhǔn)格爾的Fv/Fm和PIabs要偏高；但在越冬后，勁能806的Fv/Fm和PIabs較準(zhǔn)格爾的Fv/Fm和PIabs偏低。這表明，準(zhǔn)格爾苜蓿葉片光合活性有較強(qiáng)的低溫抗性；同時(shí)在越冬后，準(zhǔn)格爾光合活性的恢復(fù)能力比勁能806更強(qiáng)。

圖4 勁能806、準(zhǔn)格爾苜蓿越冬前后光合活性的對(duì)比

2.5 越冬前后不同秋眠級(jí)紫花苜蓿氣孔結(jié)構(gòu)的對(duì)比

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，處理前兩品種的苜蓿整個(gè)氣孔形態(tài)飽滿，輪廓較為清晰；但經(jīng)過(guò)低溫處理后，氣孔整個(gè)形態(tài)發(fā)生較大變化，保衛(wèi)細(xì)胞發(fā)生變形，氣孔變窄、縮短，出現(xiàn)畸形氣孔，限制了CO2進(jìn)入葉肉細(xì)胞，從而對(duì)光合作用產(chǎn)生較大影響；而恢復(fù)后兩品種的苜蓿葉片的氣孔形態(tài)發(fā)生恢復(fù)，保衛(wèi)細(xì)胞恢復(fù)正常形態(tài)，氣孔功能逐步恢復(fù)正常(圖5)。

圖5 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿模擬越冬前后氣孔結(jié)構(gòu)變化的對(duì)比

通過(guò)圖6中處理前后及恢復(fù)后氣孔各項(xiàng)數(shù)值對(duì)比可以看出，其整體呈現(xiàn)U型走勢(shì)變化，且兩品種紫花苜蓿不論是氣孔寬度、長(zhǎng)度以及孔徑寬度、長(zhǎng)度都在越冬過(guò)程中出現(xiàn)了明顯的下降趨勢(shì)，而越冬后則存在明顯的恢復(fù)，準(zhǔn)格爾苜蓿較勁能806氣孔各項(xiàng)數(shù)值整體恢復(fù)較快，說(shuō)明其對(duì)低溫的抗性高于勁能806。并且與圖5中相比較可以發(fā)現(xiàn)，在越冬中的低溫環(huán)境會(huì)導(dǎo)致氣孔結(jié)構(gòu)的發(fā)生明顯的變化，引起氣孔長(zhǎng)度、寬度及其孔徑開(kāi)度、寬度的下降，從而導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度的下降，進(jìn)一步影響苜蓿葉片內(nèi)CO2濃度，最終使得苜蓿的光合能力受到影響。

圖6 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿模擬越冬前后氣孔長(zhǎng)度(A)、寬度(B)及孔徑長(zhǎng)度(C)和寬度(D)的對(duì)比

3 討論

Fv/Fm和PIabs反映了光系統(tǒng)Ⅱ的活性。許多研究已證明光系統(tǒng)Ⅱ是光抑制發(fā)生的重要部位，不同的脅迫如強(qiáng)光、干旱、冷害和熱害等都會(huì)導(dǎo)致PIabs值下降，從而使植物更易受到光抑制的傷害[30]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同秋眠級(jí)的苜蓿的Fv/Fm和PIabs的變化規(guī)律是呈現(xiàn)U型變化趨勢(shì)，清晨?jī)善贩N的PIabs變化平穩(wěn)；勁能806和準(zhǔn)格爾的PIabs值分別于15：0和12：00到達(dá)最低；直到20：00恢復(fù)。這表明，在正常田間管理?xiàng)l件下，中午由于強(qiáng)光照射，紫花苜蓿葉片也不可避免的發(fā)生光抑制，導(dǎo)致PSⅡ活性的下降，由于苜蓿葉片自身的光破壞防御作用[31]，使得葉片PSⅡ的活性在晚上沒(méi)有強(qiáng)光照射時(shí)會(huì)自行恢復(fù)。

植物的PIabs是光合性能指數(shù)，反映植物光系統(tǒng)Ⅱ的活性。Fv/Fm為開(kāi)放的PSⅡ反應(yīng)中心捕獲激發(fā)能的效率，F(xiàn)v/Fm的變化代表PSⅡ光化學(xué)效率的變化，以吸收光能為基礎(chǔ)的性能指數(shù)PIabs可以更準(zhǔn)確地反映植物光合作用的狀態(tài)，是光抑制程度的一個(gè)重要指標(biāo)，其比值越高表明光抑制的程度越低，是研究植物脅迫的重要參數(shù)[32]。本文中越冬前準(zhǔn)格爾的葉片單日PIabs值的極差值為2.8，單日波動(dòng)幅度較大。越冬前準(zhǔn)格爾的葉片單日Fv/Fm值的極差值較小，單日的波動(dòng)浮動(dòng)較小。這表明在本研究中PIabs相較于Fv/Fm對(duì)于苜蓿葉片所處的環(huán)境變化更為敏感，與前人研究結(jié)果相似[33]。

光合日變化隨植物種類和環(huán)境條件的不同而變化，是分析環(huán)境因素影響植物生長(zhǎng)和新陳代謝的重要手段之一。本文中苜蓿的葉片凈光合速率呈現(xiàn)三峰曲線，這與韓清芳[34]等的試驗(yàn)結(jié)果一致。三個(gè)峰值分別出現(xiàn)在10:00，13:30和16:30左右。李超[35]等發(fā)現(xiàn)了苜蓿日凈光合速率變化的兩個(gè)峰值分別為10:00和14:00。兩品種紫花苜蓿在13:00—16:30之間Pn出現(xiàn)顯著降低，可能與“午休”現(xiàn)象有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)光合“午休”是植物對(duì)于炎熱自然條件的生態(tài)適應(yīng)和自我調(diào)節(jié)機(jī)制的表現(xiàn)。不同條件下引起光合作用午間降低的因素也不同。研究結(jié)果表明，早晨光照強(qiáng)氣溫低，凈光合速率也很低，但隨著光合有效輻射的增大，氣溫顯著升高，氣孔開(kāi)放程度增加，苜蓿葉片凈光合速率明顯提高；中午高溫導(dǎo)致凈光合速率下降，下午隨著環(huán)境中溫度、光照強(qiáng)度不斷下降，光合能力處在不斷恢復(fù)過(guò)程中，從而使下午的峰值低于上午的峰值。同時(shí)本研究指出，兩個(gè)品種越冬前Ci都顯著高于越冬后，但越冬后苜蓿葉片光合速率顯著高于越冬前，這表明，越冬前后光合速率受到不同的因素影響，其中氣孔因素是由于中午田間光照、溫度和濕度等環(huán)境因子的變化引起植物氣孔的部分關(guān)閉，CO2進(jìn)入葉片受阻而使光合下降；而非氣孔因素是由于葉肉細(xì)胞自身羧化酶活性的下降而引起Pn的降低[36]。越冬前，光合速率較低，但氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度較高，氣孔孔徑也沒(méi)有出現(xiàn)明顯變化，氣孔結(jié)構(gòu)也未有較大改變，以上說(shuō)明，越冬前苜蓿葉片光合主要受葉肉羧化效率的影響，即非氣孔限制。越冬后，隨著光強(qiáng)的增強(qiáng)，苜蓿葉片光合速率逐漸增加，但是，氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度增加程度較低，同時(shí)氣孔孔徑出現(xiàn)了明顯的皺縮變窄，氣孔形態(tài)也發(fā)生了改變，這表明越冬后可能是由于低溫導(dǎo)致苜蓿葉片光合速率下降，也可能是返青期葉片發(fā)育的原因?qū)е職饪组_(kāi)度不足，從而使光合作用受到氣孔限制。

苜蓿的秋眠性是其對(duì)秋季環(huán)境變化的一種適應(yīng)性反應(yīng)[34]，與品種產(chǎn)量和適應(yīng)性之間的具有密切關(guān)系。不同秋眠級(jí)的兩品種紫花苜蓿在越冬前和越冬后的光合作用有顯著差異。越冬前秋眠級(jí)較高的勁能806光合速率較大，生長(zhǎng)更快。越冬后兩品種間差異較小，但秋眠級(jí)較低的準(zhǔn)格爾因?yàn)闅饪谆謴?fù)較快，光合恢復(fù)也更快，所以其光合速率較高。說(shuō)明秋眠級(jí)較低的準(zhǔn)格爾擁有較好的抗低溫的能力。

4 結(jié)論

光合速率日變化趨勢(shì)呈三峰曲線，而苜蓿葉片光系統(tǒng)Ⅱ活性的日變化趨勢(shì)呈U型曲線。不同秋眠級(jí)苜蓿越冬前后光合作用差異顯著，其中秋眠級(jí)較高的苜蓿葉片光合速率比較高。越冬前苜蓿葉片光合作用主要受到非氣孔限制，越冬前秋眠級(jí)較高的苜蓿光合活性較高，生長(zhǎng)較快。而越冬后則是由于氣孔結(jié)構(gòu)受到低溫以及氣孔自身發(fā)育的影響，光合作用受到氣孔限制。秋眠級(jí)低的苜蓿氣孔結(jié)構(gòu)恢復(fù)較快，光合作用恢復(fù)更快，有較強(qiáng)的抗低溫性。