光質(zhì)對杉木幼苗葉片光合作用的影響

汪星星，陳 鋼，左曉東 ，范福金，曹光球，曹世江*

光質(zhì)對杉木幼苗葉片光合作用的影響

汪星星1, 2, 4，陳 鋼3，左曉東1, 2, 4，范福金5，曹光球1, 2 , 4，曹世江1, 2, 4*

(1．福建農(nóng)林大學林學院，福州 350002；2．國家林業(yè)和草原局杉木工程技術(shù)研究中心，福州 350002；3. 湖南省江永縣自然資源局，永州 425000；4. 林木逆境生理生態(tài)及分子生物學福建省高校重點實驗室，福州 350002；5. 福建省洋口國有林場，南平 353200)

為探明4種光質(zhì)處理對杉木幼苗的光合參數(shù)的影響，以1年生的優(yōu)良無性系020扦插苗為試驗材料，設(shè)置4種光質(zhì)，8個梯度的光強；通過室內(nèi)光質(zhì)培育，研究杉木幼苗的光合速率（n）、氣孔導度（s）、胞間CO2濃度（i）、蒸騰速率（r）、水分利用效率（WUE）等參數(shù)，并對各種光質(zhì)與光強數(shù)據(jù)進行擬合分析，建立擬合模型。結(jié)果表明，在弱光環(huán)境下，藍光和紅:藍(1:1)對杉木幼苗的光合參數(shù)的影響顯著，而在強光下，紅光的作用顯著。紅光處理下的杉木幼苗的光合速率（n）、氣孔導度（s）、水分利用效率（WUE）等方面與其他光質(zhì)處理有差異，而在胞間CO2濃度（i）、蒸騰速率（r）方面雖然略低于藍光，但藍光、紅光和紅:藍(1:1)3種光質(zhì)處理結(jié)果的差異性不顯著。在光強與光質(zhì)的擬合方面，氣孔導度（s）、胞間CO2濃度（i）和蒸騰速率（r）的擬合性較好。因此，一定程度上的紅:藍(1:1)光對杉木的光合參數(shù)有促進作用。

杉木；光質(zhì)；光強；光響應

外界環(huán)境會對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生重要影響，而外界環(huán)境又以自然光為重要影響因子[1]，自然光中，光質(zhì)對植物的生長發(fā)育有著重要作用，也會對植物的光合過程產(chǎn)生影響，還可以調(diào)節(jié)植物的氣孔運動，控制水汽的輸送[2]，從而影響植物的光合作用和蒸騰作用，因此逐漸成為研究熱點。太陽輻射同樣作為外界環(huán)境因子之一，也是植物生長發(fā)育過程中不可缺少的因素。而植物所吸收太陽輻射基本上都是集中于藍光區(qū)(425 ～ 490 nm )和紅光區(qū)(600 ～ 700 nm )[3]。目前，杉木光合作用的各方面相關(guān)研究已逐漸展開。Ramalho等[4]研究認為葉片中的葉綠體可以感受到所接受到光質(zhì)的不同，從而對植物葉片的氣孔進行調(diào)節(jié)[1, 5]。有研究報道，藍光可以引起氣孔的開放，提高葉片的氣孔密度，増加了胞間CO2濃度，而Talbott[6]和Kinoshita[7]等研究得出在綠光轉(zhuǎn)換成藍光的過程中，蠶豆表面的氣孔逐漸增大，而紅光對植物氣孔的調(diào)節(jié)不同于藍光[8]。植物在不同光質(zhì)處理下，其反應不一致。有研究表明[9]，藍光對植物的生長以及生理生化特征產(chǎn)生重要影響，相較于其他光質(zhì)而言，藍光和紅光易被植物吸收。大量研究發(fā)現(xiàn)[10]，紅光、藍光和紅:藍(1:1)混合光均可對植物的生長產(chǎn)生作用。有研究發(fā)現(xiàn)，紅光對植物的光合作用產(chǎn)生促進作用，具體表現(xiàn)在紅光有利于植物體內(nèi)葉綠素的形成，同時也有利于葉片表皮氣孔的打開[11]。對植物來說，光照度即光合量子通量密度，通常認為是光照強度，是影響植光環(huán)境調(diào)控對植物生長發(fā)育的影響物光合作用的重要參數(shù)之一。吳曉穎等[12]研究發(fā)現(xiàn)：隨著光強降低，葉長、葉寬、葉面積及比葉面積顯著增加，單葉干重和比葉重顯著降低，植株干物質(zhì)積累量顯著降低。隨光強降低，最大凈光合速率(n)、光飽和點(LSP)、光補償點(LCP)和暗呼吸速率(a)降低。低光照強度的葉片葉綠素含量低于中、高光照強度處理。龔洪恩等[13]針對不同LED光強對油茶苗的生理生化現(xiàn)象進行研究，得出與其他處理相比，250 μmol·m-2·s-1處理更利于提高長林4號油茶苗各項生理生化指標，是培育油茶苗較為理想的光強。

光響應曲線是植物在不同光強下光合作用的集中體現(xiàn)，利用植物的光響應曲線可以得出光補償點LCP)、光飽和點(LSP)、最大凈光合速率(nmax)和暗呼吸速率(d)等參數(shù)[14]，利用這些參數(shù)可以研究植物的生長。目前對光響應曲線的影響主要集中在越橘[15]、辣椒[16]、煙草[17]等植物，雖然汪鳳林等[18]對杉木幼苗的光響應做出研究，但是只對單色光下杉木的光合作用進行分析，并未涉及混合光，也未對不同光質(zhì)下杉木幼苗光合參數(shù)的變化進行擬合，因此需要進一步研究光質(zhì)對光響應曲線的擬合曲線。杉木樹種是目前遍布于我國南方地區(qū)的主要速生喬木樹種之一，在我國森林自然環(huán)境系統(tǒng)中占據(jù)了重要的戰(zhàn)略地位，杉木因為具有生長快、材料優(yōu)等的特點，在南方16個省市中廣泛栽培[19]。光質(zhì)對杉木影響的研究逐漸成熟，但是由于試驗條件和試驗材料的不一致，試驗結(jié)果難以統(tǒng)一，甚至相反。光強對于杉木幼苗的光合特征只是基礎(chǔ)研究，還缺少對光強對光合參數(shù)的影響進行擬合。本研究以白光(W)為對照，通過測定白、紅、藍和紅/藍(1/1) 4種光質(zhì)下1年生杉木幼苗在不同光強梯度下的光合特征等參數(shù)，研究不同光質(zhì)處理下杉木幼苗的光合特征，并進行擬合，以期為室內(nèi)育苗提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及設(shè)計

試驗于2020年3月開始進行，以1年生的優(yōu)良無性系020扦插苗為試驗材料，杉木幼苗由福建省洋口國有林場提供。去掉杉木的分枝，然后將幼苗移植到直徑36 cm，高25 cm，四周涂成紅色的塑料桶內(nèi)(= 6 L)，培養(yǎng)的基質(zhì)包含以泥炭、松樹皮為主的有機質(zhì)和以珍珠巖、砂等為主的無機質(zhì)，基本理化性質(zhì)為：容重，0.27 g·cm-3；總孔隙度，20%；含水率，35.2%；pH 4.95；全N，14.8 g·kg-1；有效磷，102.2 mg·kg-1；速效鉀，136.6 mg·kg-1。每桶定植1株。在移栽后將所有植株放入福建農(nóng)林大學田間試驗基地溫室內(nèi)。地處東經(jīng)120°23′，北緯27°30′，屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫在20 ～ 25 ℃，年平均降雨在1 000 ～2 000 mm之間，期間對苗木進行精細化管理，保持土壤的濕度，每天傍晚7:00進行人工降水處理，期間防止杉木幼苗受到病蟲害影響。

表1 試驗設(shè)計

杉木幼苗培育4周后，挑選健壯且差異較小的植株進行不同的密閉空間處理，將杉木幼苗放入鋼制培養(yǎng)架上，光源位于頂部，培養(yǎng)架外層用黑色遮光布遮擋，能夠有效避免散射光。試驗采用不同比例的紅（400 ～ 450 nm）、藍（600 ～ 650 nm）單色LED燈數(shù)量的組合，共有白光（W）、紅光（R）、藍光（B）、紅:藍=1:1（1R1B）4個光質(zhì)處理（參考表1），其中將白光（W）作為對照處理，光照時長晝夜等長（晝:夜=12 h/12 h），環(huán)境條件控制在光強保持100 ～ 110 μmol·m-2·s-1，溫度保持在28 ℃左右，濕度保持在65%左右。每個處理共有3盆植株，共計3次重復，合計12盆植株。試驗時間在2020年4月至10月。

1.2 測定方法

1.2.1 光合氣體交換參數(shù)的測定 當杉木進行光質(zhì)處理30 d時，自上而下選擇植物的第一片成熟葉子，采用Li6400-XT便攜式光合測定儀,將光質(zhì)設(shè)置為白、紅、藍和紅:藍(1:1) 4種處理，在光強為2 000、1 500、1 000、500、200、150、120和100 μmol·m-2·s-18個不同梯度里測光合速率（n），蒸騰速率（r），氣孔導度（s），胞間CO2濃度（i）指標，并計算水分利用效率(CWUE)，每隔5 s測量1次，重復測量3次，并做好記錄。

1.2.2 光合色素的測定 挑選同一采樣時間，選取12株健康的杉木，將新葉上的灰塵擦洗干凈，每3株新葉為一個光質(zhì)處理，每個處理共3個重復。測定杉木葉片的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素等。用酶標儀分別測定663、645 和470 nm 下的吸光度值并根據(jù)公式分別計算出葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

水分利用效率(WUE)采用WUE=n/r計算，研究數(shù)據(jù)利用SPSS26.0軟件進行整合和處理，并利用Origin9.0進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 光合速率的光響應曲線

由圖1可知，隨著光強的增強，不同的光質(zhì)對于杉木幼苗的n會產(chǎn)生不同影響，8個光強梯度下的杉木幼苗的n的反應并不相同，除紅:藍(1:1)光外，其他單質(zhì)光處理均在一定的光強下呈現(xiàn)下降趨勢。

當光強小于200 μmol·m-2·s-1時，4種光質(zhì)處理下的杉木幼苗n呈現(xiàn)出上升趨勢，且上升速度較快，而在光強大于200 μmol·m-2·s-1時，呈現(xiàn)出穩(wěn)定態(tài)勢。在弱光強環(huán)境下，藍光和紅:藍(1:1)光對杉木幼苗的n的提高具有顯著的促進作用，隨著光強的持續(xù)增強，紅光和紅:藍(1:1)光的作用持續(xù)上升，而白光和藍光處理下的杉木幼苗n達到了光飽和，沒有表現(xiàn)出明顯的增長趨勢，且與紅光和紅:藍(1:1)光的差異性顯著（< 0.05）。總體而言，弱光環(huán)境下，杉木幼苗n的規(guī)律呈現(xiàn)出“紅:藍(1:1)>藍光>白光>紅光”，而在強光環(huán)境下，杉木幼苗n的規(guī)律呈現(xiàn)出“紅光>紅:藍(1:1)>藍光>白光”的規(guī)律。

圖1 不同光質(zhì)光合速率的光響應曲線

Figure 1 The light response curves of the photosynthesis rates under different light quality conditions

由表2可知，4種光質(zhì)處理下的杉木幼苗的n（凈光合速率）與光強的數(shù)據(jù)進行擬合后，其杉木幼苗的n（凈光合速率）與光強滿足方程n=b0+b1+ b22+ b33(其中，b0、b1、b2和b3為常數(shù))函數(shù)關(guān)系，特別是白光和紅:藍(1:1)的R> 0.80。結(jié)果表明4種光質(zhì)處理下的杉木幼苗的n（凈光合速率）與光強的相關(guān)性較強，其中白光和紅:藍(1:1)的擬合程度優(yōu)于其他光質(zhì)。

表2 不同光質(zhì)處理的凈光合速率與光強的回歸方程

2.2 氣孔導度的光響應曲線

植物葉片的氣孔是光合作用和蒸騰作用的物質(zhì)輸送渠道，不同強度的光質(zhì)和光強會對植物葉片的氣孔產(chǎn)生影響。由圖2可知，8個光強梯度下的杉木幼苗G的反應與杉木幼苗P的變化并不一致。無論是在強光強環(huán)境下或者弱光強環(huán)境下，杉木幼苗G均表現(xiàn)為紅光處理下最強，白光處理下最弱，具體規(guī)律為“紅光>紅:藍(1:1)>藍光>白光”，且白光與其他光質(zhì)處理的差異性較為顯著（< 0.05）。隨著光強的不斷增強，除紅光和白光處理外，其他光質(zhì)處理下的杉木幼苗s均保持持續(xù)增長?？傮w而言，4種光質(zhì)處理下的杉木幼苗s都呈現(xiàn)不同程度的增長趨勢。

圖2 不同光質(zhì)氣孔導度的光響應曲線

Figure 2 The light response curves of the pore conductivity under different light quality conditions

表3顯示，4種光質(zhì)處理下的杉木幼苗的s（氣孔導度）與光強的數(shù)據(jù)進行擬合后，其杉木幼苗的s（氣孔導度）與光強滿足方程s= b0+ b1+ b22+ b33(其中b0、b1、b2和b3為常數(shù))函數(shù)關(guān)系，且2> 0.90。結(jié)果表明4種光質(zhì)處理下的杉木幼苗的s（氣孔導度）與光強的相關(guān)性較強。

2.3 胞間CO2濃度的光響應曲線

總體而言，隨著光強增強，各種光質(zhì)處理對杉木幼苗的i也會產(chǎn)生不同的反應，即使在同一種光質(zhì)處理下，i反應也并不一致。由圖3可知，當光強小于200 μmol·m-2·s-1，光質(zhì)與杉木幼苗的i呈現(xiàn)明顯的負相關(guān)關(guān)系，具體規(guī)律為:紅:藍(1:1)>藍光>白光>紅光。當光強為500 μmol·m-2·s-1時，混合光質(zhì)對與杉木幼苗的i相較于其他光質(zhì)而言，處于較高水平，但差異并不顯著。當光強達到峰值時，各種光質(zhì)處理下杉木幼苗的i具體規(guī)律為“紅光>白光>紅:藍(1:1)>藍光”。當光強處于中等光強范圍內(nèi),光質(zhì)對杉木幼苗的i的變化并不明顯，藍光對杉木幼苗i的影響呈現(xiàn)波動變化，而紅:藍(1:1)則呈現(xiàn)下降趨勢。

表3 不同光質(zhì)處理的氣孔導度與光強的回歸方程

圖3 不同光質(zhì)的胞間CO2濃度光響應曲線

Figure 3 The CO2concentration light response curves be- tween cells with different light quality treatments

根據(jù)表4得知，4種光質(zhì)處理下的杉木幼苗的i（胞間CO2濃度）與光強的數(shù)據(jù)進行擬合后，其杉木幼苗的C（胞間CO2濃度）與光強滿足方程i= b0+ b1+ b22+ b33(其中b0、b1、b2和b3為常數(shù))函數(shù)關(guān)系，且R> 0.90，結(jié)果表明4種光質(zhì)處理下的杉木幼苗的i（胞間CO2濃度）與光強的相關(guān)性較強。

2.4 蒸騰速率的光響應曲線

由圖4可知，無論是同一光質(zhì)不同光強、同一光強不同光質(zhì)，杉木幼苗的r反應均不一致，當光強小于200 μmol·m-2·s-1，光質(zhì)與杉木幼苗的r呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，隨著光強的增強，各個光質(zhì)處理下杉木幼苗的r的上升速度較快，相較于CK而言，藍光、紅:藍(1:1)上升趨勢較大，紅光的上升速度較為平緩，紅光處理與其他光質(zhì)處理呈現(xiàn)出顯著性差異，r的規(guī)律具體表現(xiàn)為藍光>紅:藍(1:1)>白光>紅光。隨著光強的不斷增強，4種光質(zhì)處理下的杉木幼苗的r呈現(xiàn)出增長的趨勢，但增長幅度并不一致。當光強達到最大時，r呈現(xiàn)出“紅:藍(1:1)>藍光>紅光>白光”的規(guī)律，紅:藍(1:1)處理下杉木幼苗的r上升幅度最大。除紅光外，其余3種光質(zhì)處理下杉木幼苗的r的差異性不顯著。當光強處于中等光強范圍內(nèi)，光質(zhì)對杉木幼苗的r具有促進作用。其中白光、紅光在整個光強中均保持上升，而藍光在1 000 μmol·m-2·s-1時出現(xiàn)下降，紅:藍(1:1)在1 500 μmol·m-2·s-1時出現(xiàn)下降，在此期間，紅光下的杉木幼苗葉片的r一直保持較低的水平。

表4 不同光質(zhì)處理的胞間CO2濃度與光強的回歸方程

圖4 不同光質(zhì)蒸騰速率的光響應曲線

Figure 4 The vapor rate light response curves for different light quality treatments

根據(jù)表5得知，4種光質(zhì)處理下的杉木幼苗的r（蒸騰速率）與光強的數(shù)據(jù)進行擬合后，其杉木幼苗的r（蒸騰速率）與光強滿足方程r= b0+ b1+ b22+ b33(其中b0、b1、b2和b3為常數(shù))函數(shù)關(guān)系，且R> 0.90，結(jié)果表明4種光質(zhì)處理下的杉木幼苗的r（蒸騰速率）與光強的相關(guān)性較強。

2.5 水分利用效率的光響應曲線

光質(zhì)對杉木幼苗的n、r產(chǎn)生影響，進而對杉木幼苗的水分利用效率(WUE)產(chǎn)生作用?？傮w而言，隨著光強的增大，杉木幼苗的WUE上升趨勢逐漸穩(wěn)定，但在同一光強下，各種光質(zhì)處理下的杉木幼苗的WUE的反應并不一致。當光強小于200 μmol·m-2·s-1，白光、紅:藍(1:1)都保持上升的趨勢，但紅光、藍光下的幼苗WUE并不穩(wěn)定。當光強大于1 500 μmol·m-2·s-1，光質(zhì)下對杉木幼苗的WUE呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，藍光的促進作用最大，CK與紅光的促進作用最小。當光強達到峰值時,紅光對杉木幼苗的WUE作用相較于其他光質(zhì)而言較小。當光強處于中等范圍內(nèi)，除藍光外，其他光質(zhì)對杉木幼苗的WUE具有穩(wěn)定作用，呈現(xiàn)出藍光>CK>紅:藍(1:1)>紅光的規(guī)律（圖5）。

表5 不同光質(zhì)處理的蒸騰速率與光強的回歸方程

圖5 不同光質(zhì)水分利用效率的光響應曲線

Figure 5 Light response curvesof water use efficiency under different light quality conditions

根據(jù)表6得知，4種光質(zhì)處理下的杉木幼苗的WUE與光強的數(shù)據(jù)進行擬合后，其杉木幼苗的WUE（水分利用效率）與光強滿足方程WUE= b0+ b1+ b22+ b33(其中b0、b1、b2和b3為常數(shù))函數(shù)關(guān)系，且R> 0.75，結(jié)果表明4種光質(zhì)處理下的杉木幼苗的WUE與光強的相關(guān)性較強，其中紅光和紅:藍(1:1)的擬合程度優(yōu)于其他光質(zhì)處理。

2.6 不同光質(zhì)對杉木幼苗光合色素的影響

葉綠體是植物進行光合作用的主要場所，研究植物的光合色素，可以對植物的捕光能力進行判斷，從而了解植物的光合作用。由圖6可知，光質(zhì)處理對杉木葉片葉綠素和類胡蘿卜素的影響并不顯著。R處理下的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a/b、葉綠素和類胡蘿卜素相較于CK而言，分別增長了8.31%、3.01%、5.36%、4.7%和6.46%。B處理和R:B處理下的杉木幼苗葉片的葉綠素和類胡蘿卜素，與CK相比，均沒有顯著的差異性（< 0.05）。其中，兩種處理下的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素和類胡蘿卜素與CK相比，分別增長了11.39%、17.86%、13.65%、7.77%和1.15%、5.42%、2.64%、3.74%。但是在葉綠素a/b方面，B處理和R:B處理下的葉綠素a/b呈現(xiàn)出下降趨勢，相較于CK而言，分別降低了4.65%和4.47%。雖然光質(zhì)處理對杉木幼苗的葉綠素和類胡蘿卜素都有不同程度的影響，但是差異未達到顯著性水平（> 0.05）。

表6 不同光質(zhì)處理的水分利用效率與光強的回歸方程

圖6 不同光質(zhì)處理下杉木幼苗光合色素的變化

Figure 6 Changes of photosynthetic pigments of Chinese fir seedlings under different light quality conditions

3 討論與結(jié)論

n與植物的光合作用密切聯(lián)系，n越大，植物擁有越多的營養(yǎng)物質(zhì)[20]。本研究結(jié)果為杉木幼苗的n、s和WUE三者與光強呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，此結(jié)果與 Wu等[21]研究結(jié)果一致。而杉木幼苗的i在不同光強下總體呈現(xiàn)出下降的趨勢，表明光質(zhì)對杉木幼苗的i一定程度上起到抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)，不同光照強度對杉木幼苗葉片的n產(chǎn)生不同影響，光照強度增強，光合速率上升，植物合成的營養(yǎng)物質(zhì)增加。針對光質(zhì)對杉木幼苗n的影響可以得出,當光強≤ 200 μmol·m-2·s-1，杉木幼苗的n呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，紅:藍(1:1)處理下杉木幼苗的n在低光強中處于較高位置，說明在低光強下，紅:藍(1:1)度杉木光合作用具有促進作用。此結(jié)果與周錦業(yè)[22]對杉木的組培的研究結(jié)論不相同，可見不同研究對象光強處理的n含量的反應有較大差異，這可能與光質(zhì)的實現(xiàn)條件不同有關(guān)。當光處于強光范圍內(nèi)，單質(zhì)光對于杉木幼苗的n具有穩(wěn)定作用，可能是在紅光和白光兩種光質(zhì)影響下，隨著光強的增強，杉木幼苗出現(xiàn)光抑制[23]。而藍光、紅:藍(1:1)下杉木幼苗葉片的n處于較高的含量,即在強光強下，藍光、混合光能夠促進杉木光合作用的進行，有助于杉木營養(yǎng)物質(zhì)的積累。但此文的結(jié)果與劉曉英[24]研究結(jié)果不一致，故藍光處理對于杉木幼苗的影響還未形成統(tǒng)一結(jié)論，需要進一步研究。當光強處于中等光強之間，紅:藍(1:1)處理杉木幼苗的n與其他光質(zhì)處理具有顯著性差異，表明紅:藍(1:1)對杉木幼苗葉片光合作用具有促進作用。s是植物氣孔張開的指標，表示單位面積的葉片在單位時間內(nèi)所蒸發(fā)的水汽含量[25]，植物的s影響植物的蒸騰作用和光合作用。植物的s與光質(zhì)、光強有密切聯(lián)系。Frechilla等[26]研究表明藍光對植物氣孔的舒張程度具有促進作用，當光強小于200 μmol·m-2·s-1，光質(zhì)對杉木幼苗的s具有抑制作用，無論是單質(zhì)光，還是混合光，弱光強下杉木幼苗的s持續(xù)下降，而光強處于其他范圍時，杉木幼苗的s趨于穩(wěn)定，即氣體交換穩(wěn)定，有利于植物光合作用的進行。其中藍、白光下的處于相對較高水平，與劉曉英[24]的研究結(jié)果一致。有研究表明，當光強上升時，空氣中的相對濕度較低，此時引起葉片溫度和蒸騰速率的上升，與本研究結(jié)果一致，但是由于溫度過高，植物葉片受到了水分脅迫，誘導植物葉片氣孔關(guān)閉[27]。而在此文中，杉木幼苗的s隨著光強的增強保持穩(wěn)定的趨勢，原因有可能是因為前者是以厚葉木蓮為試驗材料，而此文是以杉木幼苗為試驗對象，兩種試驗材料的差異性所導致試驗結(jié)果存在不一致。

光強增加，i降低，表明光強增加可以顯著刺激CO2的吸收，光強降低導致植株對CO2的吸收也減少，此結(jié)果與李勇等[28]的研究結(jié)果相同。CO2是植物進行光合作用的首要因素，杉木幼苗的i也可以影響n的大小，兩者之間具有正向關(guān)系[17]。本研究中，紅光、藍光、紅:藍(1:1)在弱光強下(≤200 μmol·m-2·s-1)下與CK存在顯著差異，前者對杉木幼苗的i具有促進作用，而CK卻抑制杉木幼苗的i，這與Zhang等[29]的研究差異較大，原因可能是因為葉片的i受到其他環(huán)境因子的影響，所以針對光質(zhì)影響杉木幼苗的i的研究結(jié)果還有待商榷。蒸騰速率是指植物在一定時間內(nèi)單位葉面積蒸騰的水量，對植物的光合作用具有重要的作用。樊小雪等[30]研究發(fā)現(xiàn)藍光對植物的蒸騰速率具有促進作用，在弱光強下(≤ 200 μmol·m-2·s-1)，4種光質(zhì)處理下的杉木幼苗的r呈現(xiàn)出增長的趨勢，且增長幅度較快。在強光強下(≥ 1 500 μmol·m-2·s-1)，除白光外，其他光質(zhì)下的杉木幼苗的r增長速度放緩，表明隨著s的穩(wěn)定，植物的r也隨之趨于穩(wěn)定。當光強處于中等范圍時，藍光、白光、紅:藍(1:1)下r均與紅光下杉木幼苗的r有顯著性差異，表明紅光對植物光合作用產(chǎn)生作用較小。植物的蒸騰速率(r)、氣孔導度(s)和光合速率（n）有著密切聯(lián)系，此結(jié)果與張麗[31]的研究結(jié)果相同，表明植物的蒸騰速率(r)隨著光強的增加而上升。

WUE作為外界環(huán)境適應性指標之一，是植物適應能力的表現(xiàn)。WUE越高，植物對外界環(huán)境的適應力越強。本研究結(jié)果表明，當光強處于弱光程度時，紅光處理下杉木幼苗的WUE相較于其他光質(zhì)而言，處于較高水平，證明在弱光情況下，紅光能提高杉木幼苗的適應能力，此結(jié)果與周錦業(yè)[22]對杉木組培研究結(jié)果相同，但是與曹剛等[32]針對黃瓜幼苗的研究結(jié)果有較大差異，原因可能是試驗中設(shè)置的光強不一致。本研究發(fā)現(xiàn)紅光對杉木幼苗的WUE在各個光強中處于較高位置，特別是在強光強下，杉木幼苗的WUE與n具有正相關(guān)關(guān)系，說明兩者具有相互促進的作用。有研究表明，植物的WUE不同程度上也與i、s有關(guān)，本研究中光質(zhì)對杉木幼苗在8個梯度的光強下的光合參數(shù)存在不同的影響效果，為以后室內(nèi)育苗提供良好的理論基礎(chǔ)，一定程度上的紅:藍(1:1)光對杉木的光合參數(shù)有促進作用。

杉木利用光能，使二氧化碳和水合成有機物并釋放氧氣，絕大多數(shù)生物依靠光合作用所提供的物質(zhì)和能量而生存。在可見光中，紅光和橙光最容易被植物吸收，而綠光則最不容易被吸收。植物體內(nèi)的葉綠素和類胡蘿卜素在光合作用過程中發(fā)揮了重要作用，一般認為藍紫光對于植物體內(nèi)葉綠素含量具有促進作用，而植物受紅光的影響較小。本研究中紅光和紅藍光處理下的葉綠素含量較低的原因可能是杉木受到紅光的抑制。葉綠素和類胡蘿卜素在光合作用過程中主要承擔吸收和傳遞光能的作用[33]。有研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜幼苗在紅光、藍光處理下的葉綠素與其他光質(zhì)處理的結(jié)果有顯著差異，而類胡蘿卜素主要受到藍紫光的影響[34]；通過對菊花[35]和“夏黑”葡萄[36]葉片中的葉綠素含量進行分析，得出紅光能提高植物體內(nèi)葉綠素含量[37]，與本文結(jié)果一致。張瑞華[38]以生姜作為試驗對象，將生姜進行不同光質(zhì)處理，得出藍光處理下的葉綠素高于紅光處理。本研究中，白光處理使得杉木光合色素的含量最高，紅/藍(1/1)處理最低的結(jié)論相反，原因可能是因為試驗材料不同，導致試驗材料的反應也不一致。

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Optical response of photosynthesis of fir seedlings under different light quality conditions

WANG Xingxing1, 2, 4, CHEN Gang3, ZUO Xiaodong1, 2, 4, FAN Fujin5, CAO Guangqiu1, 2, 4, CAO Shijiang1, 2, 4

(1. College of Forestry, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002; 2. State Forestry Administration Chinese Fir Engineering Technology Research Center, Fuzhou 350002; 3. Department of Natural Resources of Jiangyong County in Hunan Province, Yongzhou 425000; 4. University Key Laboratory of Forest Stress Physiology, Ecology and Molecular Biology of Fujian Province, Fuzhou 350002; 5. Yangkou State-owned Forest Farm in Fujian Province, Nanping 353200)

In order to explore the effects of 4 light quality treatments on the photosynthetic parameters of Chinese fir seedlings, one-year-old superior clone 020 cutting seedlings were used as experimental materials, 4 light qualities, 8 gradient light intensities were set; through the indoor light quality cultivation, the photosynthetic rate (n), stomatal conductance (s), intercellular CO2concentration (i), transpiration rate (r), water use efficiency (WUE) and other parameters of Chinese fir seedlings were studied, and fitting analysis on light-intensity data was performed to establish a fitting model. The results showed that: under low light conditions, blue light and red: blue (1:1) had significant effects on photosynthetic parameters of Chinese fir seedlings, while under strong light, red light had a significant effect. The photosynthetic rate (n), stomatal conductance (s) and water use efficiency (WUE) of Chinese fir seedlings under red light treatment were different from other light quality treatments, but the intercellular CO2concentration (i) and transpiration rate (r) were slightly lower than those under the blue light, and the difference among the three light quality conditions: blue light, red light and red: blue (1:1) was not significant. In terms of the fit between light intensity and light quality, stomatal conductance (s), intercellular CO2concentration (i), and transpiration rate (r) fitted better. Therefore, to a certain extent, red: blue (1:1) light can promote the photosynthetic parameters of Chinese fir.

lamb.Hook; light quality; light strength; light response

S791.27

A

1672-352X (2022)05-0716-08

10.13610/j.cnki.1672-352x.20221111.022

2022-11-14 11:18:04

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1162.S.20221111.1118.044.html

2021-10-09

福建農(nóng)林大學高峰學科項目（71201800739）和“十四五”國家重點研發(fā)項目（2021YFD2201302）共同資助。

汪星星，碩士研究生。E-mail：13355632751@163.com

曹世江，講師。E-mail：csjiang1123@126.com