三種地寶蘭屬植物葉片解剖結構及光合特性的比較研究

許愛祝 江海都 浦乾琨 韋霄 韋宇靜 羅亞進 柴勝豐

摘 要： ???為探討地寶蘭屬植物的葉片解剖結構及光合特性，該研究對狹域瀕危種貴州地寶蘭（Geodorum eulophioides）及廣布種地寶蘭（G. densiflorum）、大花地寶蘭（G. attenuatum）的葉片解剖結構、光合日變化、光響應曲線、CO2響應曲線、葉綠素含量等指標進行測定。結果表明：（1）3種地寶蘭屬植物的葉肉細胞沒有海綿組織和柵欄組織分化，氣孔僅分布于下表皮；與地寶蘭和貴州地寶蘭相比，大花地寶蘭具有更大的葉片厚度和較小的氣孔密度，表現(xiàn)出更適應弱光環(huán)境的結構特征。（2）3種地寶蘭屬植物的凈光合速率（Pn）日變化均呈“雙峰型”曲線，其光合“午休”主要由非氣孔限制引起；Pn和水分利用效率（WUE）日均值大小均表現(xiàn)為大花地寶蘭>地寶蘭>貴州地寶蘭，表明貴州地寶蘭積累光合產(chǎn)物的能力更弱，對干旱環(huán)境的適應能力可能更差。（3）3種地寶蘭屬植物均為陰生植物，地寶蘭的光補償點（LCP）最小、光飽和點（LSP）最大，對光強適應范圍較寬；大花地寶蘭具有較高的最大凈光合速率（Pmax）和表觀量子效率（AQY），其光合能力較強；貴州地寶蘭的Pmax和潛在最大凈光合速率（Amax）最小，其光合能力和對CO2的利用能力更弱。（4）地寶蘭和大花地寶蘭的葉綠素a（Chl a）、葉綠素b（Chl b）和總葉綠素（Chl）含量均顯著（P<0.05）高于貴州地寶蘭。（5）3種地寶蘭屬植物的葉片厚度、葉肉厚度、葉綠素含量與Pmax間存在顯著（P<0.05）相關性。綜上認為，與地寶蘭和大花地寶蘭相比，貴州地寶蘭的光合能力和適應性較差，這可能與其瀕危有很大關系；適當遮陰和增加CO2濃度有利于3種地寶蘭屬植物的光合作用。該研究結果為貴州地寶蘭瀕危原因的分析及3種地寶蘭屬植物種質資源保育提供了參考依據(jù)。

關鍵詞： ?地寶蘭屬， 氣孔特征， 光合日變化， 光響應曲線， CO2響應曲線， 葉綠素

中圖分類號： ??Q945

文獻標識碼： ???A

文章編號： ??1000-3142（2024）01-0113-13

Comparative study on leaf anatomical structures

and photosynthetic characteristics of

three Geodorum species

XU Aizhu1，2， JIANG Haidu2， PU Qiankun3， WEI Xiao2， WEI Yujing2，

LUO Yajin4， CHAI Shengfeng2*

（ 1. College of Tourism and Landscape Architecture， Guilin University of Technology， Guilin 541006， Guangxi， ?China; 2. Guangxi Institute of

Botany， Guangxi Zhuang Autonomous Region and Chinese Academy of Sciences， Guilin 541006， Guangxi， China; 3. College of

Pharmacy， Guilin Medical University， Guilin 541004， Guangxi， China; 4. Guangxi Yachang Orchid National

Nature Reserve Management Center， Baise 533209， Guangxi， China ）

Abstract： ??To explore leaf anatomical structures and photosynthetic characteristics of Geodorum plant， the anatomical structure of leaves， daily variation of photosynthesis， light response curve， CO2 response curve， chlorophyll content and other indexes of the narrowly endangered Geodorum eulophioides and widely spread G. densiflorum and G. attenuatum were measured. The results were as follows： （1） Three species of Geodorum did not have spongy and fenestrated tissue differentiation in their chloroplasts， and stomata were distributed only in the lower epidermis. Compared with G. densiflorum and G. eulophioides， G. attenuatum had a greater leaf thickness and smaller stomatal density， exhibiting structural characteristics that were more adaptable to low light environments. （2） The daily changes of net photosynthetic rate （Pn） of ?three species of Geodorum showed a “bimodal” curve， and the photosynthetic “l(fā)unch break” was mainly caused by non-stomatal limitation. The daily mean values of Pn and water use efficiency （WUE） showed that G. attenuatum > G. densiflorum > G. eulophioides， which indicated that G. eulophioides had a weaker ability of accumulating photosynthesis products， and its adaptive capacity to the arid environment was probably poorer. （3） Three species of Geodorum were all shade plants. G. densiflorum had the smallest light compensation point （LCP） and the largest light saturation point （LSP）， and had a wider range of adaptation to light intensity; G. attenuatum had a high maximum net photosynthetic rate （Pmax） and apparent quantum efficiency （AQY）， and its photosynthetic capacity was stronger; G. eulophioides had the smallest Pmax and the potential maximum net photosynthetic rate （Amax）， and its photosynthetic capacity and CO2 utilization capacity were weaker. （4） The chlorophyll a （Chl a）， chlorophyll b （Chl b） and total chlorophyll （Chl） contents of G. densiflorum and G. attenuatum were significantly （P<0.05） higher than those of G. eulophioide. （5） There were significant （P<0.05） correlations between the leaf thickness， mesophyll thickness， chlorophyll content， and Pmax of three species of Geodorum. It was concluded that the photosynthetic capacity and adaptability of G. eulophioides were poorer compared with G. densiflorum and G. attenuatum， which might be greatly related to its endangerment; appropriate shading and increased CO2 concentration favored photosynthesis in ?three species of Geodorum. The results of this study provide a reference for the analysis of the endangered causes of G. eulophioides ?and the conservation of germplasm resources of three ?Geodorum species.

Key words： ?Geodorum， stomatal characteristics， daily variation of photosynthesis， light response curve， CO2 response curve， chlorophyll

光合作用是大部分植物進行物質積累的基礎，也是植物生長的重要生理過程，其特征可預先確定和解釋植物所需的重要生態(tài)需求（Adamec，1997）。植物在生長過程中的競爭力和適應力等綜合生存能力和環(huán)境因子間的相互作用可揭示其內在規(guī)律（Zhang et al.，1999），光合能力的強弱能很大程度上反映植物在種群中的競爭地位和適應能力。研究瀕危植物的光合作用及其影響因素，是正確評估最優(yōu)棲息地條件的重要方法（Smith et al.，1993），能夠判斷其生長所需的最適宜光照、水分等環(huán)境條件，選擇最優(yōu)的栽培地（Smith & Houpis，2004）。將瀕危植物和廣布近緣種作為對照進行光合特性比較研究，能更好地揭示瀕危植物的內在瀕危機制。瀕危植物與近緣非瀕危植物相比，具有較低的光合速率、水分利用率和生物量積累（Ge et al.，2003）。Wei等（2018）研究表明，不管是野外種群還是栽培種群，瀕危種金花茶（Camellia nitidissima）的光合、呼吸、蒸騰等生理代謝速率均低于同屬廣布種茶樹（C. sinensis），并且金花茶喜歡潮濕、遮陰的環(huán)境，不喜歡強烈的陽光直射，而茶樹在半陰和強光的地方都能很好地生長。裂葉沙參（Adenophora lobophylla）的光合速率、呼吸速率、蒸騰速率及水分利用率等均低于廣布近緣種泡沙參（A． potaninii）（祖元剛等，1999）。另外，有研究表明，植物的葉片解剖結構受長期自然環(huán)境的影響，葉片中的表皮細胞厚度、柵欄組織和海綿組織等葉片解剖結構的變化影響著植物的光合調控（Evans & Loreto，2000； Chartzoulakis et al.，2002； Bacelar et al.，2004），并且植物對光的適應性主要由葉片解剖結構進行調整（Niinemets & Tenhunen，1997）。瀕危植物輻花苣苔（Oreocharis esquirolii）的柵欄組織厚度和海綿組織厚度等均顯著低于非瀕危植物紫花粗筒苣苔（O. elegantissima）和都勻馬鈴苣苔（O. duyunensis），其葉綠素含量及最大凈光合速率（Pmax）等光合能力也整體低于2種同屬植物（歐明燭等，2023）。可見，瀕危植物對外部環(huán)境極為敏感，具有生存能力、適應性相對較低以及光合能力較弱等特點。因此，探究瀕危植物與其同屬廣布種的光合特性和生理結構之間的差異，對于闡明其瀕危機制及開展合適的保育措施具有重要意義。

地寶蘭屬（Geodorum）隸屬于蘭科（Orchida-ceae）樹蘭族（Trib. Epidendreae），是典型的多年生地生蘭類群，該屬在全世界分布，約有10種，在我國發(fā)現(xiàn)5種，主要分布在我國華南和西南地區(qū)。地寶蘭屬植物具有一定的觀賞價值和藥用價值（Keerthiga & Anand，2014）。貴州地寶蘭（G. eulophioides）特產(chǎn)于我國，僅分布于中國云南、貴州、廣西三地交界處，生長于海拔600 m的灌叢或中等蔭蔽度林下，分布范圍十分狹窄且數(shù)量十分有限，被《中國物種紅色名錄》和《IUCN瀕危物種紅色名錄》列為極危（CR）等級。地寶蘭（G. densiflorum）為地寶蘭屬的廣布種，主要分布于中國華南和西南地區(qū)、越南、老撾、柬埔寨、泰國、馬來西亞、印度尼西亞等地，生長于海拔1 500 m以下的疏林下、路邊、草坡，是該屬分布最廣且數(shù)量最多的物種；大花地寶蘭（G. attenuatum）產(chǎn)于中國海南、云南和廣西南部，越南、老撾、緬甸也有分布，生于海拔800 m以下的林下或林緣，該物種的分布范圍大于貴州地寶蘭。與廣布種地寶蘭和大花地寶蘭相比，極危種貴州地寶蘭的分布范圍十分狹窄，生境有一定差異，這可能與其對光環(huán)境的需求和適應性不同有關。目前，對該屬植物的研究大多集中在野外調查（魏海燕等，2018； 張央等，2022）和繁殖技術（胡琦敏，2007；藍玉甜等，2014）等方面，未見其葉片解剖結構和光合特性方面的報道。因此，本研究以貴州地寶蘭、地寶蘭和大花地寶蘭為對象，通過對3種地寶蘭屬植物的葉片解剖結構和光合特性的比較研究，擬解決以下問題：（1）狹域瀕危種貴州地寶蘭的光合能力是否低于廣布種地寶蘭和大花地寶蘭；（2）地寶蘭屬植物的光合能力是否與其葉片解剖結構、葉綠素含量有關。以期為瀕危種貴州地寶蘭瀕危機制的闡明提供參考，為該屬植物種質資源保育和引種栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況和材料處理

試驗地位于廣西桂林市廣西植物研究所內（110°17′ E、25°01′ N），海拔180 m，屬于中亞熱帶季風氣候區(qū)。該區(qū)域具有較好的氣候條件，陽光充足、雨量豐沛，年平均氣溫為19.4 ℃，最熱月平均溫度為28.5 ℃左右，最冷月平均溫度為8.3 ℃左右，年平均降雨量約為1 974 mm，年平均相對濕度為73%～79％，年平均日照時數(shù)為1 670 h左右。試驗苗選取成年植株栽植于內徑21 cm、深18 cm的塑料花盆中，每盆栽植2～3株，選取長勢較好的植株做試驗苗，栽培基質為林下表層土壤，pH值5.34、有機質含量1.26%、全氮1.53 g·kg-1、全磷1.09 g·kg-1、全鉀14.11 g·kg-1。經(jīng)野外調查發(fā)現(xiàn)，3種地寶蘭屬植物均在70%～80%蔭蔽度的林下長勢良好，為此將3種地寶蘭植株于6月初放入透光率為20%的遮陰棚中，4個月后進行各項指標的測量。

1.2 方法

從試驗苗中每種選取至少3株長勢一致的植株，選取葉色濃綠、健康成熟的上部外圍葉片用于葉片解剖結構和光合特性的測定。

1.2.1 葉片解剖結構參數(shù)的測定[HTSS] 選取光合測定后的葉片，剪取葉片中脈至葉緣（1 cm × 1 cm），用2.5%戊二醛溶液固定，磷酸緩沖液沖洗，依次進行脫水、臨界點干燥及鍍金，每個植株的每個觀測部位（葉上表皮、葉下表皮、葉片橫切）分別制備3個樣品，利用真空電子掃描電鏡VEGA3 TESCAN進行拍照觀察，每個樣品隨機觀察10個視野，測定葉片厚度（leaf thickness，LT），葉肉厚度（mesophyll thickness，MT），上、下表皮細胞厚度，氣孔密度，氣孔長，氣孔寬和氣孔面積，每個物種3個重復。

1.2.2 光合作用日進程變化的測定[HTSS] 選擇在10月（秋季）上旬天氣晴朗的條件下進行測定，采用Li-6400XT便攜式光合作用測量系統(tǒng)（Li-Cor， Lincoln， Nebraska， USA）測定3種地寶蘭屬植物葉片的氣體交換參數(shù)，并利用自然光和空氣CO2濃度進行測定。選取健康成熟的葉片，9：00—18：00每間隔1.5 h進行1次測定，每個葉片重復測定3次，取平均值。測定葉片凈光合速率（Pn，μmol·m-2·s-1）、蒸騰速率（Tr，mmol·m-2·s-1）、氣孔導度（Gs，mol·m-2·s-1）、胞間CO2濃度（Ci，μmol·mol-1）、氣孔限制值（Ls=1-Ci/Ca）、水分利用率（WUE，μmol·mmol-1）等光合參數(shù)及光合有效輻射（PAR，μmol·m-2·s-1）、空氣溫度（Ta，℃）和空氣相對濕度（RH，%）等環(huán)境因子參數(shù)。每個物種測定3株。

1.2.3 光合-光響應曲線的測定[HTSS] 選擇晴天于8：00—12：00進行測量，測量前葉片先在600 μmol·m-2·s-1光強下誘導30 min（儀器自帶的紅藍光源）以充分活化光合系統(tǒng)。使用開放氣路，設空氣流速為0.5 L·min-1，葉片溫度為28 ℃，CO2濃度為400 μmol·mol-1。設定光強梯度為1 500、1 200、1 000、800、600、400、200、150、100、50、20、0 μmol·m-2·s-1。每個物種測定3株。以光量子通量密度（photosynthetic photon flux density，PPFD）為橫軸、凈光合速率（Pn）為縱軸繪制光合-光響應曲線，光合參數(shù)的計算依據(jù)葉子飄（2010）的直角雙曲線修正模型。

1.2.4 光合-CO2響應曲線的測定[HTSS] 于上午8：00—12：00進行測量，測量前對待測葉片進行誘導。設空氣流速為0.5 L·min-1，葉片溫度為28 ℃。根據(jù)1.2.2光響應曲線測定的光飽和點附近的光強設為固定光強800 μmol·m-2·s-1，CO2濃度梯度設為400、300、200、150、100、50、400、400、600、800、1 000、1 200、1 500、2 000 μmol·mol-1（用CO2鋼瓶控制濃度）。測定時在每個CO2濃度下平衡 150～180 s，系統(tǒng)自動記錄不同 CO2濃度下的凈光合速率（Pn）。每個物種測定3株。參考葉子飄（2010）的計算方法，采用直角雙曲線修正模型擬合做出Pn-Ci曲線圖，并計算光合-CO2響應參數(shù)。

1.2.5 光合色素含量的測定[HTSS] 將以上進行光合測定后的葉片用打孔器取20片1 cm2的小圓片，并剪碎裝入25 mL容量瓶，用95%乙醇定容，暗條件放置24 h后分別在665、649 、470 nm吸光度下測定提取液的吸光值，根據(jù)公式（李合生，2000）計算出葉綠素a（Chl a）、葉綠素b（Chl b）、總葉綠素（Chl）和類胡蘿卜素（Car）的含量及葉綠素a與葉綠素b的比值（Chl a/b）、類胡蘿卜素與總葉綠素的比值（Car/Chl）。每個物種測定3株。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2016軟件對上述試驗結果進行處理，采用SPSS 26.0軟件進行單因素方差分析，用Duncan法進行多重比較，并對葉片解剖結構特征、葉綠素含量與光合特征參數(shù)進行相關性分析，用Origin 9.2軟件繪圖，利用光合計算4.1.1軟件的直角雙曲線修正模型（葉子飄，2010）擬合并計算光響應曲線和CO2響應曲線的光合參數(shù)。

2 結果與分析

2.1 環(huán)境因子的日變化

3種地寶蘭屬植物環(huán)境因子的日變化如圖1所示。PAR隨著時間的推移先上升后下降，最大值出現(xiàn)在12：00，為375.79 μmol·m-2·s-1；Ta與PAR變化趨勢相似，均為先升后降，峰值出現(xiàn)在15：00，此時Ta為41.91 ℃；RH則與Ta和PAR的變化趨勢相反，為先下降后上升，在15：00時RH達到最低，僅為17.67%。

2.2 葉片解剖結構

2.2.1 葉片解剖結構特征[HTSS] 地寶蘭、大花地寶蘭和貴州地寶蘭的葉片橫切面結構如圖2所示，葉片均由上表皮、下表皮、葉肉組織和葉脈組成，上、下表皮均由單層細胞組成，上表皮的細胞厚度比下表皮細胞大，葉肉細胞沒有分化出海綿組織和柵欄組織。地寶蘭和大花地寶蘭的葉片厚度、上、下表皮細胞厚度和葉肉厚度均顯著（P<0.05）大于貴州地寶蘭（表1）。

2.2.2 葉片氣孔特征[HTSS] 通過對3種地寶蘭屬植物葉片上、下表皮的正面觀察可知（圖3），氣孔僅分布在葉片的下表皮，氣孔和保衛(wèi)細胞呈梭子形，表皮細胞形狀呈方形或圓形。地寶蘭的氣孔密度顯著（P<0.05）大于大花地寶蘭和貴州地寶蘭；3種地寶蘭屬植物的氣孔長、氣孔寬及氣孔面積之間均無明顯差異（表2）。

2.3 光合參數(shù)日變化

3種地寶蘭的凈光合速率（Pn）均呈“雙峰型”曲線，Pn均在13：30時出現(xiàn)低值，表現(xiàn)出光合“午休”現(xiàn)象（圖4：A）；日均Pn大小表現(xiàn)依次為大花地寶蘭>地寶蘭>貴州地寶蘭（表3）。氣孔導度（Gs） 和蒸騰速率 （Tr） 的日變化趨勢與Pn基本一致，均在13：30時出現(xiàn)低值（圖4：B，C）；大花地寶蘭的日均Gs和日均Tr顯著（P<0.05）高于地寶蘭和貴州地寶蘭（表3）。3種地寶蘭的胞間CO2濃度（Ci）均呈“W”型變化趨勢，在13：30時出現(xiàn)峰值，低值分別出現(xiàn)在12：00和16：30（圖4：D）；日均Ci間差異不顯著（P>0.05）（表3）。3種地寶蘭的氣孔限制值（Ls）和水分利用率（WUE）的日變化亦呈現(xiàn)“雙峰型”曲線（圖4：E，F(xiàn)）；日均Ls間差異不顯著（P>0.05），而大花地寶蘭的日均WUE顯著（P<0.05）高于貴州地寶蘭（表3）。

2.4 光合-光響應參數(shù)

3種地寶蘭屬植物光合-光響應曲線擬合的決定系數(shù)（R2）均在0.95以上，曲線的擬合效果良好，隨著光量子通量密度（PPFD）的增加，Pn存在差異，Pn的大小表現(xiàn)依次為大花地寶蘭>地寶蘭>貴州地寶蘭 （圖5）。地寶蘭、大花地寶蘭、貴州地寶蘭的最大凈光合速率（Pmax）分別為4.09、5.75、3.89 μmol·m-2·s-1，大花地寶蘭的Pmax顯著（P<0.05）高于地寶蘭和貴州地寶蘭。如表4所示，地寶蘭的光補償點（light compensation point， LCP）最低（6.63 μmol·m-2·s-1）、光飽和點（light saturation point， LSP）最高（877 μmol·m-2·s-1），其對光強的利用范圍最大。貴州地寶蘭和大花地寶蘭的暗呼吸速率（Rd）顯著（P<0.05）高于地寶蘭，而不同物種間表觀量子效率（AQY）則無顯著差異（P>0.05）。

2.5 光合-CO2響應參數(shù)

如圖6所示，當CO2濃度在50～600 μmol·mol-1范圍內，3種地寶蘭屬植物的Pn呈直線上升，當CO2濃度大于800 μmol·mol-1后，Pn的大小表現(xiàn)依次為地寶蘭>大花地寶蘭>貴州地寶蘭。大花地寶蘭的初始羧化效率（α）顯著（P<0.05）大于地寶蘭和貴州地寶蘭，而后兩者間差異不顯著（P>0.05）。3種地寶蘭屬植物的潛在最大凈光合速率（Amax）和光呼吸速率（Rp）之間均存在顯著差異（P<0.05），并且Amax和Rp的大小均表現(xiàn)為地寶蘭>大花地寶蘭>貴州地寶蘭（表5）。3種地寶蘭屬植物的CO2補償點（carbon dioxide compensation point， CCP）和CO2飽和點（carbon dioxide saturation point， CSP）均存在明顯差異，CCP的大小依次為地寶蘭>貴州地寶蘭>大花地寶蘭，CSP的大小依次為貴州地寶蘭>大花地寶蘭>地寶蘭。

2.6 葉片光合色素含量及比例

3種地寶蘭屬植物葉綠素a（Chl a）、葉綠素b（Chl b）、類胡蘿卜素（Car）和總葉綠素（Chl）含量的大小依次為大花地寶蘭>地寶蘭>貴州地寶蘭，并且地寶蘭和大花地寶蘭的葉綠素含量均顯著（P<0.05）大于貴州地寶蘭（圖7）。大花地寶蘭的Chl a/b值顯著（P<0.05）低于地寶蘭和貴州地寶蘭，Car/Chl值在3種地寶蘭間無顯著性差異（P>0.05）。

2.7 葉片解剖結構特征、葉綠素含量與光合特征參數(shù)的相關性

如表6所示，葉片厚度（LT）和葉肉厚度（MT）與Gs、Pmax、Chl呈顯著（P<0.05）或極顯著（P<0.01）正相關，而氣孔密度（SD）和氣孔面積（SA）與光合特征參數(shù)之間均不存在顯著相關性（P>0.05）；Chl與Pn、 Gs 、Tr、Pmax呈顯著（P<0.05）正相關。

3 討論與結論

在植物生長過程中， 葉片對環(huán)境變化敏感且可塑性較大，葉片結構特征受長期適應自然環(huán)境的影響（Aasamaa et al.， 2001）。本研究中，3種地寶蘭屬植物的葉片解剖結構相似，氣孔均只在下表皮有分布，這將有利于保持水分、減少蒸騰（陳健輝等，2018）；沒有分化出海綿組織和柵欄組織，這與葉慶生等（1992）和李鳳（2010）對蘭科植物墨蘭（Cymbidium sinense）和五唇蘭（Phalaenopsis pulcherrima）的葉片結構研究結果一致。葉片厚度增大，能夠促進葉片吸收更多的光能，提高光能利用率（宋碧玉等，2017），貴州地寶蘭的葉片厚度和葉肉厚度均顯著（P<0.05）小于地寶蘭和大花地寶蘭，這可能是其光合能力較弱的原因之一。較低的氣孔密度及較大的氣孔是植物在弱光環(huán)境下生長的特性（盛潔悅等，2020）。本研究中，大花地寶蘭具有較低的氣孔密度和較大的氣孔面積，說明其更能適應弱光環(huán)境。

光合作用日變化中的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）等是反映植物對環(huán)境適應能力的重要指標。光合作用減弱是氣孔還是非氣孔因子限制，可以通過Ci的變化判斷（Sharma et al.，1995）。3種地寶蘭屬植物的Pn均呈“雙峰型”變化趨勢，并且Pn的下降伴隨Ci的增加，說明光合“午休”現(xiàn)象是由非氣孔限制因素引起的（Farquhar & Shatrkey，1982；Larcher，2003）。本研究中，3種地寶蘭屬植物對午間水分下降時的氣孔調節(jié)相似，在中午高溫強光環(huán)境下通過調整Gs來最大限度固定大氣中的CO2，并盡可能減少水分流和減弱強輻射高溫環(huán)境對植株的影響。凈光合速率的大小體現(xiàn)植物物質積累的能力，也對植物的生長速度及在群落中的優(yōu)劣勢地位有影響（丁圣彥和宋永昌，1999）。本研究中，貴州地寶蘭的日均Pn顯著低于大花地寶蘭，其積累光合產(chǎn)物的能力較弱，將不利于其生長，可能在群落競爭中處于劣勢。WUE能反映葉片水分消耗與物質積累的關系（吳延娟等，2020）。本研究中，貴州地寶蘭的日均WUE最低，表明其消耗等質量的水而積累的干物質最少，其對干旱環(huán)境的適應能力可能相對較差。

植物的光合參數(shù)反映不同植物對光環(huán)境的響應對策，可探討植物對環(huán)境的適應能力（Yokoya et al.，2007）。Pmax越高，固碳能力越強，也有利于有機物的積累（Mahmud et al.，2018；Vincenza et al.，2018）。大花地寶蘭的Pmax（5.75 μmol·m-2·s-1）顯著大于地寶蘭和貴州地寶蘭（分別為4.09、3.89 μmol·m-2·s-1），說明大花地寶蘭積累有機物的能力高于地寶蘭和貴州地寶蘭。LCP和LSP反映植物光適應的生態(tài)幅度范圍，LCP與LSP相差越大，植物對光的適應范圍也越大（張旺鋒等，2005）。

3種地寶蘭屬植物的LCP均小于20 μmol·m-2·s-1，LSP均小于1 000 μmol·m-2·s-1，是典型的陰生植物特征（蔣高明，2004），但地寶蘭對光照強度的適應范圍更寬，這可能是其作為廣布種的原因之一。AQY可以判斷植物對弱光利用能力的大小，其值越大，對弱光利用能力越強（Richardson & Berlyn，2002）。大花地寶蘭的AQY大于地寶蘭和貴州地寶蘭，表明大花地寶蘭對弱光的利用能力高于其他兩種地寶蘭，這也證實了葉片解剖結構表現(xiàn)出的大花地寶蘭更能適應弱光環(huán)境的結論。Rd反映植物在黑暗條件下消耗有機物的能力（Gyimahr & Nakao，2007；Pastur et al.，2007），相比之下，貴州地寶蘭進行暗呼吸作用消耗有機物的能力高于地寶蘭和大花地寶蘭。本研究結果與3種地寶蘭屬的分布情況基本一致，地寶蘭可見于光照較強的路邊、草坡上，在郁閉度較高的林下也有分布，適應范圍較廣，大花地寶蘭在郁閉度為中等至較高的林下都有分布，而貴州地寶蘭的適應范圍相對較窄，同時貴州地寶蘭的光合能力較差，對環(huán)境的適應能力較低，這可能是其分布更狹窄和瀕危的重要原因。

植物光合作用主要由光反應和碳反應組成。碳反應的主要原料為CO2，由于空氣中的CO2濃度很低，往往供應不足，因此CO2是植物光合作用的重要限制因素。提高CO2濃度能夠增加CO2與羧化酶活性位點的結合來提高Pn（李麗霞等，2016）。本研究中，地寶蘭的Amax明顯高于大花地寶蘭和貴州地寶蘭，說明地寶蘭對CO2的利用能力較強； 但是大花地寶蘭的初始羧化效率（α）顯著大于地寶蘭和貴州地寶蘭，表明大花地寶蘭對低CO2濃度的利用能力較強。3種地寶蘭屬植物的Pmax遠低于其Amax，表明光飽和條件下的光合速率受到限制的主要因素是CO2供應不足。本研究中，3種地寶蘭屬植物的CSP均較高，在1 876～2 437 ?μmol·m-2·s-1范圍內，可見3種地寶蘭屬植物對CO2的利用范圍較寬。CCP反映植物利用低濃度CO2的能力，其值越低，表示植物利用低CO2濃度能力和積累干物質能力越強（陳旅等，2016）。3種地寶蘭屬植物的CCP在128.67～172.02 μmol·mol-1范圍內，其中大花地寶蘭的CCP最低，進一步說明大花地寶蘭更能適應低CO2濃度的生境。可見適當提高CO2濃度有利于3種地寶蘭屬植物的生長發(fā)育。

植物的光合能力與葉綠素含量密切相關，葉綠素不僅能捕捉和傳遞光能，也可作為光能的轉換器（Wittmann et al.，2001；胡根海等，2010）。本研究中，3種地寶蘭屬植物的葉綠素含量與其Pmax呈顯著正相關，說明葉綠素含量是決定其光合能力的重要因子。3種地寶蘭屬植物的Chl a/b值在[HJ2.08mm]2.381～2.454 mg·g-1范圍內，數(shù)值均低于3，屬于陰生植物（Lichtenthaler et al.，1981；Hoflacher & Bauer，1982）。葉綠素含量與Chl a/b值能夠反映植物的耐陰性，葉綠素含量越高、Chl a/b值越小，植物越具有較強的耐陰性，能更有效利用光能（Huang et al.，2016；張朝鋮等，2019）。綜合來看，大花地寶蘭有較高的葉綠素含量和較低的Chl a/b值，因此大花地寶蘭的耐陰性和光合能力較強，其次是地寶蘭，貴州地寶蘭耐陰性和光合能力較弱。

綜上所述，在20%生長光強下，3種地寶蘭屬植物均存在光合“午休”現(xiàn)象且主要由非氣孔限制因素引起的。大花地寶蘭的光合作用能力較強，地寶蘭對光強的適應范圍更寬，而貴州地寶蘭的光合能力及適應環(huán)境能力都較差。葉片厚度、葉肉厚度和葉綠素含量可能是影響3種地寶蘭屬植物光合能力的重要因子。本研究表明，貴州地寶蘭具有光合能力較弱、適應性相對較低等特點，這可能是導致其瀕危的重要原因，適當?shù)恼陉幒驮黾覥O2濃度可以提高3種地寶蘭屬植物的光合作用。

參考文獻：

AA SAMAA K， SOBER A， RAH1 M， 2001. Leaf anatomical characteristic associated with shoot hydraulic conductance， stomatal conductance and stomatal sensitivity to changes of leaf water status in temperate deciduous trees ［J］. Aust J Plant Physiol， 28（8）： 765-774.

ADAMEC L， 1997. Photosynthetic characteristics of the aquatic carnivorous plant Aldrovanda vesiculosa ［J］. Aquat Bot， 59（3/4）： 297-306.

BACELAR EA， CORREIA CM， MOUTINHO-PEREIRA JM， et al.， 2004. Sclerophylly and ?leaf anatomical traits of five field-grown olive cultivars growing under drought conditions ［J］. Tree Physiol， 24 （2）： 233-239.

CHARTZOULAKIS K， PATSKAS A， KOFIDIS G， et al.， 2002. Water stress affects leaf anatomy， gas exchange， water relations and growth of two avocado cultivars ［J］. Sci Hortic， 95（1）： 39-50.

CHEN JH， MIAO SY， HUANG HF， et al.， 2018. Comparative study on leaf structures of five mangrove plants ［J］. Guihaia， 38（5）： 655-664. ?［陳健輝， 繆紳裕， 黃惠芳， 等， 2018. 五種紅樹植物葉片結構的比較研究 ［J］. 廣西植物， 38（5）： 655-664.］

CHEN L， YANG TX， WEI AZ， et al.， 2016. Comparative study on photosynthetic characteristics of different Zanthoxylum bungeanum varieties ［J］. Acta Agric Boreal-Sin， 31（4）：153-161. ?［陳旅， 楊途熙， 魏安智， 等， 2016. 不同花椒品種光合特性比較研究 ［J］. 華北農(nóng)學報， 31（4）： 153-161.］

DING SY， SONG YC， 1999. Comparison of photosynthetic physiological ecology of dominant species in a successional series of evergreen broadleaf forest in Tiantong， Zhejiang ［J］. Acta Ecol Sin， 19（3）： 30-35. ?［丁圣彥， 宋永昌， 1999. 浙江天童常綠闊葉林演替系列優(yōu)勢種光合生理生態(tài)的比較 ［J］. 生態(tài)學報， 19（3）： 30-35.］

EVANS JR， LORETO F， 2000. Acquisition and diffusion of CO2 in higher plant leaves ［J］. Photosynthesis： physiology and metabolism， 14： 321-351.

FARQUHAR GD， SHATRKEY TD， 1982. Stamatal conductance and photosynthesis ［J］. Ann Rev Plant Physiol， 33： 317-345.

GE Y， CHANG J， LI WC， et al.， 2003. Effect of soil moisture on the gas exchange of Changium smyrnioides and Anthriscus sylvestris ［J］. Biol Plant， 47： 605-608.

GYIMAH R， NAKAO T， 2007. Early growth and photosynthetic responses to light in seedlings of three tropical species differing in successional strategies ［J］. New For， 33（3）：217-236.

HOFLACHER H， BAUER H， 1982. Light acclimation in leaves of the juvenile and adult life phases of ivy （Hedera helix） ［J］. Physiol Plant， 56（2）： 177-182.

HU GH， WANG ZW， WANG QL， et al.， 2010. Differences in chlorophyll content changes between Gossypium barbadense and Gossypium hirsutum ［J］. J Biol， 27（4）： 31-34. ?［胡根海， 王志偉， 王清連， 等， 2010. 海島棉與陸地棉葉綠素含量變化的差異研究 ［J］. 生物學雜志， 27（4）： 31-34.］

HU QM， 2007. Study on the fast propagation technology of aseptic sowing and morphogenesis of proto-bulbs in Geodorum densiflorum ［D］. Guilin： Guangxi Normal University. ?［胡琦敏， 2007. 地寶蘭無菌播種快繁技術及原球莖的形態(tài)發(fā)生研究 ［D］. 桂林： 廣西師范大學.］

HUANG CJ， WEI G， JIE YC， et al.， 2016. Effect of shade on plant traits， gas exchange and chlorophyll content in four ramie cultivars ［J］. Photosynthetica， 54（3）： 390-395.

JIANG GM， 2004. Plant physiological ecology ［M］. Beijing： Higher Education Press. ?［蔣高明， 2004. 植物生理生態(tài)學 ［M］. 北京： 高等教育出版社.］

KEERTHIGA M， ANAND SP， 2014. A review on ethnomedicinal， phytochemical and pharmacological studies of Geodorum densiflorum （Lam.） Schltr.， an endangered orchid ［J］. J Res Biol， 4（8）： 1543-1548.

LAN YT， WEI XL， HUANG L， et al.， 2014. Research on aseptic seeding and rhizome propagation technology of wild Geodorum eulophioides ［J］. J Anhui Agric Sci， 42（2）： 395-397. ?［藍玉甜， 韋新蓮， 黃嵐， 等， 2014. 野生貴州地寶蘭無菌播種及根狀莖繁育技術研究 ［J］. 安徽農(nóng)業(yè)科學， 42（2）： 395-397.］

LARCHER W， 2003. Physiological plant ecology： ecophysiology and stress physiology of functional groups ［M］. Berlin： Springer Science & Business Media.

LI F， 2010. Photosynthetic physiological characteristics of two ecotypes of the endemic East Asian species of Phalaenopsis pulcherrima ［D］. Haikou： Hainan University. ?［李鳳， 2010. 東亞特有種五唇蘭兩種生態(tài)型的光合生理特性研究 ［D］. 海口： 海南大學.］

LI HS， 2000. Principles and techniques of plant physiological and biochemical experiments ［M］. Beijing： Higher Education Press： 134-263. ?［李合生， 2000. 植物生理生化實驗原理和技術 ［M］. 北京： 高等教育出版社： 134-263.］

LI LX， LIU JM， LIAO XF， et al.， 2016. Effect of Drepanostachyum luodianense photosynthesis on characteristic of response to CO2 ［J］. J NE For Univ， 44（8）： 18-23. ?［李麗霞， 劉濟明， 廖小鋒， 等， 2016. 小蓬竹光合作用對CO2的響應特征 ［J］. 東北林業(yè)大學學報， 44（8）： 18-23.］

LICHTENTHALER HK， BUSCHMANN C， DLL M， et al.， 1981. Photosynthetic activity， chloroplast ultrastructure， and leaf characteristics of high-light and low-light plants and of sun and shade leaves ［J］. Photosynth Res， 2： 115-141.

MAHMUD K， MEDLYN BE， DUURSMA RA， et al.， 2018. Inferring the effects of sink strength on plant carbon balance processes from experimental measurements ［J］. Biogeosciences， 15（13）： 4003-4018.

NIINEMETS ， TENHUNEN JD， 1997. A model separating leaf structural and physiological effects on carbon gain along light gradients for the shade-tolerant species Acer saccharum ［J］. Plant， Cell Environ， 20（7）： 845-866.

PASTUR GM， LENCINAS MV， PERI PL， et al.， 2007. Photosynthetic plasticity of Nothofagus pumilio seedlings to light intensity and soil moisture ［J］. For Ecol Manage， 243： 274-282.

RICHARDSON AD， BERLYN GP， 2002. Spectral reflectance and photosynthetic properties of Betula papyrifera （Betulaceae） leaves along an elevational gradient on Mt. Mansfield， Vermont， USA ［J］. Am J Bot， 89（1）： 88-94.

SHARMA PN， TRIPATHI A， BISHT SS， 1995. Zinc requirement for stomatal opening in cauliflower ［J］. Plant physiology， 107（3）： 751-756.

SHENG JY， CUI WX， ZHANG EJ， et al.， 2020. Morphological structure observation and photosynthetic characteristics analysis of taro leaf ［J］. J Biol， 37（2）： 61-64. ?［盛潔悅， 崔文雪， 張二金， 等， 2020. 芋葉形態(tài)結構觀察及光合特征分析 ［J］. 生物學雜志， 37（2）： 61-64.］

SMITH M， HOUPIS JLJ， 2004. Gas exchange responses of the wetland plant Schoenopleclus hallii to irradiance vapor pressure deficit ?［J］. Aquat Bot， 79： 267-275.

SMITH M， WU Y， GREEN O， 1993. Effect of light and water-stress on photosynthesis and biomass production in Boltonia decurrens （Asteraceae）， a threatened species ［J］. Am J Bot， 80： 859-864.

SONG BY， ZHOU LY， PU GL， et al.， 2017. Effects of pruning on photosynthesis and leaf anatomical characteristics of Chimonanthus praecox ［J］. J Hunan Agric Univ （Nat Sci Ed）， 43（5）： 533-538. ?［宋碧玉， 周蘭英， 蒲光蘭， 等， 2017. 修剪對蠟梅光合作用和葉片解剖特征的影響 ［J］. 湖南農(nóng)業(yè)大學學報 （自然科學版）， 43（5）： 533-538.］

VINCENZA V， VITTORIA D， CARLO A， et al.， 2018. Comparative analysis of photosynthetic and respiratory parameters in the psychrophilic unicellular green alga Koliella antarctica， cultured in indoor and outdoor photo-bioreactors ［J］. Physiol Mol Biol Plants Int J Funct Plant Biol， 24（6）： 1139-1146.

WEI HY， LI XF， AN MT， et al.， 2018. Status of resources and analysis of causes of endangerment of the critically endangered plant Geodorum eulophioides in Guizhou ［J］. J Mount Agric Biol， 37（3）： 44-48. ?［魏海燕， 李曉芳， 安明態(tài)， 等， 2018. 貴州極危植物貴州地寶蘭資源現(xiàn)狀與瀕危原因分析 ［J］. 山地農(nóng)業(yè)生物學報， 37（3）： 44-48.］

WEI X， JIANG YS， JIANG SY， et al.， 2008. Photosynthetic characteristics of an endangered species Camellia nitidissima and its widespread congener Camellia sinensis ［J］. Photosynthetica， 46 （2）： 313-314.

WITTMANN C， ASCHAN G， PFANZ H， 2001. Leaf and twig photosynthesis of young beech （Fagus sylvatica） and aspen （Populus tremula） trees grown under different light regime ［J］. ?Basic Appl Ecol， 2（2）： 145-154.

WU TJ， TIAN MP， XIE XL， 2020. Comparative study on photosynthetic characteristics of different Rehmannia glutinosa species ［J］. Mod Trad Chin Med Materia Med-World Sci Technol， 22（8）： 2899-2906. ?［吳廷娟， 田夢平， 謝小龍， 2020. 不同地黃品種光合特性的比較研究 ［J］. 世界科學技術—中醫(yī)藥現(xiàn)代化， 22（8）： 2899-2906.］

YE QS， PAN RC， QIU CX， 1992. Studies on the leaf structure and photosynthesis of Cymbidium sinense ［J］. J Integr Plant Biol， 34（10）： 771-776. ?［葉慶生， 潘瑞熾， 丘才新， 1992. 墨蘭葉片結構及光合作用的研究 ［J］. J Integr Plant Biol， 34（10）： 771-776.］

YE ZP， 2010. A review on modeling of responses of photosynthesis to light and CO2 ［J］. Chin J Plant Ecol， 34（6）： 727-740. ?［葉子飄， 2010. 光合作用對光和CO2響應模型的研究進展 ［J］. 植物生態(tài)學報， 34（6）： 727-740.］

YOKOYA NS， NECCHI O， MARTINS AP， et al.， 2007. Growth responses and photosynthetic characteristics of wild and phycoerythrin-deficient strains of Hypnea musciformis （Rhodophyta） ［J］. J Appl Phycol， 19（3）： 197-205.

ZHANG CC， JIANG Q， WU Z， et al.， 2019. Study and evaluation of shade tolerance characteristics of four ornamental grasses ?［J］. Acta Pratac Sin， 28（7）： 60-72. ?［張朝鋮， 蔣倩， 吳志， 等， 2019. 4種觀賞草的耐陰特性研究及評價 ［J］. 草業(yè)學報， 28（7）： 60-72.］

ZHANG WF， FAN DY， XIE ZQ， et al.， 2005. Seasonal photosynthetic response of young Cathaya argyrophylla trees to growth light intensity in an endangered plant ?［J］. Biodivers Sci， 13（5）： 387-397. ?［張旺鋒， 樊大勇， 謝宗強， 等， 2005. 瀕危植物銀杉幼樹對生長光強的季節(jié)性光合響應 ［J］. 生物多樣性， 13（5）： 387-397.］

ZHANG WH， ZU YG， MA KM， 1999. Analysis on the fractal character of distribution patterns of Adenophora lobophylla and A. potaninnii ［J］. Chin J Plant Ecol， 23（1）： 31-39.

ZHANG Y， LI Z， AN MT， et al.， 2022. Ecological niche characteristics and interspecific relationships of very small populations of wild plants of Geodorum eulophioides community ［J］. J Plant Resour Environ， 31（3）： 1-10. ?［張央， 李志， 安明態(tài)， 等， 2022. 極小種群野生植物貴州地寶蘭群落生態(tài)位特征及種間關系 ［J］. 植物資源與環(huán)境學報， 31（3）： 1-10.］

ZU YG， ZHANG WH， YAN XF， et al.， 1999. Conservation biology of endangered plant Adenophora lobophylla ［M］. Beijing： Science Press. ?［祖元剛， 張文輝， 閻秀峰， 等， 1999. 瀕危植物裂葉沙參保護生物學［M］. 北京： 科學出版社.］

（ 責任編輯 鄧斯麗 ）

收稿日期： ??2023-08-12

基金項目： ??國家重點研發(fā)計劃項目（2022YFF1300700）； 國家林業(yè)和草原局科技發(fā)展中心項目（KJZXSA202307）； 廣西林業(yè)科技推廣示范項目（桂林科字 ［2021］第28號）； 桂林市創(chuàng)新平臺和人才計劃項目（20210102-3）。

第一作者： ?許愛祝（1996-），碩士研究生，主要研究方向為珍稀植物保育及其園林應用，（E-mail）1353177848@qq.com。

* 通信作者： ??柴勝豐，博士，研究員，主要從事珍稀瀕危植物保育及可持續(xù)利用研究，（E-mail）sfchai@163.com。