孔 芬，劉小勇，陶 俊

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院林果花卉研究所，甘肅 蘭州 730070；2.揚(yáng)州大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009）

芍藥（Paeonia lactiflora）是我國(guó)傳統(tǒng)名花，栽培歷史悠久，在我國(guó)華北、華東、華中以及甘肅蘭州等地區(qū)均有種植［1-2］，其作為觀賞使用可追溯到4 000多年以前［3］。有關(guān)觀賞芍藥的研究多集中在品種、栽培管理以及切花生產(chǎn)等方面［4-8］。近年來，學(xué)者對(duì)芍藥的光合特性、葉綠素?zé)晒馓匦?、碳水化合物代謝等方面展開了相關(guān)研究［9-13］，但對(duì)觀賞芍藥不同品種間光合作用生理生態(tài)特性未做深入闡述。我們以常見栽培的3個(gè)芍藥品種為材料，通過測(cè)定大田條件下不同芍藥品種葉片光合速率日變化和響應(yīng)曲線，分析光合速率與生態(tài)因子的相關(guān)性，探尋影響芍藥生長(zhǎng)發(fā)育的主要環(huán)境因子，為芍藥高效、精確栽培及優(yōu)良品種的引進(jìn)篩選提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為3 a生芍藥品種大富貴、黃金輪、楊妃出浴。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地選在揚(yáng)州大學(xué)芍藥園基地，位于東經(jīng)119°42′，北緯32°38′，屬于亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，四季分明，光照充足，氣候溫和，雨量充沛，自然條件優(yōu)越。試驗(yàn)園年平均氣溫為14.8℃，年均日照時(shí)數(shù)為2 140 h，年均降水量1 020 mm，無霜期220 d。

1.3 試驗(yàn)方法

采用LI-6400型便攜式光合作用系統(tǒng)（LI-COR，Lincoln，USA），6月上旬選擇晴朗無風(fēng)天氣進(jìn)行，光合日變化測(cè)定時(shí)間為6：00～18：00時(shí)，每整點(diǎn)測(cè)量1次，為消除時(shí)間上的誤差，每次重復(fù)測(cè)定時(shí)，各品種間采取隨機(jī)測(cè)定，每次各參數(shù)取4～6個(gè)有效數(shù)值。儀器同時(shí)記錄各品種氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、胞間 CO2濃度（Ci）等光合生理因子變化及光合有效輻射（PAR）、氣溫（Ta）、葉溫（Tl）、相對(duì)濕度（RH）等相關(guān)光合生態(tài)因子的變化。水分利用效率（WUE）采用Fischer and Turner的方法 WUE=Pn/Tr進(jìn)行計(jì)算［14］。

光響應(yīng)曲線利用LI-6400自動(dòng)光曲線程序來測(cè)定，選擇晴天9：00～11：00時(shí)期間，光源為L(zhǎng)I-6400配置的紅藍(lán)光LED光源，控制LI-6400參比室的CO2濃度為400μmol/mol，控制葉片溫度為（25±1）℃。分別在光合有效輻射（PAR）依次為2 000，1 800，1 600，1 400，1 200，1 000，800，600，400，200，100，50，20，0μmo1/（m2·s）下測(cè)定3個(gè)芍藥品種葉片的凈光合速率（Pn）、Tr、Gs、Ci等光合參數(shù)。設(shè)定PAR為1 000μmol CO2/（m2·s）作為測(cè)定光強(qiáng)，利用LI-6400標(biāo)配液化CO2鋼瓶提供不同的CO2體積分?jǐn)?shù)，分別在CO2濃度為 400、300、200、150、100、50、20、400、400、600、800、1 000、1 200μmol/mol的條件下測(cè)定葉片的Pn值。測(cè)定前使用1 200μmo1/（m2·s）冷光源誘導(dǎo)10 min，在每個(gè)CO2濃度下平衡120 s后測(cè)定Pn，當(dāng)測(cè)量變異率小于0.05時(shí)由紅外氣體分析儀自動(dòng)記錄。測(cè)定時(shí)每品種選3～5個(gè)典型植株，每植株選取南部枝條自頂端向下數(shù)第4枚復(fù)葉的中間小葉為測(cè)定部位，重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

采用SPSS17.0及Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 3個(gè)芍藥品種光合日變化的規(guī)律

從圖1可以看出，3個(gè)芍藥品種的凈光合速率變化的趨勢(shì)一致，均呈雙峰曲線，3個(gè)芍藥品種葉片 Pn值在6：00～8：00時(shí)增加最為迅速，8：00時(shí)出現(xiàn)第1個(gè)峰值，分別是16.43、18.25、17.82μmo1/（m2·s），隨后呈下降趨勢(shì)，在13：00時(shí)大富貴和楊妃出浴出現(xiàn)低谷，黃金輪在14：00時(shí)谷值為7.78 μmo1/（m2·s），也就是出現(xiàn)了光合“午休”現(xiàn)象，經(jīng)過午休之后，Pn值又開始上升，到16：00時(shí)大富貴和黃金輪達(dá)到第2個(gè)峰值，分別為9.49、8.88 μmo1/（m2·s），楊妃出浴則在15：00時(shí)達(dá)到第2個(gè)峰值為8.36μmo1/（m2·s），隨后，凈光合速率迅速下降，到18：00時(shí)達(dá)到全天最低值，分別是3.91、3.06、3.59μmo1/（m2·s）。

圖1 3個(gè)芍藥品種的凈光合速率日變化

圖2可以看出3個(gè)品種Gs日變化呈不明顯的雙峰曲線，植物通過改變氣孔的開度控制與外界的CO2和水汽交換，從而調(diào)節(jié)光合速率和蒸騰速率［15］，Gs第1個(gè)峰值出現(xiàn)在8：00時(shí)，黃金輪為0.31 mo1/（m2·s），明顯高于大富貴和楊妃出浴，到16：00時(shí)均達(dá)到第2個(gè)峰值，均為0.07 mo1/（m2·s）。3個(gè)品種Ci日變化呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，楊妃出浴變化幅度比較大，在9：00～14：00時(shí)期間3個(gè)品種保持在105~216μmo1/（m2·s）；光照可引起氣孔開放，提高大氣和植物體溫度，增加葉內(nèi)外蒸汽壓差加速蒸騰。圖2可看出，3個(gè)品種的Tr均在中午之前達(dá)到一天中的最大值，其中大富貴在 10：00時(shí)，為 4.37 mmol/mol，黃金輪在 11：00時(shí)，為 4.76 mmol/mol，隨后，迅速下降，16：00時(shí)小幅升高后迅速下降。3個(gè)品種的WUE總體上呈“倒拋物線”形狀，從6：00時(shí)開始，大富貴和黃金輪2個(gè)品種的WUE從較高的數(shù)值隨著蒸騰速率的升高而持續(xù)下降，楊妃出浴則在7：00時(shí)略有升高，中午前后3個(gè)品種的WUE維持在很低的水平，隨后又隨著蒸騰速率的下降而迅速升高。

圖2 3個(gè)芍藥品種光合生理因子日變化

2.2 光合速率與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

從表1可以看出，Pn與PAR和Tr呈顯著正相正相關(guān)（r=0.752**，r=0.642**），與 Ta、T1呈負(fù)相關(guān)；當(dāng)PAR增強(qiáng)時(shí)，大氣溫度（Ta）和葉片溫度（Tl）隨著升高，導(dǎo)致葉肉細(xì)胞間隙的水汽壓與葉表面大氣壓差增大，蒸騰速率（Tr）隨之提高；Tr與RH呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.733**），與Ta、Tl呈正相關(guān)，這是由于Ta、Tl與RH呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.958**，r=-0.626**），過高的RH將導(dǎo)致Ta和Tl的降低，進(jìn)而降低了蒸騰速率。PAR和Tr呈極顯著相關(guān)（r=0.899**），Tl的變化受Ta的直接影響（r=0.991**），同時(shí)Ta與RH呈極顯著正相關(guān)（r=-0.958**），表明芍藥的凈光合速率可隨光照和大氣相對(duì)濕度的增大、溫度的下降而提高。影響芍藥光合的主要因子為Tr和PAR，RH通過別的因子間接影響光合速率。

表1 光合速率與環(huán)境因子的相關(guān)性分析①

2.3 3個(gè)芍藥品種光合-光響應(yīng)特征

如圖3所示，3個(gè)芍藥品種的PAR在0～500 μmo1/（m2·s）時(shí)，Pn隨著PAR的增加迅速增大，之后升幅較為平緩。PAR在500μmo1/（m2·s）之后，大富貴與楊妃出浴的Pn值較為接近，但明顯低于黃金輪，差值約2μmo1/（m2·s）；表明黃金輪較另外2個(gè)品種的光合能力強(qiáng)，其光能利用率最高。

圖3 3個(gè)芍藥品種的光響應(yīng)曲線

從圖4可以看出，隨著PAR的增大，Gs、Tr迅速升高，在PAR為1 000～2 000μmo1/（m2·s）左右時(shí)，黃金輪呈迅速上升趨勢(shì)，之后的上升趨勢(shì)則較為緩慢，3個(gè)品種的Gs自從大到小依次為黃金輪、大富貴、楊妃出浴。3個(gè)品種Ci的變化趨勢(shì)均是隨PAR的增大而迅速減小，而后逐漸趨于平衡，當(dāng)PAR大于1 200μmo1/（m2·s）時(shí)，Ci又略有上升，隨著PAR的增大，黃金輪的Ci值始終較大富貴與楊妃出浴大，而大富貴與楊妃出浴之間差異則不明顯；水分利用效率決定于植物光合與蒸騰速率作用的比例。在PAR為0～400μmo1/（m2·s）時(shí)，3個(gè)芍藥品種的WUE呈直線迅速上升趨勢(shì)，大富貴與黃金輪在PAR為800μmo1/（m2·s）左右時(shí)達(dá)到最大值，分別是3.87、3.59 μmol/mmol，而楊妃出浴則是在PAR為600μmo1/（m2·s）左右時(shí)達(dá)到最大值，為 4.18μmol/mmol，3個(gè)品種的WUE值從大到小依次為楊妃出浴、大富貴、黃金輪。

圖5 3個(gè)芍藥品種的光合-CO2響應(yīng)曲線

圖4 3個(gè)芍藥品種Gs、Ci、Tr、WUE對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)

2.4 3個(gè)芍藥品種光合作用的CO2響應(yīng)曲線特征

從圖5可以看出，3個(gè)品種的Pn值變化趨勢(shì)一致，隨著CO2濃度的增加，Pn值呈逐漸增大的趨勢(shì)，當(dāng)CO2濃度在0~400μmol/mol變幅內(nèi)，Pn值增幅比較大，兩者呈直線相關(guān)，相關(guān)系數(shù)都在0.98以上；當(dāng)CO2濃度大于400μmol/mol之后，Pn值增加幅度逐漸減少，CO2濃度在800~1 200 μmol/mol時(shí)，Pn值逐漸趨于穩(wěn)定，此時(shí)的凈光合速率達(dá)到最大，即最大凈光合速率（Pmax），這時(shí)的光合速率反映了光合能力的強(qiáng)弱，此時(shí)環(huán)境中的CO2濃度則為該植物的CO2飽和點(diǎn)，3個(gè)芍藥品種的CO2飽和點(diǎn)介于800~1 200μmol/mol。楊妃出浴較之其它2個(gè)品種，Pn值一直較低。3個(gè)品種均在CO2濃度1 000μmol/mol時(shí)達(dá)到最大值，黃金輪和大富貴的Pn最大值分別為26.1、26.2μmo1/（m2·s），楊妃出浴較低，為23.2μmo1/（m2·s）。

3 小結(jié)與討論

1）光合作用日變化是植物生產(chǎn)過程中物質(zhì)積累與生理代謝的基本過程，也是分析環(huán)境因素影響植物生長(zhǎng)和代謝的重要手段，不同種類、不同品種之間的光合特性都存在明顯差異，如國(guó)蘭、櫻桃、牡丹品種等［16-18］。本試驗(yàn)3個(gè)芍藥品種凈光合速率日變化均呈雙峰型曲線，第1個(gè)峰值都出現(xiàn)在8：00時(shí)，第2個(gè)峰值出現(xiàn)的時(shí)間不相同，這一結(jié)果與前人的研究結(jié)果存在一定差異。劉海琴和張玉對(duì)芍藥的研究表明，光合速率日變化均呈單峰曲線， 峰值分別出現(xiàn)在 9：00時(shí)和11：00時(shí)［11，19］，這可能是由植物本身的生理特性、生長(zhǎng)環(huán)境及測(cè)定的時(shí)間不同而導(dǎo)致的。對(duì)同屬植物牡丹的研究表明，夏季晴天大田栽培牡丹凈光合速率日變化多呈明顯的雙峰曲線，最高峰華北和東北地區(qū)出現(xiàn)在9：00～11：00時(shí)，長(zhǎng)江中下游地區(qū)在8：00～9：00時(shí)，次高峰東北地區(qū)則出現(xiàn)在16：00時(shí)左右［20-21］。此外3個(gè)品種的Ci、Gs、Tr、以及WUE方面均存在差別，在上午，Ci、Gs、Tr 3個(gè)指標(biāo)的數(shù)值均為黃金輪最高，大富貴和楊妃出浴數(shù)值比較接近。而WUE卻相反，隨著蒸騰速率的升高而下降，3個(gè)品種間黃金輪最低，說明黃金輪較另外兩個(gè)品種的光合能力更強(qiáng)，在強(qiáng)光下具有較高的光合速率，楊妃出浴則對(duì)弱光的利用能力要高于黃金輪和大富貴。

植物葉片Pn下降的自身因素主要是氣孔的部分關(guān)閉以及葉肉細(xì)胞光合活性的下降。Ci的大小是評(píng)判氣孔限制和非氣孔限制的依據(jù)之一。判斷葉片Pn下降究竟是氣孔因素還是非氣孔因素的方法是：若Gs降低的同時(shí)，Ci降低，則為氣孔限制；若Ci升高，則為非氣孔限制［15］。本試驗(yàn)3個(gè)品種，楊妃出浴的Pn、Gs和Ci同時(shí)下降，可認(rèn)為Pn的下降為氣孔限制，而大富貴和黃金輪在上午為氣孔限制而下午Gs降低的同時(shí)Ci升高，構(gòu)成非氣孔限制，這表明芍藥葉片光合（午休）不僅受來自氣孔因素的限制也受非氣孔因素的限制。有關(guān)氣孔限制與非氣孔限制的具體原因有待進(jìn)一步研究。

2）植物的光合作用是一個(gè)對(duì)生態(tài)因子敏感的復(fù)雜生理過程，生態(tài)因子不僅直接影響光合作用，而且還通過影響植物的生理因子進(jìn)而影響光合作用，各種因子間有著錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系［22］。針對(duì)不同的植物，學(xué)者們得到結(jié)論也不一致。林金科認(rèn)為茶園生態(tài)系統(tǒng)中光溫因子是第1主成分，空氣相對(duì)濕度和環(huán)境CO2濃度是第2主成分，陰天，葉溫、環(huán)境CO2濃度是第1成分，光、空氣相對(duì)濕度是第2主成分［23］；對(duì)苜蓿的研究中表明，Pn與PAR與氣孔導(dǎo)度呈極顯著正相關(guān)，而與田間CO2濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)［24］。本研究表明，Pn與PAR和Tr呈顯著正相關(guān)，與Ta、T1呈負(fù)相關(guān)，這與前人研究結(jié)果相一致［12，25］。影響光合的主要因子在不同的環(huán)境和條件下也是變化的，關(guān)于生理生態(tài)因子對(duì)不同芍藥品種光合過程影響的機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。

3）植物的光響應(yīng)曲線反映出植物光合生理特性的差異及其對(duì)不同生長(zhǎng)光強(qiáng)的適應(yīng)潛力［26］。本試驗(yàn)3個(gè)芍藥品種的光響應(yīng)曲線中黃金輪的Pn值一直高于大富貴和楊妃出浴，CO2的響應(yīng)曲線中楊妃出浴Pn值最低，這說明黃金輪在強(qiáng)光、低濃度CO2條件下，如夏季的上午及午后，具有較高的凈光合速率，而楊妃出浴則對(duì)光的反應(yīng)能力最快，即對(duì)光更敏感，具有較好的利用弱光的能力。從光合速率對(duì)光及CO2響應(yīng)曲線來看，CO2對(duì)Pn值的效應(yīng)要高于PAR，這說明強(qiáng)光下（接近或超過光飽和點(diǎn)）芍藥Pn值的增加主要是受CO2供應(yīng)的限制，即CO2加富可以顯著提高芍藥葉片的凈光合速率。

［1］ 李嘉玨.中國(guó)牡丹與芍藥［M］.北京：中國(guó)林業(yè)出版社：1999：13-14.

［2］ 秦魁杰.芍藥［M］.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2004.

［3］ 王彥卓，姜衛(wèi)兵，魏家星，等.芍藥的文化意蘊(yùn)及其園林應(yīng)用［J］. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013（20）：58-61.

［4］ 郭先鋒，臧德奎，袁 濤，等.我國(guó)栽培芍藥溯源［J］. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，39（3）：388-392.

［5］ 劉玉梅.觀賞芍藥生態(tài)習(xí)性及栽培技術(shù)研究進(jìn)展［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（12）：4 965-4 967.

［6］ 黃國(guó)京，賈清華，李 旻，等.我國(guó)觀賞芍藥栽培基質(zhì)及施肥技術(shù)研究進(jìn)展［J］.黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，（1）：148-150.

［7］ 王歷慧，鄭黎文，于曉南.觀賞芍藥促成栽培技術(shù)與休眠解除的研究進(jìn)展［J］.北方園藝，2011（6）：201-204.

［8］ 袁燕波，王歷慧，于曉南.低溫和外源GA3對(duì)芍藥切花品種花期調(diào)控的影響［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（1）： 98-103.

［9］ 簡(jiǎn)在友，王文全，孟 麗，等.芍藥組內(nèi)不同類群間光合特性及葉綠素?zé)晒馓匦员容^［J］.植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，34（12）：1 463-1 471.

［10］ 王秋玲，魏勝利，王文全.野生和栽培芍藥植株形態(tài)特征與光合生理特性的比較研究［J］.中國(guó)中藥雜志，2012，37（1）：32-36.

［11］ 劉海琴，王康才，羅慶云，等.葉面噴施銅肥對(duì)芍藥光合及熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，26（5）： 982-986.

［12］ 周盛茂，段凈亞，李 明，等.華北高寒區(qū)芍藥光合特性的研究［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（3）：148-150.

［13］ 宋煥芝.芍藥光合特性及碳水化合物代謝研究［D］.北京：北京林業(yè)大學(xué)，2012.

［14］ PE?UELASJ，F(xiàn)ILELLA I，LLUSIàJ，et al.Compara-tive field study of spring and summer leafgas exchange and photobiology of the Mediterranean trees Quercusilex and Philly realatifolia［J］. Journal of Experimental Botany，1998，49：229-238

［15］ 許大全.光合作用氣孔限制分析中的一些問題［J］.植物生理學(xué)通訊，1997，33（4）：241-244.

［16］ 李鵬民，高輝遠(yuǎn)，鄒 琦，等.5種國(guó)蘭（Cymbium）的光合特性［J］. 園藝學(xué)報(bào)，2005，32（1）：151-154.

［17］ 楊江山，常永義，種培芳.3個(gè)櫻桃品種光合特性比較研究［J］. 園藝學(xué)報(bào)，2005，32（5）：773-777.

［18］ 侯小改.4個(gè)牡丹品種光合特性的比較研究［J］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，41（5）：527-530.

［19］ 張 玉，李 霞，郭紹霞.芍藥光合特性研究［J］.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，28（1）：24-27.

［20］ 侯小改，馬慧麗，段春燕，等.牡丹“佛門袈裟”光合特性的研究［J］.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，37（5）：772-774.

［21］ 岳 樺，王欠欠.六個(gè)紫斑牡丹品種光合特性初步研究［J］. 黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（1）：39-41.

［22］ 付瑞鋒，梁宗鎖，王 琬.大葉秦艽的光合特研究［J］. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，23（11）：185-190.

［23］ 林金科，賴明志.影響茶樹葉片凈光合速率的生態(tài)生理因子的初步分析［J］. 作物學(xué)報(bào)，2000，26（1），110-115.

［24］ 萬素梅，賈志寬，楊寶平.苜蓿光合速率日變化及其與環(huán)境因子的關(guān)系［J］. 草地學(xué)報(bào)，2009，17（1）：27-31.

［25］ 杜慶平，孫 燕，李成忠，等.揚(yáng)州地區(qū)2個(gè)芍藥品種光合生理生態(tài)特性比較［J］.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，38（6）： 935-939.

［26］ 韋蘭英，曾丹娟，張建亮，等.巖溶石漠化區(qū)四種牧草植物光合生理適應(yīng)性特征［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)2010，19（3）： 212-219.