呂偉偉，田俊德，郭郁嬌，于忠亮，苑景淇，王麗麗，初 艷，孫 勇

(1.吉林市林業(yè)科學研究院，吉林 吉林 132013；2.吉林省林業(yè)科學研究院，吉林 長春 130033)

玫瑰(RosarugosaThunb.)隸屬薔薇科(Rosaceae)薔薇屬(RosaL.)落葉灌木，樹高約2 m，枝干針刺，奇數(shù)羽狀復葉，花紫紅色或白色，果期8—9月.玫瑰原產(chǎn)于中國、日本和俄羅斯等地，是重要的園藝植物之一[1].野生玫瑰在我國多分布于吉林、遼寧、山東等地[2].隨著環(huán)境惡化和人為干擾，野生玫瑰數(shù)量急劇減少，1992年被《中國植物紅皮書》列為國家二級保護植物[3].目前，對玫瑰的研究主要集中在繁殖繁育[4-7]、種群生態(tài)學[8-9]、遺傳變異[10-12]、病蟲害防治[13-15]、內(nèi)含物質(zhì)[16-18]、園林應(yīng)用[19-20]等方面.

植物生長與光密不可分，光合作用強弱反映了植物的生長狀況，通過研究光合因子，可為植物生長繁育研究提供理論基礎(chǔ)[21].植物光合作用主要來源于葉片，葉片可以通過多種途徑調(diào)節(jié)光合作用來適應(yīng)光環(huán)境的變化[22-23].隨著光照強度的改變，葉片內(nèi)的葉綠素、類胡蘿卜素、可溶性蛋白和可溶性糖等生理指標會隨之改變[24-25].諸多光合因子和生理生態(tài)因子均會對植物光合產(chǎn)生作用，并且絕大多數(shù)因子間存在信息重疊，因此，使用單一因子進行光合作用分析會導致評價結(jié)果不科學[26-27]；而通過隸屬函數(shù)及權(quán)重加權(quán)求和計算綜合評價值，可確定植物生長的最佳光照強度.為解決吉林省野生玫瑰資源不足的問題，合理開發(fā)利用這一珍貴樹種資源，研究團隊經(jīng)過10余年的引種馴化，選育出適應(yīng)本地氣候的抗寒玫瑰優(yōu)良無性系.為進一步驗證該抗寒無性系的穩(wěn)定性及適應(yīng)性，本次研究利用方差分析、相關(guān)性分析、主成分分析及綜合評價方法，開展不同光照條件下玫瑰扦插光合生理特性研究，以期確定玫瑰最適光照強度，為玫瑰生長及新品種培育提供科學依據(jù)，為園林綠化提供優(yōu)質(zhì)材料.

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗材料為人工多年培育篩選出的玫瑰優(yōu)良抗寒無性系1#，現(xiàn)種植于吉林省吉林市龍?zhí)秴^(qū)新山苗木合作社基地.該地屬溫帶大陸性季風氣候，夏季高溫多雨，冬季酷冷干燥，年平均降雨量710.655 mm，無霜期125 d，年平均氣溫5.329 ℃.2019年6月，利用兩針和三針遮陰網(wǎng)對多年生玫瑰扦插苗進行遮陰處理，包括全光照L0(CK)、輕度遮陰L1(25%±3%)、中度遮陰L2(50%±3%)、重度遮陰L3(75%±3%).透光率通過希瑪AS803照度計(深圳市浚海中儀科技有限公司)測定，每組處理5棵長勢相同或相近的多年生扦插苗.

1.2 研究方法

1.2.1 葉片光合色素含量測定

在苗木處理的第30、60、90天，每組選取3～5片新鮮葉片，立即帶回實驗室稱重.取0.1 g葉片，剪碎后放入25 mL試管中，加入95%乙醇10 mL，避光浸泡24 h，待葉片全部變?yōu)榘咨珪r取上層液5 mL乙醇定容25 mL，以95%乙醇為空白對照進行比色測定.采用紫外可見光光度計Alpha1502(上海譜元儀器有限公司)分別測定波長470、649、665 nm時的吸光度，參照文獻[28]測定總?cè)~綠素、葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量，每組重復3次.

1.2.2 葉片光合日變化測定

2019年7月14—18日，選擇3 d晴朗無風天，利用Li-6400便攜式光合作用儀(北京力高泰科技有限公司)每個方位測定1片無病蟲害、健康完整的葉片，3次重復.測定時間為6：00—18：00，光合因子為凈光合速率(Pn)、光合有效輻射(PAR)、胞間CO2濃度(Ci)、大氣CO2濃度(Ca)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、空氣溫度(Ta)等，氣孔限制值Ls=(Ca-Ci)/Ca×100%.

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光照強度下玫瑰光合色素含量

玫瑰葉片光合色素含量隨光照強度的變化見圖1.由圖1可知：隨著光照強度的減弱，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和總?cè)~綠素的含量逐漸升高.L3光照強度下葉片光合色素含量在整個生長過程的90 d內(nèi)積累最多，其中，葉綠素a和類胡蘿卜素在試驗中期(8月)積累量最大，分別為5.546、1.091 mg/g，是同時期全光照L0條件下的3.257、1.987倍；而葉綠素b和總?cè)~綠素含量則表現(xiàn)出在試驗后期(9月)積累量最大，分別為2.766、7.815 mg/g，是同時期全光照條件下的3.440、3.213倍，并且與L2、L1兩組光照強度下的光合色素含量差異顯著，說明遮陰有利于玫瑰葉片光合色素的積累.遮陰試驗結(jié)果顯示，葉綠素a/b在4種光照強度下的最大值均出現(xiàn)在試驗中期(8月)，分別為3.733(L0)、2.606 (L1)、2.067(L2)、2.661(L3)，說明玫瑰為適應(yīng)光照強度變化利用弱光的能力開始加強，但玫瑰葉片長時間生活在透光率不足的條件下利用弱光的能力隨之減弱.

不同小寫字母表示差異顯著.圖1 不同光照強度下玫瑰葉片光合色素含量Fig.1 Photosynthetic pigment content in Rosa rugosa Thunb.leaves under different light intensities

2.2 不同光照強度下玫瑰光合日變化

2.2.1 光合有效輻射與空氣溫度

4種光照強度下的PAR曲線均呈單峰型(圖2)，L1和L2光照強度下的PAR最大值出現(xiàn)在10：00，分別為926.586、520.637 μmol/(m2·s)，10：00以后迅速下降，最小值僅為95.815 μmol/(m2·s)；L0光照強度下11：00時的PAR最大，為1 007.179 μmol/(m2·s)；L3光照強度下的PAR最大值出現(xiàn)在12：00，為407.533 μmol/(m2·s).

不同光照強度下的空氣溫度均呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(圖3)，全天在26.9～43.7 ℃變化，最高溫度均出現(xiàn)在13：00，且18：00時溫度要高于6：00時溫度，屬于典型的干熱天氣.

圖2光合有效輻射日變化Fig.2Diurnal changes of photosynthetic radiation圖3空氣溫度日變化Fig.3Diurnal changes of air temperature

2.2.2 凈光合速率

凈光合速率日變化見圖4.由圖4可見：L3、L1、L0光照強度下玫瑰的Pn日變化為單峰曲線，不存在光合午休現(xiàn)象；而L2光照強度下玫瑰的Pn日變化為小雙峰曲線，存在短暫的光合午休.L1光照強度下的Pn值要高于其他3種光照強度下的Pn值，在8：00達到最大，為8.935 μmol/(m2·s)，此后Pn開始下降，最小值為3.885 μmol/(m2·s)，與L0光照強度下的Pn日變化曲線變化趨于一致；L2光照強度下的玫瑰在6：00—10：00的Pn處于上升階段，在10：00達到最大，為6.534 μmol/(m2·s)，10：00—13：00的Pn處于迅速下降階段，在13：00達到最小，為3.132 μmol/(m2·s)，此后在小幅上升后趨于平緩；L3光照強度下的Pn日變化曲線上下浮動不明顯，一天中的最大值與最小值差僅為1.540 μmol/(m2·s)，在6：00—13：00，曲線多處于水平狀態(tài)，13：00后略有下降.可以看出，重度遮陰嚴重影響了玫瑰的凈光合速率，不利于光合生產(chǎn).6：00—18：00，L1光照強度下的Pn均高于其他3組，表現(xiàn)出了高光合效率特性.

圖4 凈光合速率日變化Fig.4 Diurnal changes of net photosynthetic rate

2.2.3 胞間CO2濃度和氣孔限制值

由圖5可知：4種光照強度下玫瑰Ci的日變化趨于一致，6：00—8：00急速下降，8：00—14：00趨于平緩或小幅上升，14：00—18：00快速上升，日變化曲線呈“V”形，其中L3光照強度下的Ci在全天各個時段均高于其他3種光照強度下的Ci，最大值出現(xiàn)在6：00，為410.088 μmol/mol.

由圖6可知：4種光照強度下玫瑰Ls的日變化可分為兩個階段：6：00—10：00為上升階段，10：00—18：00為下降階段，整體曲線呈倒“V”形.其中，L3光照強度下的Ls在全天的各個時段均低于其他3種光照強度下的Ls，最小值出現(xiàn)在6：00，為0.052%.由此看出，Ci的日變化與Ls的日變化恰恰相反.

圖5胞間CO2濃度日變化Fig.5Diurnal changes of intercelluar CO2 concentration圖6氣孔限制值日變化Fig.6Diurnal changes of limitation value

2.3 相關(guān)性分析、主成分分析及綜合評價

2.3.1 相關(guān)性分析

玫瑰葉片光合作用生理指標相關(guān)性系數(shù)見表1.結(jié)果顯示：Pn與Gs、PAR呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.974、0.835；與Ls、Tr呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.774、0.580；與Ci呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.672.由此可知，Pn與這5種光合生理因子密切相關(guān)，其中，與Gs關(guān)聯(lián)程度最大；PAR與Gs、Ls呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.788、0.701；Ci與Ls呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.945，與Gs呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.668；Gs與Ls、Tr呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.765、0.569；其余光合生理指標間的相關(guān)性不顯著.

表1 玫瑰葉片光合作用生理指標相關(guān)性系數(shù)Tab.1 Correlation coefficient of photosynthetic physiological indexes in Rosa rugosa Thunb.leaves

2.3.2 主成分分析

玫瑰葉片光合作用生理指標主成分分析結(jié)果見表2.由表2可知：前兩個主成分的累計貢獻率達87.167%.第1主成分的累計貢獻率為64.600%，其中，Pn、Ls和PAR的特征向量較高，是第1主成分的主導因子；第2主成分的累計貢獻率為22.576%，其中，Tr的特征向量較高，是第2主成分的主導因子.由此說明，Pn、Ls、PAR和Tr可代表玫瑰光合作用的絕大部分信息.

表2 玫瑰葉片光合作用生理指標主成分分析結(jié)果Tab.2 Principal component analysis results of photosynthetic physiological indexes in Rosa rugosa Thunb.leaves

2.3.3 綜合評價

通過郭松等[29]的權(quán)重系數(shù)公式計算得出玫瑰光合作用中的Pn(x1)、PAR(x2)、Ci(x3)、Ls(x4)、Gs(x5)、Tr(x6)等6個光合指標的權(quán)重系數(shù)依次為0.325、0.342、-0.226、0.280、0.303、0.339，構(gòu)建綜合得分函數(shù)：

yi=0.325xi1+0.342xi2-0.226xi3+0.280xi4+0.303xi5+0.339xi6，

其中：yi為第i個光照強度下的綜合得分，xi1至xi6分別為第i個光照強度下6個光合因子的標準化數(shù)值.不同光照強度下玫瑰葉片光合作用的綜合評價結(jié)果見表3.由表3可見：不同光照強度下玫瑰葉片光合作用的綜合得分由高到低依次為L1(輕度遮陰)光照強度(0.964)、L0(CK)光照強度(0.325)、L2(中度遮陰)光照強度(-0.166)、L3(重度遮陰)光照強度(-0.956)，說明在這4種光照條件下，輕度遮陰最有利于玫瑰進行光合作用.

表3 不同光照強度下玫瑰葉片光合作用的綜合評價結(jié)果Tab.3 Comprehensive evaluation results of photosynthesis of Rosa rugosa Thunb.leaves under different light intensities

3 結(jié)論與討論

光作為植物生長、發(fā)育的重要生態(tài)因子，通過環(huán)境信號形式作用于植物，利用光合色素調(diào)節(jié)逆境生長中植物的適應(yīng)性，其中，葉綠素可吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能，類胡蘿卜素負責捕光和光防御任務(wù)[30-32].本試驗中，隨著光照強度的降低，玫瑰的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和總?cè)~綠素含量逐漸升高，在遮陰90 d后，重度遮陰下玫瑰的葉綠素含量顯著高于中度遮陰、輕度遮陰和對照組，這與鄧明明等[24]對米槁(CinnamomummigaoH.W.Li)、孟衡玲等[33]對通關(guān)藤(MarsdeniatenacissimaW.)、唐星林等[34]對閩楠(PhoebebourneiY.)等的研究結(jié)果一致.葉綠素a/b含量比值的下降表明，玫瑰為適應(yīng)光照強度變化，利用弱光的能力開始加強.正常光照強度下玫瑰的葉綠素a/b為2.565，介于耐陰植物(葉綠素a/b≈2.3)和喜光植物(葉綠素a/b≈3)[35]，由此看出，輕度遮陰更利于玫瑰的生長發(fā)育.

重度遮陰、輕度遮陰和正常光照強度下玫瑰沒有光合“午休”，而中度遮陰下有短暫的光合“午休”.限制Pn的因素主要為氣孔因素和非氣孔因素，通過判斷Ci和Ls的變化方向可以確定Pn降低的主要原因：Ci降低和Ls升高表明氣孔因素是主要原因，Ci升高和Ls降低表明非氣孔因素是主要原因[36-37].結(jié)合PAR、Pn、Ci和Ls的日變化趨勢可以判斷，在6：00—10：00，隨著大氣溫度的升高及PAR的加強，引起玫瑰Pn變化的主要因素為氣孔因素，Gs作為反映氣孔開閉程度的光合因子，其變化將直接影響Ci及植物胞間水分，最終影響植物光合作用[38].相關(guān)性分析表明：Pn與Gs呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)最高，為0.974，這段時間內(nèi)，光合作用會隨著氣孔導度的增大而逐步提高；在10：00—18：00，隨著Ci的加強和Ls的減弱，引起玫瑰Pn變化的主要因素為非氣孔因素，PAR的下降限制了光合碳同化量，從而引起葉肉阻力等非氣孔因素的增強，最終導致Pn下降.氣孔因素和非氣孔因素中的眾多因子均對玫瑰光合作用產(chǎn)生或多或少的影響，本文主成分分析超過85%的貢獻率中，Pn、Ls、PAR和Tr對玫瑰光合作用的影響最為顯著，可代表玫瑰光合作用的絕大部分信息.

本次研究結(jié)果顯示：隨著光照強度的降低，玫瑰的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和總?cè)~綠素含量逐漸升高，由葉綠素a/b(2.565)確定玫瑰為陽性植物，但與耐陰植物(葉綠素a/b≈2.3)接近.綜合評價發(fā)現(xiàn)，在L1(輕度遮陰25%)光照強度下玫瑰光合作用表現(xiàn)最優(yōu)，建議在苗木生長過程中進行25%左右輕度遮陰處理，更有利于玫瑰的生長發(fā)育，可為日后園林綠化提供優(yōu)質(zhì)苗木.