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遮陰對(duì)桫欏幼苗的葉片性狀及光合特性的影響

2024-06-05 00:00:00劉雯雯饒丹丹吳二煥韓豫陳彧
關(guān)鍵詞:桫欏光合特性

摘要:[目的]本文旨在探究桫欏幼苗的光照需求及光適應(yīng)機(jī)制,以期為其林下種植管理和園林化應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。[方法]以桫欏幼苗為試驗(yàn)材料,在遮陰強(qiáng)度為30% 的塑料薄膜大棚內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn),研究不同遮陰處理CK、T1、T2、T3、T4,即棚內(nèi)光照強(qiáng)度100%、60%、30%、10%、2% 對(duì)其葉片性狀、氣體交換參數(shù)、光響應(yīng)曲線和光合色素的影響,并采用隸屬函數(shù)法對(duì)不同遮陰處理下桫欏幼苗的生長(zhǎng)及光合性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。[結(jié)果]不同遮陰處理對(duì)桫欏幼苗的葉片性狀及光合特性具有顯著影響。在T3 處理下,桫欏幼苗的葉數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬和自由水/束縛水比值均顯著大于其它處理;隨遮陰程度的加重,桫欏幼苗的比葉面積、自由水含量、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、葉綠素含量和類(lèi)胡蘿卜素含量等逐漸增加,比葉質(zhì)量和氣孔密度呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢(shì),葉綠素a/b 比值和束縛水含量則整體呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì);與CK 相比,T3 處理下桫欏幼苗的凈光合速率(Pn)、瞬時(shí)水分利用效率(WUE)、最大凈光合速率(Pnmax)、光飽和點(diǎn)(LSP)、表觀量子效率(AQY)皆達(dá)到最高,暗呼吸速率(Rd)、光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)和胞間CO2 濃度(Ci )則降至最低;根據(jù)隸屬函數(shù)值的平均值,不同處理的綜合評(píng)價(jià)為T(mén)3gt;T4gt;T2gt;T1gt;CK。[結(jié)論]桫欏幼苗期具有耐陰特性,在弱光下表現(xiàn)出積極的適應(yīng)性,自然光照對(duì)桫欏幼苗存在強(qiáng)光脅迫;當(dāng)遮陰處理為10% 棚內(nèi)光強(qiáng)時(shí),桫欏幼苗的生長(zhǎng)最適且光合作用最強(qiáng)。

關(guān)鍵詞:桫欏; 遮陰; 葉片性狀; 光合特性; 光合色素

中圖分類(lèi)號(hào):S796 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-8151(2024)02-0052-11

光照對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育起著至關(guān)重要的作用,它為光合作用提供能量,是決定植物晝夜周期、應(yīng)對(duì)不同環(huán)境刺激響應(yīng)的關(guān)鍵因素[1-2]。有效光照的改變會(huì)導(dǎo)致植物形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特征的變化[3],而不同植物具有不同的需光特性,喜光植物宜于強(qiáng)光生長(zhǎng),而耐陰植物宜于弱光生長(zhǎng)[4]。過(guò)強(qiáng)光下植物光合器官功能易受損,產(chǎn)生光抑制,而過(guò)弱光下植物光合作用受到限制,減少了碳水化合物的合成,打破體內(nèi)的碳平衡,二者都會(huì)使植物的生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制[5-6]。此外,植物也會(huì)對(duì)不同光環(huán)境產(chǎn)生適應(yīng)策略,具體表現(xiàn)為隨著光照變強(qiáng),植物的比葉質(zhì)量和氣孔密度增加,甚至?xí)P(guān)閉氣孔以降低蒸騰作用[7-8];隨著光照變?nèi)?,比葉面積、干物質(zhì)質(zhì)量以及葉綠素含量增加,光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)和暗呼吸速率降低,表觀量子效率增加,以提高對(duì)弱光的利用效率[9-10]。因此,研究植物葉片性狀與光合生理參數(shù)的變化對(duì)探索植物光環(huán)境變化的適應(yīng)策略具有重要意義。

桫欏(Alsophila spinulosa)又名刺桫鑼?zhuān)>G羽狀樹(shù)形蕨類(lèi)植物,喜光喜濕,生長(zhǎng)于山地溪畔或疏林中。桫欏是白堊紀(jì)末、第三紀(jì)早期冰川的孑遺種,屬?lài)?guó)家二級(jí)保護(hù)植物[11],其莖干筆直,髓可入藥,具有一定的科學(xué)研究、園林觀賞和藥用價(jià)值[12]。由于桫欏的自我繁殖困難、幼齡期的種苗存活率過(guò)低且易受外界環(huán)境干擾,面臨種群數(shù)量加速減少的問(wèn)題。而在桫欏幼苗生長(zhǎng)時(shí)期,作為林下生長(zhǎng)的蕨類(lèi)植物,光照和水分更是其種群更新的限制因子[13]。目前,對(duì)于桫欏的研究主要集中在種群生態(tài)[14]、繁育栽培[15-16]、化學(xué)藥理等方面[17],而對(duì)于桫欏幼苗生理生化的研究?jī)H涉及干旱脅迫下的生理特性[18-19],針對(duì)不同光照強(qiáng)度下桫欏幼苗的葉片性狀和光合特性鮮有報(bào)道。因此,本研究以桫欏幼苗為試驗(yàn)對(duì)象,開(kāi)展不同遮陰環(huán)境下的葉片生長(zhǎng)及光合特性研究,探討桫欏幼苗的光適應(yīng)生長(zhǎng)策略,并篩選最適光照強(qiáng)度,以期為桫欏幼苗的林下種植管理和園林化應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于海南省林業(yè)科學(xué)研究院(紅樹(shù)林研究院)云龍科研基地(19°52 ′N(xiāo),110°28 ′E),該地屬熱帶季風(fēng)海洋性氣候,平均海拔30. 4 m,年均氣溫23. 8 ℃,年均日照1750~2000 h,年均降雨量1 697. 8 mm[20]。

試驗(yàn)材料為基地提供的桫欏播種苗(株高15~20 cm,具3~4 葉片),選取生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗,盆規(guī)格統(tǒng)一為15 cm×15 cm,每盆1 株植物,共150 盆,培養(yǎng)基質(zhì)為紅心土∶泥炭土∶珍珠巖,體積比2∶1∶1。

1. 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2023 年5 月中旬,利用黑色遮陽(yáng)網(wǎng)進(jìn)行不同遮陰處理?;阼鴻逯饕L(zhǎng)于40%~80% 郁閉度(中等偏高)的生境條件下[21],本研究在遮陰強(qiáng)度為30% 的塑料薄膜大棚內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn),以棚內(nèi)自然光照為對(duì)照(CK)、3 針遮陽(yáng)網(wǎng)(60% 棚內(nèi)光強(qiáng),T1)、6 針遮陽(yáng)網(wǎng)(30% 棚內(nèi)光強(qiáng),T2)、2 層6 針遮陽(yáng)網(wǎng)(10% 棚內(nèi)光強(qiáng),T3),3 層6 針遮陽(yáng)網(wǎng)(2%棚內(nèi)光強(qiáng),T4)共5 個(gè)處理,光合有效輻射(PAR)分別為1098、649、333、104、23 μmol·m-2·s-1,每個(gè)處理組設(shè)3 個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)10 株苗。試驗(yàn)期間,所有幼苗采用相同的管護(hù)措施,每周調(diào)整同一光照處理下的花盆位置,以確保受光條件基本一致。60 d 后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。

1. 3 測(cè)定方法

1. 3. 1 葉片性狀的測(cè)定

于2023 年7 月中旬,觀察植株葉片生長(zhǎng)情況,每處理隨機(jī)抽取5 株,統(tǒng)計(jì)每株植物的葉片數(shù)量(leaf number, LN),用直尺測(cè)定每株植物的帶柄葉長(zhǎng)(leaf length,LL)和葉寬(leaf wide,LW),長(zhǎng)度測(cè)其最長(zhǎng)處,寬為最寬處。并摘取生長(zhǎng)位置相近的成熟健壯葉片,每處理葉片均用網(wǎng)格紙裁剪成0. 5 cm×0. 5 cm 葉面積大小,用天平測(cè)量其葉片鮮重(leaf fresh weight,LFW)和干重(leaf dryweight,LDW),以此計(jì)算比葉面積(specific leafarea,SLA)、比葉質(zhì)量(leaf mass per unit area,LMA)和葉片含水量(leaf moisture content,LMC)。葉片自由水(free water content,F(xiàn)WC)和束縛水含量(bound water content,BWC)則參考張帆等[22]的稱(chēng)重法測(cè)量。氣孔密度(stomatal den?sity,SD)采用印跡法[23]制成下表皮臨時(shí)裝片,使用光學(xué)顯微鏡(EVOS M5000,美國(guó))觀察氣孔。

1. 3. 2 氣體交換參數(shù)的測(cè)定

在晴朗無(wú)風(fēng)的天氣,于上午8:00-11:00,使用LI-6800 便攜式光合儀(LI-COR,美國(guó))測(cè)定各項(xiàng)光合參數(shù)。選取植物自上而下第4~5 片功能葉,以1 cm×3 cm 大小的葉室進(jìn)行測(cè)量(葉片覆滿葉室),每個(gè)處理隨機(jī)選取3 株,重復(fù)測(cè)量3 次。各參數(shù)包括:凈光合速率(Pn,μmol·m-2·s-1)、胞間CO2濃度(Ci,μmol·mol-1)、氣孔導(dǎo)度(Gs,mol·m-2·s-1)和蒸騰速率(Tr,mmol·m-2·s-1)。依據(jù)外界環(huán)境因素和預(yù)實(shí)驗(yàn),環(huán)境因子參數(shù)設(shè)為:紅藍(lán)LED 光源,光照800 μmol·m-2·s-1,CO2 濃度400 μmol·mol-1,流速500 μmol·s-1,溫度28 ℃。

根據(jù)測(cè)定結(jié)果計(jì)算瞬時(shí)水分利用效率(WUE):

1. 3. 3 光響應(yīng)曲線的測(cè)定

測(cè)定時(shí)間和參數(shù)設(shè)置同1. 3. 2 節(jié),測(cè)定前用800 μmol·m-2·s-1 光強(qiáng)誘導(dǎo)葉片15 min,使氣孔處于打開(kāi)狀態(tài)。光照強(qiáng)度梯度為:1800、1500、1200、900、600、400、200、100、50、20、0 μmol·m-2·s-1,等待時(shí)間60~200 s,在每個(gè)設(shè)定的光照強(qiáng)度下測(cè)Pn,每株測(cè)定1 片葉片,每個(gè)處理測(cè)定3 株。光響應(yīng)特征參數(shù)選用修正直角雙曲線模型[24]進(jìn)行擬合計(jì)算(公式2),求得最大凈光合速率(Pnmax)、表觀量子效率(AQY)、光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)、光飽和點(diǎn)(LSP)、暗呼吸速率(Rd)。

1. 3. 4 光合色素含量測(cè)定

參照李合生[25]的方法,采用乙醇浸泡提取葉片光合色素,在波長(zhǎng)665、649、470 nm 下測(cè)定吸光度,并使用Lichtenthaler 等[26]修正公式進(jìn)行葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)、總?cè)~綠素(Chl a+b)和類(lèi)胡蘿卜素(Car)含量計(jì)算。

1. 4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)指標(biāo)均以平均值± 標(biāo)準(zhǔn)誤表示,使用Excel 2010 軟件處理數(shù)據(jù),SPSS 19. 0 進(jìn)行單因素方差分析(One-Way ANOVA)和相關(guān)性分析(Pearson),Origin 2022 軟件作圖。采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法[10],對(duì)不同處理幼苗的生長(zhǎng)及光合能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。隸屬函數(shù)值的計(jì)算如公式(3)所示,與凈光合速率呈負(fù)相關(guān)的指標(biāo),則利用反隸屬函數(shù)值的計(jì)算公式如公式(4)所示。

2 結(jié)果分析

2. 1 遮陰對(duì)桫欏幼苗葉片性狀的影響

對(duì)桫欏幼苗葉片表型進(jìn)行比較,由圖1 可見(jiàn),CK 和T1 處理下的葉片皆存在較大程度的黃化,其中CK 的葉片灼傷嚴(yán)重,出現(xiàn)葉片萎縮、邊緣褐化干枯的現(xiàn)象,而T1 有較多葉片的尖端變淡黃色或褐色。與CK 處理相比,T2 葉片輕微泛黃,T3和T4 葉片顏色則分別呈現(xiàn)淺綠和深綠。

同時(shí),對(duì)各處理桫欏幼苗葉片性狀指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果顯示,不同遮陰處理下,桫欏幼苗的葉片性狀指標(biāo)存在一定差異性(表1)。隨著遮陰程度的增加,桫欏幼苗的葉數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、比葉質(zhì)量、自由水/束縛水和氣孔密度皆呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),比葉面積、葉片含水量和自由水含量則是逐漸升高,束縛水含量逐漸降低。與CK 相比,T1 處理的比葉面積顯著降低,而葉數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、比葉質(zhì)量、葉片含水量、氣孔密度顯著增加;T2 處理的比葉面積和束縛水含量顯著降低,而葉數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、比葉質(zhì)量、葉片含水量、氣孔密度、自由水含量和自由水/束縛水皆顯著降低;T3 和T4 處理的比葉質(zhì)量、束縛水含量、氣孔密度顯著降低,其余指標(biāo)皆顯著增加。

2. 2 遮陰對(duì)桫欏幼苗氣體交換參數(shù)的影響

如圖2 所示,不同處理間桫欏幼苗葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和瞬時(shí)水分利用效率存在極顯著差異。隨著遮陰程度的加重,凈光合速率和瞬時(shí)水分利用效率先升高后降低,胞間CO2 濃度先降低再升高,而蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度均呈逐漸上升的趨勢(shì)。與CK 相比,T1和T2 的凈光合速率和瞬時(shí)水分利用效率極顯著增加,蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度無(wú)極顯著變化,胞間CO2 濃度極顯著降低;T3 和T4 的凈光合速率、瞬時(shí)水分利用效率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度均極顯著增加,胞間CO2濃度極顯著降低,其中,凈光合速率和瞬時(shí)水分利用效率以T3 處理最高,分別是CK的472. 37%、297. 87%,而蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度以T4 處理最高,分別是CK 的223. 75%、243. 48%。

2. 3 遮陰對(duì)桫欏幼苗光響應(yīng)曲線的影響

由圖3 可見(jiàn),不同遮光處理下桫欏幼苗凈光合速率的光響應(yīng)曲線整體變化趨勢(shì)基本一致。整個(gè)變化過(guò)程可分為3 個(gè)階段:首先在低光合有效輻射下(PAR≤150 μmol·m-2·s-1),凈光合速率隨光強(qiáng)增加呈近似線性遞增;其次,在較高光合有效輻射即150 μmol·m-2·s-1

利用修正直角雙曲線模型擬合,得出光響應(yīng)曲線特征參數(shù)如表2 所示。隨著遮陰程度的增加,最大凈光合速率和表觀量子效率均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),其中T3 的最大凈光合速率和表觀量子效率最高,與其它處理存在顯著差異,分別較CK 顯著增加了188. 66%、39. 67%;光飽和點(diǎn)也以T3 最高,為1 275. 04 μmol·m-2·s-1,顯著大于其它處理;光補(bǔ)償點(diǎn)和暗呼吸速率則相反,隨著遮陰增強(qiáng)表現(xiàn)出先降后升的趨勢(shì),以T3 最低,與CK 相比顯著降低了56. 18%、17. 97%。表明桫欏幼苗葉片利用強(qiáng)光的能力較弱,而適度遮陰下最大凈光合速率、光飽和點(diǎn)和表觀量子效率能維持在一個(gè)較高水平。

2. 4 遮陰對(duì)桫欏幼苗光合色素的影響

從圖4 可知,桫欏幼苗葉片的光合色素含量在不同遮陰處理間存在極顯著差異(Plt;0. 01)。隨遮光度的增強(qiáng),葉片的葉綠素a、葉綠素b 和總?cè)~綠素含量均逐漸增加,類(lèi)胡蘿卜素含量先增加再減少,而葉綠素a/b 比值整體為逐漸降低的趨勢(shì)。T4 處理下葉綠素a、葉綠素b 和總?cè)~綠素含量皆達(dá)到最大值,與CK 相比增加了130. 49%、230. 00%、158. 04%;T2、T3 和T4 處理的類(lèi)胡蘿卜素含量極顯著高于CK 和T1,且T3gt;T4gt;T2;而葉綠素a/b 比值在T3 處理開(kāi)始較CK 極顯著降低,并在T4 達(dá)到最低值。

2. 5 不同遮陰處理下桫欏幼苗葉片性狀及光合指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)

2. 5. 1 各性狀的相關(guān)性分析

對(duì)不同遮陰處理下桫欏幼苗的葉片性狀與光合指標(biāo)的25 個(gè)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析,并繪制相關(guān)系數(shù)矩陣熱圖。如圖5 所示,凈光合速率與自由水/束縛水比值、自由水含量、葉綠素a 含量、類(lèi)胡蘿卜素含量呈極顯著正相關(guān),與葉數(shù)、葉長(zhǎng)、葉片含水量、葉綠素b 含量、總?cè)~綠素含量呈顯著正相關(guān),與暗呼吸速率呈顯著負(fù)相關(guān);蒸騰速率與比葉面積、氣孔導(dǎo)度、葉綠素b 含量呈極顯著正相關(guān),與比葉質(zhì)量、葉綠素a 含量、總?cè)~綠素含量呈顯著正相關(guān),與葉綠素a/b 比值呈極顯著負(fù)相關(guān),與比葉質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān);胞間CO2濃度與暗呼吸速率擁有極顯著的正相關(guān)性;瞬時(shí)水分利用效率與葉數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、最大凈光合速率、類(lèi)胡蘿卜素含量呈顯著正相關(guān),與胞間CO2 濃度呈極顯著負(fù)相關(guān);最大凈光合速率與胞間CO2 濃度、光補(bǔ)償點(diǎn)、暗呼吸速率呈顯著負(fù)相關(guān);表觀量子效率只與最大凈光合速率存在顯著正相關(guān);氣孔密度只與比葉質(zhì)量呈顯著正相關(guān)。通過(guò)以上結(jié)果可知,葉片生長(zhǎng)生理性狀、光合參數(shù)和光合色素含量間存在不同程度的相關(guān)性。

2. 5. 2 隸屬函數(shù)綜合分析

不同遮陰處理中各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值及綜合排序見(jiàn)表4,平均值越高,說(shuō)明該性狀的綜合表現(xiàn)越好。由表4 可知,T3 處理下的平均值(0. 86)最高,T4 次之(0. 81),CK(0. 05)最低。表明T3 遮陰程度最適合桫欏幼苗的生長(zhǎng),強(qiáng)光會(huì)抑制其生長(zhǎng)發(fā)育。

3 討論

3. 1 遮陰對(duì)桫欏幼苗葉片性狀的影響

葉片是植物對(duì)不同光照感受最敏感的器官,具有與光相關(guān)的可塑性,通過(guò)內(nèi)部生理和外部形態(tài)對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng),表現(xiàn)出植物對(duì)環(huán)境變更的適應(yīng)策略[27]。結(jié)果顯示,隨著遮陰程度的增加,桫欏幼苗的葉數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、比葉面積顯著增加,說(shuō)明在強(qiáng)光下桫欏幼苗可以通過(guò)減少葉片暴露面積以避免傷害。隨著光強(qiáng)的降低,植物葉片生長(zhǎng)加快,可以通過(guò)增加單位生物量的葉面積,以提高其捕獲光能的能力,獲取更多光資源[28-29]。

此外,氣孔是植物進(jìn)行氣體交換和蒸騰作用的重要通道,通常情況下,長(zhǎng)期處于弱光環(huán)境的植物,其氣孔密度會(huì)較強(qiáng)光低[30]。本研究結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn),桫欏幼苗葉片在10%、2% 棚內(nèi)光強(qiáng)的氣孔密度顯著小于100%,說(shuō)明全光照下幼苗葉片的氣孔密度增加,有利于葉片進(jìn)行蒸騰作用并快速散熱。而100% 棚內(nèi)光強(qiáng)表現(xiàn)出氣孔密度顯著低于60%、30% 棚內(nèi)光強(qiáng)的情況,這是因?yàn)槿~片遭到強(qiáng)光脅迫,利用氣孔密度下降減緩光抑制的損傷[31]。

自由水和束縛水含量是葉片內(nèi)部生理指標(biāo)之一,其比值常與植物生長(zhǎng)和抗性有密切關(guān)系。光照的減弱會(huì)增大環(huán)境濕度,抑制葉片水分的散失,自由水含量會(huì)逐漸提高,相反,強(qiáng)光下環(huán)境溫度高、濕度低,植物通過(guò)提高束縛水含量以降低代謝活動(dòng)渡過(guò)不良的環(huán)境,因此,光照的減弱會(huì)致使植物自由水和束縛水的比值增大。在本研究中,隨著遮陰程度的增加,自由水與束縛水的比值呈逐漸上升的趨勢(shì),于10%、2% 棚內(nèi)光強(qiáng)達(dá)最高值,說(shuō)明隨著光照強(qiáng)度的降低桫欏幼苗體內(nèi)水分更加充盈,其代謝越旺盛,有利于桫欏幼苗物質(zhì)運(yùn)輸,加快其生長(zhǎng)發(fā)育,但其抗逆性降低[32]。

3. 2 遮陰對(duì)桫欏幼苗光合作用的影響

葉片的氣體交換參數(shù)是植物光合作用強(qiáng)弱的判斷指標(biāo),反映出植物生理代謝和物質(zhì)積累的能力[8]。凈光合速率下降的原因是否為氣孔因素主要依據(jù)氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度進(jìn)行判斷:若氣孔導(dǎo)度和胞間CO2 濃度在同一時(shí)間范圍內(nèi)變化趨勢(shì)一致,即是氣孔因素導(dǎo)致,若凈光合速率下降胞間CO2濃度上升,則為非氣孔因素[33]。本研究結(jié)果表明,隨著遮陰程度的增加,凈光合速率表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì),在100% 至10% 棚內(nèi)光強(qiáng)的處理中,氣孔導(dǎo)度上升而胞間CO2 濃度降低,凈光合速率上升;而2% 棚內(nèi)光強(qiáng)相較于10%,氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度都上升,凈光合速率下降。表明在強(qiáng)光照下非氣孔性限制是桫欏幼苗葉片光合速率降低的重要因素,而弱光下則為氣孔限制。且也有研究表明強(qiáng)光下葉片光合機(jī)構(gòu)受到損害,胞間CO2 濃度較高,碳同化能力降低,進(jìn)而導(dǎo)致光合速率下降[34]。此外,在試驗(yàn)中蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和瞬時(shí)水分利用效率隨著遮陰程度的增加而上升,進(jìn)一步說(shuō)明強(qiáng)光限制了桫欏幼苗植物生理代謝。在強(qiáng)光下葉片會(huì)關(guān)閉氣孔以降低蒸騰作用,防止體內(nèi)水分的散失;在弱光下,光合作用消耗大量的CO2,為保持光合作用的進(jìn)行,桫欏幼苗葉片會(huì)開(kāi)放氣孔促進(jìn)氣體交換,水分蒸騰速率加快,同時(shí)水分利用率提高[35]。

光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)反映了植物葉片對(duì)弱光和強(qiáng)光的利用能力。一般情況下,光補(bǔ)償點(diǎn)低且光飽和點(diǎn)高,意味著植物的光適應(yīng)性強(qiáng)[6]。表觀量子效率則表示植物光合作用過(guò)程中對(duì)光的利用效率[36]。本研究中,全光照下,桫欏幼苗的最大凈光合速率和光飽和點(diǎn)最低,可能是因?yàn)槿~片產(chǎn)生了光抑制,其光合系統(tǒng)受到損傷,說(shuō)明桫欏幼苗不適宜在強(qiáng)光下生長(zhǎng)。而隨著光照強(qiáng)度的降低,最大凈光合速率、光飽和點(diǎn)和表觀量子效率顯著上升,光補(bǔ)償點(diǎn)和暗呼吸速率顯著降低,但均在10% 棚內(nèi)光強(qiáng)達(dá)到極值,這與陳超等[29]在夏秋季節(jié)對(duì)景寧木蘭幼苗的研究結(jié)果相似,說(shuō)明弱光下能使桫欏幼苗的最大凈光合速率和光飽和點(diǎn)維持在較高水平,同時(shí)葉片對(duì)光的利用能力更強(qiáng),能夠減少呼吸作用產(chǎn)生的消耗,具有較強(qiáng)的耐陰性。

光合色素在植物光合作用進(jìn)程中發(fā)揮著吸收、傳遞及轉(zhuǎn)化光能等作用[37]。葉綠素含量的增加是植物利用弱光能力增強(qiáng)的判斷標(biāo)準(zhǔn);葉綠素a主要吸收紅光,葉綠素b 主要吸收藍(lán)紫光,弱光環(huán)境下葉綠素a/b 比值的下降反映了植物對(duì)弱光的利用能力增強(qiáng)[38-39]。本研究中,隨著遮陰程度的加深桫欏幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量均逐步提高,葉綠素a/b 比值降低,表明桫欏幼苗在弱光環(huán)境下表現(xiàn)出積極的適應(yīng)性。對(duì)于多數(shù)植物,葉片經(jīng)光照后葉綠素才能合成,然而過(guò)強(qiáng)光易引起光氧化傷害[33],桫欏幼苗葉片的葉綠素含量在100% 棚內(nèi)光強(qiáng)中顯著低于其它處理,說(shuō)明強(qiáng)光環(huán)境對(duì)桫欏幼苗的光合色素造成了光氧化的破壞。

4 結(jié)論

綜上所述,不同遮陰條件下桫欏幼苗的葉片性狀和光合特性存在顯著差異,桫欏幼苗通過(guò)調(diào)節(jié)葉片生長(zhǎng)生理、光合色素含量和光合參數(shù)以適應(yīng)變化的光環(huán)境。與全光照相比,10% 棚內(nèi)光強(qiáng)條件下桫欏幼苗光合能力最強(qiáng)且葉片生長(zhǎng)最佳,即弱光環(huán)境更利于桫欏幼苗生長(zhǎng),而強(qiáng)光環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致桫欏幼苗葉片生長(zhǎng)和光合作用受到限制。

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(編輯:郭玥微)

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