中華紅葉楊光合特性測定分析

關鍵詞:紅葉楊光合作用蒸騰作用水分利用光飽和點CO2飽和點

中圖分類號:S7 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0208-02

中華紅葉楊(Populus deltoids cv.chinese)為楊柳科楊屬,落葉喬木,樹干通直,雄性,無飛絮,初始嫩葉深紫紅色,長成后漸成紫紅色,7～9月份老葉變成紫綠色,10月份為暗綠色,11月份變為杏黃色。相對于其他楊樹種類而言,中華紅葉楊葉色瑰麗多變,展葉期長,抗性較強,適生地區廣,生長迅速,能較好體現對園林綠化樹種多樣性、多層次、立地成景、彩葉化的要求。文章對中華紅葉楊生長季節內光合作用的光響應和CO2響應進行討論,分析紅葉楊光合作用對環境變化響應和耐干旱程度,對提高紅葉楊大規模繁殖和區域植被恢復及生態建設提供技術指導和科學依據。

1材料與方法

1.1 試驗地概況

選擇普通農耕地設置苗圃試驗地,試驗地設在西昌市川興鎮小花山,地理坐標為北緯27°51′25″,東經102°19′48″,海拔1540m;屬亞熱帶季風氣候,終年溫差較小,夏季多雨,冬季少雨且溫暖,陽光充沛,日照時間較長,熱量資源豐富,年平均氣溫為18℃,年絕對最高氣溫36℃,絕對最低溫度8℃,年日照時數可達2430h,無霜期250d,春天風力相對較大,3～4級。

1.2 試驗材料

試驗材料為2a生紅葉楊,選取樣株長勢良好、無病蟲害的植株4株,在每株樣樹上選擇完全展開并能接受完全光照大小適中、完整的3個活體葉片,作好標記,用作各項光合參數的測定。用Li-6400光合測定儀測量植物葉片的氣體交換、呼吸參數和熒光參數等指標,將數據用Microsoft Excel2010錄入并用統計軟件SPSS13.0分析。

2光響應曲線、CO2響應曲線的測定以及光合參數的計算

試驗時間為2011年6～8月,選擇晴朗天氣測定,測定部位為植株中部向南的葉片,并作好標記。用Li-6400光合測定儀,將紅藍光源LED設定一系列系列光合有效輻射(PAR)強度:0、100、200、300、400、500、600、700、800μmol(m2·s),測定不同光照強度下紅葉楊葉片的凈光合速率(Pn)和蒸騰速率(Tr),測定時溫度在25℃左右,CO2濃度為觀測時大氣CO2濃度。利用所得數據繪制Pn和PAR曲線(Pn-PAR),求出曲線的最大值即為光飽和點(LSP),利用PAR在0～200μmol(m2·s)范圍內的數據繪制出響應曲線,直線與橫軸的交點即為光補償點(LCP),直線的斜率即為表觀量子效率(Φ)。

用液化CO2鋼瓶設定CO2濃度(Ci)分別為600、400、300、200、100、200、300、400、600μmol/mol。測定不同CO2濃度下紅葉楊葉片的凈光合速率(Pn)。測定時溫度控制在25℃左右,光強度為1000μmol(m2·s)。利用所得數據繪制出Pn和Ci曲線(Pn-Ci),求出曲線的最大值即為CO2飽和點(CSP),利用CO2在00～200μmol/mol范圍內的數據響應直線,直線與橫軸的交點即為CO2補償點(CCP),直線的斜率即為羧化率(CE)。

數據的統計和作圖由Microsoft Excel2010完成,線性回歸和相關分析利用SPSS13.0完成,水份利用率(WUE)用凈光合速率和蒸騰速率之比表示(WUE=Pn/Tr)。

3結果分析

3.1 紅葉楊葉片凈光合速率對光照強度的響應

光是植物進行光合作用的能源,光照強度對植物的光合作用有著顯著的影響,不同生態型植物的光合速率變化在強光和弱光下均有差異。由圖1可知紅葉楊葉片光合速率隨光強變化較大:當PAR在0～200μmol(m2·s)時,紅葉楊的Pn增長迅速,幾乎為線性趨勢;隨著光強的增加,當PAR在200～600μmol(m2·s)時,Pn的增長趨勢減緩。當PAR達到光飽和點以后,Pn增長更為緩慢,趨勢線與X軸幾乎平行,處于較為恒定狀態。當PAR在0～200μmol(m2·s)時,6、7、8月份紅葉楊的Pn差別不大;當PAR＞200μmol(m2·s)時,紅葉楊的Pn隨PAR的增加而增加。當PAR達到光飽和點以后,在相同的PAR下,6月最小,7月居中,8月最高。

用回歸方程Pn=aPAR2+bPAR+c對不同月份紅葉楊的光響應曲線進行擬合,分別計算出紅葉楊葉片在不同生長時期的光補償點(LCP)、光飽和點(LSP)和表觀量子利用效率(Φ),結果見表1。LCP、LSP和Φ是植物光響應特征的主要指標。

由表1可知,紅葉楊在雨量充沛、氣溫較高的8月份LSP值最高,大小順序為8月＞7月＞6月;Φ整體呈逐漸上升趨勢,說明紅葉楊對光的利用能力逐步增強。最大凈光合速率(Pnmax)反映了植物的光合作用能力,隨著紅葉楊的生長,其光合作用能力增強,8月份Pn最大。

3.2 紅葉楊葉片凈光合速率對CO2濃度升高的響應

隨著CO2濃度的升高,一方面增加了CO2對Rubisco酶結合位點的競爭,提高羧化效率,另一方面通過抑制植物呼吸作用提高光合速率。所以CO2濃度的高低會影響植物的光合作用。紅葉楊的CO2響應曲線見圖2。

由圖2可知,當紅葉楊葉片的Ci低于400μmol/mol,隨著Ci的增加,紅葉楊的Pn也快速增加,其中8月份的增幅明顯高于其他月份,相同的CO2濃度,Pn的大小順序是8月＞7月＞6月。用回歸方程,對紅葉楊葉片的CO2響應曲線進行擬合,各參數值見表2。

由表2可知,紅葉楊在8月的羧化效率(CE)最高,6月最低;CO2飽和點(CSP)8月份最低,6月最高;CO2補償點(CCP)8月份最低,7月份最高。

3.3 光合有效輻射對紅葉楊葉片蒸騰率和水分利用率的影響

紅葉楊葉片的Tr隨PAR的增強,總體趨勢是增大,但是從整體看增幅不是很大(見圖3)。在相同的PAR條件下,紅葉楊的Tr,8月明顯高于其他2個月。

水份利用效率(WUE)是植物光合、蒸騰特性的綜合反映。在相同的PAR條件下,紅葉楊葉片在不同月份的水分利用率(WUE)排序為:8月＞7月＞6月。

4討論

一般說來,植物的光補償點越低,其利用弱光的能力越強;光飽和點越高的植物對全日照強光的利用效越高,植物生長越快,所以這類植物對光照適應性較強。相反,光補償點較高、光飽和點較低的植物對光照的適應性較弱。從試驗數據表明中華紅葉楊具有較強的光利用能力和較寬的光照適應能力,是一種典型的陽性樹種。

CO2補償點(CCP)是植物利用CO2進行光合作用的臨界濃度。試驗表明,中華紅葉楊的CO2補償點比較高,具有較大的光合作用潛力。

表觀量子效率(Φ)是指植物每接收單位量的光所能同化CO2的量,在一定程度上反映植物光合器官利用光能同化CO2的能力。試驗表明紅葉楊的Φ值低于一般植物的Φ值,紅葉楊對弱光的利用能力一般。

水分利用率(WUE)是指單位蒸騰耗水量的光合作用或生長量,是植物光合、蒸騰特性的綜合反映。試驗表明,在水分條件件較好的8月份,紅葉楊表現出高光合、高蒸騰作用,一方面通過蒸騰耗水來降低植物溫度,以免被高溫灼傷;另一方面可以積累大量的有機物質,為越冬作準備。

5結語

綜上所述,紅葉楊的光照適應范圍較寬,光補償點低、飽和點高,適應強光照,具有較大的的光合作用潛力,水分利用率也高。因此適應栽植在陽光充足的地方,種植紅葉楊對水土保持以及生態環境改善都有重要意義。

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