黑果枸杞光合作用日變化規律研究

馬彥軍，馬　瑞，馬玉祥，李情輝

(甘肅農業大學 林學院，甘肅 蘭州 730070)

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黑果枸杞光合作用日變化規律研究

馬彥軍，馬瑞，馬玉祥，李情輝

(甘肅農業大學 林學院，甘肅 蘭州 730070)

以盆栽的黑果枸杞組培苗為材料，自然條件下用便攜式光合-熒光測量系統GFS-3000對黑果枸杞光合作用進行測定，對影響其光合作用的生理因子和環境因子進行相關性分析。結果表明：黑果枸杞凈光合速率的日變化在夏季表現為雙峰曲線，有光合“午休”現象，日平均光合速率為10.27 μmol/m2·s；光補償點(LCP)為41.31 μmol/m2·s，光飽和點(LSP)為1698.88 μmol/m2·s，表現出陽性植物特征，適合在光照充足的地區栽培；表觀量子效率(AQY)為0.051，這說明黑果枸杞對光的利用率較高，有較強的光合能力。相關分析結果表明黑果枸杞的凈光合速率(Pn)與光合有效輻射(PAR)、葉室溫度(Tcu)、葉片溫度(Tl)、大氣溫度(Ta)、氣孔導度(Gs)及蒸騰速率(Tr)具有極顯著正相關關系(p<0.01)，與空氣CO2濃度(Ca)顯著正相關(p<0.05)，與胞間CO2濃度(Ci)具有極顯著負相關關系。

黑果枸杞；光合作用；日變化規律

黑果枸杞(LyciumruthenicumMurr.)為茄科(Solanaceae)枸杞屬(LyciumL.)多年生灌木，是中國荒漠區抗鹽抗旱同時具有很高經濟價值及營養價值的鹽生植物[1]。《晶珠本草》、《四部醫典》記載，黑果枸杞在藏藥稱“旁瑪”，以其成熟果實入藥，治療心熱病、心臟病、月經不調、停經等病癥，并且藥效明顯，民間用作滋補強壯、明目及降壓藥[2-3]。同時其果實富含氨基酸、微量元素，有較高的還原糖，是一種理想的免疫增強劑，具有重要的藥用開發價值[4-5]。目前，有關黑果枸杞的研究報道主要有黑果枸杞的育苗技術如組織培養快繁[6]、容器育苗、扦插[7]；在黑果枸杞的藥用、食用和保健等方面研究比較多[8-9]；對黑果枸杞果實色素和多糖提取工藝及生物活性方面進行了深入的研究[10-12]。而關于黑果枸杞光合作用特征與環境因子的關系方面的研究尚未涉及。因此，本研究通過對黑果枸杞葉片光合作用在夏季日變化規律及光響應曲線進行測定，分析黑果枸杞光合作用生理特性與生態環境因子和生理因子的關系，為黑果枸杞種質資源開發利用提供科學理論依據。

1　材料與方法

1.1試驗材料

試驗材料為2013年8月采集甘肅省民勤的野生黑果枸杞當年生枝條，采集的枝條進行組織培養快繁。2015年4月將黑果枸杞組培苗移栽到大小一致、裝有森林土的花盆，進行常規管理。

1.2試驗方法

測定方法參照作者以前所用的實驗方法進行[13-14]，在2015年8月中旬晴天在每株選生長健康的3個葉片，共選3株測定其光合日進程。利用便攜式光合-熒光測量系統GFS-3000連續測定3天，遇到天氣陰雨時延后測定，取3天所測平均值。光合日變化測定從早晨8∶00開始，每隔1 h測試一次，下午6∶00結束，每次由系統對每片葉子分別記錄20組光合有效輻射(PAR)、凈光合速率(Pn) 、蒸騰速率(Tr)、大氣溫度(Ta)、葉片溫度(Tl)、葉室溫度(Tcuv)、空氣CO2濃度(Ca)、胞間CO2濃度(Ci)和氣孔導度(Gs)。

利用GFS-3000配置的人工光源將PAR設定在0-2000 μmol/m2·s，葉室溫度控制在25℃，CO2濃度控制在400 ppm左右，PAR測定由高到低，測試時間選在8∶30～11∶30。測定時選用黑果枸杞植株上成熟葉片3片，由系統自動記錄不同光強所對應的凈光合速率，每片葉子每種光強記錄20次，數據處理時取平均值作為該時刻的實測值，共測3株。

1.3數據的分析與處理

用Excel 2007對光合日進程每葉片每時段的數據取平均值，用3個葉片的平均值作為每次測量的結果，作凈光合速率及相關因子的日變化曲線；應用 SPSS 17.0 軟件對光響應曲線進行多元逐步回歸分析，根據回歸方程計算黑果枸杞的光補償點(LCP)、光飽和點(LSP)及表觀量子效率(AQY)，利用多元相關分析凈光合速率與生理生態因子之間的相關性，氣孔限制值 Ls 根據公式：Ls=(Ca-Ci)/Ca[15-17 ]。

2　結果與分析

2.1黑果枸杞葉片凈光合速率和蒸騰速率日變化

黑果枸杞葉片的凈光合速率和蒸騰速率隨著PAR、大氣溫度、Ca等環境因子的變化(表1)，也發生了相應變化(圖1、圖2)。由圖1可以看出從早晨8∶00開始，黑果枸杞葉片的凈光合速率隨著光合有效輻射的增強而增大，中午12∶00左右當光照強度為1679.93 μmol/m2·s時，黑果枸杞葉片凈光合速率第一個峰值出現，為14.80 μmol/m2·s，此后隨著

表1　環境因子平均日變化

光照強度增大，凈光合速率隨之下降，當光照強度達最大1921.48 μmol/m2·s，黑果枸杞葉片凈光合速率降為10.40 μmol/m2·s，之后隨著光照強度的降低，黑果枸杞葉片凈光合速率又開始上升，到14∶00出現第二個峰值，為13.37 μmol/m2·s，第二峰值比第一個峰值少了1.43 μmol/m2·s 。黑果枸杞葉片日平均凈光合速率為10.27 μmol/m2·s，光合速率的日變化有 “午休”現象，光合速率受光照強度的影響，光照強度過大，不利于黑果枸杞葉片進行光合作用。

圖1　黑果枸杞光合速率日變化

從圖2可以看出，從8∶00開始隨著光照強度、大氣溫度和葉室溫度的增加，黑果枸杞葉片蒸騰速率也逐漸增大，到14∶00左右，葉片蒸騰速率達到最大，最大值為10.93 μmol/m2·s。此時，大氣溫度和葉室溫度還沒達到最大值，而氣孔導度達到最大值(圖3)，這表明影響黑果枸杞葉片蒸騰速日變化率的主要因素是氣孔導度。從日變化規律可以看出，黑果枸杞葉片蒸騰速率日變化表現出在大氣溫度高峰期間(13∶00-15∶00)及光照強度高峰區間(13∶00-15∶00)有較高的蒸騰速率，早晨和傍晚較低，日變化為單峰曲線。

圖2　黑果枸杞蒸騰速日變化

2.2黑果枸杞葉片氣孔導度、氣孔限制值及胞間CO2濃度的日變化

由圖3可見，黑果枸杞葉片氣孔導度的日變化規律和黑果枸杞葉片凈光合速率日變化規律一樣都呈雙峰曲線型。黑果枸杞葉片氣孔導度的第一峰值出現時間比葉片凈光合速率第一峰值提前了3 h，而葉片氣孔導度的第二峰值和葉片凈光合速率第二峰值出現時間一致，說明在溫度和光照強度相對較低的情況下，影響黑果枸杞葉片光合速率的主要因素為環境因子，而在溫度和光照強度較高的情況下，氣孔導度是影響黑果枸杞葉片光合速率的主要因素。

由圖 4 可知，黑果枸杞葉片氣孔限制值的日變化趨勢為“升-降”，從早晨8∶00 開始逐步上升，到 13∶00達到最大，隨后又逐漸下降。

由圖5可以看出黑果枸杞葉片胞間CO2濃度日變化趨勢為“降-升”，與氣孔限制值日變化趨勢相反。當黑果枸杞葉片凈光合速率達到峰值時，此時胞間CO2濃度降到最低，這是由于當凈光合速率較高時，固定較多的CO2，引起胞間CO2濃度下降。

圖3　黑果枸杞氣孔導度日變化

圖4　黑果枸杞氣孔限制值日變化

圖5　黑果枸杞胞間CO2濃度日變化

2.3黑果枸杞光合作用-光響應曲線及表觀量子效率

黑果枸杞葉片光合-光響應曲線如圖6所示，由圖6可看出，隨著PAR的增加黑果枸杞葉片Pn也在逐漸增大。PAR在0-250 μmol/m2·s范圍內，Pn與PAR幾乎呈線性關系；PAR在250-1700 μmol/m2·s范圍內Pn隨著PAR增大而增大，當PAR為1700 μmol/m2·s時，Pn達到最大，為18.66 μmol/m2·s；PAR超過1700 μmol/m2·s，Pn不在增加，而略有下降，說明黑果枸杞在1700 μmol/m2·s時達到了光飽和。將Pn與PAR在0-2000 μmol/m2·s范圍內進行回歸分析，結果表明Pn-PAR光響應曲線符合一元二次方程，方程為y=1×10-5x2+0.0316x-1.2883，R2=0.9532；Pn與PAR在0-250 μmol/m2·s范圍內進行回歸分析，結果表明Pn-PAR光響應曲線符合一元一次方程，方程為y= 0.0508x-3.346，R2=0.985；根據光響應曲線計算得出黑果枸杞的光飽和點(LSP)、光補償點(LCP)和表觀量子效率(AQY)分別為1698.88 μmol/m2·s、41.31 mol/m2·s和0.051。

圖6　光合作用-光響應曲線

2.4黑果枸杞光合速率與其影響因子的關系

以黑果枸杞葉片Pn、Tr、Gs、Ci、Ca、PAR、Ta、Tc和Tl作為相關變量進行多元相關分析，相關分析結果見表2。由表2可看出，黑果枸杞的Pn與PAR、Tc、Tl、Ta、Gs、及Tr具有極顯著正相關關系(p<0.01)；與Ci和Ca具有極顯著負相關關系(p<0.01)。

表2　黑果枸杞光合速率及其影響因子間相關性系數

注：“*”表示在 0.05 水平(雙側)上顯著相關，“**”表示在 0.01 水平(雙側)上顯著相關。

3　結論與討論

在本試驗中，黑果枸杞葉片Pn日變化呈現出雙峰曲線，在中午出現低谷，存在明顯的光合“午休”現象，這一結果與枸杞屬的寧夏枸杞(LyciumbarbarumL.)光合速率日變化規律一致[18]。引起植物光合“午休”的因素既有環境因子如光照強度、大氣CO2濃度、溫度等，也有植物自身生理因素如氣孔導度、胞間CO2濃度等。本試驗中黑果枸杞光合速率達到“低谷”時，光照強度(1921.48 μmol/m2·s)和氣孔限制值(0.46)為一天當中最大，大氣溫度(34.71℃)和氣孔導度(141.78)接近于一天當中的最大值，而胞間CO2(231.63 ppm)接近于一天當中的最小值。結合Pn與Gs、PAR和Ta之間的關系以及它們一天當中的變化趨勢圖，可以得出影響黑果枸杞葉片在夏季凈光和速率的因素既有氣孔因素，也有非氣孔因素，由二者共同影響黑果枸杞葉片在夏季的光合作用，這一結果與馬木木等[19]對黃柳(Salixgordejevii)的研究以及陳友根等[20]對麻瘋樹的研究結果一致，即黃柳和麻瘋樹的Pn在6月下降的因素包括氣孔因素和非氣孔因素。關于Pn與 Ci的關系前人研究得較多[21-23]，本研究發現黑果枸杞的 Pn與 Ci呈顯著負相關關系，主要是因為植物在高凈光合速率的狀態下，葉片內部的光合生理活性及相關酶的活性較強，通過氣孔進入的CO2同化較快，使得 Ci降低，這與吳玲利等[24]在白木通(Akebiatrifoliatevar.australis)中研究發現Pn與 Ci呈負相關結果一致。

植物的光飽和點和光補償點分別代表了植物葉片對強弱光的利用能力，表示植物的需光特性和需光量即可利用光的最大值和最小值[25-26]。許多研究證明光飽和點和光補償點均較低的植物是耐蔭植物，光補償點和光飽和點都較高的植物是陽性植物[27-29]。陽性植物的光飽和點為540-900 μmol/m2·s，光補償點為9-18 μmol/m2·s[30-32]。黑果枸杞的LCP是41.31mol/m2·s ，LSP是 1698.88 μmol/m2·s，這表明黑果枸杞是典型的陽性植物，對強光環境具有很好的適應性，但耐蔭性較差，在低光照強度下生長不良，這也與作者在野外進行黑果枸杞資源調查時發現的情況相符合，即在沒有其他植物遮擋情況下黑果枸杞生長良好，而在其他植物遮擋的情況下植株生長較弱。

根據以上試驗結果分析，可初步得到以下結論：在自然條件下黑果枸杞凈光合速率在夏季日變化曲線呈“雙峰”型，有“午休”現象，日平均光合速率為10.27 μmol/m2·s；LCP為41.31 μmol/m2·s，LSP為1698.88 μmol/m2·s；AQY為0.051；光合速率與環境因子和生理因子相關性分析表明，黑果枸杞的Pn與PAR、Tch、Tl、Ta、Gs、及Tr具有極顯著正相關關系(p<0.01)；與Ca具有顯著正相關關系(p<0.05)；與Ci和Ca具有極顯著負相關關系(p<0.01)。通過研究初步了解了黑果枸杞的光合特性，為黑果枸杞種質資源開發利用、引種馴化、栽培及新品種選育提供了一定的科學理論依據。但本研究選取的材料為黑果枸杞的盆栽苗，對大田栽培植株光合特性還須進一步研究。

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Studies on diurnal change of photosynthesis of Lycium ruthenicum [Solanales: Solanaceae]

MAYan-jun,MARui，MaYu-xiang,LIQing-hui

(CollegeofForestry,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou，Gansu730070，China)

Using pot cultured plantlets of the black fruit wolfberry,LyciumRuthenicum, as material, the photosynthesis of the plants was measured under natural conditions with a portable photosynthesis - fluorescence measurement system - GFS-3000. The correlation between physiological and environmental factors affecting the photosynthesis was also analysed. The results showed that the diurnal variation of net photosynthetic rate registered a double-peak curve in summer and had “midday depression” phenomenon in L. ruthenicum. The mean diurnal photosynthetic rate was 10.2 μmol/m2·s; light compensation point (LCP) was 41.31 μmol/m2·s, light saturation point (LSP) was 1698.88 μmol/m2·s.Lyciumruthenicummanifests the characteristics of heliophile and is suitable to be planted in well-lit areas. Apparent quantum yield (AQY) of 0.051 indicates that L. ruthenicum’s light utilization rate is higher and has the strong photosynthetic capacity. Correlation analysis showed that the net photosynthetic rate (Pn) of L. ruthenicum has (1) a significant positive correlation (p < 0.01) with photosynthetically active radiation (PAR), chamber temperature (Tcu), leaf temperature (Tl), air temperature (Ta), stomatal conductance (Gs), and transpiration rate (Tr); (2) significant positive correlation (p < 0.05) with air CO2concentration (Ca)； (3) a significant negative correlation (p < 0.01) with intercellular CO2concentration (Ci).

LyciumruthenicumMurr.; Net photosynthesis; daily variation

1008-0457(2016)03-0066-06國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2016.03.013

2016-03-11；修回日期：2016-04-22

國家自然科學基金項目(31560215；31460224)；甘肅省科技支撐項目(144NKCA045)；甘肅農業大學青年研究生指導教師扶持基金項目(GAU-QNDS-201404)。

馬彥軍(1975-)，男，回族，博士，副教授，主要研究方向：植物種質資源調查收集、保存與研究；Emai:lxysy01@126.com。

Q945.11

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