東岳紅和葎葉蛇葡萄光合特性的比較

方曉曉　荀守華　孫居文　臧德奎　王玉麗

摘要：東岳紅是葎葉蛇葡萄的一個(gè)紅葉自然變異種，具有幼葉、嫩枝、卷須和花序均為紫紅色及適應(yīng)性強(qiáng)、易繁殖的特點(diǎn)，其選育填補(bǔ)了彩葉木質(zhì)藤本觀賞植物的空白，觀賞利用前景良好。5月份是東岳紅觀賞性最佳的時(shí)期，為明確該時(shí)期其光合特征及與葎葉蛇葡萄的差異，在相同環(huán)境條件下測(cè)定分析了兩者葉片的光合特性和色素含量。結(jié)果表明：兩品種的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間CO₂濃度（Ci）的日變化趨勢(shì)相近，無顯著差異；Pn的日變化呈雙峰曲線，峰值出現(xiàn)在9：00左右，15：00左右又會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小的峰值；Tr日變化呈單峰曲線，峰值出現(xiàn)在13：00左右；Gs均呈降低趨勢(shì)；Ci為7：00和17：00值較高，9：00和15：00較低，11：00～13：00又有小幅回升。對(duì)光響應(yīng)曲線和C02響應(yīng)曲線的分析結(jié)果顯示，兩品種的光飽和點(diǎn)均在1600μmol·m^-2·s^-1左右，光補(bǔ)償點(diǎn)均在30μmol·m^-2·s^-1左右，CO₂飽和點(diǎn)均在1500μmol·m^-2·s^-1左右，東岳紅的COz補(bǔ)償點(diǎn)略高于葎葉蛇葡萄。同一時(shí)期相同葉位葉片中的葉綠素、類胡蘿卜素、花色素苷含量，東岳紅均顯著高于葎葉蛇葡萄。

關(guān)鍵詞：東岳紅；葎葉蛇葡萄；光合特性；色素含量

中圖分類號(hào)：S663.101 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2016）04-0034-06

葎葉蛇葡萄（Ampelopsis humulifolia Bge.）屬于葡萄科蛇葡萄屬，落葉大型木質(zhì)藤本；枝髓心白色，卷須與葉對(duì)生。單葉互生，近圓形至闊卵形，3～5掌狀中裂或深裂，上面鮮綠色，有光澤，下面蒼白色，無毛或脈上微有毛。花兩性，淡黃色，聚傘花序，與葉對(duì)生；花瓣5，雄蕊5，雄蕊與花瓣對(duì)生；子房二室。漿果球形，熟時(shí)藍(lán)色。產(chǎn)于遼寧、河北、山西、山東、河南、江蘇、陜西、甘肅、安徽等地。喜光，也頗耐蔭，耐干旱瘠薄，耐寒，酸性、中性、鈣質(zhì)土均可生長(zhǎng)，適應(yīng)性強(qiáng)；生長(zhǎng)快，壽命長(zhǎng)，易繁殖，是園林垂直綠化、水土保持、荒山荒坡綠化及植被恢復(fù)樹種。

東岳紅（Ampelopsis humulifolia ‘Dong YueHong）是孫居文老師選育的葎葉蛇葡萄的一個(gè)紅葉新品種，為葎葉蛇葡萄的自然變異，其特征是幼葉、嫩枝、卷須、花序均為紫紅色。東岳紅的成功選育填補(bǔ)了彩葉木質(zhì)藤本植物的空白，具有良好的開發(fā)利用前景。

本試驗(yàn)主要測(cè)定了東岳紅與葎葉蛇葡萄的光合特性和色素含量，通過對(duì)比，研究東岳紅與葎葉蛇葡萄的生理差異，為東岳紅的實(shí)際應(yīng)用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于山東省泰安市山東農(nóng)業(yè)大學(xué)南校區(qū)林學(xué)實(shí)驗(yàn)站，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫12.8℃，無霜期平均195天，年均降水量為680mm，冬季干燥，夏季濕潤(rùn)，年均相對(duì)濕度為65%。試驗(yàn)選用4年生東岳紅與葎葉蛇葡萄，選取相同生長(zhǎng)環(huán)境下鄰近生長(zhǎng)較為一致的植株各3株進(jìn)行測(cè)定。

1.2 光合特性測(cè)定方法

在自然條件下，選擇向陽面無病蟲害、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的一年生枝條第4、5片葉（中部葉片），采用CIRAS-2便攜式光合儀進(jìn)行光合特性測(cè)定。

1.2.1 光合作用日變化

2015年5月中旬，選擇晴朗的天氣測(cè)定葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、細(xì)胞間隙CO₂濃度（Ci）等參數(shù)，從7：00～17：00每2h測(cè)定一次，每個(gè)品種選擇3片葉進(jìn)行測(cè)定，每片葉重復(fù)測(cè)定5次，取平均值。

1.2.2 凈光合速率的光響應(yīng)曲線 設(shè)定葉室CO₂濃度為388μmol·mol^-1、相對(duì)濕度為大氣濕度的80%、同化室溫度為25℃，在0～2000μmol·m^-2·s^-1光合有效輻射范圍內(nèi)設(shè)定18個(gè)梯度，分別為0、20、40、80、100、150、200、300、400、500、600、800、1000、1200、1400、1600、1800、2000μmol·m^-2·s^-1，測(cè)定光響應(yīng)曲線。根據(jù)曲線得出光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)，并通過線性回歸得出表觀量子效率。

1.2.3 凈光合速率的CO₂響應(yīng)曲線設(shè)定光強(qiáng)為1500μmol·m^-2·s^-1，CO₂濃度在0～2000μmol·mol^-1范圍內(nèi)設(shè)定16個(gè)梯度，分別為50、100、150、200、250、300、350、400、600、800、1000、1200、1400、1600、1800、2000μmol·mol^-1，其他條件同光響應(yīng)曲線的測(cè)定。根據(jù)曲線得出CO₂補(bǔ)償點(diǎn)、CO₂飽和點(diǎn)，并通過線性回歸得出羧化效率（CE）。

1.3 生理指標(biāo)測(cè)定方法

測(cè)定時(shí)間為5月上、中、下旬，選擇向陽面無病蟲害、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的一年生枝條，分別取其上、中（光合特性測(cè)定部位）、下部的葉片進(jìn)行色素測(cè)定。

1.3.1 光合色素含量的測(cè)定 根據(jù)李合生的方法，稱取0.2g葉片，剪碎后加入95%乙醇、少許石英砂和CaC₃，研磨，過濾到25mL棕色容量瓶中，95%乙醇定容，用分光光度計(jì)分別測(cè)定649、665、470nm下的光密度（OD）值，并計(jì)算葉綠素含量。葉綠素含量（mg/g）=（葉綠素濃度×提取液體積×稀釋倍數(shù)）/樣品鮮重（或干重）。

1.3.2 花色素苷相對(duì)含量的測(cè)定 根據(jù)何亦昆的方法略有改進(jìn)，稱取0.1g葉片，剪碎（約2～3mm），用0.1mol/L鹽酸甲醇溶液浸提至組織變白。以每克鮮質(zhì)量在10mL提取液中0.1個(gè)吸光度為1個(gè)色素單位。

1.4 數(shù)據(jù)處理

將CIRAS-2系統(tǒng)得出的數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行Excel格式轉(zhuǎn)換并做進(jìn)一步分析。數(shù)據(jù)主要通過Microsoft Excel 2013和SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)期間光照強(qiáng)度、大氣溫度和CO₂濃度的日變化

由圖1可知，上午光照強(qiáng)度逐漸上升，13：00達(dá)到最大值，為1800μmol·m^-2·s^-1，之后急速下降；溫度在清晨和傍晚比較低，均在25%左右，13：00最高，達(dá)38℃；7：00 CO₂濃度最高，為410μmol·mol^-1，之后逐漸下降，13：00、17：00略有回升。

2.2 東岳紅與葎葉蛇葡萄光合作用相關(guān)指標(biāo)的日變化

凈光合速率是表示光合作用變化的最重要指標(biāo)之一。由圖2可知，葎葉蛇葡萄與東岳紅的凈光合速率日變化曲線均為不對(duì)稱雙峰曲線，有明顯的“午休”現(xiàn)象；最大凈光合速率出現(xiàn)在9：00左右，15：00有小幅回升，出現(xiàn)第二個(gè)高峰。上午葎葉蛇葡萄的凈光合速率略高于東岳紅，下午東岳紅略高于葎葉蛇葡萄。

由圖3可知，葎葉蛇葡萄與東岳紅的蒸騰速率日變化均為單峰曲線，均于13：00達(dá)到最大值。總體來看，兩個(gè)品種的蒸騰速率差異較小，13：00東岳紅的蒸騰速率略高于葎葉蛇葡萄。

胞間CO₂濃度是衡量葉片光合速率大小的主要指標(biāo)之一。由圖4可見，葎葉蛇葡萄與東岳紅的胞間CO₂濃度日變化趨勢(shì)一致，即先下降后升高再下降再升高。9：00和15：00胞問CO₂濃度較低，11：00～13：00較高。

氣孔導(dǎo)度的變化對(duì)植物水分狀況和CO₂同化有重要意義，是影響植物光合速率的主要因素之一。由圖5可知，葎葉蛇葡萄與東岳紅的氣孔導(dǎo)度日變化均呈下降趨勢(shì)，均在9：00出現(xiàn)一個(gè)拐點(diǎn)，即9：00前快速下降，9：00后降速變緩。總體來看，兩個(gè)品種氣孔導(dǎo)度差別不大，東岳紅略高于葎葉蛇葡萄。

2.3 東岳紅和葎葉蛇葡萄的光強(qiáng)一光合響應(yīng)曲線

對(duì)東岳紅和葎葉蛇葡萄葉片凈光合速率對(duì)光照強(qiáng)度的響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合，結(jié)果（圖6）擬合曲線的符合度均在0.99以上，光飽和點(diǎn)都在1600μmol·m^-2·s^-1。左右。對(duì)低于200μmol·m^-2·s^-1。的弱光區(qū)進(jìn)行線l生回歸，擬合方程決定系數(shù)高達(dá)0.97；通過計(jì)算得出，東岳紅的光補(bǔ)償點(diǎn)為30.5μmol·m^-2·s^-1，表觀量子效率為0.042μmol·m^-2·s^-1，暗呼吸速率為6.8μmol·m^-2·s^-1；葎葉蛇葡萄的光補(bǔ)償點(diǎn)為28.6μmol·m^-2·s^-1，表觀量子效率為0.040μmol·m^-2·s^-1，暗呼吸速率為6.1μmol·m^-2·s^-1。

2.4 東岳紅和葎葉蛇葡萄的CO₂-光合響應(yīng)曲線

對(duì)東岳紅和葎葉蛇葡萄葉片凈光合速率對(duì)CO₂濃度的響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合，擬合曲線符合度均在0.99以上，CO₂飽和點(diǎn)均在1500μmol·m^-2·s^-1左右（圖7）。對(duì)低CO₂濃度區(qū)進(jìn)行線性回歸，擬合方程的決定系數(shù)高達(dá)0.95；通過計(jì)算得出，東岳紅的C02補(bǔ)償點(diǎn)為180μmol·m^-2·s^-1，羧化效率為0.011μmol·mol^-1，光呼吸速率為4.1μmol·m^-2·s^-1；葎葉蛇葡萄的C02補(bǔ)償點(diǎn)為132μmol·m^-2·s^-1，羧化效率為0.010μmol·mol^-1，光呼吸速率為2.7μmol·m^-2·s^-1。

2.5 東岳紅和葎葉蛇葡萄葉片中色素含量的比較分析

總體來看，5月份同葉位東岳紅的葉綠素a、b及葉綠素a+b平均含量均顯著高于葎葉蛇葡萄。不同葉位間，兩品種均表現(xiàn)為中、下葉位葉片的葉綠素a、b與葉綠素a+b平均含量差異不顯著，但均顯著高于上葉位葉片。葉綠素a/b值兩品種不同葉位間差異較小（圖8）。

總體來看，同時(shí)期同葉位東岳紅的類胡蘿卜素含量顯著高于葎葉蛇葡萄；兩者中、下葉位葉片的類胡蘿卜素含量差異不顯著，但均顯著高于上葉位葉片。

東岳紅各時(shí)期的花色素苷含量均顯著高于葎葉蛇葡萄。同一時(shí)期東岳紅上、中、下葉位葉片的花色素苷含量依次降低，而葎葉蛇葡萄三葉位葉片中的花色素苷含量差異較小。

3 結(jié)論與討論

3.1 本研究結(jié)果顯示，5月天氣晴朗條件下，東岳紅與葎葉蛇葡萄葉片的Pn、Tr、Gs、C_i日變化總體趨勢(shì)無明顯差異；Pn日變化均呈不對(duì)稱雙峰曲線，受午間高溫強(qiáng)光影響有明顯的“午休”現(xiàn)象；Tr日變化均為單峰曲線，13：00達(dá)到最大值。

一般認(rèn)為，光飽和點(diǎn)高的植物能更有效地利用強(qiáng)光，光補(bǔ)償點(diǎn)是反映植物耐蔭性的最好指標(biāo)。葎葉蛇葡萄與東岳紅的光飽和點(diǎn)均在1600μmol·m^-2·s^-1左右，光補(bǔ)償點(diǎn)均在30μmol·m^-2·s^-1左右，表明兩個(gè)品種均能有效利用強(qiáng)光，而且具有較好的耐陰性。葎葉蛇葡萄的CO₂補(bǔ)償點(diǎn)為132μmol·m^-2·s^-1，低于東岳紅（180μmol·m^-2·s^-1）；CO₂飽和點(diǎn)兩者均在1500μmol·m^-2·s^-1左右。但大氣中的C02濃度一般在200μmol·m^-2·s^-1以上，因此對(duì)兩品種無明顯影響。綜上所述，東岳紅與葎葉蛇葡萄的光合生理習(xí)性相近。

3.2 同一時(shí)期，東岳紅上、中、下葉位的葉綠素a、b以及類胡蘿卜素的含量均顯著高于葎葉蛇葡萄，但葉綠素a/b的值與葎葉蛇葡萄無顯著性差異；東岳紅葉色鮮艷，上、中、下葉位的花色素苷含量顯著高于葎葉蛇葡萄，這與前人的研究結(jié)果相近。

3.3 東岳紅與葎葉蛇葡萄雖然葉片中的色素含量存在顯著差異，但光合速率無明顯差異，可能是由于東岳紅的花色素苷含量也較高，在一定程度上削弱了光合作用。前人在小麥、芒麻、板栗上的研究結(jié)果也表明，葉綠素含量以及葉綠素a/b值與光合速率密切相關(guān)，在一定范圍內(nèi)葉綠素含量越高光合速率越大，但不同品種問有差異；花色素苷對(duì)光能具有吸收和耗散作用，高含量花色素苷可減少光合作用所能利用的光能，表現(xiàn)為光合速率較低。