不同光照強度及溫度對刺槐主要生理代謝的影響

黃春娥

(遼寧省寬甸滿族自治縣國營林場管理事務服務中心，遼寧 丹東 118200)

植物的光合、呼吸作用等生理代謝過程不僅受到植物體內各種生理因子的影響，還與生態環境中的光照、溫度密切相關。因此對植物在不同光照、溫度條件下的生理代謝進行研究有利于進一步揭示出植物對外界環境的適應機制[1]。在不同的時間、空間條件下，光的環境也會隨之發生變化，包括光照強度、光譜等，會對植物生長產生不同程度的影響[2]；溫度條件的變化會影響到植物體內各種酶的活性，進而對各種生理代謝的過程產生不同程度的影響[1]。刺槐的根系發達，有很強的適應能力，長勢繁茂，水土保持效果良好，還可以凈化空氣、阻滯空氣中的粉塵等，是寬甸縣栽植的主要防護林及用材林樹種之一，在當地應用比較廣泛。近些年來很多學者開展了對刺槐的研究，主要的方向集中在人工林碳氮儲備量、水土保持、林地生產力等方面[3-6]，而在刺槐的光合、呼吸生理代謝過程中與光照、溫度之間關系的研究相對較少。為了研究不同光照強度、溫度下刺槐的光合作用、呼吸作用的變化規律，開展了此項研究，旨在為刺槐對環境的適應性評價提供一定的理論參考。

1 材料與方法

試驗設在寬甸滿族自治縣國有林場育苗試驗溫室內(光照強度為室外自然強光的75%左右，夏季溫室內的光強約為75 klx)，從寬甸縣苗圃購回樹高、長勢一致的二年生刺槐幼苗栽植于溫室內的塑料桶內。遮蔭的材料選擇紗布，不同強度的光照用層數不同的紗布遮蓋控制；試驗中的測量儀器包括紅外線二氧化碳氣體分析儀(型號GXH-3010E13010E1)、照度計(型號為GXH-3010E13010E1)、紫外分光光度計(型號為Alpha-1900Plus)、自控立式鼓風干燥箱(型號為DHG-9625)、電子天平(型號為JY10001)等。

2 試驗方法

2.1 試驗設計

試驗設置4種光照強度(分別為100%自然光、78.3%自然光、52.5%自然光、28.6%自然光)、每種光照強度下設置6個溫度(分別為15、20、25、30、35、40 ℃)處理，每種光照強度每種溫度條件下均設置10株刺槐苗木，總計試驗苗木數量240株。

2.2 試驗方法

試驗中用保溫材料將溫室隔離成不同的小室。每個小室安裝空調，以控制每個小室內的溫度；每個小室內安裝碘鎢燈，溫室內的光照強度達不到設計的要求時可通過調節碘鎢燈的強度控制；上方有10 cm的流通水層將小室與水源分隔開，水層上面安裝有通風散熱效果的排風扇，通氣量控制在0.75 L·min-1左右。按照試驗設計的設置進行處理，其余的管理條件保持一致[7，8]。

2.3 調查內容及方法

按照試驗設計處理5d后選擇當年新萌發主枝上的葉片作為測量對象。利用開放氣路對刺槐各個處理下的凈光合速率(μmol·m-2·s-1)、暗呼吸速率(μmol·m-2·s-1)進行測定。光呼吸速率的測定可在飽和光照條件下，將空氣中的二氧化碳氣體去除后通入到葉室內，通過測量二氧化碳的增加量計算得到刺槐的光呼吸速率(μmol·m-2·s-1)；在溫度25 ℃的條件下測定4種光照強度的葉綠素含量(mg·kg-1)變化情況。

3 結果與分析

3.1 不同光照強度、不同溫度下刺槐凈光合速率的變化

對不同光照強度、不同溫度條件下刺槐的凈光合速率進行分析，結果見表1。由表1可知，在光照強度相同的情況下，隨著溫度的變化，凈光合速率變化的表現趨于一致，先逐漸增加，在25 ℃時達到最高，之后凈光合速率逐漸降低；在溫度相同的情況下，隨著光照強度的增加，凈光合速率隨之增加。

表1 各處理條件下刺槐凈光合速率的變化

3.2 不同光照強度、不同溫度下刺槐呼吸速率的變化

對不同光照強度、不同溫度條件下刺槐的光呼吸速率進行分析，結果見表2。由表2可知，在相同的光照強度下，光呼吸速率隨著溫度的增加而逐漸增加；在相同的溫度條件下，隨著光照強度的增加光呼吸速率逐漸增加，且15～35 ℃范圍內光呼吸速率的增加趨勢不明顯，而溫度40 ℃時，則有明顯的增加，由7.12 μmol·m-2·s-1增加到8.75 μmol·m-2·s-1。

表2 各處理條件下刺槐光呼吸速率的變化

對不同光照強度、不同溫度條件下刺槐的暗呼吸速率進行分析，結果見表3。由表3可知，在相同的光照強度下，隨著溫度的增加，暗呼吸速率逐漸增加，且溫度達到40 ℃時暗呼吸增加的幅度加劇，28.6%、52.5%、78.3%、100%光照下的暗呼吸速率分別比35 ℃時增加1.95%、1.88%、1.51%、1.83%；在相同的溫度下，隨著光照強度的增加，刺槐暗呼吸的速率整體趨勢也逐漸增加，且隨著溫度的增加，此種增加的趨勢逐漸減緩，將15、20、25、30、35、40 ℃下100%光照強度與28.6%光照強度進行比較，暗呼吸速率分別增加3.19、2.67、2.37、1.07、0.76、0.66 μmol·m-2·s-1。

表3 各處理條件下刺槐暗呼吸速率的變化

3.3 不同光照強度下刺槐葉綠素含量變化

對不同光照強度下刺槐的葉綠素含量進行測定分析，結果見表4。由表4可知，隨著光照強度的增加，刺槐葉綠素的含量逐漸降低，光照強度100%時葉綠素總量是光照強度28.6%時的42.28%左右；葉綠素a/b的數值在2.17～3.08之間，變化幅度不大。

表4 不同光照強度下刺槐葉綠素含量的變化

注：溫度為25 ℃

4 結論

通過設置不同光照強度、溫度條件，比較了刺槐凈光合速率、呼吸速率、葉綠素含量的變化情況，結果表明，幾種光照強度下刺槐的凈光合速率均以25 ℃時為最高，且在試驗條件下的某一固定溫度時，凈光合速率隨著光照強度的增加而有所增加；在光照強度相同的情況下，暗呼吸速率隨著溫度的增加而逐漸增加，在相同的溫度條件下，光呼吸速率隨著光照強度的增加有不同幅度的增加；在相同的光照強度下，暗呼吸速率隨著溫度的增加而逐漸增加，在相同的溫度下，刺槐暗呼吸的速率隨著光照強度的增加而逐漸增加，但是增加的趨勢逐漸變緩；葉綠素的含量隨著光照強度的增加而逐漸降低。