遼東山區紅松天然次生林的光合色素含量及光合生產能力

摘要：通過研究不同季節遼東山區紅松天然次生林葉片中的光合色素含量以及光合特征參數，反映紅松光合生產能力和生長更新情況。研究結果表明，夏季紅松葉片中的葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量最高，最大凈光合速率最高，暗呼吸速率最低，光合生產能力最強，凈光合速率可達18.81μmol·m-2·s-1。

關鍵詞：遼東山區；紅松；光合色素；季節

紅松（Pinus koraiensis）是我國東北東部地區闊葉紅松林的主要建群樹種之一，是中國東北地區的珍貴用材樹種之一，？也是國家一級重點保護植物。闊葉紅松林具有生產力高，生物多樣性豐富，穩定性強等優勢。但自然干擾和人為干擾導致的闊葉紅松林面積逐漸減少日益加劇。在闊葉林下紅松幼樹的成活及健康生長是紅松更新的關鍵。光合生產是植物生命活動的重要基礎，也是紅松幼樹能否成活的物質基礎，研究紅松幼樹在不同季節的光環境下的光合色素含量與光合生產能力，可以反映紅松的葉片對太陽輻射的吸收情況，以及紅松的生長更新情況。

光合色素在植物光合作用中發揮著極其重要的作用。將光能轉化為化學能的功能色素——葉綠素a，以及負責捕獲光能、傳遞光能的其余葉綠素，是光合反應中重要的色素。類胡蘿卜素也具有光能捕獲功能，同時類胡蘿卜素還具有光破壞防御功能。在光照不充足時，類胡蘿卜素的主要功能是與葉綠素一起捕獲光能；在光照過于充足時，類胡蘿卜素主要在熱能耗散方面發揮作用，用于減輕光氧化作用的傷害。各種功能的光合色素含量變化可以反映樹木對光環境變化的應對策略。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在遼東山區森林生態試驗站進行。區域主要森林類型為次生林，樹種包括蒙古櫟、水曲柳、黃檗等，灌木樹種有毛榛、接骨木等，草本植物有鐵線蕨、烏拉草等。

1.2 試驗材料

供試紅松針葉采自紅松樹冠層中上部向陽側，分別在春季（4月）、夏季（7月）和秋季（10月）隨機摘取鮮活的針葉（2～3齡葉），每株隨機取樣10次，每次取樣30束以上。取樣后密封于塑料取樣袋中，并低溫保存。

1.3 試驗方法

在室溫下提取針葉中的葉綠素，針葉剪碎后放入試管中，加入乙醇和丙酮混合提取液浸泡提取，直至針葉至白色，測定提取液中的葉綠素含量。用紫外可見分光光度計在665納米、649納米和470納米處測定光合色素含量。

使用Li-6400便攜式光合儀（LI-COR，USA）進行響應曲線測定。采用直角雙曲線分別對定位觀測的光響應曲線結果進行擬合，得出相應的表觀量子效率、最大凈光合速率和暗呼吸速率。

1.4 數據處理方法

試驗所得數據結果采用excel軟件做表，并用SPASS軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同季節遼東山區紅松天然次生林的葉綠素含量

由表1可以看出，春季紅松針葉內葉綠素a含量為0.91毫克·克-1，葉綠素b含量為0.45毫克·克-1，均最低；葉綠素a與葉綠素b的比值為2.02；總葉綠素含量為1.36毫克·克-1，顯著低于夏季和秋季葉片中葉綠素的含量。夏季紅松葉片中葉綠素a含量為1.28毫克·克-1；葉綠素b含量為0.62毫克·克-1，均最高；葉綠素a與葉綠素b的比值為2.06；總葉綠素含量也最高，達1.90毫克·克-1。秋季遼東山區紅松天然次生林紅松葉片中葉綠素a含量為1.14毫克·克-1；葉綠素b含量為0.51毫克·克-1；葉綠素a與葉綠素b的比值達到最高，為2.23；總葉綠素含量為1.65毫克·克-1。

2.2 不同季節遼東山區紅松天然次生林的類胡蘿卜素含量

由表1可知，春季紅松葉片中類胡蘿卜素含量較低，僅為022毫克·克-1；到了夏季，葉片中的類胡蘿卜素含量顯著升高，達到0.62毫克·克-1，比春季升高了1.8倍。秋季紅松葉片中的類胡蘿卜素含量與夏季相比，差異不大。

2.3 不同季節遼東山區紅松天然次生林的光合特征參數

從表2中的數據結果可以看出，從春季到秋季，表觀量子效率有增加的趨勢，但不同季節間差異并不顯著。對于最大凈光合速率來說，夏季紅松葉片的最大凈光合速率最高，顯著高于春季和秋季，是春季和秋季的2倍左右。春秋兩季最大凈光合速率差異不大。在夏季，紅松葉片的暗呼吸速率也最低，春季的暗呼吸速率最高。綜合來看，夏季的凈光合速率最高，達到18.81μmol·m-2·s-1，顯著高于春季和秋季。春季的凈光合速率最低，秋季次之，二者之間差異不顯著。

3 討論與結論

溫度、光照和水分條件是天然更新中最重要的因素，光照條件改變能夠顯著影響林下幼苗的光合作用，同樣溫度也是遼東地區紅松天然次生林光合生產能力的重要影響因素。遼東山區紅松天然次生林內，不同季節光輻射強度不同，春季太陽輻射相對較低，地溫和氣溫也沒有達到最適宜紅松進行光合作用的范圍，故葉片光合色素含量以及光合特征參數均較低，凈光合速率也較低。夏季太陽輻射相對較高，雖然林分內的郁閉度有所增加，但由于較高的氣溫和充足的水分，總體上紅松能獲得較高的光合生產效率，葉片中的光合色素含量達到最高，最大凈光合速率最高，且暗呼吸速率最低。秋季雖然太陽輻射最強，但由于郁閉度的不斷增加，以及晝夜溫差的加大，使得有利于樹體更新的光合作用，并不能以很高的效率進行。

在遼東山區紅松天然次生林內，夏季紅松葉片的光合色素含量較高，溫度和光照條件適宜，紅松葉片凈光合速率可達18.81μmol·m-2·s-1。紅松葉片中光合色素的含量以及光合特征參數的表達，反映了紅松對當地水熱等氣候條件的適應性。

作者簡介：孫志學 （1979-），男，本科，高級工程師。主要從事林業相關工作。