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遮阴对石灰花楸幼苗生长和光合特性的影响



全 文 :2014年12月 甘 肃 农 业 大 学 学 报 第4 9卷
第6期138~143 JOURNAL OF GANSU AGRICULTURAL UNIVERSITY 双 月 刊
遮阴对石灰花楸幼苗生长和光合特性的影响
张振英,段朋娜,陈昕
(南京林业大学森林资源与环境学院,江苏 南京 210037)
摘要:以一年生石灰花楸为材料,研究了0%、67%、76%、92%4种遮阴处理下石灰花楸幼苗形态、生物量积累
及分配、光合生理和叶解剖结构的变化.结果表明:遮阴使幼苗高生长、主根长减少,地径、叶面积增加;67%的遮阴
能促进生物量积累,而76%、92%的遮阴则抑制生物量的积累;遮阴下根、茎生物量比降低,叶生物量比增加,比叶
面积和冠根比的增加有利于增加光能的捕获.随着遮阴程度的增加,叶片厚度逐渐降低,表皮细胞变薄,栅栏组织
由2层减为1层,栅海比逐渐减小,栅栏组织有向海绵组织转化的趋势;各处理叶绿素含量均显著上升,而叶绿素
a/b值在2.3左右无差异性,净光合速率和蒸腾速率日变化均呈单峰曲线,没有“午休”现象,且日均值都随遮阴程
度的增加依次降低.遮阴处理后,石灰花楸幼苗对弱光环境表现出了一定驯化适应性,适度遮阴有利于石灰花楸生
长发育.
关键词:石灰花楸幼苗;遮阴;光合特性;生物量分配;叶解剖结构
中图分类号:S 792.25    文献标志码:A     文章编号:1003-4315(2014)06-0138-06
第一作者:张振英(1986-),女,硕士研究生,研究方向为植物资源引种.E-mail:970226090@qq.com
通信作者:陈昕,女,副教授,主要从事花楸属植物资源引种及园林应用.E-mail:45703591@qq.com
收稿日期:2014-08-27;修回日期:2014-10-20
Effects of shade treatment on growth and photosynthesis
characteristics of Sorbus folgneri seedlings
ZHANG Zhen-ying,DUAN Peng-na,CHEN Xin
(Colege of Forest Resources and Environment,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China)
Abstract:Morphological,biomass accumulation and alocation,physiological responses and leaf anatom-
ical structure of 1-year-old Sorbus folgneri seedlings were examined with 4shade levels(0%,67%,76%
and 92%).The results showed that the shade treatments produced plants with less height and main root
length,greater stem diameter and leaf area.Shading screens of 67%increased but 76%and 92%decreased
biomass accumulation.Shading treatments caused root and stem mass ratio,and higher leaf mass ratio,
higher specific leaf area and shoot to root ratio were beneficial to the increase of light energy capture.With
the increase of shading rate,thickness of bladereduced,skin cels thickness,the 2layer of palisade paren-
chyma reduced to 1layer,palisade/spongy ratio decreased and showed a tendency of palisade tissue turning
into spongytissue.Concentration of chlorophyl increased,Chla/b decreased without obvious difference and
the value about 2.3.The curve of diurnal variation of net photosynthetic rate and transpiration rate had one
peat in a day,without midday depreesion phenomenon,and daily mean al got lower with the increase of
shading rate.The results indicated that S.folgneri had the ability to adjust to shading,a moderate amount
of shade was favorable to the growth and development.
Key words:Sorbus folgneri seeding;shading;photosynthetic characteristics;biomass alocation;leaf an-
atomical structure
DOI:10.13432/j.cnki.jgsau.2014.06.026
第6期 张振英等:遮阴对石灰花楸幼苗生长和光合特性的影响
  光是植物生命活动中最重要的生态因子之一,
光环境的变化直接影响植物的种类与分布.在长期
进化过程中,植物对复杂的光环境具有一定的光驯
化或适应能力,可以通过改变形态结构、解剖构造和
生理生化特性来适应光环境[1-2].如强光环境下丰香
草莓[3]、厚叶木莲[4]等会出现“午休”现象,不利于植
物的正常生长和发育;红松、扶芳藤、山杏等植物在
适度遮阴下生物量积累、叶绿素含量、比叶面积增
加[5-7];过度遮阴可使疏叶骆驼刺光合作用下降,生
长受阻,引起生物量下降,甚至植株饥饿死亡[8].石
灰花楸(Sorbus folgneri(Schneid.)Rehd.)为蔷薇
科苹果亚科花楸属的落叶乔木,又名石灰树、石灰条
子、反白树、华盖木等[9-10],广泛分布于西南、华南、
中原、西北等地区海拔800~2 000m的范围内.石
灰花楸的叶正面绿色,背面及各处覆有白色绒毛,果
为红色,是极具特色的观叶、观果树种;其木材可制
作高级家具,枝条可供药用,是一种很有发展前景的
园林树种.有关石灰花楸的组培快繁已有研究报
道[11],但对该植物生长需要的生态环境尚不了解.
本文通过不同遮光处理对石灰花楸生长及光合特性
进行研究,探讨其生态适应性,旨在为其科学栽培与
合理利用提供科学依据.
1 材料与方法
1.1 材料和处理
试验于南京市栖霞山苗圃地进行.2010年3月
上旬将沙藏处理后露白一致的石灰花楸种子播于
15cm×15cm营养钵中,每盆1株,栽培基质为园
土.于6月初选取生长一致的幼苗用市售黑色遮阳
网遮阴,采用2针1层、3针1层和2针2层3种遮
阴方式,形成实际遮光率约为67%、76%和92%3
种遮阴处理,以全光照(遮光率0%)为对照.棚高
1m,长×宽为3m×2m,每棚为一处理,每处理30
盆,3次重复.遮阴期间进行常规田间管理.
8月上旬选择新梢顶端第4~5片成熟功能叶
片,进行叶解剖结构、光合色素、光合特性测定,并于
10月末幼苗基本停止生长时测定生长指标和生物量.
1.2 测定指标及方法
1.2.1 叶片解剖结构 参照李正理[12]方法制作石
蜡切片,在Olympus光学显微镜下观测并拍照,10
倍目镜,40倍物镜,目镜测微尺下测量各数据,所有
观测值均为20个视野的平均值.
1.2.2 光合色素测定 选取测定光合指标后的叶
片,采用95%酒精提取叶绿素,并使用 UV-2000型
分光光度计测定其质量浓度,重复5次.
1.2.3 光合特性测定 采用LI-6400型便携式光
合作用测定仪(Li-Cor,Inc,USA),从6∶00~18∶00
每隔2h测定不同处理叶片净光合速率(Pn)和蒸腾
速率(Tr).测量时均选择植株中部南向的成熟健康
叶片,每处理均随机选择3株,每株重复3次,结果
取平均值.
1.2.4 生长指标 各处理随机选取10株幼苗,整
株挖出清洗干净,测定地径、苗高、主根长、叶面积.
茎、叶、根3部分分开,在105℃杀青半小时后在
80℃下烘干至恒质量,分别测定其干质量.计算比
叶面积(总叶面积/叶质量)、根生物量比(根生物量/
总生物量)、茎生物量比(茎生物量/总生物量)、叶生
物量比(叶生物量/总生物量)、冠根比(地上部分生
物量/根生物量).
1.3 数据分析
用SPSS 17.0软件对数据进行差异显著性分
析,Excel 2003作图,用邓肯氏新复极差法进行显著
性检测.
2 结果与分析
2.1 不同遮阴处理石灰花楸生长特性的变化
石灰花楸幼苗的形态特征在不同的遮阴处理下
存在差异(表1),从总体来看,遮光率67%的生长情
况最好,遮光率92%则最差.随着遮阴程度增加,苗
高、主根长呈下降趋势.地径遮光率67%最大,达
0.48cm,与全光照间没有显著差异;全光照的叶面
积最小,与各遮阴处理间均存在显著性差异,叶面积
增加有利于植物更好地捕获被限制的光能.
2.2 不同遮阴处理石灰花楸生物量积累及其分配
的变化
遮阴强度的变化显著影响石灰花楸幼苗生物量
的积累(表2),遮光率67%处理促进了生物量积
累,但与全光照间未见显著差异,遮光率76%和
92%两处理降低了生物量积累.生物量在各部分的
分配中,随遮阴程度的增加,叶生物量比逐渐减少,
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甘 肃 农 业 大 学 学 报 2014年
表1 遮阴处理对石灰花楸幼苗生长的影响
Tab.1 Effect of shading on growth of Sorbus folgneri seedlings
遮阴/% 苗高/cm 地径/cm 主根长h/cm 叶面积/cm2
0  38.05±0.44aA  0.45±0.02a 33.23±1.30aA  79.06±1.27bB
67  38.10±3.91aA  0.48±0.01a 28.02±0.30bAB  95.71±1.53aA
76  34.86±1.80abAB  0.46±0.04a 25.82±3.97bcB  96.09±3.84aA
92  30.49±2.79bB  0.45±0.32a 22.68±0.83cB  89.51±5.9aA
  不同大写字母表示有极显著差异(P<0.01),不同小写字母表示有显著差异(P<0.05).
表2 遮阴处理对石灰花楸幼苗生物量积累和分配的影响
Tab.2 Effect of shading on biomass accumulation and alocation of Sorbus folgneri seedlings
遮阴/

总生物
量/g
叶生物
量/g
茎生物
量/g
根生物
量/g
叶生物
量比
茎生物
量比
根生物
量比
比叶面积/
(cm2·g-1)
冠根比
0  4.560±0.990a 1.868±0.710 2.138±0.250a0.552±0.033bB 0.410±0.060 0.460±0.030  0.120±0.030b  143.467±7.838 1.466±0.330
67  4.940±0.080ab 1.966±0.120 2.336±0.083a0.637±0.010aA 0.400±0.020 0.470±0.020  0.130±0.000ab 150.372±2.158 1.483±0.116
76  4.400±0.030ab 1.773±0.031 1.994±0.110a0.629±0.031aA 0.400±0.010 0.460±0.010  0.140±0.020ab 153.301±2.931 1.508±0.079
92  3.630±0.414b 1.416±0.078 1.662±0.310b 0.548±0.029bB 0.390±0.020 0.460±0.030  0.150±0.010a 163.415±2.906 1.556±0.146
茎生物量比表现为:67%>0%>76%>92%,各处
理间均没有显著差异;根生物量比逐渐增大,遮光率
92%与全光照存在显著差异.遮光可引起冠根比逐
渐增大,说明光合产物分配向地上部分倾斜.随意遮
阴程度增加,比叶面积逐渐增大,但差异不显著.适
度遮阴下幼苗生物量更多地用于水分及养分的吸
收,过度遮阴下的幼苗则将生物量更多地用于植株
支持与光合作用.
2.3 不同遮阴处理石灰花楸叶片净光合速率(Pn)
和蒸腾速率(Tr)的日变化
不同遮阴处理下幼苗净光合速率(Pn)日动态
均呈单峰曲线,均于12∶00时达到峰值,无“午休”现
象(图1A).遮光率76%和92%在6∶00时为负值,
两者走势基本一致.Pn日均值随遮阴程度增加依次
降低,全光照下3.36μmol/(m
2·s),与各处理存在显
著性差异,遮光率67%、76%、92%分别比全光照下降
21.74%、34.87%和48.78%;三者日最大Pn 值分别
比全光照下降18.47%、33.76%、45.96%,表明遮阴
处理对石灰花楸幼苗Pn日进程有明显影响.
蒸腾速率 (Tr)随着遮阴强度增加而降低(图
1B).全光照、遮光率67%和76%均于12∶00时达到
峰值,遮光率92%峰值出现时刻不明显,但较全光
照有提前趋势.Tr 日均值差异显著,遮光率67%、
76%、92%分别比全光照下降44.66%、52.44%和
71.17%;三者日最大 Tr 值分别比全光照下降
43.21%、46.08%、73.92%.
图1 遮阴对石灰花楸净光合速率和蒸腾速率日变化的影响
Fig.1 Effect of shading treatments on diurnal variation of net photosynthetic rate(Pn)
and transpiration rate(Tr)curves of Sorbus folgneri seedling
041
第6期 张振英等:遮阴对石灰花楸幼苗生长和光合特性的影响
2.4 不同遮阴处理石灰花楸叶片叶绿素含量的变化
叶绿素是光合作用中最重要和最有效的色素,
其含量在一定程度上能反映植物同化物质的能力.
不同遮阴处理显著影响石灰花楸幼苗叶片叶绿素含
量(表2),与全光照相比,遮阴处理下的叶绿素a、叶
绿素b和叶绿素(a+b)含量均极显著增加,但各含
量受遮阴程度影响不大,叶绿素a/b差异性不大.
表明遮阴处理后,叶绿素含量增加,利于石灰花楸幼
苗在弱光环境下提高捕光能力,更有效吸收光能,从
而提高光合作用.
表3 遮阴处理对石灰花楸幼苗叶绿素含量的影响
Tab.3 Effects of shading on chlorophyII content of Sorbus folgneri seedlings
遮阴/%
叶绿素a/
(mg·g-1)
叶绿素b/
(mg·g-1)
叶绿素a+b/
(mg·g-1)
叶绿素a/b
0 2.212±0.040cB  0.897±0.047bB  3.109±0.087cC  2.222±0.077
67  3.585±0.098bA  1.428±0.035aA  5.013±0.123bB  2.256±0.049
76  3.986±0.164aA  1.489±0.033aA  5.475a±0.165AB  2.410±0.116
92  3.858±0.027aA  1.543±0.038aA  5.401±0.062aA  2.252±0.045
2.5 不同遮阴处理石灰花楸叶片解剖结构的变化
由图2和表4分析可知,遮阴处理改变了石灰
花楸幼苗叶片结构.全光照下,叶片较厚,上表皮较
下表皮厚,栅栏组织2层,细胞排列整齐、紧密,细胞
长柱状,其中靠近上表皮的第1层细胞较长,第2层
细胞较短,海绵组织排列疏松;随着遮阴程度增加,
上下表皮逐渐变薄,栅栏组织第2层缩短,遮光率
92%下只有1层,且细胞排列疏松,海绵组织变薄、
排列更加疏松.栅海比由全光照1.46下降到1(P<
0.05),说明栅栏组织有向海绵组织转化的趋势,为了
适应弱光环境叶片结构均产生了适应性变化[13].就
叶片厚度而言,全光照叶片厚度分别是67%、76%、
92%的1.1、1.2和1.5倍左右,不同处理间存在极显
著差异性,栅栏组织变薄是叶片变薄的主要原因.
A:全光照;B:67%遮阴;C:76%遮阴;D:92%遮阴.
图2 遮阴处理下石灰花楸叶横切面(10×40)
Fig.2 Leaf cross section of Sorbus folgneri under different shading treatments(10×40)
表4 遮阴处理对石灰花楸幼苗叶片解剖结构的影响
Tab.4 Effects of shading on anatomical structure of Sorbus folgneri seedling leaves
遮阴/%
叶片厚度/
μm
上表皮厚度/
μm
栅栏组织/
μm
海绵组织厚度/
μm
下表皮厚度/
μm
栅海比
0 97.14±7.41aA  13.02±1.56a 44.96±3.49aA  31.12±4.29a 8.04±1.18  1.46±0.18aA
67  82.24±6.94bB  12.52±1.38ab  34.96±3.18bB  27.12±4.15a 7.64±0.97  1.31±0.17bB
76  72.93±7.80cC  12.19±1.66ab  30.22±5.17cC  24.57±4.96ab  7.39±0.86  1.19±0.19cB
92  66.80±4.13dD  11.86±1.56b  23.79±2.29dD  23.78±2.29b  7.37±0.88  1.00±0.12dC
141
甘 肃 农 业 大 学 学 报 2014年
3 讨论
光是调控植物生长发育的重要环境因子,对于
不同的光环境,各种植物有着不同的生长特征.遮阴
使藜蒴和木荷基径、树高增加[14],而红松幼苗的高
和根生长减小[5].石灰花楸幼苗同领春木幼苗[15]一
样,适度遮阴利于苗高、地径的生长,过度遮阴对苗
高影响显著,地径不明显.在一定光强范围内,夏栎
和Quercus robur 生物量总是随光强的增加而增
加[14,16],有些灌木在中等光照强度下生长最好,生
物量最大[17],本实验结果与后者一致.石灰花楸幼
苗总生物量在遮阴67%下达到最大值,与全光照之
间差异显著,说明适度遮阴有利于苗木生长[18].最
优的生物量分配方式是保证捕获的光能可以正好满
足光合的需要,石灰花楸根生物量约为总生物量的
一半,说明石灰花楸在幼苗时期倾向把更多的干物
质贮藏在根部,同化的营养物质主要用于地下部分
的拓展;冠根比随遮光率增大而升高,根生物量比在
全光照下的增加有利于植物维持正常的水分吸收和
蒸腾,保证较高的光合速率[19].叶通过增强叶片吸
收利用入射光的能力弥补低光量子密度造成的低光
合速率,是有些植物对弱光环境作出的形态学适
应[8],这与耐阴性较强的植物在遮光条件下尽量拓
展其宽大而薄的叶片以适应弱光的特性相符[20-21].
遮阴处理后石灰花楸采取明显增大叶生物量比值和
SLA的策略来适应弱光环境,同时叶片组织结构发
生响应变化,遮阴处理下的叶片厚度逐渐降低,表皮
细胞变薄,栅栏组织由2层减为1层,海绵组织变得
更加疏松,栅海比值减小,栅栏组织有向海绵组织转
化的趋势,与在鸭嘴花等[22-23]植物上的研究结果一
致.
一般来说,减少太阳辐射通常能减低植物的净
光合速率.试验中,随着遮阴程度的提高,石灰花楸
净光合速率不断下降,蒸腾速率日变化与净光合速
率一致,但生物量积累67%最大,说明全光照下光
能利用率较低,光合产物的呼吸消耗相对较大,不利
于光合产物的积累.遮阴减少太阳辐射的同时光质
也发生变化,遮阴下蓝色光在总光量中的比例增加,
红光则下降[24];而叶绿素a在红光部分的吸收带偏
向长光波方面,叶绿素b则在蓝紫光部分的吸收带
较宽[25],说明在增加叶绿素含量的同时叶绿素a/b
应当减小.在本试验中遮阴各处理叶绿素含量均显
著上升(P<0.05),但叶绿素a/b值同三夜鬼针草
一样未出现显著差异性(P<0.05)[26],这在一定程
度上反映出不同植物对光生境适应能力存在差异.
石灰花楸通过改变形态建成及光合生理变化来
适应光环境的改变,适度遮阴有利于幼苗的生长、有
机物的积累,过度遮阴则抑制幼苗的生长,遮阴
67%为最好处理.
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(3):47-50
(责任编辑 胡文忠
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更  正
  《甘肃农业大学学报》2014年第5期第123~126页,“8个小麦品种对麦长管蚜试验种群生命参数的影
响”一文中所有“试验种群”更正为“实验种群”。
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