全 文 ：水分胁迫条件下元宝枫的光合特征及水分利用效率①
文建雷1 , 　刘志龙2 , 　王姝清1
(1.西北农林科技大学 生命科学学院 ,陕西杨陵 712100, 2.西北农林科技大学 教学实验农场 ,陕西 杨陵 712100)
摘　要:以 1年生元宝枫幼苗为材料 ,采用盆栽控水法 ,研究了水分胁迫条件下元宝枫光合特
征及其水分利用效率的变化 。结果表明 ,随胁迫程度的加重和时间延长 ,光合速率(Pn)和水
分利用效率(WUE)依次降低。在轻度和中度胁迫下 , Pn 的降低既有气孔因素又有非气孔因
素的限制 ,严重胁迫条件下 , Pn 的降低主要是非气孔因素引起的 。轻度水分胁迫下 ,元宝枫
Pn的日变化为单峰曲线 ,中度胁迫下呈双峰曲线;WUE 日变化在轻度和中度胁迫下均呈双
峰曲线 ,这既与元宝枫自身生理特性有关 ,同时也受控于气温 、光强 、相对湿度及蒸腾速率的日
变化。
关键词:元宝枫;光合速率;蒸腾速率;水分利用效率
中图分类号:S718.43　　文献标识码:A　　文章编号:1001-7461(2003)02-0001-03
Photosynthetic Characters and Water Utilization Efficiency in Acer truncatum
Under Water Stress
WEN Jian-lei1 , 　LIU Zhi-long2 , 　WANGShu-qing1
(1.Col lege o f Li fe S ciences , NW Sci-Tech U niv .of Agr.and For., Y angling , Shaanxi , 712100 , China;
2.Teast Farm , NW Sci-Tech U niv .of Agr.and For., Y angling , Shaan xi , 712100 , China)
Abstract:Photosynthetic characters and w ater utilizat ion efficiency (WUE)in Acer truncatum under water
stress were studied wi th one-year-old pot-cultured graf ting seedling s.The results showed that the net photosyn-
thetic rate(Pn)and WUE decreased along w ith the lengthening and deepening of w ater st ress.Under light and
moderate w ater stress , decrease of Pn was arisen f rom both stomata limitation and nonstomata limitation.While
under severe w ater stress , decrease of Pn was mainly arisen f rom non-stomata limi tation.Under light water
stress , diurnal change of Pn was a single peak curve , and under moderate w ater st ress , diurnal change of Pn
was double peak curve.Diurnal change of WUE was a double peak curve under light and moderate w ater st ress.
Key words:Acer truncatum ;photosynthetic rate;t ranspi ration rate;water utilization rate
　　元宝枫(Acer truncatum)是槭树科槭树属落叶
乔木 ,主要分布在黄河中 、下游各省 ,不仅是绿化和
营造风景林的重要树种 , 而且具有很高的经济价
值[ 1] 。近年来 ,大面积栽植实践表明 ,元宝枫具有
很强的抗旱性 ,但有关干旱条件下元宝枫的光合特
征及水分利用效率的研究未见报道 。本文采用盆栽
控水法研究了元宝枫在不同程度水分胁迫条件下的
光合特征及水分利用效率 ,为丰产栽培提供理论和
实践指导 。
1　材料与方法
1.1　材料处理
以 1 年生元宝枫幼苗为材料 ,采用盆栽控水方
法 ,盆径 25 cm ,盆高 30 cm ,土壤重 7.3 kg 。土壤由
砂子 、耕地表土 、腐殖质组成 ,三者的比例为 1∶2∶1 ,
土壤最大持水量 26.5%,永久萎蔫系数为 4.5%。
幼苗植入盆中正常灌水 ,生长 8 周后 ,选取生长正
常 、一致的幼苗 ,用称重法进行控水处理 ,各处理土
西北林学院学报　2003 , 18(2):1 ～ 3
Journal of Northw est Forestry University
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
① 收稿日期:2002-06-10
基金项目:国家“九五”科技攻关课题(99-42)
作者简介:文建雷(1964-),男 ,陕西礼泉人 ,副教授 ,从事植物生理生化教学与研究工作。
壤含水量分别为 20%、15%、10%。每个处理 5 个
重复。在形成相应的干旱梯度后继续处理 60 d ,测
定有关指标。
1.2　测定方法
元宝枫幼苗经不同程度水分胁迫后 ,间隔 10 d
测定(时间为 10:30)叶片的水势和光合速率(Pn);
胁迫处理 60 d时 ,测定各处理的蒸腾速率(E)、气
孔导度(Cs)、气孔阻力(Rs)、胞间 CO2 浓度(Ci),
并计算其水分利用效率(WUE)。
光合速率 、蒸腾速率等用 Li-6200光合仪(美国
Li-COR公司)测定;叶水势用压力室法测定[ 2] ;土壤
含水量用烘干法测定[ 3] ;水分利用效率用光合速率
与蒸腾速率之比计算[ 4] 。
2　结果与分析
2.1　水分胁迫对光合速率 、蒸腾速度及水分利用效
率的影响
由表 1 和表 2 可见 ,随土壤含水量(SWC)降
低 ,元宝枫幼苗的 Pn 、E 、WUE 、Cs均不同程度降
低 , Rs和Ci 增加 。但 SWC在 10%以上时 ,各处理
间上述指标变化不显著 。由表 2 可见 , SWC 由
20%降至 10%时 , Pn 、E 和 WUE 分别降低了 21.
2%、9.8%和 16.0%, Rs 和 Cs 未发生明显变化 。
这表明元宝枫在轻度到中度水分胁迫(叶水势由-
0.45 MPa降至-2.03 MPa)时 ,光合速率降低幅度
较小 ,只有在严重干旱时(SWC降至 5%,叶水势降
至-4.1 MPa),光合速率才显著降低(降低 69.
4%)。Ci 、Rs 、Cs 的变化表明 ,在轻度到中度水分
胁迫时 ,光合速率的降低既有气孔因素(Rs 增大 ,
Cs变小)影响 ,也有非气孔因素(Ci 积累)的影响 。
严重干旱时 , Ci 明显积累 , Rs和 Cs 变化不显著 ,说
明此时光合速率的降低主要是非气孔因素的限制 。
表 1　水分胁迫对元宝枫叶水势和光合速率的影响
Table 1　Effect of w ater stress on leaf water potential
and Pn in Acea truncatum
SWC
/ % 测定项目
天数/ d
10 20 30 40 50 60
20
Pn/μmol·m-2·s-1
ψw/ -MPa
5.24
0.25
5.02
0.27
4.73
0.32
4.54
0.33
4.22
0.36
4.16
0.40
15
Pn/μmol·m-2·s-1
ψw/ -MPa
4.37
0.40
4.22
0.52
4.03
0.63
4.02
0.78
3.86
0.92
3.76
1.04
10
Pn/μmol·m-2·s-1
ψw/ -MPa
3.92
1.00
3.78
1.55
3.54
1.62
3.38
1.76
3.31
1.89
3.28
2.03
5
Pn/μmol·m-2·s-1
ψw/ -MPa
3.12
2.19
2.74
2.28
2.36
2.92
1.91
3.11
1.33
3.78
1.27
4.10
表 2　水分胁迫对元宝枫蒸腾及水分利用效率的影响
Table 2　Effect of w ater st ress on t ranspiration
and WUE in Acea tru ncatum
S WC
/ %
WUE/μmol·
mol
Pn/μmol·
m-2·s-1
Ci/μL
·L-1
Rs/ s·
cm-1
Cs/ cm
·s-1
E/mol·
m-2·s-1
20 273.68 4.16 267.3 1.382 0.753 0.015 3
15 261.11 3.76 290.4 0.395 0.727 0.014 4
10 229.93 3.15 304.7 1.633 0.684 0.013 7
5 117.59 1.27 353.2 1.785 0.628 0.010 8
2.2　水分胁迫条件下光合 、蒸腾速率的日变化
由图 1 可知 , 在轻度水分胁迫下(SWC 为
20%),元宝枫光合速率的日变化呈单峰曲线 ,最大
峰值(5.78μmol·m-2·s-1)出现在 12:00时;在中度
水分胁迫下(SWC降低到 15%和 10%),光合速率
的日变化均呈双峰曲线 ,其峰值分别出现在11:00时
和 16:00时。这种变化与一天中光强 、气温(图 2)、
相对湿度(图 3)及蒸腾速率(图 4)变化有关 。这表
明在中度水分胁迫条件下(睛天),12:00 ～ 15:00时
元宝枫的光合作用受较多因素影响 ,其中既有气孔
因素 ,也有非气孔因素 。
图 1　水分胁迫条件下元宝枫光合速率的日变化
Fig.1　Diurnal change of photosynthesis of
A.t ru ncatum under w ater st ress
图 2　光强和气温的日变化
Fig.2　Diurnal change of illumination intensity and air temperature
2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　西北林学院学报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　18 卷
图 3　相对湿度日变化
Fig.3　Dirunal change of relaive humidi ty
图 4　水分胁迫条件下元宝枫蒸腾速率的日变化
Fig.4　Diu rnal change of t ranspiration in
A.tr uncatum under w ater st ress
不同程度水分胁迫后 ,元宝枫蒸腾速率的日变
化均呈单峰曲线(图 4),但其峰值出现的时间有一
定差异 ,随胁迫程度加重 ,峰值前移 。而水分利用效
率日变化则均呈双峰型曲线(图 5),最大峰值在 10:
00时 ,次峰值在 17:00 时 ,峰底在 13:00 ～ 14:00
时 ,此时正是一天中气温最高 、湿度最低期。
由此可见 ,不同程度水分胁迫下 ,元宝枫光合速
率 、蒸腾速率和水分利用效率的日变化存在一定的
差异 ,但从总的变化趋势来看 ,随胁迫程度的加重 ,
三者均呈依次降低的趋势 。
3　结论与讨论
耐旱植物的基本生理特点之一是受旱时气孔关
图 5　水分胁迫条件下元宝枫水分利用效率的日变化
Fig.5　Diurnal change of WUE in A.t runcatum
under w ater st ress
闭程度小 ,因而能维持一定水平的光合作用 。元宝
枫幼苗受到水分胁迫时(SWC由 20%降至 5%,叶
水势由-0.4 MPa降至-4.1 MPa), Rs和Cs 没有
发生明显变化 ,表明气孔关闭程度很小 。在轻度到
中度胁迫下(SWC 由 20%降至 10%, 叶水势由
-0.4 MPa降至-4.1 MPa), Pn 仅降低了 21.2%,
表现出了耐旱植物典型的光合特征 ,这进一步表明
元宝枫具有较强的低水势抗旱能力[ 5] 。在中度水
分胁迫下 ,元宝枫光合速率日变化呈现为双峰曲线;
WUE 日变化在轻度和中度水分胁迫下 ,均呈双峰
曲线 ,这既与元宝枫自身的生理特性有关 ,同时也受
控于气温 、光强 、相对湿度及蒸腾速率的日变化 。
参考文献:
[ 1] 　王性炎 ,盛平想 ,王姝清.元宝枫开发利用研究[ M] .西安:陕西
科学技术出版社 ,1996.77-116.
[ 2] 　中国科学院上海植物生理研究所.现代植物生理学实验指南
[ M] .北京:科学出版社 ,1999.55-56
[ 3] 　劳家柽主编.土壤农业化学分析手册[ M ] .北京:农业出版社 ,
1988.203-204.
[ 4] 　Bierhuizen J F , S latyer R O.Ef fect of atmospherie concentration
of w ater vapor and CO 2 in determing transpirat ion of cot ton leaves
[ J] .Agric.Meteorol., 1965(2):256-270.
[ 5] 　顾振瑜,胡景江 ,文建雷 , 等.元宝枫对干旱适应性的研究[ J] .
西北林学院学报 ,1999 , 14(2):1-6.
3第 2 期　　　　　　　　　　文建雷等　水分胁迫条件下元宝枫的光合特征及水分利用效率