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Leaf morphology and photosynthetic characteristics of wild Ussurian pear in China.

中国野生山梨叶片形态及光合特性


以异位保存在国家梨资源圃的48份我国原产山梨品种和2份秋子梨地方品种为材料,比较了野生山梨与地方秋子梨品种间差异,研究了我国野生山梨的光合特征以及光合特性相关指标间的关系,建立了山梨光合及瞬时水分利用特征的线性回归方程.结果表明: 地方品种叶片形态特征指标、叶绿素含量、光合特征指标都显著低于野生品种平均值,且低于大部分野生品种的测定值;山梨叶片的比叶面积、叶干物质含量、胞间CO2浓度的变异系数较低,其他8项指标变异系数为0.12~0.41,表现出较高的多样性水平,可见我国野生山梨资源光合特征差异明显;光合特性指标与叶绿素组成(Chl a/b)、叶干物质含量呈显著相关;光合速率与胞间CO2浓度、蒸腾速率、气孔导度呈显著的指数曲线关系,山梨光合速率主要受气孔限制的影响.‘锦州山梨’具有高光合特性,可作为山梨资源光合特征研究利用的良好材料.
 

The wild Ussurian pear was the most important wild pear resource in northern China, belonging to the most hardiness species. Taking 48 accessions of wild Ussurian pear and 2 accessions of cultivated Ussurian pear as test materials, this paper studied the morphology of leaves, chlorophyll content, and photosynthetic characteristics. We compared the difference between the wild and cultivated Ussurian pear, analyzed the photosynthetic characteristics of wild Ussurian pear, clarified the interrelationships between the indices, and established significant linear equations of photosynthesis and waterrelated physiological indices. The results showed that the leaf morphological index, chlorophyll content and photosynthetic indices for cultivated Ussurian pear were significantly lower than their average values for wild Ussurian pear. The specific leaf area (SLA), leaf dry matter content (LDMC), and intercellular CO2 concentration had low coefficients of variation, and the other 8 indices had variation coefficient indices between 0.12-0.41. So, the level of diversity was high, indicating obvious difference in photosynthetic characteristic of wild pear resources in China. The photosynthetic indices were significantly correlated with chlorophyll composition (Chl a/b) and LDMC. The photosynthetic rate had significant exponential correlation with the intercellular CO2 concentration, transpiration rate, and stomatal conductance. The photosynthetic rate was mainly affected by stomatal limitation. The wild variety ‘Jinzhoushanli’ was selected as high photosynthetic genetic resource.
 


全 文 :中国野生山梨叶片形态及光合特性∗
董星光  曹玉芬∗∗  田路明  王  昆  张  莹  齐  丹
(中国农业科学院果树研究所 /农业部园艺作物种质资源利用重点实验室, 辽宁兴城 125100)
摘  要  以异位保存在国家梨资源圃的 48份我国原产山梨品种和 2 份秋子梨地方品种为材
料,比较了野生山梨与地方秋子梨品种间差异,研究了我国野生山梨的光合特征以及光合特
性相关指标间的关系,建立了山梨光合及瞬时水分利用特征的线性回归方程.结果表明: 地方
品种叶片形态特征指标、叶绿素含量、光合特征指标都显著低于野生品种平均值,且低于大部
分野生品种的测定值;山梨叶片的比叶面积、叶干物质含量、胞间 CO2浓度的变异系数较低,
其他 8项指标变异系数为 0.12~0.41,表现出较高的多样性水平,可见我国野生山梨资源光合
特征差异明显;光合特性指标与叶绿素组成(Chl a / b)、叶干物质含量呈显著相关;光合速率
与胞间 CO2浓度、蒸腾速率、气孔导度呈显著的指数曲线关系,山梨光合速率主要受气孔限制
的影响.‘锦州山梨’具有高光合特性,可作为山梨资源光合特征研究利用的良好材料.
关键词  山梨; 叶片形态特征; 叶绿素; 光合特征
文章编号  1001-9332(2015)05-1327-08  中图分类号  S511  文献标识码  A
Leaf morphology and photosynthetic characteristics of wild Ussurian pear in China. DONG
Xing⁃guang, CAO Yu⁃fen, TIAN Lu⁃ming, WANG Kun, ZHANG Ying, QI Dan (Research Insti⁃
tute of Pomology, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Ministry of Agriculture Key Laboratory
of Horticulture Crops Germplasm Resources Utilization, Xingcheng 125100, Liaoning, China ) .
⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26(5): 1327-1334.
Abstract: The wild Ussurian pear was the most important wild pear resource in northern China, be⁃
longing to the most hardiness species. Taking 48 accessions of wild Ussurian pear and 2 accessions
of cultivated Ussurian pear as test materials, this paper studied the morphology of leaves, chloro⁃
phyll content, and photosynthetic characteristics. We compared the difference between the wild and
cultivated Ussurian pear, analyzed the photosynthetic characteristics of wild Ussurian pear, clarified
the interrelationships between the indices, and established significant linear equations of photosyn⁃
thesis and water⁃related physiological indices. The results showed that the leaf morphological index,
chlorophyll content and photosynthetic indices for cultivated Ussurian pear were significantly lower
than their average values for wild Ussurian pear. The specific leaf area (SLA), leaf dry matter con⁃
tent (LDMC), and intercellular CO2 concentration had low coefficients of variation, and the other 8
indices had variation coefficient indices between 0.12-0.41. So, the level of diversity was high, in⁃
dicating obvious difference in photosynthetic characteristic of wild pear resources in China. The pho⁃
tosynthetic indices were significantly correlated with chlorophyll composition (Chl a / b) and LDMC.
The photosynthetic rate had significant exponential correlation with the intercellular CO2 concentra⁃
tion, transpiration rate, and stomatal conductance. The photosynthetic rate was mainly affected by
stomatal limitation. The wild variety ‘Jinzhoushanli’ was selected as high photosynthetic genetic re⁃
source.
Key words: wild Ussurian pear; leaf morphological characteristics; chlorophyll; photosynthetic
characters.
∗国家自然科学基金项目(31272128)和公益性行业(农业)科研专项(201003021)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: yfcaas@ 263.net
2014⁃07⁃10收稿,2015⁃03⁃05接受.
应 用 生 态 学 报  2015年 5月  第 26卷  第 5期                                                         
Chinese Journal of Applied Ecology, May 2015, 26(5): 1327-1334
    梨属起源于第三纪中国西部或西南山区,包括
22个原生种[1],其中大部分为野生种.我国是世界 3
大梨属植物多样性中心之一,种质资源十分丰富.目
前,杜梨(Pyrus betuleafolia)、豆梨(P. calleryana)、
砂梨(P. pyrifolia)、褐梨(P. phaeocarpa)、木梨(P.
xerophila)、秋子梨(P. ussuriensis)和滇梨(P. pseud⁃
opashia)等原产我国的野生种仍然有广泛的分布.山
梨生长在我国东北、西北及华北地区,属于秋子梨野
生种,通常沿山区河谷地带分布,树体高大,树龄长
且极其抗寒,可耐-52 ~ -45 ℃低温,是我国北方地
区最为重要的梨野生资源.
东北地区是我国重要的特色秋子梨产区,有超
过 150个栽培品种,果实主要为圆形或扁圆形,花萼
宿存,肉粗,果肉石细胞含量高,后熟食用,风味浓
郁.其中,‘南果’、‘京白’、‘花盖’、‘安梨’等都是
特色鲜明的栽培品种,具有重要的经济和生产价值.
秋子梨栽培品种来源于秋子梨野生种,经过长期自
然进化和人工选择发展为现在的品种.
目前,山梨在东北地区主要被用作梨砧木,其生
态及生产利用价值远未得到开发.由于长期处于野
生状态,山梨对于环境具有极强的适应性,抗寒、抗
病、抗旱等抗逆性普遍强于栽培秋子梨,而且其物候
期、产量等生物学特性,以及器官形态、植株矮化程
度等植物学特性多样性非常丰富.本研究组对野生
山梨品种及秋子梨栽培品种分子遗传多样性研究发
现,二者亲缘关系很近,但山梨品种多样性水平显著
高于栽培品种[2] .充分掌握果树种质资源的生理基
础是研究和利用的前提, 而光合生理是果树重要的
生理特征之一,是影响产量、果实品质以及环境适应
性的重要因素[3-5],作物上光合特性研究多集中在
栽培品种逆境生理方面[6-8] .目前,针对山梨资源的
基础研究较少,光合特性研究尚未见报道.本研究组
在 2006—2009年连续 4年开展黑龙江、吉林、山西、
河北等北方省份的野生资源考察工作,对形态学差
异较大的山梨资源进行了收集,本研究以收集保存
的山梨资源为材料,以秋子梨地方品种为对照,开展
了山梨的光合特征研究,为我国秋子梨资源的分类
及多样性研究、逆境生理研究、新品种改良研究提供
科学依据,为山梨资源异地保护及潜在的生态利用
价值开发提供参考.
1  材料与方法
1􀆰 1  试验区概况
试验材料以中国农业科学院果树研究所国家果
树种质兴城梨、苹果圃保存的 48份山梨资源(表 1)
和 2份秋子梨地方品种为材料.资源圃地处渤海湾
区域(40°16′—40°48′ N,120°6′—120°48′ E),年平
均气温 9.0 ℃,8月平均气温 23.3 ℃,1 月平均气温
-5. 5 ℃,> 10 ℃积温 3497. 2 ℃,年降水量 599. 8
mm,年日照量 2800 h,年日照率 63%,无霜期 168 d.
试验区果树于 2008—2010 年定植,疏散分层形,定
植株行距 3 m×4 m,南北行向.
1􀆰 2  测定方法
试验于 2014年 6月下旬进行,所有指标均选取
正常生长的向阳发育枝,由上向下数第 4~6 片成熟
完好叶片,每份资源选择 3株.将采集叶片置于两片
湿润的纱布之间, 放入自封袋, 储藏于采样箱内
(底部有冰袋, 温度<5 ℃),叶绿素及叶片形态特征
各测定 10个叶片.
1􀆰 2􀆰 1比叶面积(SLA)和叶干物质含量(LDMC)测
定  采用 Li⁃3000A叶面积仪测定叶片面积,剪去叶
柄,将叶片放入水中,在 5 ℃的黑暗环境中储藏 24
h.取出后迅速用吸水纸粘去叶片表面的水分, 测饱
和鲜质量.将叶片放入 60 ℃烘箱内烘干 24 h,测干
质量.比叶面积=叶片面积(cm2) /叶片干质量(g),
叶干物质含量 =叶片干质量( g) /叶片饱和鲜质量
(g).
1􀆰 2􀆰 2叶绿素含量测定  将叶片剪碎混匀,每品种 3
个重复,称取 0.1 g,置于 20 mL 乙醇 ∶ 丙酮(1 ∶ 1)
混合液中浸提,采用 Thermo Genesys 10 紫外可见分
光光度计测定 663 和 645 nm 波长吸光度值.叶绿素
a(Chl a) = 12.21A663 -2.81A645,叶绿素 b(Chl b) =
20.13A645-5.03A663,叶绿素 a / b(Chl a / b)= Ca / Cb .
1􀆰 2􀆰 3光合特征测定  在无风晴天 9:00—11:00 用
CIRAS⁃2便携式光合作用测定系统测定净光合速率
(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间 CO2浓度
(C i) , 按公式 WUE=Pn / Tr计算瞬时水分利用效率.
测定时设定系统内气流速度为 420 μmol·s-1,采
用专用内置红光源,光照强度设定为 1200 μmol·
m-2·s-1光量子.每一单株测量向阳面 3条当年生枝
条, 取平均值.
1􀆰 3  数据处理
利用 SPSS 19.0软件进行数据相关性分析和线
性回归分析(α= 0.05).采用 Excel 2003软件作图.
2  结果与分析
2􀆰 1  叶片形态特征
山梨品种间比叶面积( SLA) 、叶干物质含量
8231 应  用  生  态  学  报                                      26卷
表 1  供试山梨与秋子梨地方品种材料
Table 1  Tested wild and cultivated Pyrus ussuriensis materials
编号
No.
品种
Name
类型
Type
原产地
Origin
编号
No.
品种
Name
类型
Type
原产地
Origin
1 孙吴山梨 2号
Sunwu⁃2
野生资源
Wild
黑龙江孙吴
Sunwu, Heilongjiang
26 西林山梨 5号
Xilin⁃5
野生资源
Wild
黑龙江西林
Xilin, Heilongjiang
2 绥棱山梨 3号
Suileng⁃3
野生资源
Wild
黑龙江绥棱
Suileng, Heilongjiang
27 东宁山梨 2号
Dongning⁃2
野生资源
Wild
黑龙江东宁
Dongning, Heilongjiang
3 绥棱山梨 2号
Suileng⁃2
野生资源
Wild
黑龙江绥棱
Suileng, Heilongjiang
28 无刺山梨
Wucishanli
野生资源
Wild
黑龙江牡丹江
Mudanjiang, Heilongjiang
4 新宾山梨 1号
Xinbin⁃1
野生资源
Wild
吉林新宾
Xinbin, Jilin
29 五常山梨 2号
Wuchang⁃2
野生资源
Wild
黑龙江五常
Wuchang, Heilongjiang
5 哈园所山梨 1号
Hayuansuo⁃1
野生资源
Wild
黑龙江哈尔滨
Haerbin, Heilongjiang
30 哈园所山梨 2号
Hayuansuo⁃2
野生资源
Wild
黑龙江哈尔滨
Haerbin, Heilongjiang
6 孙吴山梨 8号
Sunwu⁃8
野生资源
Wild
黑龙江孙吴
Sunwu, Heilongjiang
31 锦州山梨
Jinzhoushanli
野生资源
Wild
辽宁锦州
Jinzhou, Liaoning
7 安图山梨 2号
Antu⁃2
野生资源
Wild
吉林安图
Antu, Jilin
32 三块石山梨
Sankuaishishanli
野生资源
Wild
河北张家口
Zhangjiakou, Hebei
8 永吉山梨 1号
Yongji⁃1
野生资源
Wild
吉林永吉
Yongji, Jilin
33 新宾山梨 2号
Xinbin⁃2
野生资源
Wild
吉林新宾
Xinbin, Jilin
9 新宾山梨 3号
Xinbin⁃3
野生资源
Wild
吉林新宾
Xinbin, Jilin
34 绥棱山梨 4号
Suileng⁃4
野生资源
Wild
黑龙江绥棱
Suileng, Heilongjiang
10 宽甸山梨 1号
Kuandian⁃1
野生资源
Wild
辽宁宽甸
Kuandian, Liaoning
35 安图山梨 1号
Antu⁃1
野生资源
Wild
吉林安图
Antu, Jin
11 孙吴山梨 4号
Sunwu⁃4
野生资源
Wild
黑龙江孙吴
Sunwu, Heilongjiang
36 早熟山梨
Zaoshushanli
野生资源
Wild
黑龙江牡丹江
Mudanjiang, Heilongjiang
12 孙吴山梨 9号
Sunwu⁃9
野生资源
Wild
黑龙江孙吴
Sunwu, Heilongjiang
37 海林山梨 1号
Hailin⁃1
野生资源
Wild
黑龙江海林
Hailin, Heilongjiang
13 孙吴山梨 6号
Sunwu⁃6
野生资源
Wild
黑龙江孙吴
Sunwu, Heilongjiang
38 西林山梨 1号
Xillin⁃1
野生资源
Wild
黑龙江西林
Xilin, Heilongjiang
14 宁安山梨 1号
Ningan⁃1
野生资源
Wild
黑龙江宁安
Anning, Heilongjiang
39 绥棱山梨 1号
Suileng⁃1
野生资源
Wild
黑龙江绥棱
Suileng, Heilongjiang
15 安图山梨 4号
Antu⁃4
野生资源
Wild
吉林安图
Antu, Jilin
40 宁安山梨 3号
Ningan⁃3
野生资源
Wild
黑龙江宁安
Ningan, Heilongjiang
16 东宁山梨 3号
Dongning⁃3
野生资源
Wild
黑龙江东宁
Dongning, Heilongjiang
41 黄土坡山梨 3号
Huangtupo⁃3
野生资源
Wild
山西沁源
Qinyuan, Shanxi
17 西林山梨 3号
Xilin⁃3
野生资源
Wild
黑龙江西林
Xilin, Heilongjiang
42 灵空山梨 1号
Lingkong⁃1
野生资源
Wild
山西沁源
Qinyuan, Shanxi
18 孙吴山梨 5号
Sunwu⁃5
野生资源
Wild
黑龙江孙吴
Sunwu, Heilongjiang
43 黄土坡山梨
Huangtuposhanli
野生资源
Wild
山西沁源
Qinyuan, Shanxi
19 宁安山梨 2号
Ningan⁃2
野生资源
Wild
黑龙江宁安
Ningan, Heilongjiang
44 车鸣峪山梨 7号
Chemingyu⁃7
野生资源
Wild
山西吕梁
Lyuliang, Shanxi
20 西林山梨 2号
Xilin⁃2
野生资源
Wild
黑龙江西林
Xilin, Heilongjiang
45 吴家庄山梨 1号
Wujiazhuang⁃1
野生资源
Wild
山西吕梁
Lyuliang, Shanxi
21 孙吴山梨 3号
Sunwu⁃3
野生资源
Wild
黑龙江孙吴
Sunwu, Heilongjiang
46 胜山山梨
Shengshanshanli
野生资源
Wild
黑龙江孙吴
Sunwu, Heilongjiang
22 孙吴山梨 7号
Sunwu⁃7
野生资源
Wild
黑龙江孙吴
Sunwu, Heilongjiang
47 矮山梨
Aishanli
野生资源
Wild
黑龙江牡丹江
Mudanjiang, Heilongjiang
23 东宁山梨 1号
Dongning⁃1
野生资源
Wild
黑龙江东宁
Dongning, Heilongjiang
48 多刺山梨
Duocishanli
野生资源
Wild
黑龙江牡丹江
Mudanjiang, Heilongjiang
24 谷咀山梨 1号
Guju⁃1
野生资源
Wild
河北张家口
Zhangjiakou, Hebei
49 安梨
Anli
栽培品种
Cultivar
河北
Hebei
25 无刺山梨 2号
Wuci⁃2
野生资源
Wild
黑龙江牡丹江
Mudanjiang, Heilongjiang
50 延边龙井
Yanbianlongjin
栽培品种
Cultivar
吉林延边
Yanbian, Jilin
(LDMC)差异较小,变异系数均为 0.07,2 个秋子梨
地方品种值均略高于野生品种平均值.山梨品种比
叶面积(SLA)为 85.82 ~ 119.85 cm2·g-1,平均值为
98.58 cm2·g-1,最小和最大的品种分别为‘新宾山
梨 1号’和‘绥棱山梨 4 号’.地方品种‘安梨’、‘延
边龙井’ 的比叶面积分别为 101. 99 和 105􀆰 19
cm2·g-1,分别大于 72.9%和 87.5%的野生品种.山
梨品种叶干物质含量为 0.30 ~ 0.41 g·g-1,平均值
0􀆰 35 g·g-1,最小和最大的品种分别为‘西林山梨 3
号’和‘安图山梨 1 号’.‘安梨’和‘延边龙井’的比
叶面积(SLA)分别为 0.36 和 0.37 g·g-1,分别大于
75.0%和 77.1%的野生品种.
2􀆰 2  叶片光合生理特性
2􀆰 2􀆰 1叶绿素含量特征  山梨品种间叶绿素指标变
异幅度均较大,与地方品种相比叶绿素 a、叶绿素 b、
总叶绿素浓度差异较大,2个秋子梨地方品种值均
92315期                              董星光等: 中国野生山梨叶片形态及光合特性           
图 1  野生品种和栽培品种测定指标分布
Fig.1  Distribution of measured indices of wild and cultivated pear.
1~48号为山梨品种,49、50号分别为安梨、延边龙井,51号为山梨品种平均值 Number 1~48 were for the wild species, 49 and 50 were for Anli and
Yanbianlongjing, and 51 was for the average value of wild varieties.
显著低于野生品种平均值,叶绿素 a / b 差异较小.山
梨品种叶绿素 a 为 9.52 ~ 18.23 mg·L-1,平均值为
13.92 mg·L-1,变异系数为 0.15,最小和最大的品种
分别为‘新宾山梨 2号’和‘绥棱山梨 2 号’.地方品
种‘安梨’和‘延边龙井’叶绿素 a 含量分别为 12.68
和 10.92 mg·L-1,分别低于 75.0%和 83.3%的野
生品种.山梨品种叶绿素 b 含量为 1. 75 ~ 4􀆰 49
mg·L-1,平均值为 3.01 mg·L-1,变异系数为 0.20.
‘安梨’和‘延边龙井’叶绿素 b 含量分别为 2.81 和
2.16 mg·L-1,分别低于 60. 4%和 89. 6%的野生
品种.山梨品种总叶绿素含量为 11. 64 ~ 22􀆰 72
mg·L-1,平均值为 16.93 mg·L-1,变异系数为 0.15.
‘安梨’和‘延边龙井’总叶绿素浓度分别为 15.49
和 13􀆰 08 mg·L-1,低于 70.8%和 90.8%的野生品种.
叶绿素 b、总叶绿素浓度的最小值和最大值均分别
为‘锦州山梨’和‘绥棱山梨 2 号’.山梨品种叶绿素
a / b为 2.20~5.64,平均值为 4.71,变异系数为 0.12.
叶绿素 a / b值最小和最大的品种分别为‘新宾山梨
2号’和‘锦州山梨’.
2􀆰 2􀆰 2光合速率、蒸腾速率和瞬时水分利用效率  
山梨品种间光合速率、蒸腾速率和瞬时水分利用效
率变异幅度均较大,变异系数为 0.14 ~ 0.22,与 2 个
0331 应  用  生  态  学  报                                      26卷
地方品种相比有较大差异.山梨品种光合速率为
6􀆰 18~25.88 μmol CO2·m
-2·s-1,平均值为 19.19
μmol CO2·m
-2·s-1,最小和最大的品种分别为‘多
刺山梨’和‘锦州山梨’.地方品种‘安梨’和‘延边龙
井’的光合速率分别为 5.58 和 11.35 μmol CO2·
m-2·s-1 .山梨品种蒸腾速率为 1. 50 ~ 6. 03 mmol
H2O·m
-2·s-1,平均值为 4. 36 mmol H2O·m
-2·
s-1,最小和最大的品种分别为‘多刺山梨’和‘安图
山梨 4号’.‘安梨’和‘延边龙井’的蒸腾速率分别
为 1.98和 2.73 mmol H2O·m
-2·s-1 .山梨品种瞬时
水分利用效率为 3.11~5.75 mg·g-1,平均值为 4􀆰 46
mg·g-1,最小和最大的分别为‘吴家庄山梨 1号’和
‘锦州山梨’.‘安梨’和‘延边龙井’的瞬时水分利用
效率分别为 2.61和 4.14 mg·g-1 .‘安梨’光合速率、
瞬时水分利用效率均低于所有的野生品种,蒸腾速
率低于 97􀆰 9%野生品种;‘延边龙井’光合速率和蒸
腾速率均低于 95.8%野生梨品种,瞬时水分利用效
率低于 68.8%野生品种.可见,野生秋子梨资源光合
能力及水分利用能力远高于栽培品种,‘锦州山梨’
光合速率和水分利用效率最高,是光合利用研究的
优良材料.
2􀆰 2􀆰 3气孔导度和胞间 CO2浓度  山梨品种间气孔
导度变异幅度最大,变异系数达 0.41,胞间 CO2浓度
变异最小,变异系数为 0.08.与地方品种相比,气孔
导度差异较大,胞间 CO2浓度差异较小.山梨品种气
孔导度为 96.80 ~ 1249.50 mmol H2O·m
-2·s-1,平
均值为 635.02 mmol H2O·m
-2·s-1,最小和最大值
分别为‘多刺山梨’和‘东宁山梨 2 号’.地方品种
‘安梨’和‘延边龙井’气孔导度分别为 120. 75 和
255.00 mmol H2 O·m
-2 ·s-1,分别低于 91􀆰 7%和
97􀆰 7%野生品种.山梨品种胞间 CO2浓度为 210.20 ~
323.50 μmol CO2·mol
-1,平均值 266.45 μmol CO2·
mol-1 .最小和最大的品种分别为‘多刺山梨’和‘锦
州山梨’. ‘安梨’和 ‘延边龙井’胞间 CO2浓度为
252.00和 283.50 μmol CO2·mol
-1,与野生品种无显
著差异.
2􀆰 3  光合指标相互关系及回归分析
2􀆰 3􀆰 1光合速率与叶片形态特征、叶绿素含量相关
分析  从表 2可见,山梨品种光合速率与叶干物质
含量(LDMC)呈显著负相关,即叶干物质含量越低
的品种光合速率越高.叶干物质含量是反映植物生
态行为差异的叶片特征,其大小主要取决于叶片组
织密度,且呈负相关.因此,叶片结构特性是影响光
合速率的重要因素,山梨品种叶片组织密度越大,光
合速率越高.叶绿素 a 与叶绿素 b、总叶绿素浓度呈
显著正相关;叶绿素 b与叶绿素 a / b呈显著负相关,
与总叶绿素浓度呈显著正相关;光合速率与叶绿素
a / b呈显著正相关,即山梨光合速率受叶片色素组
成和比例的影响.因此,叶绿素组成也可作为反映山
梨品种间光合特征的重要指标.
2􀆰 3􀆰 2光合及瞬时水分利用特征回归分析  从图 2
可见,一元线性回归分析显示,光合速率(y1)与胞间
CO2浓度(x1)、蒸腾速率(x2)、气孔导度(x3)呈显著
指数关系,光合速率随胞间 CO2浓度、蒸腾速率、气
孔导度的增大而增大.利用逐步回归法建立光合速
率的显著三元线性回归方程:y1 = -9.389+0.073x1 +
1.802x2+0.002x3,决定系数 R2 = 0.77,高于光合速率
3 个一元线性回归方程的决定系数.山梨气孔导度
与胞间 CO2浓度、蒸腾速率呈显著正相关,相关性系
数分别为 0.69、0.82,即气孔导度越大,胞间 CO2浓
度和蒸腾速率越大.综上所述,山梨品种气孔导度升
高,引起胞间 CO2浓度和蒸腾速率升高,光合速率随
之升高,气孔是引起品种间光合速率差异的限制因
素.瞬时水分利用效率与蒸腾速率呈显著二次曲线
关系,当蒸腾速率<3.59 mmol H2O·m
-2·s-1时,瞬
时水分利用效率随着蒸腾速率的增大逐渐增大,当
蒸腾速率>3.59 mmol H2O·m
-2·s-1时,瞬时水分
利用效率随着蒸腾速率的增大逐渐减小,当蒸腾速
表 2  光合相关指标相关系数
Table 2  Correlation coefficients of the photosynthetic indices
SLA LDMC Chl a Chl b Chl a / b Chl (a+b)
LDMC -0.218
Chl a 0.134 -0.210
Chl b 0.285∗ -0.146 0.715∗∗
Chl a / b -0.268 -0.008 -0.106 -0.755∗∗
Chl (a+b) 0.179 -0.206 0.985∗∗ 0.823∗∗ -0.270
Pn -0.204 -0.434∗∗ 0.027 -0.169 0.300∗ -0.019
∗P<0.05; ∗∗P<0.01.
13315期                              董星光等: 中国野生山梨叶片形态及光合特性           
图 2  野生山梨品种光合特性指标间曲线回归分布
Fig.2  Regression curve distribution between photosynthetic characteristics of wild pear species.
率为 3.59 mmol H2O·m
-2·s-1时,光合速率达到曲
线拟合预测最大值.可见,山梨品种水分利用效率差
异与蒸腾速率有密切关系,高于阀值时蒸腾越强水
分利用率越高,低于阀值蒸腾越强水分利用率越低.
3  讨    论
光合作用是果树最重要的功能活动,不同的种
间或是品种间存在广泛的差异.山梨是我国北方地
区的主要果树资源,分布范围广,数量多,耐寒性极
强.目前,对于该资源研究主要集中在解剖学特性、
形态学特性、生理特性、系统起源演化等方面[9-11],
对于光合特征研究未见报道.本研究中,我国野生秋
子梨除比叶面积、叶干物质含量、胞间 CO2浓度 3 项
指标的变异系数较低外,其他 8 项指标的变异系数
为 0.12~ 0.41,表现出较高的多样性水平,表明我国
野生山梨资源光合特征差异明显,多样性丰富.地方
品种的比叶面积,叶干物质含量,以及叶绿素 a、叶
绿素 b、总叶绿素浓度均低于野生品种平均值,且低
于大部分野生品种的测定值.光合速率、蒸腾速率和
瞬时水分利用效率也显著低于野生品种,可见野生
秋子梨资源光合能力及水分利用能力远高于秋子梨
地方品种.
叶片是光合作用的场所,其生理特性及结构特
征都与光合速率密切相关.比叶面积是植物比较生
态学和生理生态学研究的重要指标,体现了植物获
得资源的能力.较低比叶面积的叶片将干物质多用
于构建保卫结构、叶肉细胞密度和叶片厚度,能够容
纳更多的叶绿体,这有助于防止叶片过度失水和提
高叶片的光合能力[12-14] .叶干物质含量是反映植物
生态适应性差异的又一叶片特征,同样可以反映植
物获取资源的能力,研究表明比叶面积大的植物通
常叶干物质含量小[15] .比叶面积和叶干物质含量的
大小主要取决于叶片组织密度和叶片厚度,反映了
叶片的结构特征[16] .本研究表明,比叶面积和叶干
物质含量值在秋子梨地方品种中高于野生品种平均
值,且比叶面积值最小的安梨也高于 72.9%的野生
品种,与光合特性呈一定的负相关性.相关分析显
示,叶干物质含量与光合速率呈显著负相关,光合速
率随叶干物质含量的升高而降低,表明代表叶片结
构特征的叶干物质含量可反映品种光合能力特征.
在植物的光合作用中,叶绿素直接参与光能的吸收、
传递、分配和转化等过程,其含量直接影响着光合作
用速率,是反映光合强度的重要指标[17-19] .本研究
显示秋子梨地方品种安梨和延边龙井的叶绿素 a、b
及总叶绿素浓度的含量值均显著低于野生品种平均
值.有研究认为,不同比例的叶绿素 a 与 b 比例可以
改变叶绿体还原 2,6⁃二氯酚靛酚的能力[20],从而影
响光合速率.本研究中,山梨品种叶片色素组成和比
例与光合速率呈显著正相关,叶绿素 a / b 值高的山
梨资源具有更强的光合能力.
2331 应  用  生  态  学  报                                      26卷
气孔是植物叶片同外界进行物质交换的通道,
Gs表示植物叶片表面气孔的张开程度,而 CO2是植
物光合作用的原料和底物,Gs、C i对植物的光合作
用、呼吸作用及蒸腾作用具有明显影响.逆境胁迫研
究认为,导致光合作用下降的因子包括气孔限制和
非气孔限制,C i值的大小及变化趋势是判断光合作
用气孔限制与非气孔限制的依据[21] .当叶片 Pn降低
伴随着 Gs下降、C i的降低,则 Pn降低主要受气孔限
制的影响[22-23] .野生山梨资源光合特征显示,光合
速率与胞间 CO2浓度、蒸腾速率、气孔导度呈显著的
指数关系,光合速率随胞间 CO2浓度、蒸腾速率、气
孔导度的增大而增强,且气孔导度与胞间 CO2浓度
呈显著正相关,表明野生山梨气孔导度改变引起胞
间 CO2浓度改变,进而引起光合速率改变,即气孔因
素是野山梨品种间光合速率的差异限制因素[24] .瞬
时水分利用效率与蒸腾速率呈显著二次曲线关系,
当蒸腾速率低于阀值时水分利用率随着蒸腾速率升
高而升高,高于阀值时水分利用率随着蒸腾速率的
升高而降低,Tr在一定范围内的增加能使叶片保持
较为适宜的温度,有利于光合产物的积累,但过高的
Tr会增加植株体内水分的无效散失,从而降低水分
利用效率[25] .
综上所述,我国山梨资源光合特征遗传多样性
丰富,光合及水分利用率显著强于秋子梨地方品种;
代表叶片结构特征的叶干物质含量、叶绿素含量及
组成与光合能力关系密切;气孔导度越大,蒸腾速率
越快,光合速率随着气孔导度的增加而增加,气孔是
野生山梨光合能力差异的限制因素;另外,通过对
48份山梨资源评价筛选,‘锦州山梨’叶绿素 b 值最
低,叶绿素 a / b 值最高,胞间 CO2浓度最高,光合速
率最高,是光合特性研究及利用的良好材料.
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作者简介  董星光,男,1981年生,硕士研究生. 主要从事果
树种质资源研究. E⁃mail: dongxingguangde@ 126.com
责任编辑  孙  菊
4331 应  用  生  态  学  报                                      26卷