全 文 ：第 32卷 第 2期
2008年 3月
南京林业大学学报(自然科学版)
JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalSciencesEdition)
Vol.32, No.2
Mar., 2008
枫杨 、悬铃木和女贞光合特性的比较
梁淑英 ,胡海波＊ ,夏尚光
(南京林业大学 ,江苏省林业生态工程重点实验室 ,江苏 南京 210037)
摘要:使用 Li-6400光合测定系统研究了枫杨 、悬铃木和女贞的光合特性 ,结果表明:枫杨 、悬铃木和女贞净光
合速率的日变化在生长初期和末期为单峰曲线 ,但峰值的大小和出现的时间不同 , 生长盛期是双峰曲线。不同
的植物及同一植物在不同的生长时期其光响应曲线特征参数也不同。影响净光合速率的环境因子随生长时期
的变化也在不断变化。
关键词:光合特征;环境因子;枫杨;悬铃木;女贞
中图分类号:S718 文献标识码:A 文章编号:1000-2006(2008)02-0135-04
ComparisonofphotosyntheticcharacteristicsamongPterocaryastenoptera,
PlatanusacerifoliaandLigustrumlucidum
LIANGShu-ying, HUHai-bo＊ , XIAShang-guang
(NanjingForestryUniversity, KeyLaboratoryofForestryEcologicalEngineeringJiangsuProvince, Nanjing210037, China)
Abstract:ThephotosyntheticcharacteristicsofleavesinPterocaryastenoptera, PlatanusacerifoliaandLigustrum
lucidumweresystematicalystudiedusingtheLi-6400 portablephotosynthesissysteminthispaper.Theresultsshowed
thatthedailycourseofnetphotosyntheticrate(Pn)inearlygrowingseasonandlategrowingseasonamongthreetrees
wassinglepeaked, butitwasdoublepeakedduringfastgrowingseason.Butitwasdifferentintimeandmagnitude.
Photosyntheticcharacteristicparametersforlightresponsecurvesfordiferentgrowthperiodanddiferenttreeswere
diferent.Environmentatfactorswhichaffectednetphotosynthesiswerecontinuouslychangingatgrowthperiod.
Keywords:Photosynthetic;Environmentfactor;Pterocaryastenoptera;Platanusacerifolia;Ligustrumlucidum
收稿日期:2006-12-18 修回日期:2007-06-14
基金项目:国家林业局重点项目(2003-1)
作者简介:梁淑英(1967—),女 ,博士生。 ＊通讯作者:胡海波 ,男 ,教授 ,主要研究方向为水土保持与荒漠化防治 , huhb2000@yahoo.
com.cn。
引文格式:梁淑英,胡海波,夏尚光.枫杨 、悬铃木和女贞光合特性的比较[ J] .南京林业大学学报:自然科学版 , 2008, 32(2):135-138.
光合作用是树木重要的生理过程 ,它的强弱取决于树木的遗传特性和环境条件 ,由于外界环境因素
的不断变化和植物内部发育节律的调控 ,植物的光合生理特性也在不断变化。我国一些学者对树木光
合作用的种间[ 1-3]和种内 [ 4]的变异 、净光合速率的日变化 [ 5-8] 、季节变化 [ 6, 9] ,以及光合作用与光 [ 6] 、温
度 [ 10] 、CO2浓度[ 8, 11-12]等的关系进行了研究。但对枫杨 、悬铃木和女贞的光合特性研究得较少 ,通过对
这 3种树木光合特性的研究 ,以期为城市绿化树种的选择 、配置和栽培管理及为相关区域构建高效稳定
的城市森林生态体系提供依据 。
1 材料与方法
1.1 供试材料
根据南京市的地理气候特点及树种的多样性和代表性 ,选择了 3种常见绿化树种 ,其中包括枫杨
(Pterocaryastenoptera)、悬铃木(Platanusacerifolia)、女贞(Ligustrumlucidum)。这 3种供试树木均为散
生木 ,位于南京林业大学校园内 ,枫杨胸径为 11cm, 冠幅 5.8m,其南面 3m处有一株比它略高的朴树 ,
离它 20m处有一栋 6层高的楼 ,其西面 35m有一高大建筑物 。悬铃木胸径 59cm, 冠幅 20m,西面 30m
处有一高大建筑物 ,西北面 10m为几株高 20m的水杉 。女贞胸径为 11.5cm, 冠幅 4.4m,其南面 2m
处有一株朴树高 13m,北面 1m处有 2棵 15m高的喜树。
1.2 测定方法
采用 Li-6400便携式光合测定系统进行活体测定 ,分别在 4、6、9、10月中下旬选择有代表性的晴
天测定一个日进程 ,光合作用的日平均值代表该月的光合作用 [ 6, 8] 。测定时选取树木中下部向南生长
的枝条上叶片 ,从早上 7:30到 17:30每隔 2h测 1次 ,每处理重复 3 ～ 5次。在 0 ～ 2 000μmol/(m2·s)
范围内 , 将光合有效辐射设定若干梯度作光合作用的光响应曲线 。测定指标:净光合速率(Pn, μmol/
(m2·s))、气孔导度(Cond, mol/(m2·s))、胞间 CO2浓度(Ci, μmol/mol)、蒸腾速率(Tr, mmol/(m2·s))、
叶面水气压亏缺(Vpal, kPa)、空气温度(Ta, ℃)、叶面温度(Tl, ℃)、空气相对湿度(RHr, %)、叶室相对
湿度(RHs, %)、光合有效辐射(PAR, μmol/(m2·s))等 。
2 结果与分析
2.1 净光合速率的日变化
对某一植物来说 ,其光合作用日变化并不遵循一种固定不变的模式 ,它是随着气候条件 、生长环境
及生育期的不同而呈现出多种变化的 。枫杨 、悬铃木和女贞在 4、6、9、10月份的净光合速率的日变化见
图 1。从图 1可看出 ,这 3种树木净光合速率的日变化规律在生长初期和生长末期为单峰曲线 ,生长盛
期为双峰曲线。但在相同的时期净光合速率又有所不同 ,在 4月份 ,枫杨 、悬铃木和女贞的峰值都出现
在 11:30。
在 6月份 , 3种树木净光合速率的日均值相差较小 ,日进程都为双峰曲线 ,有明显的 “午休 ”现象 ,双
峰曲线的低谷都出现在 13:30 ,第 2个峰值都出现在 15:30,第 1个峰值比第 2个峰值高。这说明 3个
树种都不同程度地受到了光抑制 , 其原因可能是由于中午强烈的太阳辐射引起气温的升高和空气湿度
的下降 , 造成水分代谢失调 , 从而造成气孔缩小 , 气孔阻力增加 , 同时持续高温抑制了参与光合过程
的酶的活性 , 进而导致叶片羧化效率的降低 ,使净光合速率锐减 。但这 3条曲线也有所不同 ,即第 1个
峰值出现的时间不一样 ,女贞和悬铃木的峰值出现在 9:30,枫杨的峰值出现在 11:30。 Pn的峰 、谷值发
生的时间各不相同 , 反映出不同树木的光合作用对自然因子特别是光照度日动态的响应存在差异 , 与
它们处在不同的生长发育阶段也有一定关系。
9月份和 10月份 3种树的日变化都为单峰曲线 ,只是峰值出现的时间和日均值不一样 , 9月份峰值
出现在 11:30,日均净光合速率从大到小顺序是枫杨 、悬铃木 、女贞 , 10月份峰值出现在 9:30,日均净光
合速率从大到小顺序是女贞 、悬铃木 、枫杨 。
光合作用易受环境因子影响 ,影响光合作用的生理生态因子在一天之中是变化的 ,光合日进程的差
异是生理生态因子综合作用的结果 [ 13] ,其相应的光合速率日变化曲线的差异反映了植物的内在节律 ,
也体现了各树种对环境的不同适应性 [ 14] 。
图 1 枫杨 、悬铃木 、女贞净光合速率的日变化
Fig.1 DiurnalvariationofnetphotosyntheticrateinP.stenoptera, P.acerifolia, L.lucidum
—◇—枫杨 , — □—悬铃木 , — △—女贞
2.2 净光合速率对光的响应
根据光响应曲线的数学模型 ,分别计算了不同生长时期悬铃木 、枫杨 、女贞叶片的光响应线特征参数 ,
结果见表 1。表 1表明:植物在不同的生长时期有着不同的 LCP、LSP、α,不同季节的差异与其本身的生理活
性如叶绿素含量 、酶活性等有关 , LCP除女贞在生长末期变化较大外 ,其他变化都很小 , LSP以生长中期为最
高 ,生长初期和末期较小 , 3种树木的 α从生长初期到生长末期均呈降低趋势 ,说明这 3种树木的叶片在生
长初期对弱光的利用率都较高 ,随着植物的生长 ,对弱光的利用率逐渐降低 ,对强光的利用率逐渐增强 。
136 南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版) 第 32卷
表 1 不同生长时期悬铃木 、枫杨 、女贞叶片的光响应曲线特
征参数
Table1 Photosyntheticcharacteristicparametersforlight
responsecurvesfordifferentgrowthperiodinP.
stenoptera, P.acerifolia, L.lucidum
生长
时期
Period
树种
Tree
光响应曲线特征参数
Parameters
Pmax α C0 LCP LSP 相关系数
初期
悬铃木 12.87 0.044 1 1.090 25.15 1 369.05 0.961 8
枫杨 11.01 0.034 1.079 24.62 1 515.88 0.980 6
女贞 11.03 0.030 3 1.093 4 32.50 1 708.91 0.983 3
中期
悬铃木 18.60 0.057 6 1.081 5 25.31 1 512.79 0.999 8
枫杨 16.21 0.047 1.067 22.37 1 611.0 0.993 9
女贞 15.88 0.041 5 1.093 0 34.04 1 796.63 0.989 1
末期
悬铃木 13.54 0.049 3 1.085 7 22.58 1 287.16 0.998 7
枫杨 9.98 0.042 8 1.097 9 21.43 1 078.04 0.982 4
女贞 7.93 0.025 4 1.216 61.01 1 495.76 0.957 4
注:Pmax、LCP、LSP的单位均为 μmol/(m2·s)。
3种树木与银杏的光补偿点 78 μmol/(m2·s),光
饱和点 1 050μmol/(m2·s)相比 [ 15] ,它们的光补
偿点比较低 ,而光饱和点较高 ,说明这 3种树木对
光利用范围较大 。
最大净光合速率(Pmax)为最大光合速率与呼
吸速率的净值 ,是衡量叶片光合潜力的重要指标 ,
试验中 3种树木的 Pmax均为生长盛期最大 ,生长
初期和末期较小 ,说明生长盛期植物的光合能力
最强。
2.3 净光合速率与环境因子的关系
利用主成分分析对净光合速率与环境因子的
关系进行了分析 ,结果见表 2。从表 2中看出相
同时期 ,树种不同 ,影响净光合速率的环境因子也
不同 ,如生长初期对枫杨来说湿度 (RH)、温度
(Ta)、水气压亏缺 (Vpal)是第 1主成分 ,光强
(PAR)、气孔导度(Cond)是第 2主成分;对悬铃木来说温度 、气孔导度 、水气压亏缺 、湿度是第 1主成
分 ,光强 、胞间 CO2浓度(Ci)是第 2主成分;胞间 CO2浓度 、水气压亏缺 、湿度 、温度是女贞的第 1主成
分 ,气孔导度 、光强是第 2主成分 。这表明在生长初期湿度 、温度和水气压亏缺是影响植物净光合作用
的主要因子 ,这可能与生长初期气温较低 、空气干燥有关 。
表 2 不同生长时期树木叶片净光合速率与环境因子关系的主成分分析
Table2 Mainingredientanalysisbetweennetphotosyntheticrateandenvironmentfactorin
P.stenoptera、P.acerifolia、L.lucidum
时期
Period
树种
Tree λ
特征值
Eigen
value
累积
Accumul-
ation
特征向量 Eigenvectors
Cond Ci Vpal Ta RH PAR
主成分
Principalcomponent
生长初期
枫杨
悬铃木
女贞
λ1 3.282 54.692 0.389 -0.201 -0.447 -0.509 0.542 0.238 Ta, RH, Vpal
λ2 2.006 88.12 0.162 -0.602 0.406 0.232 -0.062 0.624 PAR, Cond
λ1 3.448 57.475 0.505 0.206 -0.499 -0.519 0.418 0.095 Ta, Cond, Vpal, RH
λ2 2.012 91.003 0.214 -0.625 0.248 0.076 0.296 0.639 PAR, Ci
λ1 3.500 58.335 -0.356 0.512 0.406 0.394 -0.427 -0.328 Ci, Vpal, RH, Ta
λ2 2.021 92.011 0.525 -0.156 0.429 0.416 -0.241 0.533 Cond, PAR
生长盛期
枫杨
悬铃木
女贞
λ1 3.291 54.844 0.419 0.350 -0.476 -0.428 0.446 -0.305 Vpal, Ta, RH
λ2 1.508 79.979 0.520 -0.008 0.265 0.235 0.456 0.629 PAR, Cond
λ1 2.688 44.794 0.039 0.253 0.600 0.593 -0.178 0.437 Vpal, Ta, PAR
λ2 2.210 81.634 0.635 0.404 0.021 -0.118 0.640 0.102 RH, Vpal
λ1 3.266 54.441 -0.457 -0.016 0.503 0.529 -0.377 0.341 Ta, Vpal, Cond
λ2 1.726 83.203 0.379 0.653 0.201 0.027 0.309 0.542 Ci, PAR
生长末期
枫杨
悬铃木
女贞
λ1 2.963 49.393 0.560 0.373 -0.295 -0.370 0.358 0.441 Cond, PAR
λ2 1.972 82.262 0.026 -0.050 0.568 0.502 0.524 0.384 Vpal, RH, Ta
λ1 3.507 58.456 0.532 0.522 0.124 0.022 0.396 0.522 Cond, PAR, Ci
λ2 2.363 97.834 0.014 0.052 0.623 0.646 -0.429 0.083 Ta, Vpal
λ1 3.121 52.018 0.547 -0.304 -0.058 -0.150 0.561 0.518 RH, Cond, PAR
λ2 2.627 95.796 -0.156 -0.489 0.599 0.577 -0.076 0.194 Vpal, Ta
生长盛期水气压亏缺 、湿度和温度是影响枫杨净光合速率的主要因子 ,影响悬铃木净光合速率的主
要因子为水气压亏缺 、温度和光强 ,温度 、水气压亏缺和气孔导度是影响女贞净光合速率的主要因子。
综合以上结果 ,由于夏季温度较高 ,蒸腾强 ,温度和水气压亏缺是影响植物净光合速率的主导因子 ,温度
直接影响酶的活性 , 对光合作用影响很大。同时 ,夏季叶片光合能力较强 ,光强 、气孔导度 、湿度也是重
要的影响因素。
生长末期气候较适宜植物的生长 ,影响植物净光合作用的主要因子是气孔导度和光强 。
137 第 2期 梁淑英 ,等:枫杨 、悬铃木和女贞光合特性的比较
3 结 论
(1)枫杨 、悬铃木和女贞净光合速率的日变化在生长初期和末期为单峰曲线 , 4月和 9月份的峰值
出现在 11:30, 10月份峰值出现在 9:30。生长盛期为双峰曲线 ,峰谷都出现在 13:30 ,第 2个峰值都出
现在 15:30,第 1个峰值比第 2个峰值高 ,但第 1个峰值出现的时间不一样 ,女贞和悬铃木的峰值出现在
9:30,枫杨的峰值出现在 11:30。
(2)不同的植物及同一植物在不同的生长时期其光响应曲线特征参数也不同。根据光响应曲线特
征参数可知悬铃木 、枫杨和女贞对光利用范围较大 ,在生长初期对弱光的利用率都较高 , 3个树种的
Pmax均为生长盛期最大 ,生长初期和末期较小 ,说明生长盛期植物的光合能力最强 。
(3)随时间的变化 ,影响净光合作用的环境因子也在不断变化。影响植物净光合作用的主要因子
在生长初期是湿度 、温度和水气压亏缺 ,生长盛期为温度和水气压亏缺 ,生长末期是气孔导度和光强 。
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(责任编辑 郑琰燚)
138 南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版) 第 32卷