全 文 ：基金项目 ： 中央级公益性科研院所基本业务费资助项目 （No. ZS055）， 国家自然科学基金 （No. 30860233）， 海南省自然科学基金 (No.
807030， No. 30808)， 海南大学校基金(No. hd09xm68)资助。
第一作者简介： 朱国鹏， 男， 1971 年生， 副研究员， 主要从事： 植物营养学、 园林植物与观赏园艺， E-mail: guopengzhu@163.com
*通讯作者： 宋希强， 男， 1972 年生， 教授， 研究方向： 园林植物与观赏园艺， E-mail: song.strong@163.com
收稿日期： 2010-05-10 修回日期： 2010-05-10
第 31 卷 第 12 期 热 带 作 物 学 报 Vol．31 No．12
2010 年 12 月 CHINESE JOURNAL OF TROPICAL CROPS Dec.2010
五唇兰两种生态型的光合特性研究
朱国鹏 1, 3， 李 凤 1, 2， 宋希强 2, 3 *， 杨福孙 3
1中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所， 海南儋州 571737
2海南大学园艺园林学院， 海南儋州 571737
3海南大学热带作物种质资源保护与开发利用教育部重点实验室， 海南儋州 571737
摘要 以叶背绿色型和叶背紫红型两种五唇兰（Doritis pulcherrima)生态型的组培苗为试材， 进行叶片 CO2吸收的
日动态变化、 气孔密度及光合色素的测定进行分析研究。 结果表明： 五唇兰属于 CAM（景天酸代谢途径）植物；
叶背绿色型的 CO2 吸收速率大于叶背紫红型； 两种生态型的气孔密度没有显著性差异； 两种生态型的总叶绿素
含量、 叶绿素a（Chl a）含量、 叶绿素b（Chl b)含量、 叶绿素 a 与叶绿素 b 的比值、 类胡萝卜素（Car)含量也均没有
显著性差异， 但胡萝卜素与总叶绿素（Chl)含量的比值则有显著性差异。 五唇兰的光合特性及叶片光合色素含量，
体现了其作为一种热带兰对生长环境的高度适应性。
关键词 五唇兰； 生态型； 光合特性； 光合色素
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2010.12.018
中图分类号 S682.31 Q945.11
光合作用是植物生长发育的基础， 植物光合能力的强弱与其生长快慢有着密切的联系[1]。 根据碳同化途
径可将绿色植物分为 C3、 C4和 CAM植物[2]。 据统计， 兰科植物中光合作用属于 C3途径的种类有兰属地生
种类（Cymbidium， 通称国兰）[3-4]和热带兰中的薄叶种类[5]， 光合作用属于 CAM 途径的种类达数千种， 如蝴
蝶兰（Phalaenopsis）[6]， 铁皮石斛（Dendrobium officinale）[7]， 热带兰中的厚叶种类 [8]及来自热带、 亚热带的兰
属附生种类都具有景天酸代谢途径 [9]。
五唇兰（Doritis pulcherrima Lindl.）隶属于兰科， 为多年生常绿草本植物。 主产于印度东北部、 缅甸、
老挝、 泰国等东南亚国家， 中国仅海南岛有分布[10]。 五唇兰植株叶色有两种稳定变异生态类型， 叶背绿色
和叶背紫红色； 具有较高的观赏价值， 是现代蝴蝶兰杂交育种的重要亲本 [11]。 目前， 由于大量的人工采
挖， 野生五唇兰资源急剧减少。 因此， 对其进行大量繁殖， 以使种质资源得以保存， 对于当今的野生植
物保护具有重大的意义。
目前对五唇兰的研究， 主要集中在组织培养 [12]、 育苗技术 [13]、 共生真菌 [12, 13]等方面， 对其光合特性的
研究鲜有报道。 本研究对五唇兰两种生态型植株， 进行了叶片 24 h CO2的吸收动态、 气孔密度及光合色
素的测定分析， 探讨五唇兰的光合特性及两种生态型的差异， 以期可以了解它的生理生态特性， 解决五
唇兰的光合生产力等实际问题， 也为其的栽培生产提供理论指导。
1 材料与方法
1.1 材料
供试材料为五唇兰两种生态型的组培苗。 选择生长一致（具 4片健康叶， 株高 20 mm）的组培苗种于穴
热 带 作 物 学 报 31 卷
盘内， 种植 5个月后移入塑料杯盆， 栽培基质为树皮+木炭+火山岩， 置于大棚内， 常规管理。 待生长 1.5 a，
选择大小一致、 长势良好的植株进行研究。
1.2 叶片 CO2吸收的日动态变化测定
每种生态型选取 4 株植株， 11 月中旬昼夜观测， 白天测定自然光照下， 夜晚为无光条件下。 从早上
8: 00 开始， 每隔 2 h 测定 1 次， 每次重复 3 次， 至次日清晨 8: 00 结束。 试验天气晴朗， 白天平均温度
为 18℃， 夜间为 15℃。 测定参数包括CO2交换速率（ER）、 气孔导度（Gs）。 测量仪器为 Licor6400 便携式
光合测定仪。
1.3 叶片气孔密度的测定
选取与测定 CO2吸收相同位置的叶片， 印模法观察叶表皮结构及上、 下表皮气孔[2]： 用无色指甲油均
匀涂抹在叶片的上下表皮， 取印痕于显微镜下观察， 并记录 15个不同单位视野内气孔器的数量。
1.4 叶片光合色素含量的测定
选取与测定 CO2吸收相同位置的叶片， 用湿巾擦净并晾干。 称取 0.5 g 左右放入刻度试管中， 加入丙
酮-酒精提取液 10 mL， 盖上塞子， 置于室温下避光提取叶绿素和胡萝卜素。 待充分提取后定容至 25 mL，
取上清液在 470 、 663 、 645 nm波长下测定光密度[14]。
1.5 数据处理与分析
数据采用 SAS 9.0 软件进行统计分析， 采用 t
测验分析两种生态型叶片之间气孔密度和光合特
征的差异显著性。
2 结果与分析
2.1 叶片 CO2交换速率的昼夜变化
一天的光照强度变化见图 1。 在这样的光照
强度下， 五唇兰两种生态型叶片白天 CO2的吸收
速率大多为负值（图 2）， 说明此时呼吸速率高于
CO2 的吸收速率， 处于光呼吸状态。 净光合速率
变化在白天呈现 V 字型， 14: 00 时达最低值， 此
后开始回升。 两种生态型的净 CO2吸收速率的昼
夜变化曲线均为双峰型， 整个夜间都有 CO2的吸
收。 CO2交换在午夜和凌晨有 2 个吸收峰（主峰在
午夜）， 叶背绿色型和叶背紫红型的主峰值分别为
0.594、 0.470 μmol/（m2·s）， 次峰分别为 0.540、
0.353 μmol/（m2·s）。
2.2 叶片气孔密度和气孔导度的昼夜变化
五唇兰叶片上下表皮均分布有气孔， 其中表
皮薄壁细胞较大、 呈多边形， 垂周壁式样为平直
型。 两种生态型上下表皮的气孔密度没有显著性
差异（表 1）。 气孔在白天和夜间均有不均匀关闭
的现象， 但白天气孔几乎均为关闭的状态， 偶有
气孔开启。
CO
2
交
换
率
/[μ
m
ol
/（
m
2 ·
s）
]

叶背绿色 叶背紫红色
时间
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
8: 00 12: 00 16: 00 20: 00 0: 00 4: 00 8: 00
图 2 五唇兰两种生态型 CO2交换率 24 h 动态变化

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
光
照
强
度
/[μ
m
ol
/（
m
2 ·
s）
]
8: 00 12: 00 16: 00 20: 00 0: 00 4: 00 8: 00
时间
图 1 光照强度24 h变化
生态型
气孔密度/（个/mm2）
上表皮 下表皮
叶背绿色型 9.8±0.8 a 19.7±0.4 a
叶背紫红型 9.0±1.3 a 19.2±2.3 a
表 1 五唇兰两种生态型叶片气孔密度比较（平均值±标准差）
2194
12期
两种生态型气孔导度的变化与 CO2交换速
率并不完全同步， 但总体来说夜间气孔导度较
大（图 3）。
2.3 叶片的光合色素含量
从表 2 可看出， 五唇兰两种生态型叶片的
总叶绿素含量（Chl）、 叶绿素 a 含量（Chl a）、
叶绿素 b含量（Chl b）、 叶绿素 a 与叶绿素 b 的
比值、 类胡萝卜素含量（Car） 也均没有显著性
差异， 但胡萝卜素与总叶绿素含量的比值则有
显著性差异。
3 讨论
3.1 五唇兰的碳代谢途径
典型的景天酸代谢植物 CO2气体交换模式分为四 4 个阶段： ① 夜间气孔张开固定大气中 CO2 利用
PEPC 合成苹果酸贮存于液泡； ② 白昼开始时 CO2吸收出现一个高峰， 苹果酸积累中止； ③ Rubisco 酶
同化 CO2， 气孔关闭， 停止从外界吸收 CO2； 苹果酸降低至最低点； ④ 气孔开始张开， CO2吸收开始慢慢
增加[5, 15]。 这 4个阶段的划分不是截然分明的， 而是逐渐地由一个阶段过渡到下一个阶段[3]， 也不是固定不
变的， 受环境条件影响后可产生各种变化[16, 17]。 本试验中， 五唇兰夜间（无光条件下） 开启气孔吸收 CO2，
白天几乎没有 CO2 的吸收， 没有光补偿点， 由此可初步认为五唇兰是 CAM植物。 为了解五唇兰是否为典
型的 CAM 植物， 还需要进一步对其叶片中苹果酸等酸性物质及 Rubisco、 PEP 等酶类活性进行日夜变化
规律研究。 结合叶片细胞内生理生化变化与外部气孔变化规律确定五唇兰光合代谢类型。
3.2 五唇兰叶片的 CO2吸收速率
兰科植物的 CO2 吸收速率普遍较低， 如 C3 途径的墨兰为 (3.3±0.2) μmol/（m2·s）， 春剑为 (3.0±0.2)
μmol/（m2·s）， 春兰为(3.8±0.3) μmol/（m2·s） [3]。 景天酸代谢途径的铁皮石斛夜间 CO2 吸收速率最高值为
(1.42±0.13) μmol/（m2·s）[7]。 相关研究表明景天酸代谢的兰科植物白天的光照强度和昼夜温差会影响夜间
CO2的固定， 蜘蛛兰属（Arachnis）、 蝴蝶兰属随着白天光照强度的增加， 夜间固定 CO2有显著的提高； 若
植物的温度白天为 25℃， 晚上 15 ℃时 CAM活性将明显提高[5]。 本试验中， 两种生态型五唇兰的 CO2吸收
速率低， 这可能与植株自身的生理特性及测定时期， 环境条件等存在一定关系。
3.3 五唇兰叶片的光合色素含量
国兰成熟叶片的叶绿素含量在 3.51 mg/g 左右， Chl a/b 比值在 2.74 左右， 其中 Chl a/b 的值表现出 C3
植物的特点 [3]。 C4植物 Chl a/b 比值高于 C3植物[18]。 本试验中， 五唇兰叶背绿色型和叶背紫红色型的叶绿
素含量分别为 0.307、 0.286 mg/g， Chl a/b比值分别为 1.750、 1.621， 植物叶片 Chl a/b比值与植物光合 CO2
固定途径有一定的关系， 比值越高， 光合活性也越强[2-3。 这可能是两种生态型五唇兰净光合速率低的原因
图 3 五唇兰两种生态型气孔导度（Gs）昼夜变化

气
孔
导
度
/[m
m
ol
CO
2/（
m
2 ·
s）
]
叶背绿色 叶背紫红色
8: 00 12: 00 16: 00 20: 00 0: 00 4: 00 8: 00
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
时间
生态型 Chl a/（mg/g） Chl b/（mg/g） Chl a/b Chl/（mg/g） Car/（mg/g） Car/Chl
叶背绿色型 0.199±0.029 a 0.108±0.017 a 1.750±0.285 a 0.307±0.038 a 1.870±0.201 a 6.889± 0.792 B
叶背紫红型 0.186±0.047 a 0.100±0.026 a 1.621±0.099 a 0.286±0.073 a 1.876±0.374 a 8.187± 1.890 A
表 2 五唇兰两种生态型光合色素含量（平均值±标准差）
说明： 表内小写和大写字母分别表示差异显著和极显著水平。
朱国鹏等： 五唇兰两种生态型的光合特性研究 2195
热 带 作 物 学 报 31 卷
之一。
类胡萝卜素也是光合作用的主要光合色素[19]， 一方面它有吸收过剩光能， 使叶绿素免遭伤害的光保护
作用[3]； 另一方面， 类胡萝卜素分子中共轭双键能强烈吸收紫外光谱区域辐射， 可通过直接吸收紫外线辐
射， 减少紫外线对植物的伤害， 尤其是对光合系统 PSⅠ、 PSⅡ的破坏[20]。 Car/Chl 比值的高低还与植物忍
受逆境的能力密切相关[21]。 叶背紫红色型叶片中 Car/Chl 比值极显著的大于叶背绿色型叶片。 五唇兰叶背
紫红色型的抗逆性可能高于叶背绿色型。 在野外的调查中也发现叶背紫红色的五唇兰多， 绿色较少。 这
可能是五唇兰适应外界环境变化而发生的进化。
致谢 本研究得到中国热带农业科学院环境与植物保护研究所胡美姣博士以及海南博大科技有限公司提供实验上的便
利； 论文得到中国农业科学院蔬菜花卉研究所杨树华博士、 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所陈金花的指导。 在
此向他们表示最衷心的感谢！
参 考 文 献
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12期
责任编辑： 高 静
朱国鹏等： 五唇兰两种生态型的光合特性研究
Photosynthetic Characteristics of Doritis pulcherrima
Lindl. （Orchidaceae） with Two Ecotypes
Zhu Guopeng1,3, Li Feng1,2, Song Xiqiang2,3, Yang Fusun3
1 Tropical Crops Genetic Resources Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Danzhou,
Hainan 571737, China;
2 College of Horticulture and Landscape Architecture, Hainan University, Danzhou, Hainan 571737, China;
3 Key Laboratory of Protection and Developmental Utilization of Tropical Crop Germplasm Resources
（Hainan University), Ministry of Education, Danzhou, Hainan 571737 , China
Abstract Under natural conditions, Doritis pulcherrima presents two kinds of different ecotypes (green and
mauve on the leaf dorsal side). The experiment compared the patterns of CO2 exchange, stomatic density
and photosynthetic pigments content in leaves between the two ecotypes a day long. The results showed
that Doritis pulcherrima was a CAM plant. Green plants’ photosynthetic rate was higher than mauve plants.
Stomatic density of the two ecotypes of Doritis pulcherrima was no differences. The chlorophyll a content,
chlorophyll b content, total chlorophyll content and chlorophyll a/b value of green plants were little higher
than that of mauve plants. However, Carotenoid content of the mauve plants was little higher than that of
the green plants. The ratio of carotenoid content/total chlorophyll content was significantly higher in the
mauve plants than that in the green plants （p＜0.01）. The leaf anatomy structure and photosynthetic characteristics
indicated that the Doritis pulcherrima, which identified as a tropical orchid, had great adaptation to their
growing habitats.
Key words Doritis pulcherrima； Ecotype； Crassulacean acid metabolism； Photosynthetic pigment； Physiology
adaptation
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