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不同竹龄青皮竹光合作用与荧光特性的比较



全 文 :西北林学院学报 2013,28(6):33~36
Journal of Northwest Forestry University
  doi:10.3969/j.issn.1001-7461.2013.06.06
 收稿日期:2013-04-09  修回日期:2013-06-21
 基金项目:公益性林业行业科研专项(201004001);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(CAFYBB2012025);浙江省科技厅
计划项目(2011F20008)。
 作者简介:吴志庄,男,博士,研究方向:林木遗传育种和能源植物开发利用。E-mail:wzzcaf@126.com
*通信作者:李伟成,男,博士,研究方向:森林生态学和系统生态学。E-mail:leewis-1978@163.com
不同竹龄青皮竹光合作用与荧光特性的比较
吴志庄1,2,李伟成1*,熊德礼3,王树东1,周 妍1
(1.国家林业局竹子研究开发中心,浙江 杭州310012;2.北京林业大学 生物科学与技术学院,北京100083;
3.湖北省林业科学研究院,湖北 武汉430079)
摘 要:对不同竹龄青皮竹的光合与荧光特征研究表明:不同竹龄的青皮竹净光合速率(Pn)差异显
著,1龄竹的净光合速率大于8μmol·m
-2·s-1,明显高于3龄竹,说明随着竹龄增加,青皮竹光合固
碳能力有所下降。气孔导度(Cond)、胞间CO2 浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)3个性状都表现为1龄竹>2
龄竹>3龄竹。水分利用效率(WUE)表现相反,为3龄竹>2龄竹>1龄竹。光响应曲线表明,当光
强始增强时,各竹龄间差异较小,但随着光强的继续增加,不同竹龄出现很大的差异,其中,1龄竹光补
偿点和光饱和点相对较高,其潜在净光合速率也高于其它竹龄的青皮竹。青皮竹最大荧光效率(Fv/
Fm)平均为0.590 5,光系统Ⅱ活性(Fv/Fo)平均为1.442 0,各叶绿素荧光参数都随着年龄增加而降低,
但差异不显著。
关键词:青皮竹;净光合速率;光响应;荧光特性
中图分类号:S795.9   文献标志码:A   文章编号:1001-7461(2013)06-0033-04
A Comparative Study on Photosynthetic and Fluorescence Characteristics
among Different Aged Bambusa textilis
WU Zhi-zhuang1,2,LI Wei-chen1*,XIONG De-li 3,WANG Shu-dong1,ZHOU Yan1
(1.China National Bamboo Research Center,Hangzhou,Zhengjiang310012,China;
2.Collegeof Biological Sciences and Technology,Beijing Forestry University,Beijing100083,China;
3.Hubei Forestry Institute,Wuhan,Hubei 430079,China)
Abstract:A study on the photosynthetic and fluorescence characteristics of Bambusa textilis was conducted.The
results showed significant diferences in net photosynthetic rate(Pn)among diferent aged Bambusa textilis.The
net photosynthetic rate of 1age bamboos exceeded 8μmol·m
-2·s-1,much higher than that of 3age ones,
which indicated a decreasing trend of photosynthetic carbon sequestration capacity of B.textilis with its age in-
creased.Al of the 3characters of stomatic conductance(Cond),CO2intercelular concentration(Ci)and transpi-
ration rate(Tr)showed a same trend of 1age bamboo>2age bamboo>3age bamboo.Contrarily,water use
eficiency(WUE)showed an opposite rule of 3age bamboo>2age bamboo>1age bamboo.And for light re-
sponse curve,the diferences among various aged bamboos were smal at the initial stage of light increase,but ap-
parent diferences among them were observed with further light increase.It was relatively higher for 1age bamboo
on its light compensation point and light saturation point,same as its potential net photosynthetic rate(Pmax).The
average maximum fluorescence eficiency(Fv/Fm)and activity of photosystemⅡ(Fv/Fo)of B.textilis were
0.590 5and 1.442 0,respectively,and the fluorescence parameters tended to decrease with increasing age,but
having not significant diference.
Key words:Bambusa textilis;net photosynthetic rate;light response curve;fluorescence characteristic
  青皮竹(Bambusa textilis)为竹亚科、簕竹属合
轴丛生型竹种,主要分布在我国25°N以南,包括广
东、广西、台湾、湖南、福建、云南等华南地区,主产于
广东广宁[1]。青皮竹竿形优美、秆材坚韧、笋味鲜
美,为优质篾用、笋用、造纸及绿化竹种,在华南地区
受到了广大竹农的欢迎[2]。对于青皮竹的生物学特
性、栽培技术已有不少研究[3-5],但有关青皮竹的光
合生理特性研究未见报道。光合作用是制约植物生
长发育最重要的生理过程,是植物干物质积累和产
量的基础[6]。大力发展青皮竹,提高青皮竹的丰产
经营水平,需要在生理生态方面加强研究。本研究
对不同竹龄青皮竹的光合作用与荧光特性进行测
定,以期对青皮竹的丰产栽培、竹林经营管理、开发
利用提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验地及材料
试验地设在福建省华安竹种园,位于华安县城
关龟子笼,117°30′E,25°00′N,海拔150~200m,
属南亚热带气候,年平均降水量1 800~2 023mm,
年平均温度17.5℃ ,极端最高气温达39℃,极端最
低气温为-3.8℃,土壤为山地红壤,土层厚度一般
大于100cm,坡度23°,植被以芒萁(Dicranopteris
dichotoma)、五节芒(Miscanthus floridulus)、桃
金娘(Rhodomyrtus tomentosa)和蕨类(Pteridi-
um)为主。所测定的青皮竹林分长势良好,面积约
0.5hm2,现存立竹年龄为1~4a,每丛平均有立竹
6~8株,胸径平均为4.19cm,竹高平均10.32m,
主要抚育管理根据青皮竹的发笋期和孕笋期,采用
环形沟法,每年施用有机肥2次,每丛2~5kg,及时
进行除草、灌溉、间伐等措施。
1.2 试验方法与参数测定
1.2.1 光合生理指标测定 2012年8月,选择晴
朗无风天,选取生长良好,无病虫害的青皮竹,将青
皮竹分成1龄竹(当年生)、2龄竹(1~2年生)、3龄
竹(3~4年生)进行测定,每龄竹测定3株,以竹秆
冠层中部东南方向的一级枝顶端充分伸展,且生长
状况较为一致的当年生竹叶作为测试样本,于9:00
~11:00,用Li-6400光合测定仪,活体测定不同年
龄青皮竹的净光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)、胞
间CO2 浓度(Ci)以及蒸腾速率(Tr)。用净光合速
率(Pn)蒸腾速率(Tr)之比计算水分利用效率
(WUE),各重复5次。光响应特征测定选用仪器
Auto Lightcurve程序,以各龄竹健康的竹叶为样
本,从高到低设置光强为2 000、1 600、1 200、1 000、
800、600、400、200、150、100、60、40、20、0μmol·
m-2·s-114个梯度,最大和最小等待时间设置为
280s和150s,温度设置为28℃,参比室的CO2 浓
度稳定在400μmol·mol
-1。
1.2.2 叶绿素荧光参数测定 采用美国产 OS-
30p型便携式荧光分析仪测定青皮竹各竹龄叶绿素
荧光参数。选择竹子中部向阳当年生顶端竹叶,经
暗适应15min后,测定其初始荧光(Fo)、最大荧光
参数(Fm)以及可变荧光强度(Fv)。分别计算光系
统Ⅱ(PsⅡ)的活性(Fv/Fo)、最大荧光效率(Fv/
Fm),每处理重复测定10次。
1.3 数据分析方法
根据Bassman和Zwier的方程Pn=Pmax×(1
-C0×e-×Par/Pmax)来拟合光响应曲线[7,8],并计算
主要光响应特征参数。其中:Pn 为净光合速率;
Par为光照强度;α为表观量子效率(AQY);Pmax为
最大净光合速率;C0 为度量弱光下Pn 趋近于零的
指标。如适合性检验方程拟合效果良好,则用LCP
=Pmaxln(C0)/α计算光补偿点(LCP),光饱和点
则以达到99% 最大净光合速率时的光强,LSP=
Pmaxln(100C0)/α。数据处理用SPSS 15.0完成,
采用单因素随机区组进行方差分析和多重比较。
2 结果与分析
2.1 青皮竹不同竹龄光合性状的比较与分析
不同竹龄的青皮竹净光合速率的差异显著(表
1),其中1龄竹的净光合速率最高,达8.120μmol·
m-2·s-1,2龄竹与之差异不大,3龄竹最低,仅6.176
μmol·m
-2·s-1,因此,竹龄增加青皮竹光合能力有
下降的趋势。气孔导度平均为0.128μmol·m
-2·
s-1,胞间CO2 浓度平均为265.786μmol·mol
-1,蒸
腾速率平均为4.06mmol·m-2·s-1,3个性状都表
现出相同的规律,即1龄竹>2龄竹>3龄竹,其中1
龄竹蒸腾速率达到5μmolm
-2·s-1以上,是3龄竹的
近2倍,耗水潜力最大。而水分利用效率平均为
1.883μmol·m
-2·s-1,处于较低水平,其中以3龄
竹最高,1龄竹最低,分别为2.078、1.691μmol·m
-2
·s-1,1龄竹仅为3龄竹的81.4%。总体上,青皮竹
表现为蒸腾速率高,水分利用效率低,说明其调节自
身水分损耗能力及适应干旱环境的能力较差,但随竹
龄增加青皮竹抗旱能力增强,而光合作用能力有所下
降。方差分析结果表明,青皮竹不同竹龄间净光合速
率、气孔导度、蒸腾速率均达极显著(p<0.01),而胞
间CO2 浓度和水分利用效率差异达显著水平
(p<0.05)。
43 西北林学院学报 28卷 
表1 青皮竹不同竹龄光合性状测定值
Table 1 Photosynthetic characteristics of B.textilis at different ages
竹龄
光合速率/
(μmol·m-2·s-1)
气孔导度/
(mmol·m-2·s-1)
胞间CO2浓度/
(μmol·mol-1)
蒸腾速率/
(mmol·m-2·s-1)
水分利用效率
/(μmol·m-2·s-1)
1  8.120±0.694A 0.174±0.054A 283.600±29.588A  5.062±1.176A 1.691±0.423a
2  7.742±1.047A 0.127±0.015B 267.476±17.374aB  4.150±0.413B 1.880±0.289ab
3  6.176±1.270B 0.081±0.013C 246.282±21.021B  2.968±0.400C 2.078±0.333b
平均 7.346±1.004  0.128±0.027  265.786±22.661  4.060±0.663  1.883±0.344
2.2 不同竹龄光合响应特征比较
不同竹龄青皮竹光响应具较大差异(图1),光
强在0~400μmol·m
-2·s-1时,各竹龄青皮竹净
光合速率均出现快速上升,差异较小。但随着光强
的继续增加,Pn 值不断增大,但增加速度减缓,不同
竹龄出现明显的差异,其中2、3龄青皮竹较早达到
光饱和,且净光合速率相对更低,而1龄竹光补偿点
和光饱和点相对较高,其净光合速率也高于其它年
龄的青皮竹。
图1 青皮竹不同竹龄光响应曲线比较
Fig 1 Light response curve of B.textilis at different ages
表观量子效率反映叶片在低光照强度下光合作
用的光化学效率,可以表明植物利用弱光能力的强
弱。光响应特征参数拟合可知(表2),青皮竹平均
LCP和LSP 分别为14.071 1μmol·m
-2·s-1和
993.662 9μmol·m
-2·s-1,说明青皮竹光适应能
力的幅度较小,利用强光的能力较弱。表观量子效
率平均为0.041 0,最大光合速率(Pmax)为8.517 7
μmol·m
-2·s-1,均反映出青皮竹利用弱光能力较
强。青皮竹1龄竹潜在最大净光合速率最高,Pn 值
达到9.814 5μmol·m
-2·s-1,依次为1龄竹>2
龄竹(8.355 8μmol·m
-2·s-1)>3龄竹(7.382 9
μmol·m
-2·s-1)。1龄竹的光补偿点和光饱和点
最高,LCP和LSP 分别为15.907 8μmol·m
-2·
s-1和1 106.049 1μmol·m
-2·s-1,2龄竹的补偿
点最低,为11.181 8μmol·m
-2·s-1,光饱和点则
以3龄竹最低,仅871.752 6μmol·m
-2·s-1,说
明2龄竹利用弱光能力最强,而1龄竹利用强光能
力最强,3龄竹利用强光能力最弱。
表2 青皮竹不同竹龄光响应特征参数
Table 2 Specific parameters of light response of B.textilis at different ages
竹龄
Pmax/
(μmol·m-2·s-1)
C0/
(μmol·m-2·s-1)
AQY
LCP/
(μmol·m-2·s-1)
LSP/
(μmol·m-2·s-1)

1  9.814 5  1.069 5  0.041 5  15.907 8  1 106.049 1  0.993 6
2  8.355 8  1.053 3  0.038 8  11.181 8  1 003.187 0  0.994 4
3  7.382 9  1.084 7  0.039 7  15.123 6  871.752 6  0.985 6
平均 8.517 7  1.069 2  0.041 0  14.071 1  993.662 9
注:R为光响应曲线方程光照强度与净光合速率的相关系数。
2.3 不同竹龄青皮竹叶绿素荧光特性
最大荧光效率Fv/Fm 的变化可以反映出光化学
转化速率,并能推测是否有光抑制产生。由图2可
知,青皮竹最大荧光效率各年龄之间差异不大,其中
1龄竹最大,仅0.628 8,略高于2、3龄竹。青皮竹Ps
Ⅱ的活性(Fv/Fo)平均1.442 0,随着竹龄的增加而降
低,即1龄竹>2龄竹>3龄竹,说明随着年龄增加,
PsⅡ的活性及光化学转化速率有降低的趋势。青皮竹
初始荧光参数(Fo)平均为171.76,最大荧光参数
(Fm)平均为419.44,可变荧光(Fv)平均247.68,表
现一致的规律,都随着年龄的增加而降低,方差分析
可知,青皮竹不同竹龄的各荧光参数的差异并不显著
(p>0.05),各龄竹光合适应现象明显。
图2 青皮竹不同竹龄荧光参数的变化
Fig 2 Variation in fluorescence parameters of B.textilis
at different ages
3 结论与讨论
光合作用是植物生长和物质积累的基础,对植
53第6期 吴志庄 等:不同竹龄青皮竹光合作用与荧光特性的比较
物生长发育具有重要意义,由于光合作用与植物生
长环境条件密切相关,光补偿点、光饱和点和表观量
子效率是指示植物光合反应的重要指标,一般而言,
光补偿点越低,表示植物对弱光利用能力强,光饱和
点则反映植物对强光的需求,高则说明光合过程中
可更有效的利用强光[9]。光合作用的某些生理参数
已成为植物速生丰产以及制定栽培措施的科学依
据[10-11]。本研究通过对青皮竹不同竹龄的光合性状
的测量,发现青皮竹净光合速率平均达7.35μmol
·m-2·s-1,蒸腾速率平均为4.0μmol·m
-2·
s-1,光合固碳能力与毛竹、刚竹等竹种相比处于中
等水平[9-12]。青皮竹的蒸腾速率高,水分利用效率
低,其调节自身水分损耗能力及适应干旱环境的能
力较差。但随竹龄增加其抗旱能力增强,而光合作
用能 力 下 降。一 般 阳 生 草 本 植 物 的 LSP 为
1 000~1 500μmol·m
-2·s-1、LCP 为10~40
μmol·m
-2·s-1,Pmax为15~30μmol·m
-2·
s-1[13]。青皮竹平均LCP和LSP 分别为14.071 1
μmol·m
-2·s-1和993.662 9μmol·m
-2·s-1,说
明青皮竹光适应能力的幅度较小,利用强光的能力
较弱,但能够在较弱的光照环境下充分利用光能。
植物光合作用潜力与其本身的遗传特性、生存资源
环境,以及光合羧化酶的活性等内外因素有关[14]。
青皮竹潜在光合速率(Pmax)仅为8.517 7μmol·
m-2·s-1,而表观量子效率AQY为0.041,介于自然
条件下一般植物的AQY0.03~0.05之间[14],反映出
青皮竹光合能力较低,利用弱光能力较强,这可能是
因为测定时期生长旺盛,养分和水分损耗较大,无法
满足光合运转,因而在栽培中应加强肥水管理,保证
叶片旺盛的生理功能,才能使光合能力得以维持在
较高水平。而1龄竹净光合速率、光补偿点和光饱
和点都是最高的,且随着竹龄增加光合固碳能力有
所下降,生产经营中,应逐渐提高1~2龄竹,降低3
龄以上青皮竹在竹林中的比例,以改善林分结构,提
高竹林生产力。
叶绿素荧光常用于评价光合机构的功能和环境
协迫对其的影响[15]。可变荧光与最大荧光参数的比
值(Fv/Fm)代表了最大光化学效率,即原初光能转化
效率,被认为是反映光抑制的可靠指标[16],青皮竹最
大荧光效率(Fv/Fm)平均为0.590 5,并且随着年龄增
加而降低,说明青皮竹随着年龄增加其发生光抑制的
程度增高。(Fv/Fo)代表光系统Ⅱ的活性,同样是1龄
竹最高,并随着年龄增加而降低,其它荧光参数表现
出相同的规律,都随着年龄的增加而降低,但差异不
显著,说明青皮竹各年龄光化学转化速率变化不大,
光合适应现象明显,因此,趋于稳定的光合速率较瞬
时光合速率在生产中更有实际意义。
光合作用的一个突出特点是对植物自身生理状
态和外界环境条件的变化高度敏感[17],实验方法、
实验仪器、外界温度、立地条件等均可能影响所得结
论[18]。为尽量缩小测定误差,本试验严格控制测定
时间和测定条件,以避免环境因素变化和“午休”等
现象对测定结果的影响。在外部条件基本一致的情
况下测定,尽量使各光合参数能够较好的符合青皮
竹实际的生理变化。
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