全 文 ：濒危植物新疆野杏光合作用的日变化
刘　端 , 白志强
(新疆林业科学研究院森林生态研究所 ,新疆乌鲁木齐 830000)
　　摘要:为揭示新疆野杏的基本光合生理生态特征 ,用 LI-6400便携式光合测定仪测定其光合作用日变化与环境
因子。结果表明:(1)新疆野杏的净光合速率 、气孔导度日变化曲线呈单峰形 , 在 10:00左右均出现最大值 , 分别为
20.95 μmol/(m2 · s)和 0.42 mol/(m2 · s);(2)蒸腾速率日变化曲线呈单峰形 , 峰值出现在 12:00, 为 7.45
mmol/(m2· s);(3)胞间 CO2体积分数不随气孔导度的降低而减小 ,控制野杏光合速率的因子为非气孔限制;(4)环
境因子中以光合有效辐射对光合特征参数的影响最大 , 与净光合速率和蒸腾速率呈显著相关性。
　　关键词:新疆野杏;净光合速率;气孔导度;蒸腾速率;环境因子
　　中图分类号:S662.201　　文献标志码:A　　文章编号:1002-1302(2009)04-0172-03
收稿日期:2009-05-13
基金项目:林业公益性行业科研项目(编号:200704016)。
作者简介:刘　端(1966—), 女 , 工程师 , 主要从事森林生态研究。
Tel:(0991)4606197;E-mail:liuduan1114@ 126.com。
通讯作者:白志强 , E-mail:bai1963@ 163.com。
　　新疆野杏是新疆著名的伊犁野果林主要组成树种之一 ,
是我国野杏重要的集中地 ,主要分布在天山西部海拔 950 ～
1 400m的低山带 ,有些山沟形成了以野杏占绝对优势的纯
林 。天山野杏是栽培杏的直接祖先 ,有的野杏类型的品质完
全可与栽培杏的优良品种相媲美 ,且适应性比栽培杏强 。然
而由于不合理的开发利用 ,这些树种大多处于不同的濒危状
态之中 [ 1 -2] 。光合作用是树木的重要生理生态学特性之一 ,
它是植物生长发育的基础 ,也是植物长势优劣的决定性因素 ,
同时又是植物对环境条件变化十分敏感的生理过程 [ 3] 。本
研究旨在探讨野杏生长期的光合作用日变化特征以及环境因
子与光合特性之间的互作关系 ,揭示其基本生理生态学特征
和规律 ,分析其生长的适宜生态条件 ,为开展珍稀濒危植物野
杏的保育和科学管理以及进一步开发利用提供准确数据 。
1　材料与方法
1.1　研究区概况
本研究在位于新疆伊犁河谷东部的伊犁野果林资源发展
研究中心进行 , 该区域年平均气温 7.7 ℃, 1月平均气温
-8.1℃, 7月平均气温 20.4 ℃,年降水量 580 mm, ≥10 ℃
有效积温 3 006.3℃,年日照时数 2 674.5h,土壤为山地黑棕
色土 ,有机质含量 12% ～ 14%[ 4] 。
1.2　研究材料
以天然野杏(Armeniacavulgaris)为测定对象 。林中还包
括野苹果(Malussieversii)、野生樱桃李(Prunuscerasifera)、野
核桃(Juglansregia)、阿尔泰山楂(Crataegusaltaica)等许多重
要野生果树 。
1.3　测定方法
于 2008年 7月下旬树木生长盛期 ,在天然野果林内选择
与林分平均木大小相近、生长良好且无病虫害的野杏 5株 ,选
取每株树冠中上部外围 3张健康叶作为测试样本 。选择天气
晴朗无云的 3d,从 8:00至 20:00,每隔 2 h测定 1次 ,每叶重
复 3 ～ 5次 ,测定光合作用的日变化 。测定参数主要包括叶片
净光 合速率 Pn [ CO2 , μmol/(m2 · s)] 、蒸 腾速 率 Tr
[ mmol/(m2· s)] 、气孔导度 Gs[ H2 O, mol/(m2 · s)] 、胞间
CO2体积分数 Ci(μl/L)、气孔限制值 Ls(%)等生理因子 ,以
及光合有效辐射 PAR[ μmol/(m2· s)] 、大气温度 Ta(℃)、大
气 CO2体积分数 Ca(μl/L)、相对湿度 RH(%)、水汽压差
VPD(mg/L)等环境因子 。
1.4　数据分析
试验数据采用 Excel2003绘图 ,用 SPASS11.0进行相关
性分析 。
2　结果与分析
2.1　环境因子日变化
从图 1可以看出 , PAR、Ta、VPD日变化均呈单峰曲线 。
PAR在 8:00—10:00 时 段 明 显 升 高 , 由 452.41
μmol/(m2· s)升至 1 519.40 μmol/(m2 · s);10:00— 18:00
时段变化不大 , 16:00达到最大值 。 ta受 PAR的影响 ,变化较
大 ,变动范围在 21.07 ～ 36.69℃之间 。 VPD反映空气中水汽
状况 ,也在一定程度上反映植物蒸腾作用的强弱 。其日变化
规律与 ta相似 ,在 16:00出现最大值 ,为 4.05mg/L左右 。 Ca
经过夜间的富集 ,在早晨较高 ,为 408.74 μl/L;日出后 ,随着
植物光合作用的进行 ,浓度逐步降低 , 12:00时出现第 1个低
谷 , 18:00时出现第 2个低谷之后迅速升高 ,又达到较高的水
平 。 RH的日变化规律与 Ca走势较为相似 , 最低点出现在
16:00,为 20.76%。
2.2　净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)的日变化
图 2为野杏在生长期 Pn的日变化 ,可以看出其日变化规
律呈单峰曲线 ,无光合 “午睡 ”现象发生 。随着 PAR、ta的升
高 ,气孔开放 , Pn迅速增高 , 峰值出现在 10:00 , 为 20.95
μmol/(m2· s)。此后随着 Gs的下降 , Pn逐渐降低 。在
10:00— 16:00 ,尽管 PAR和 ta有所升高 , Pn却呈相反趋势而
下降 。 16:00后 ,随着 PAR和 ta的降低 , Pn迅速下降 。到
20:00, Pn为全天最低值 -3.31 μmol/(m2· s)。
　　Tr的日变化如图 3所示 ,为单峰曲线 。8:00左右 , 叶片
—172— 江苏农业科学　2009年第 4期DOI :10.15889/j.issn.1002-1302.2009.04.086
Gs较小 , Tr较低 。随着 PAR和 ta的升高 ,叶片的 VDP也随
之增大 , Tr不断升高 , 在 12:00左右达到峰值 , 为 7.45
mmol/(m2· s)。之后逐渐降低 , 14:00— 16:00变化不大 ,
16:00后迅速下降 ,在 20:00达到最低值 。
2.3　气孔导度(Gs)日变化
图 4是野杏叶片 Gs日进程 ,与 Pn日进程基本一致 ,为单
峰曲线 。在 10:00左右达到最高值 ,为 0.42mol/(m2· s);然
后开始逐渐下降 ,到 20:00左右气孔基本关闭 , Gs降到最低 ,
为 0.06 mol/(m2· s)。 Pn降低的同时 , Gs也随之降低 ,相关
分析显示 Gs是影响 Pn的主要因素之一 。
2.4　胞间 CO2体积分数(Ci)与气孔限制值(Ls)的日变化
Ci是外界 CO2气体进入叶肉细胞过程中所受各种驱动
力和阻力 ,以及叶片内部光合作用和呼吸作用的最终平衡结
果 [ 5 ] 。Ci与大气 CO2浓度呈同步变化趋势 。受大气 CO2浓
度的影响 , Ci在早 、晚比较高 , 8:00为 276.71 μl/L,随光强的
增大 ,开始呈下降趋势 ,在 12:00— 16:00期间基本保持在一
个平稳的状态 , 18:00后又明显升高 , 20:00达到一天的最高
值 495.09 μl/L(图 5),此时的 Pn却是一天的最低 。
　　Ls值反映了植物叶片对大气 CO2 相对利用效率的大
小 [ 6 ] 。新疆野杏 Ls值日进程为单峰曲线(图 5)。
—173—刘　端等:濒危植物新疆野杏光合作用的日变化
2.5　净光合速率与环境因子相关性分析
从表 1的相关矩阵可以看出 ,新疆野杏的 PAR与 Pn、Tr
呈极显著正相关 ,与 Ci呈极显著负相关;Ca与 Ci、Tr呈极显
著正相关 ,与 Pn呈极显著负相关;RH与 Gs呈极显著正相关 ,
而 Ta、VPD除与 Tr有显著正相关外 ,对其他因子影响不大 。
可见 ,多数环境因子对光合特征参数均有较大影响 ,其中光合
有效辐射对光合特征参数的影响最大 。
表 1　新疆野杏光合速率与环境影响因子相关关系矩阵
影响因子 Pn Gs Ci Tr VPD Ta Ca RH PAR
净光合速率 Pn 1.000
气孔导度 Gs 0.649＊ 1.000
胞间CO2体积分数 Ci -0.737＊＊ -0.070 1.000
蒸腾速率 Tr 0.745＊＊ 0.263 -0.602＊ 1.000
水汽压差 VPD 0.096 -0.491 -0.566＊ 0.552＊ 1.000
温度Ta 0.105 -0.256 -0.377 0.561＊ 0.871＊＊ 1.000
大气CO2体积分数 Ca -0.699＊＊ -0.118 0.820＊＊ 0.713＊＊ -0.509 -0.445 1.000
大气相对湿度 RH 0.399 0.725＊＊ -0.092 -0.171 -0.630＊ -0.631＊ -0.057 1.000
光合有效幅射 PAR 0.705＊＊ 0.024 -0.861＊＊ 0.863＊＊ 0.732＊＊ 0.575＊ -.748＊＊ -0.201 1.000
　　注:＊＊表示相关显著性水平为 0.01;＊表示相关显著性水平为 0.05。
3　结论与讨论
植物光合作用的日变化是随着气候条件、生长环境及生
育期的不同而呈现出多种变化的 [ 7 -9] 。新疆野杏在生长期
Pn的日变化呈单峰曲线 ,无光合 “午睡 ”现象发生;Tr也为单
峰曲线 。植物的蒸腾速率与光照强度 、温度呈显著的正相关
关系 [ 10-11 ] ,表现出随着气温的升高 (或大气相对湿度的降
低), Tr亦呈升高的趋势 ,在光照强度较大时 ,叶片的气孔导
度有所降低 ,使叶片的水汽压差也有所减小 ,空气湿度降低引
起了气孔关闭 , Tr降低 。这也是植物减少水分散失的一种
方式 。
新疆野杏叶片 Pn高时 Ci低 ,而 Pn低时 Ci高 , Ci值没有
因为 Gs的降低而减小 。按照 Franquar和 Sharkey[ 12]的观点 ,
如果叶片 Pn降低伴随着 Ci的提高 ,那么光合作用主要限制
因素是非气孔因素 ,因此 ,新疆野杏光合速率的控制因子是非
气孔限制 。
环境因子对野杏光合生理特性影响中 ,光合有效辐射的
影响最大并对净光合速率起决定性作用 ,而大气相对湿度对
其影响最小 。说明当有效幅射增强时 ,温度上升 ,野杏的 Pn、
Tr随之升高 ,伴随着水汽压差也升高 。同时 Ci却趋于相反方
向 ,这是由于 CO2作为光合作用的原料被同化和转运 ,导致
叶(树冠)周围大气 CO2浓度出现降低而造成的 。
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