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Effect of drought stress on light-response curves of centipedegrass

干旱对假俭草光响应曲线的影响



全 文 :书干旱对假俭草光响应曲线的影响
代微然,任健,毕玉芬
(云南农业大学动物科学技术学院,云南 昆明650201)
摘要:以假俭草2个品系———Yaan和Common为试验材料,研究了中度干旱(土壤含水量为田间最大持水量的
50%)和重度干旱(土壤含水量为田间最大持水量的35%)对光响应曲线的影响。结果表明,同一干旱水平下,在一
定的光照范围内,净光合效率和气孔导度随着光强的增加而增大;随着干旱程度的加剧则发生显著降低,在
Common品系中最大光合速率和光饱和点分别由22.3降到11.2μmol/(m
2·s),578降到350μmol/(m
2·s),在
Yaan品系中则由24.5降到13.0μmol/(m
2·s),694降到474μmol/(m
2·s)。在同一光强下,Yaan的净光合速
率、气孔导度值均大于Common。从光响应曲线来看,Yaan品系受到干旱的影响较小,对光强的利用能力高于
Common。
关键词:假俭草;净光合速率;气孔导度;光响应曲线
中图分类号:S543+.9;Q945.43  文献标识码:A  文章编号:10045759(2010)03025104
   在自然逆境中干旱发生最为频繁,影响面积大,在我国干旱、半干旱地区约占国土面积的52%,年均受旱面
积达200~270万hm2[1]。在许多地区,干旱缺水已成为城市绿化的瓶颈。随着社会、经济的发展对绿化的要求
越来越高,草坪在城市绿化中所占的比重不断扩大。草坪草对水分的需求比其他植物更严格,草坪大量用水将进
一步加重城市用水的负担。随着水资源的日益紧张及人们环保意识的增强,耐旱性强、养护水平低、耐践踏、形态
优美的暖季型草坪草不断受到人们的重视,假俭草(犈狉犲犿狅犮犺犾狅犪狅狆犺犻狌狉狅犻犱犲狊)就是其一,它具有耐贫瘠、生长速度
快、覆盖率高、青绿期长、耐粗放管理等特点[24],在我国有大面积的分布,备受人们关注,应用日益广泛。目前,国
内外学者在假俭草的资源开发[5,6]、形态学[7,8]、生理学[9,10]、遗传学[11,12]及草坪建植[13,14]等方面展开了一定的研
究,不过目前对于持续干旱下假俭草形态的、生理的适应性变化仍探讨的比较少,特别是光合生理的研究少见报
道,而光合作用是植物体内最重要的反应之一。本研究通过水分控制试验,探讨了不同干旱程度下假俭草对光照
的反应及其光合特征参数的变化趋势,希望能为进一步研究水分胁迫下假俭草的内在光合机理、抗旱品种的筛选
及草坪养护管理提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料和试验设计
供试假俭草包括2个品系,“Common”(美国引进类型)和“Yaan”(四川雅安的野生类型)。2006年2月初进
行假俭草匍匐茎的扦插,然后选择长度相似、节数一致的匍匐茎等间距定植于塑料篮中,恢复生长后开始水分处
理。土壤由稻田土、河沙、腐殖土按体积比2∶2∶1均匀混合而成,装篮时底部与四周用聚乙烯膜覆盖,以防止土
壤和水分渗漏。试验期间不修剪,不追肥,采用人工除草。7月中下旬开始测定相关指标。
试验在塑料大棚中进行,地点位于中国科学院成都生物所。试验设计了3个水分处理,其中水分充足处理,
土壤含水量为田间最大持水量的80%(CK);中度干旱胁迫,土壤含水量为田间最大持水量的50%;重度干旱胁
迫,土壤含水量为田间最大持水量的35%,每处理重复3次。土壤最大田间持水量的测定采用环刀法。试验中
采用称重法控制土壤水分含量,方法参照韩建国等[15]和张文丽等[16]的研究。开始处理后,每天早晚进行称重、浇
水,使土壤含水量维持在设计大小,其间还用水分测定仪(MPM160,ICTInternationalPey.Ltd.)进行不定期校
第19卷 第3期
Vol.19,No.3
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
251-254
2010年6月
 收稿日期:20090428;改回日期:20090713
基金项目:滇西北农牧区生计改良项目第二期(103642),云南农业大学博士科研启动基金(A2002119)和云南农业大学动物科学技术学院基
金(YNDKKY0710)资助。
作者简介:代微然(1974),女,四川乐山人,实验师,硕士。Email:dwran12345@hotmail.com
通讯作者。Email:renjian172@126.com
正,根据测定水分仪对应的值为27%(V/V),19%(V/V)和14%(V/V)。
1.2 光响应曲线的测定
选择匍匐茎中部完全成熟的叶片进行测定,所用仪器是便携式光合作用仪(LI6400,LIcor,USA.)。在晴
天9:00开始测定叶片净光合速率(netphotosyntheticrate,Pn)对光强的响应曲线。测定时使用开放气路,CO2
浓度保持在360μmol/mol,光强由强到弱,依次设定光合有效辐射强度(PAR)为1200,1000,700,600,400,
200,100,50,20,10,0μmol/(m
2·s),测定时每个光照强度下平衡3min,得到叶片净光合速率、气孔导度(stom
atalconductance,Gs)等参数。最后,利用Photosynassistant软件进行光曲线的拟合,计算出最大净光合速率
(maximumassimilationrate,犃max)、光饱和点(lightsaturationpoint,LSP)和光补偿点(lightcompensation
point,LCP)。
1.3 数据处理与统计方法
利用SPSS11.0软件对试验数据进行两因素和单因素的方差分析(ANOVA),其中两因素方差分析用于比
较干旱处理效应、品系效应以及二者之间可能存在的交互作用。另外,分别在Common、Yaan品系内进行单因素
方差分析,若处理间差异显著,则利用N-K检验(studentnewmankeulsmultiplerangetest)进行3个水分处
理之间的多重比较。利用Excel软件进行数据处理制作图表。
2 结果与分析
2.1 干旱对不同品系假俭草净光合速率的影响
中度和重度干旱胁迫下,假俭草叶片净光合速率在一定范围内都随着光合有效辐射的增加而升高。只是在
2个品系之间存在着一定的区别。在Common品系中,在50~400μmol/(m
2·s)光强范围内,对照和中度干旱
胁迫处理下生长的叶片净光合速率几乎呈线性增长;当光强超过400μmol/(m
2·s)时,随着光照强度增加,净光
合速率的增加幅度变缓,分别在578和407μmol/(m
2·s)达到光饱和点(图1)。而Yaan的净光合速率值在光
强为50~500μmol/(m
2·s)时呈线性增长,中度干旱胁迫下Yaan的净光合速率与对照的增长趋势较相似,分别
在583和694μmol/(m
2·s)达到光饱和点(图1)。在2种品系中,与对照和中度干旱相比,重度干旱极大地降低
了假俭草的净光合速率。
2.2 干旱对不同品系假俭草气孔导度的影响
试验表明,在0~1000μmol/(m
2·s)范围内,3个水分处理中假俭草的气孔导度随光强升高而增加,只是重
度干旱胁迫下气孔导度的增加较为缓慢。
在同一光强下,随干旱程度的加剧,假俭草叶片气孔导度逐渐降低(图2),与净光合速率的变化趋势基本一
致(图1)。气孔导度的变化规律在2个品系之间也存在着一定区别,在同一光强下,Yaan的气孔导度值均大于
Common。
图1 干旱胁迫下假俭草犆狅犿犿狅狀和犢犪犪狀品系净光合速率对不同光强的响应
犉犻犵.1 犔犻犵犺狋狉犲狊狆狅狀狊犲狅犳狀犲狋狆犺狅狋狅狊狔狀狋犺犲狋犻犮狉犪狋犲狅犳犆狅犿犿狅狀犪狀犱犢犪犪狀狊狋狉犪犻狀狊犲狓狆狅狊犲犱狋狅犱犻犳犳犲狉犲狀狋犱狉狅狌犵犺狋狊狋狉犲狊狊
252 ACTAPRATACULTURAESINICA(2010) Vol.19,No.3
图2 干旱胁迫下假俭草犆狅犿犿狅狀和犢犪犪狀品系气孔导度对不同光强的响应
犉犻犵.2 犔犻犵犺狋狉犲狊狆狅狀狊犲狅犳狊狋狅犿犪狋犪犾犮狅狀犱狌犮狋犪狀犮犲狅犳犆狅犿犿狅狀犪狀犱犢犪犪狀狊狋狉犪犻狀狊犲狓狆狅狊犲犱狋狅犱犻犳犳犲狉犲狀狋犱狉狅狌犵犺狋狊狋狉犲狊狊
2.3 干旱对不同品系假俭草气体交换参数的影响
干旱胁迫对假俭草的最大光合速率和光补偿点、
光饱和点都产生了抑制作用,干旱程度越强,下降幅度
越大,在重度干旱胁迫下,Common和Yaan的最大光
合速率与对照相比分别降低了50%和47%(表1)。
光补偿点在中度干旱胁迫下二者的值均下降,但在重
度干旱胁迫下却发生了截然不同的变化,Common的
光补偿点值陡然上升,而 Yaan的光补偿点却持续下
降。Common和Yaan两个品系光饱和点的变化比较
类似,均是随着干旱程度的加强而下降。
3 讨论
在一定光照范围内,假俭草叶片净光合速率均随
着光合有效辐射的增加而升高,不过变化趋势与干旱
胁迫有着明显的相关性,这与刘瑞香[17]在沙棘(犎犻狆
狆狅狆犺犪犲狉犺犪犿狀狅犻犱犲狊ssp.)中的发现类似,且不同品系
对光照的响应不尽相同。试验中,在中度、重度干旱胁
表1 干旱胁迫对假俭草最大光合速率、光补偿点、
光饱和点的影响
犜犪犫犾犲1 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱狉狅狌犵犺狋狊狋狉犲狊狊狅狀犃犿犪狓,犔犆犘
犪狀犱犔犛犘狅犳狋狑狅犮犲狀狋犻狆犲犱犲犵狉犪狊狊狊狋狉犪犻狀狊
品系
Strain
干旱胁迫
Droughtstress
(%)
最大光合速率
犃max
(μmol/m2·s)
光补偿点
LCP
(μmol/m2·s)
光饱和点
LSP
(μmol/m2·s)
Common 80 22.3 16.40 578
50 13.5 9.36 407
35 11.2 24.20 350
Yaan 80 24.5 22.20 694
50 21.2 18.40 583
35 13.0 11.50 474
 LCP:Lightcompensationpoint;LSP:Lightsaturationpoint;犃max:
Maximumassimilationrateatsaturatingphotosyntheticphotonflux
density(PPFD).
迫下,与Common相比,Yaan品系维持着相对较高的净光合速率;且重度干旱胁迫下2个品系的净光合速率增
长较缓慢。据周兴元和曹福亮[18]研究,盐分胁迫下假俭草净光合速率和气孔导度也呈下降趋势。净光合速率决
定于Rubisco活性和电子传递速率[19],这在一定程度上反映出Yaan品系具有较高Rubisco活性和电子传递速率。
假俭草的2个品系在光补偿点和光饱和点上存在差异性。在中度水分胁迫下,Yaan品系的光补偿点高于
Common品系。随着干旱的加剧,光饱和点呈下降趋势,Common品系的下降幅度远大于Yaan品系。气孔导度
是反映气孔开度的一个重要指标,在干旱胁迫下导致光合速率和蒸腾速率下降的主要原因是气孔关闭。Yaan品
系在干旱情况下仍能维持较高的气孔导度,可以保证外部CO2的供应,从而维持其相对较高的净光合速率值。据
陈少裕研究[20],干旱胁迫下叶绿体在光下碳同化过程中利用CO2 的能力受到限制,能耗降低,光合电子传递到
O2 的比例相对增加,可形成更多的活性氧。可能是活性氧直接或间接地启动膜脂的过氧化作用,导致膜的损伤,
使得植物对光的利用效率也相对减弱,使光补偿点上升,饱和点下降,利用的光强范围减小,光能转化效率降低。
综上所述,假俭草不同品系对干旱胁迫有不同的响应。在干旱胁迫下,Yaan品系受到的影响小于Common
品系,表现出气孔导度大,对高光强的利用能力则较高,光合同化潜力较大,这种差别可能与Yaan品系采自于本
土有一定的关系,毕竟经过长期的自然选择对当地气候较为适应,因而在假俭草的推广利用中,选择本土种质资
源是必要的。
352第19卷第3期 草业学报2010年
参考文献:
[1] 李广敏,关军锋.作物抗旱生理与节水技术研究[M].北京:气象出版社,2001.
[2] 樊丛梅,孙洪海.优良草坪品种———假俭草[J].江苏林业科技,1990,4:4950.
[3] 任健,毛凯,范彦.假俭草的抗性[J].草业科学,1998,15(5):6265.
[4] 柳后起,周守标,谢传俊.假俭草种质资源研究进展[J].草业科学,2008,25(1):5965.
[5] 刘学诗,刘建秀.中国东部假俭草种质资源多样性初步研究(I)———物候期变异及其规律[J].中国农学通报,2004,20(5):
180182,186.
[6] 任健,毛凯,吴彦奇.四川野生假俭草引种栽培实验研究[J].四川草原,2002,(1):2831.
[7] 白史且,苟文龙,张新全,等.假俭草种群变异与生态特征的研究[J].北京林业大学学报,2002,24(2):97101.
[8] 丁小球,胡玉佳.假俭草的形态特征及其草坪质量评价[J].草原与草坪,2006,(1):4953.
[9] 谢传俊,杨集辉,周守标,等.铅递进胁迫对假俭草和结缕草生理特性的影响[J].草业学报,2008,17(4):6570.
[10] 周兴元,曹福亮.遮荫对假俭草抗氧化酶系统及光合作用的影响[J].南京林业大学学报(自然科学版),2006,30(3):32
36.
[11] 郑轶琦,王志勇,郭海林,等.正交设计优化假俭草SRAP-PCR反应体系及引物筛选[J].草业学报,2008,17(4):
110117.
[12] WeaverKR,CalahanLM,CaetanoAnolésG,犲狋犪犾.DNAamplificationfingerprintingandhybridizationanalysisofcenti
pedegrass[J].CropScience,1995,35(3):881885.
[13] 尚以顺,杨桦,陈燕萍.贵州南部草坪草引种栽培实验研究[J].草业科学,1995,12(4):4446.
[14] JohnsonBJ,CarrowRN.Frequencyoffertilizerapplicationsandcentipedegrassperformance[J].AgronomyJournal,1988,
80(6):925929.
[15] 韩建国,潘全山,王培.不同草种草坪蒸散量及各草种抗旱性的研究[J].草业学报,2001,10(4):5663.
[16] 张文丽,张彤,吴冬秀,等.土壤逐渐干旱下玉米幼苗光合速率与蒸腾速率变化的研究[J].中国生态农业学报,2006,
14(2):7275.
[17] 刘瑞香.不同土壤水分条件对中国沙棘和俄罗斯沙棘的光合和蒸腾作用的影响[J].水土保持通报,2006,26(2):14,15.
[18] 周兴元,曹福亮.土壤盐分胁迫对假俭草、结缕草光合作用的影响[J].江西农业大学学报,2005,6(3):408412.
[19] WatlingJR,PressMC,QuickWP.ElevatedCO2inducesbiochemicalandultrastructuralchangesinleavesoftheC4cereal
sorghum[J].PlantPhysiology,2000,123:11431152.
[20] 陈少裕.膜脂过氧化对植物细胞的伤害[J].植物生理学通讯,1991,27(2):8490.
犈犳犳犲犮狋狅犳犱狉狅狌犵犺狋狊狋狉犲狊狊狅狀犾犻犵犺狋狉犲狊狆狅狀狊犲犮狌狉狏犲狊狅犳犮犲狀狋犻狆犲犱犲犵狉犪狊狊
DAIWeiran,RENJian,BIYufen
(DepartmentofGrasslandSciences,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Wecomparedthelightresponsecurvesoftwostrainsof犈狉犲犿狅犮犺犾狅犪狅狆犺犻狌狉狅犻犱犲狊,theYaanandthe
Commonstrainsfromdifferentorigins,todetermineifthetwostrainsexhibitdifferenttolerancestodrought
stress.Threewateringregimesweredesigned:welwatered(80%offieldwatercapacity,FWC),moderate
drought(50%FWC)andintensedrought(35%FWC)alappliedforonegrowingseason.Netphotosynthetic
rateandstomatalconductanceincreasedwithincreasesoflightintensity,whilebothsignificantlydecreased
whenexposedtodroughtstress.Themaximumassimilationrate(犃max)atsaturationphotosyntheticphoton
fluxdensity(PPFD)andlightsaturationpoint(LSP)ofCommonweresignificantlyreducedbydrought.犃max
decreasedfrom22.3to11.2μmol/(m
2·s)astheLSPdroppedfrom578to350μmol/(m
2·s),whilefor
Yaan,the犃maxdecreasedfrom24.5to13.0μmol/(m
2·s)astheLSPdecreasedfrom694to474μmol/
(m2·s).Inaddition,thenetphotosyntheticrateoftheYaanstrainwasmuchhigherthanthatoftheCommon
strainatthesamelightintensity.Basedonthedifferencesinlightresponsecurves,itwasconcludedthatthe
YaanstrainhadstrongerdroughttoleranceandagreatercapacitytouselightthanCommon,whichwasintro
ducedfromAmerica.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犈狉犲犿狅犮犺犾狅犪狅狆犺犻狌狉狅犻犱犲狊;netphotosyntheticrate;stomatalconductance;lightresponsecurve
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