全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2009, 36 (4) : 571 - 576
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2008 - 11 - 27; 修回日期 : 2009 - 03 - 243 E2mail: bhch@gsau1edu1cn
温度和光照对‘红地球’葡萄试管苗光合特性的影响
陈佰鸿 3 , 曹孜义 , 赵长增 , 毛　娟 , 苏小玲
(甘肃农业大学农学院 , 兰州 730070)
摘 　要 : 以 ‘红地球 ’葡萄 (V itis vin ifera L1‘Red Globe’) 试管苗为试材 , 采用密闭系统落差法研究
了在不同温度和光照强度下培养 28 d的试管苗的光合特性。结果表明 : 培养温度在 20～30 ℃之间 , 试管
苗的暗呼吸速率 (Rd ) 随温度的升高而升高 , 但净光合速率 ( Pn ) 以 25 ℃最高 , 30 ℃次之 , 20 ℃最低 ;
而 CO2补偿点以 25 ℃最低 , 20 ℃次之 , 30 ℃最高 ; 光照强度在 40～200μmol·m - 2 ·s- 1之间 , 葡萄试管
苗的 Pn随光照强度 ( PAR) 的升高而升高 , CO2补偿点随 PAR的升高而降低。在光照条件下 , 容器内 CO2
浓度迅速降低 , 并接近 CO2补偿点 , CO2供应不足是影响试管苗同化能力的主要原因。在室内培养阶段 ,
采用弱光、昼夜变温和改善培养容器的通气性有利于提高试管苗的光合能力 ; 在移栽驯化过程中 , 逐步提
高光照强度和延长光照时间有利于试管苗同化产物的积累和培养壮苗。
关键词 : 葡萄 ; 试管苗 ; 光合特性 ; 温度 ; 光照强度
中图分类号 : S 66311; Q 945111　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2009) 0420571206
Effects of Tem pera ture and L ight In ten sity on Photosyn thetic Characters of
‘Red Globe’Grape Plan tlet in V itro
CHEN Bai2hong3 , CAO Zi2yi, ZHAO Chang2zeng, MAO Juan, and SU Xiao2ling
(College of A gronom y, Gansu A gricu ltura l U niversity, Lanzhou 730070, Ch ina)
Abstract: By the ways of falling and airp roofing, the research was made on the photosynthetic characters
of grape (V itis vin ifera L. ‘Red Globe’) p lantlets in vitro cultivated under different temperatures and photo2
synthetic availability radiations ( PAR). The results showed that under the temperatures between 20 ℃ and
30 ℃, the dark resp iration rate (Rd ) rose with the rise of the temperature, while the net photosynthesis rate
( Pn ) reached the highest in 25 ℃, slowed in 30 ℃, and reduced to the lowest in 20 ℃. However, the com2
pensation point of CO2 was the lowest in 25 ℃, rose in 20 ℃, and reached the highest in 30 ℃. W hen the
PAR was between 40 and 200μmol·m - 2 ·s- 1 , the Pn of the grape p lantlet rose with the increase of PAR,
while the compensation point of CO2 decreased with the increase of the PAR. W hen PAR was available, the
concentration of CO2 in the vessel reduced rap idly, almost close to the compensation point of CO2. The insuffi2
cient supp ly of CO2 is the chief factor that affects the assim ilation of the p lantlets. In the stage of indoor culti2
vation, the weak light, temperature changes by day and night and the imp rovement of the ventilation of the
cultivated vessels are advantageous to imp roving the photosynthesis of the p lantlets. And in the p rocess of
transp lantation and domestication, the gradual increase and extension of the light are advantageous to accumu2
lating the p roducts of the p lantlet assim ilation and generating the strong p lantlets.
Key words: grape; p lantlet; photosynthetic character; temperature; PAR
组织培养技术已广泛地应用于葡萄良种快繁和脱毒苗培育之中。在常规培养中 , 试管苗处于一种
自养与异养的混合状态 ( Serret et al. , 1997; Nguyen et al. , 1999)。Kozai等 ( 1997) 认为 , 含有叶
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绿素的试管苗大多数都可以在无糖条件下自养生长 , 表明试管苗具有较强的光合能力。因此优化组织
培养体系对提高试管快繁效率和降低生产成本具有重要意义。光照和温度是组培中的两个重要环境因
素 , 但二者是如何影响葡萄试管苗的光合与呼吸特性 , 如何从试管苗同化产物合成与积累的角度来研
究和筛选组织培养的适宜环境条件 , 由于受常规光合测定仪自身的局限性 , 该方面的研究较少。
崔瑾等 (2001) 报道增施 CO2的葡萄组培苗生长健壮 , 发育提前 , 光合自养能力得到促进 , 驯化
成活率高。陈佰鸿等 (2004) 研究了葡萄试管苗不同叶位叶片的光合与呼吸特性。但在葡萄组织培
养中 , 处于相对封闭的培养容器内 , 多株试管苗的微群体光合与呼吸特性未见研究报道。因此 , 以单
个培养容器为单元 , 研究不同培养温度和光照强度对试管苗的光合特性的影响 , 从而明确影响葡萄试
管苗光合作用的主要环境因素 , 对优化葡萄组织培养条件具有重要的指导意义。
1　材料与方法
111　材料及其处理
试验于 2004—2005年在甘肃农业大学农学院园艺植物组织培养室进行。试验材料为继代培养
30 d的 ‘红地球 ’葡萄 (V itis vin ifera L. ‘Red Globe’) 试管苗。继代培养基为 GS + IAA 012μL·
L - 1 +蔗糖 20 g·L - 1 , pH 610。
将继代 30 d的试管苗剪切为长 115 cm带 1片叶的茎段 , 转接到 150 mL的三角瓶中 , 每瓶转接 4
个带叶茎段。三角瓶用棉塞外包牛皮纸封口。用 RXZ2智能型人工气候箱 (宁波江南仪器厂生产 ) ,
在 120μmol·m - 2 ·s- 1光照条件下 , 分别设定 20、25、30、35 ℃ 4个温度梯度。在 25 ℃条件下 , 分
别设 40、60、120、160、200μmol·m - 2 ·s- 1 5个光照强度处理。将接种后的三角瓶置于人工气候箱
内培养 , 每个处理 40瓶。光周期设定为 24 h, 每天 8: 00—0: 00设定为光照培养阶段 , 0: 00—
8: 00设定为暗期。培养箱内相对湿度为 70%～80%。
112　测定方法
培养 28 d时测定试管苗的净光合速率 ( Pn )、暗呼吸速率 (Rd )、叶绿素荧光动力学参数。
采用 C IRAS22型光合测定仪 (英国 ) 密闭系统落差法测定 Pn和 Rd。光合测定仪与三角瓶闭合气
路连接方法和测定步骤参照陈佰鸿等 (2004) 的方法。用注射器向三角瓶内注入 1 mL CO2气体 , 封
闭瓶口 , 置于相应温度和光照处理的人工气候箱内测定 Pn , 待瓶内 CO2浓度降至 2 000μL·L - 1时 ,
每 30 s记录 1次 CO2浓度的落差 , 直到 CO2浓度相对恒定 , 此时瓶内 CO2浓度即为叶片的 CO2补偿点。
然后关闭光照 , 测定叶片的 Rd , 每 30 s记录 1次 CO2浓度的升值 , 直到瓶内 CO2浓度达到 2 000μL·
L - 1时停止测定。每处理重复测定 3瓶。测定结束后 , 从三角瓶内取出试管苗 , 用 L I23000C便携式叶
面积仪 (美国 ) 测定所有叶片的面积 , 取其和。Pn和 Rd的计算公式参见赵世杰等 ( 2002) 的文献。
将试管苗黑暗处理 1 h后 , 在暗室内取叶片用 FM 22调制式荧光仪 (Hansatech公司生产 ) 迅速测定
Fo、Fm、Fv / Fm、Fm ′、ФPSⅡ等参数。用红外 CO2分析仪 (芬兰 VA ISA公司生产 ) 检测人工气候箱内
CO2浓度。光照强度用 L I2250A光照计 (美国 ) 测定。
2　结果与分析
211　培养温度对葡萄试管苗光合特性的影响
21111　温度对净光合速率 ( Pn ) 的影响
在 200μmol·m - 2 ·s- 1的光照条件下 , 培养温度在 20～30 ℃之间 , Pn以 25 ℃时最高 , 30 ℃次
之 , 20 ℃最低 (图 1)。温度从 20 ℃升高到 25 ℃时 , 平均 Pn提高了 4015% , 而从 25 ℃升高到 30 ℃
时 , 平均 Pn降低了 1913%。当培养温度达到 35 ℃时 , 转接材料的叶片逐渐干枯死亡。
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　4期 陈佰鸿等 : 温度和光照对 ‘红地球 ’葡萄试管苗光合特性的影响 　
在不同培养温度条件下 , 葡萄试管苗的 Pn均随培养容器内 CO2浓度的降低而降低。CO2浓度在
1 500～700μL·L - 1之间 , Pn的下降幅度较小 , 在 500～300μL·L - 1之间 , 下降幅度最大。尤其在
30 ℃条件下 , 当 CO2低于 500μL·L - 1时 , Pn的下降幅度最大 , 在 3个温度处理中最低 (图 1)。
21112　温度对暗呼吸速率 (Rd ) 的影响
在 20～30 ℃之间 , Rd随温度的升高而升高 (图 2)。在相同培养温度条件下 , 培养容器内 CO2浓
度对 Rd有明显的抑制作用 , CO2从 100μL·L - 1升高到 1 500μL·L - 1时 , 20、25和 30 ℃试管苗的 Rd
分别降低到了 3412%、3911%和 4316% , 温度越高 , CO2的抑制效应越明显。
图 1　培养温度对葡萄试管苗净光合速率 ( Pn ) 的影响
F ig. 1　Effect of cultura l tem pera ture on Pn of grape plan tlets
图 2　培养温度对试管苗呼吸速率 ( R d ) 的影响
F ig. 2　Effects of cultura l tem perra ture on R d of grape plan tlets
21113　温度对 CO2补偿点的影响
温度对试管苗 CO2补偿点有明显的影响 , 在
25 ℃时 , 试管苗 CO2补偿点最低 , 温度过高或过
低都会使试管苗的 CO2补偿点升高。温度从 20 ℃
升高到 25 ℃时 , CO2补偿点降低了 4213% ; 温度
从 25 ℃升高到 30 ℃时 , CO2 补偿点升高了
10316% (图 3)。
从不同温度下试管苗 CO2补偿点的变化规
律看 , 温度对试管苗固定 CO2能力有明显影
响。
图 3　温度对葡萄试管苗 CO 2 补偿点的影响
F ig. 3　Effect of tem pera ture on CO 2 com pen sa tion
po in t of grape plan tlets
21114　温度对叶绿素荧光参数的影响
如表 1所示 , 试管苗叶片最大光化学效率 ( Fv / Fm )、最大荧光 ( Fm )、光下最大荧光 ( Fm ′) 和
实际光化学效率 (ФPSⅡ ) 均以 25 ℃最高 , 30 ℃次之 , 20 ℃最低 , 说明 25 ℃条件下试管苗叶片光化
学活性最高 , 较适宜试管苗的生长。Fv / Fm是衡量光抑制程度的重要指标 , 尽管不同温度处理之间存
在差异 , 但均低于 0185, 说明葡萄试管苗光合作用处在相对较低的水平。
表 1　不同培养温度对葡萄试管苗部分叶绿素荧光参数 (相对值 ) 的影响
Table 1　Effects of cultura l tem pera ture on fluorescence param eters ( rela tive va lues) in leaves of grape plan tlets
温度 /℃ Temperature Fo Fm Fv /Fm Fm ′ ФPSⅡ
20 8218 ±712 36412 ±2713 0177 ±0101 35113 ±2119 01737 ±0101
25 7315 ±519 423 ±3416 0183 ±0102 41817 ±2516 01779 ±0105
30 7716 ±612 38917 ±2011 0180 ±0102 38717 ±2112 01756 ±0103
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212　光照强度对试管苗光合特性的影响
21211　光照强度对净光合速率 ( Pn ) 的影响
在 25 ℃培养温度下 , 光照强度在 40～200μmol·m - 2 ·s- 1之间 , Pn均随光照强度的增大而升高
(图 4)。在 40～60μmol·m - 2 ·s- 1的弱光条件下 , Pn较低 , 且随 CO2浓度的降低 , Pn的降低幅度较
小。光照强度达 120μmol·m - 2 ·s- 1以上 , Pn明显增大 , 随 CO2浓度的降低 , Pn的降低幅度增大。在
所有光照处理下 , 试管内 CO2浓度降低到 500μL·L - 1以下时 , Pn随 CO2浓度的降低迅速下降。试管
苗的 Pn随 CO2浓度和光照强度的变化而发生相应的变化 , 呈现出绿色植物光合作用的基本规律和特
性 , 说明葡萄试管苗具有一定的自养能力。
21212　光照强度对 CO2补偿点的影响
随光照强度的增加 , 试管苗的 CO2补偿点呈现出下降趋势 , 尤其是光强从 40μmol·m - 2 ·s- 1升
高到 60μmol·m - 2 ·s- 1 , CO2补偿点降低幅度最大 , 从 10713μL·L - 1降低到 8311μL·L - 1 , 降低
了 2214% (图 5)。
从光照强度与 Pn和 CO2补偿点的关系来看 , 在一定范围内随着光照强度的增加 , 试管苗的 Pn升
高 , CO2补偿点降低 , 试管苗叶片同化 CO2的能力增强 , 强光照有利于提高试管苗的光合能力。
213　培养容器内 CO2浓度的日变化规律
对培养 28 d葡萄试管苗三角瓶内和人工气候箱内 CO2浓度日变化的检测表明 , 培养温度为 25
℃、光照强度为 60μmol·m - 2 ·s- 1时 , 培养容器内 CO2浓度远低于大气中 CO2浓度 , 尤其是三角瓶
内 CO2浓度更低 (图 6) , 是制约试管苗光合能力提高的主要因素。
从图 6可以看出 , 由于试管苗的光合作用 , 人工气候箱内 CO2浓度从 8: 00的 660μL·L - 1降到
12: 00的 200μL·L - 1 , 之后保持相对稳定。0: 00光照停止后 , 因试管苗的呼吸作用 , CO2浓度逐
渐升高。三角瓶内 CO2浓度虽然也呈现出与培养箱内相似的变化动态 , 但变化幅度比培养箱内的更明
显。培养箱内 CO2浓度的最高值为 660μL·L - 1 , 最低值为 200μL·L - 1 , 在光照条件下从最高降到
最低需要 4 h, 在黑暗条件下从最低升到最高需要 8 h, 上升变化幅度较为平缓。三角瓶内 CO2浓度的
最高值为 938μL·L - 1 , 最低值为 8216μL·L - 1 , 最高值高于培养箱内最高值 , 最低值低于培养箱内
的最低值 ; 从最高降到最低不到 1 h, 变化幅度明显高于培养箱 ; 在黑暗条件下从最低升到最高的过
程中 , 在第 1小时内变化最为明显 , 随后上升幅度趋于平缓。
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图 6　葡萄试管苗培养容器内 CO 2 浓度的日变化动态
F ig. 6　D ynam ic change of CO 2 concen tra tion in cultura l con ta iner of grape plan tlets
3　讨论
311　改善培养容器的通气性是提高试管苗光合能力的重要措施
在植物组织培养过程中 , 温度和光照条件可以根据需要进行精确控制 , 但由于培养容器相对封
闭 , 试管苗的光合作用和呼吸作用会在短期内使 CO2浓度发生很大变化 , 难以对其进行精确控制 , 所
以从影响试管苗光合作用的环境因素来看 , 主要是 CO2供应不足导致试管苗光合受阻 (图 6)。
由于三角瓶等培养容器封口材料的阻隔作用 , 在光照条件下 , 三角瓶内 CO2浓度过低 , 基本保持
在试管苗 CO2补偿点水平 , 试管苗光合作用的碳源 , 主要来源于试管苗自身呼吸代谢产生的 CO2 , 严
重制约试管苗自身同化能力的提高。这与 Fujiwara等 (1987)、Kozai等 (1988)、Solarova (1989) 的
研究结果相似。因此 , 在组织培养尤其在组培快繁当中 , 提高环境 CO2浓度和改善培养容器封口材料
的通气性 , 使更多的外源 CO2能扩散到培养容器 , 从而提高试管苗的光合能力和移栽成活率 (Desjardins
et al. , 1988; Figueira et al. , 1991; N iu et al. , 1998; L ian et al. , 2002; Mosaleeyanon et al. , 2004)。
312　适宜的昼夜温差有利于提高试管苗的培养质量
从温度对试管苗光合速率和呼吸速率的影响来看 (图 1、图 2) , 温度越高试管苗的呼吸速率越
大 , 而光合速率以 25 ℃最高 , 过高和过低温度都会降低试管苗的光合速率。所以从优化葡萄试管苗
的培养条件来看 , 白天保持 25 ℃为宜 , 晚上应降低培养环境温度 , 通过降低试管苗的呼吸消耗提高
植株碳素水平 , 有利于培养壮苗。尽管提高光照强度能有效地提高试管苗的光合能力 , 但在实际培养
中光照过强并无利用价值 , 一方面提高光照强度会增加试管苗的生产成本 , 另一方面 , 由于培养容器
通气性较差 , 影响试管苗光合作用的主要因素是 CO2供应不足 , 而不是光照条件不足。因此 , 在葡萄
组织培养过程 , 保持 40～60μmol·m - 2 ·s- 1的光照强度已能完全满足试管苗光合作用对光的需求。
313　较高的光照强度有利于试管苗移栽驯化过程中同化产物的积累
提高光照强度有利于提高试管苗的光合能力和自养能力 (Cui et al. , 2000; 郭延平 , 2000) , 本
试验结果也表现出葡萄试管苗的 Pn随光照强度的增大而升高的趋势。但周明等 (2008) 对姜试管苗
研究中认为 , 随着培养光强升高 , 试管苗的净光合速率没有增加 , 甚至呈现降低趋势。出现这种结果
的主要原因是在相对封闭的培养容器内 , 气体与外界交换量很低 , 在光照条件下容器内 CO2浓度迅速
降低 , 并达到或接近 CO2补偿点 , 光合作用所需的 CO2主要靠试管苗呼吸代谢释放 , 导致试管苗的净
光合速率在一定光照强度以上呈现出静态。
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试管苗移栽驯化一般在温室内进行 , 试管苗处在一个相对开放的温室环境内 , 与室内培养阶段相
比 , CO2浓度保持在一个相对较高的水平 , 在这阶段提高光照强度能有效提高试管苗光合速率 (图
4)。因此 , 在试管苗移栽驯化过程中 , 逐步提高光照强度、延长光照时间 , 有利于提高试管苗的自
养能力和同化产物的积累 , 对提高试管苗的移栽成活率和培育壮苗具有非常重要的作用。
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