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Effects of light intensity on the growth and diurnal variation of photosynthesis in Evod iarutaecarpa seedlings

不同光强对吴茱萸生长动态和光合日变化的影响



全 文 :广 西 植 物 Guihaia 32(3):345-349                                2012 年 5 月
 
DOI:10.3969/j.issn.1000-3142.2012.05.013
不同光强对吴茱萸生长动态
和光合日变化的影响
李林轩1,邹 蓉2,唐 辉2*
(1.广西药用植物园/广西药用资源保护与遗传改良重点实验室,南宁530023;
2. 广西壮族自治区
中 国 科 学 院
广西植物研究所,广西 桂林541006)
摘 要:报道了不同生长光强(透光率分别为15%、30%、50%、100%)对吴茱萸的生长和光合日变化的影响。
结果表明:生长环境光强对吴茱萸苗期株高、地径和冠面积的影响较大,100%RI下的株高、地径和冠面积明
显小于各遮荫处理,其中30%RI下吴茱萸的株高、地径和冠面积最大,这表明苗期强光不利于吴茱萸的生
长。随着光强的减弱,吴茱萸增大冠面积与株高有利于截获更多光能。10月下旬,100%RI下吴茱萸净光合
速率(Pn)日变化曲线呈“双峰型”,11:30~14:30,吴茱萸的Pn、胞间二氧化碳浓度与气孔导度均下降,表明此
时的光合午休现象是由气孔部分关闭造成的。各遮荫处理下,吴茱萸的Pn日变化均呈“单峰型”,并无第二峰
的出现,可能与遮荫条件下,下午光强较弱,环境温度较高,空气相对湿度较低有关。
关键词:光合特性;生长特性;吴茱萸
中图分类号:Q945.11  文献标识码:A  文章编号:1000-3142(2012)03-0345-05
* Effects of light intensityon the growth
and diurnal variation of photosynthesis
in Evod iarutaecarpaseedlings
LI Lin-Xuan1,ZOU Rong2,TANG Hui 2*
(1.Guangxi Botanical Garden of Medicinal Pant/Guangxi Key Laboratory of Medicinal Resources Protection
and Genetic Improvement,Nanning 530023,China;2.Guangxi Institute of Botany,Guangxi Zhuang
Autonomous Region and the Chinese Academy of Sciences,Guilin 541006,China)
Abstract:The growth and diurnal variation of photosynthesis to different shading levels(15%,30%,50%,
100%relative inadianes)in Evod iarutaecarpaseedlings were examined.The results showed that,the height,
diameter and crown area of E.iarutaecarpaseedlings were significantly influenced by growth light intensities.
The three properties under 100%sunlight were significantly lower than which under other sunlight,and those
properties under 30%sunlight were the largest.It could be seen that high light was not conducive to the
growth of Evod iarutaecarpaseedlings.With the decrease of light intensity,the crown area and height of E.
iarutaecarpaincreased significantly,which enhanced the light interception in low light.In late October,diur-
nal variation in net photosynthetic rate(Pn)was two-peak pattern in E.iarutaecarpaunder 100%sunlight.
From 11:30to 14:30,the Pn,intercelular CO2concerntration and stomatal conductance were al decreased,
* 收稿日期:2012-02-09  修回日期:2012-04-17
基金项目:广西科技攻关项目(桂科攻0815005-2-4);桂林市科技成果转化与应用项目(20100103-6)[Supported by Key Technologies Research and
Development Program of Guangxi(0815005-2-4);Project of Science and Technology Achievements Transformation and Application of Guilin City(20100103-6)]
作者简介:李林轩(1986-),男,广西桂林人,研究实习员,从事药用植物生理生化学研究,(E-mail)starry1125@sina.com。
*通讯作者:唐辉,男,研究员,从事药用植物栽培技术研究,(E-mail)913529761@qq.com。
which indicated that stomatal partial closure was the main direct factors which affected the diurnal variation of
Pn.The Pndid not show second peak during the afernoon in E.iarutaecarpaseedlings under three shading
treatment,which was related to the low light intensities,high air temperature and low air relative humidity in
the afernoon under shading treatment.
Key words:photosynthetic properties;growth properties;Evod iarutaecarpa
  中药吴茱萸为芸香科植物吴茱萸(Evod iaru-
taecarpa)的干燥近成熟果实,是名贵出口药材(中
华人民共和国卫生部药典委员会,1995;孙世荣等,
2009)。吴茱萸为落叶灌木或小乔木,野生于山地、
路旁或疏林下,主产于上海、河南、四川等地。光合
作用是植物生长和其它一切代谢活动的生理基础,
光合特性的不同往往是植物生长及抗逆性差异的直
接原因之一(Buchanan等,2000)。光是最重要的生
态因子,植物适应光环境变化的能力很大程度上决
定着植物的产量和分布模式,一般认为,高温、强光
和低湿等环境条件引起的气孔限制和非气孔限制是
光合作用“午休”发生的主要因素(张往祥等,2002)。
遮荫可以在一定程度上降温增湿,改善植物的冠幕
微环境,大大降低叶温,有效消除叶片光合作用的
“午休”现象,但是重度遮荫降低植物的光合速率(何
科佳等,2007;Gregoriou等,2007)。
目前,国内外学者对吴茱萸的研究主要集中在
化学成分(王奇志等,2004;王世永等,2008)、药理及
临床(周红祖等,2008)等方面,但有关光强对吴茱萸
生长、光合特性的影响研究未见报道。本文比较研
究了不同光照强度下吴茱萸的生长动态与光合参数
日变化的差异,探讨吴茱萸生长和光合特性对生长
环境光强变化的响应和适应性,进而为吴茱萸高产
优质栽培提供理论依据。
1 材料和方法
试验在中国科学院广西植物研究所进行,通过
用黑色尼龙网遮荫,建立相对光强(Relative irradi-
ance,RI)分别为20%、30%、50%和100%(不遮荫,
夏季用Li-6400便携式光合作用系统测得,试验地
区自然条件下全日照为2 000μmol·m-
2·s-1左右)
的遮荫棚4个。于2010年5月10日,选择生长基
本一致的广西吴茱萸根蘖苗移植于塑料花盆,每盆
1株,植株恢复生长后,于5月24日转至4个不同
生长光强下培养。6月16日,各光强下随机选定10
株,直尺测定株高和冠面积(Crown area,0.25π×冠
宽2),游标卡尺测定地径,以后每30d测定1次,最
后一次测定时间为11月13日。试验期间加强肥水
管理,每月施复合肥1次,随时防治病虫害。
采用Li-6400便携式光合作用系统(LI-COR,
Lincoln,Nebraska,USA)于2010年10月20日测
定不同光强下吴茱萸叶片的光合日变化。选植株主
干顶部的成熟叶片进行光合测定,每个处理3株,每
株1个叶片,空间取向和角度尽量一致。自当地时
间8:30~17:30进行,每1.5h测1次。生理指标
包括植物的净光合速率(Pn,μmol·m-
2·s-1)、蒸腾
速率(Tr,mmol·m-2·s-1)、气孔导度(Gs,mol·
m-2·s-1)与胞间CO2 浓度(Ci,μmol·mol-
1);环境
参数包括光合有效辐射(PAR)、气温(TA)、和空气
相对湿度(RH)等。
用SigmaPlot 9.0(SPSS Inc.,USA)绘图。
2 结果和分析
2.1不同光强对吴茱萸地径、株高和冠面积生长动
态的影响
  6月16日至11月13日,4种生长光强下吴茱
萸的株高、地径和冠面积均随生长时间的推移,基本
呈线性增加的趋势,10月14日以后吴茱萸的株高
和冠面积增长放缓,而地径继续直线增大(图1);4
种光强相比较,吴茱萸以上3个生长参数,处理初期
的差异相对较小,随着时间的推移,差异越来越大
(图1)。7月16日开始,100% RI下吴茱萸的株
高、地径和冠面积明显小于各遮荫处理,而30%RI
下吴茱萸以上参数值明显大于其他各处理。
2.2不同光强对吴茱萸地径、株高和冠面积增长量
的影响
  各光强下吴茱萸基径增长量均于6月16日至
7月16日这个月增长量最大,随后增长减慢,100%
RI与50%RI下吴茱萸均在8月15日至9月14
日这个月地径增长最慢,整个测量时间段,地径增长
量大小依次为:30% RI>50% RI>20% RI>
100%RI(图2:A)。100% RI下吴茱萸株高增长
量呈先降后升的趋势,8月15日至9月14日这个
月株高增长最慢,10月14日至11月13日这个月
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增长最快;3个遮荫处理下吴茱萸株高增长量均于6
月16日至7月16日这个月增长量最大,随后增长
逐渐减慢,9月14日至10月14日这个月又达到一
个增长高峰期,随后又增长放缓;整个测量时间段,
株高增长量大小依次为:30%RI>20%RI>50%
RI>100%RI(图2:B)。各光强下吴茱萸冠面积增
长量均于6月16日至8月15日这两个月增长最
快,此后增长放缓,10月14日至11月13日这个月
图1 不同光强下吴茱萸地径、株高和冠面积的生长动态
Fig.1 Growth dynamics of Evod iarutaecarpadiameter,height and crown area grown under different light intensities
图2 不同光强下吴茱萸地径、株高和冠面积的增长量
Fig.2 Increment of Evod iarutaecarpadiameter,height and crown area grown under different light intensities
基本没有增长;整个测量时间段,30%RI下吴茱萸
冠面积增长最大,20% RI与50% RI居中,100%
RI下增长最小(图2:C)。
2.3光合环境因子日变化
从图3可以看出,4种生长光强的光合有效辐
射(PAR)分别为100%(不遮荫)、50%、30%和
20%全日光。空气温度(TA)和相对湿度(RH)日
变化均受光合有效辐射日变化的影响,但存在1h
左右的滞后效应,且各光强下的TA与RH 值并不
随光强成比例增长。测定当日,各光强下光合有效
辐射、空气温度和相对湿度的日变化均呈单峰曲线,
其中光合有效辐射在13:00左右达最大值,空气温
度和相对湿度在14:00左右分别达最大和最小值
(图3)。
2.4不同光强下吴茱萸光合生理参数的日变化
10月20日,100% RI吴茱萸的Pn 日变化呈
“双峰型”,出现了明显的光合作用“午休”现象,第一
峰值出现在上午11:30时左右,第二峰值出现在
16:00时左右,第一峰值大于第二峰值,而谷底出现
在14:30时左右;其余各光强下吴茱萸的Pn日变
化均呈“单峰型”,峰值与100%RI的第一峰值的出
现时间一致,但Pn值均低于100%RI下的值,其
中20%RI下的Pn值最低,50%RI与30%RI下
的Pn值接近(图4:A)。各光强下吴茱萸的Gs日
变化与Pn日变化趋势一致(图4:B)。各光强下吴
茱萸的Ci日变化总体呈先降后升的趋势,其中
100%RI下的Ci值最低,50%RI与30%RI下的
Ci值接近,20%RI下的Ci值最高(图4:C)。
7433期       李林轩等:不同光强对吴茱萸生长动态和光合日变化的影响
图3 光合有效辐射、气温和相对湿度的日变化
Fig.3 Diurnal course of photosyntheticaly active radiation(PAR),air temperature
(TA)and relative humidity(RH)in local condition
图4 不同光强下吴茱萸叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率日变化
Fig.4 Daily courses of Pn,Gs,Ci and Trin leaves of Evod iarutaecarpagrown under different light intensities
100%RI下吴茱萸的Tr日变化与Pn日变化趋势
一致,呈“双峰型”,其余各光强下吴茱萸的Tr日变
化呈“单峰型”,但峰值滞后Pn峰值1.5小时左右
(图4:D)。
3 结论与讨论
吴茱萸幼苗对光环境的变化表现出较强的适应
性,随着光强的减弱,吴茱萸通过增大冠面积、增加
株高向四周与高空发展以截获更多光能。生长环境
光强对吴茱萸苗期株高、地径和冠面积的影响较大,
100%RI下的株高、地径和冠面积明显小于各遮荫
处理,其中30%RI下吴茱萸的株高、地径和冠面积
最大,生长最好,表明苗期强光不利于吴茱萸的生
长。整个生长季节,各光强下吴茱萸的株高和地径
增长量均于6月16日至7月16日这个月增长量最
大,冠面积增长量均于6月16日至8月15日这两
个月增长最快。10月14日以后吴茱萸的株高和冠
面积增长缓慢,而地径继续直线增大。
10月下旬,全日光下吴茱萸净光合速率(Pn)日
变化曲线呈“双峰型”,出现了光合作用“午休”现象。
根据Farquhar &Sharkey(1982)提出的判据,只有
843 广 西 植 物                  32卷
当Pn和Ci变化方向相同,两者都降低,才可认为
光合速率的下降主要由气孔导度引起的;如Pn和
Ci变化方向相反,则Pn下降应归因于叶肉细胞同
化能力的降低。11:30~14:30,100%RI下吴茱萸
Pn与Ci均下降,且此时的Gs也下降,表明此时的
光合午休现象是由气孔部分关闭,气孔导度下降造
成的。各遮荫处理下,吴茱萸的Pn日变化均呈“单
峰型”,并无第二峰的出现,可能与遮荫条件下,16:
00左右光强较弱,环境温度较高,空气相对适度较
低有关。
2008年9月下旬,我们对吴茱萸的幼苗进行了
光合日变化测定,发现吴茱萸的光合日变化也呈“双
峰型”,但导致光合午休现象的主要原因为非气孔限
制因素,因为中午前后环境光强均在1 500μmol·
m-2·s-1以上,最高达1 800μmol·m-
2·s-1(孙世荣
等,2009)。10月下旬,光合有效辐射降低(最高光
强为1 340μmol·m-
2·s-1),空气湿度低,全日光下
虽仍然有光合午休现象发生,但主要原因为气孔限
制因素。10月下旬,100%RI下吴茱萸的Pn最大,
该时间段(10月14日~11月13日)吴茱萸的株高
和地径增长量均达整个生长季较高水平(图2:A,B)。
6~9月,环境光合有效辐射强,100%RI下吴茱萸受
非气孔限制因素影响,其Pn受到抑制,Pn值低于其
它遮荫处理,推测这是至一年生长季末,100%RI下
吴茱萸的株高、地径和冠面积最小的原因。
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