7种独蒜兰属植物光合特性比较研究.pdf

2210 2023 年第 64 卷第 9 期收稿日期:2022-08-15基金项目:杭州市科技发展计划项目(20201203B114)作者简介:赵博(1989),男,河北唐山人,助理研究员,博士,主要从事草莓新品种选育及分子生物学工作,E-mail:1074854034 。通信作者:柴伟国(1970),男,浙江杭州人,研究员,学士,主要从事蔬菜、中药材育种与栽培技术研究工作,E-mail:kuni 。文献著录格式:赵博,裘劼人,柴伟国.7 种独蒜兰属植物光合特性比较研究 J.浙江农业科学,2023,64(9):2210-2213.DOI:10.16178/j.issn.0528-9017.202208727 种独蒜兰属植物光合特性比较研究赵博,裘劼人,柴伟国(杭州市农业科学研究院,浙江 杭州310024)摘要:以台湾独蒜兰、秋花独蒜兰、独蒜兰、云南独蒜兰、大理独蒜兰、四川独蒜兰和美丽独蒜兰 7 个独蒜兰品种为试验材料,采用 LI-6400 便携式光合作用测定仪对其光合特性(光响应曲线和叶绿素含量)进行了测定分析,旨在探究各个独蒜兰品种的光合生理特性及差异,为探究独蒜兰的栽培条件提供理论基础。结果表明,在 7 种独蒜兰中,美丽独蒜兰具有最高的最大净光合速率,光合能力最强。台湾独蒜兰对光的适应范围较广。秋花独蒜兰、四川独蒜兰和独蒜兰对栽培环境的光条件要求较高,要注意避免光强过剩造成的光抑制现象。大理独蒜兰和云南独蒜兰的光补偿点最低,利用弱光的能力强,同时叶绿素含量较高,适合阴生环境。基于本研究结果,对独蒜兰的科学栽培管理进而提高独蒜兰属植物的栽培质量具有一定指导意义。关键词:独蒜兰;叶绿素;光合参数;光合特性中图分类号:S682文献标志码:A文章编号:0528-9017(2023)09-2210-04独 蒜 兰 属(Pleione D.Don)隶 属 于 兰 科(Orchidaceae)树兰族(Trib.Epidendreae Humb.,Bonpl.et Kunth),独蒜兰的褶片是区分独蒜兰属不同种的主要特性。我国独蒜兰主要分布在长江流域及以南的各省深山中高海拔的溪谷石壁和灌丛中,生于海拔 9003 600 m 的密林下腐殖质丰富的土壤或沟谷旁有苔藓覆盖的石壁上、裸露的树干上或灌木丛下有腐殖土的地上。独蒜兰属多年生草本植物,半附生,分布于我国四川、云南、贵州、广西、广东、江西、湖南、湖北、陕西、甘肃等省区,资源稀少,其对环境的要求较高,喜凉爽、湿润的半阴环境。全球约有独蒜兰属植物 27 种和 9个天然杂交种,独蒜兰属仅在欧美、日本及中国台湾有较广泛的栽培应用,英国已培育出 445 个品种,中国仅见中国科学院昆明植物研究所培育出17 个新品种1。独蒜兰花型奇特、花色艳丽,直立花序高 1525 cm,适合作小型盆栽花卉,具有较高的观赏价值。同时,独蒜兰还具有较高的药用价值,如独蒜兰球茎可入药,有清热解毒、化痰散结的功能。据本草纲目 记载:主治疔肿,可攻毒破皮,解诸毒、蛇虫、狂犬伤;治痈疽恶疮,可与文蛤、麝香、干金子霜、红牙大戟等配伍;治恶疮及黄疸,可与苍耳草等同用;治牙龈肿痛,用山慈菇的枝和根煎汤随时漱口,漱后吐出。独蒜兰属植物遭到过度采挖与不合理开发,资源流失非常严重。同时,独蒜兰属因其特殊的生长环境,使得目前中国大陆地区的栽培和育种技术无法满足其资源保护及市场需求2。发展人工栽培和育种技术来满足市场需求,对杜绝野生资源的破坏及加强保护具有重要意义。光合作用是植物最重要的生理功能,是植物合成有机物质、获得能量的根本源泉。光合作用作为一个易受环境影响的重要生理过程,决定了不同生长环境的植物具有不同的光合特性3。因此,可通过研究植物的光合特性来探究植物在引 种栽培时环 境 变 化 中 的 光 合 生理4-5。目前关于独蒜兰属植物的光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率和最大净光合速率等光合特性的报道还不全面,因此,加强对独蒜兰属光合特性的研究是很有必要的。鉴于此,本研究通过测定台湾独蒜兰、秋花独蒜兰、独蒜兰、云南独蒜兰、大理独蒜兰、四川独蒜兰和美丽独蒜兰叶片光响应曲线赵博,等:7 种独蒜兰属植物光合特性比较研究2211及叶绿素含量的相关参数,来探究其光合特性,旨在为 7 种独蒜兰的生产栽培提供一定的理论依据,同时通过进一步探明独蒜兰属植物在光合生理方面的差异,为该属植物的引种栽培及良种培育提供一定参考。1材料与方法1.1试验材料项目组引进种植的台湾独蒜兰、秋花独蒜兰、独蒜兰、云南独蒜兰、大理独蒜兰、四川独蒜兰和美丽独蒜兰 7 个独蒜兰品种。试验在杭州市农业科学研究院的基地进行,每个品种定植于花盆中,常规田间管理,测定所用植株生长健壮,长势一致,选取叶位、叶龄一致的叶片进行各项指标的测定,3 次重复。1.2试验方法1.2.1光合参数的测定 每个品种选取长势一致、无病虫害的独蒜兰 3株,于晴朗上午 9:00 用 Li-6400 光合仪对功能叶进行光合参数指标测定。在温度(25 1)、相对湿度 50%的条件下,利用 LED 红蓝光源,将光照 强 度(photosynthetically active radiation,PAR)从 0 600 mol m-2 s-1分 13 个 梯 度(600、550、500、450、400、350、300、250、200、150、100、50、0)进行光合(Pn-PAR)响应曲线测定。每一光强下适应 2 min 后记录数值1-2。1.2.2光合色素含量的测定 采用 95%乙醇浸提法测定6。称取新鲜样品约 0.2 g,擦净组织表面污物,剪碎(去掉中脉),研磨成 匀 浆,过 滤,随 即 浸 入 盛 有 95%乙 醇 的10 mL 具塞试管中,叶片发白后,将叶绿素提取液倒入光径 1 cm 的比色皿中,以 95%乙醇为空白,分别在紫外分光光度计在 665、649、470 nm 波长下测定吸光度值,计算叶绿素 a、叶绿素 b 以及类胡萝卜素的浓度。y(mgg-1)=CVN/(m1 000)。式中:y 叶绿素 色素的含 量;C 为 色 素 含 量(mgL-1);V 为提取液体积(mL);N 为稀释倍数;m 为样品质量(g);1 000 是表示 1 L=1 000 mL。1.2.3数据分析 采用植物光合作用对光响应的直角双曲线修正模型7,利用 Excel 2010、SPSS 软件对试验数据进行统计分析及图表制作。计算得到暗呼吸速率、最大净光合速率(Pn)、光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)。实验各项指标均为 3 个重复,对结果存在的差异进行显著性分析。2结果与分析2.1 7 个独蒜兰品种光响应曲线及光合参数比较 光响应曲线描述的是光强与植物净光合速率间的关系,通过光响应曲线可以求出各种光合生理参数,从而比较不同独蒜兰品种之间光合作用能力的大小。对其光响应曲线进行拟合发现,7 个独蒜兰品种光饱和点为 217 320 molm-2s-1,光补偿点为 5 10 molm-2s-1。暗呼吸速率为0.2 0.3 mol m-2 s-1,最 大 净 光 合 速 率 为1.22.9 mol m-2 s-1(表 1)。整体上来说,独蒜兰各项光合参数值相对较小,弱于其他植物的光合参数值,这也与独蒜兰生长缓慢,阴生的特性一致。台湾独蒜兰的光补偿点、暗呼吸速率、光饱和点、最大净光合速率分别为 10.0、0.3、320.0、1.6 molm-2s-1,秋花独蒜兰的光补偿点、暗呼吸速 率、光 饱 和 点、最 大 净 光 合 速 率 分 别 为7.7、0.2、224.0、1.2 molm-2s-1,独蒜兰的光补偿点、暗呼吸速率、光饱和点、最大净光合速率分别为 7.3、0.2、239.0、2.5 molm-2s-1,云南独蒜兰的光补偿点、暗呼吸速率、光饱和点、最大 净 光 合 速 率 分 别 为 5.0、0.2、284.0、2.7 molm-2s-1,大理独蒜兰的光补偿点、暗呼吸速率、光 饱 和 点、最 大 净 光 合 速 率 分 别 为 5.0、0.2、267.0、1.8 molm-2s-1,四川独蒜兰的光补偿点、暗呼吸速率、光饱和点、最大净光合速率分别为 8.5、0.3、217.0、2.7 molm-2s-1,美丽独蒜兰的光补偿点、暗呼吸速率、光饱和点、最大 净 光 合 速 率 分 别 为 7.9、0.2、299.0、2.9 molm-2s-1。在 7 种独蒜兰品种中,秋花独蒜兰的最大净光合速率最弱,表明秋花独蒜兰的光合生产力较弱,从而导致植株生长缓慢(图 1)。PAR 在 0 100 molm-2s-1时,7 种独蒜兰的净光合速率值 Pn都随着 PAR 的增强而基本呈线性上升趋势,且独蒜兰、云南独蒜兰、四川独蒜兰和美丽独蒜兰 Pn的上升趋势要高于台湾独蒜兰、秋花独蒜兰和大理独 蒜兰。当 PAR 在 100 200 molm-2s-1时,7 个独蒜兰品种的 Pn 值增长速率持续减慢。当 PAR 在 200 500 molm-2s-1时,大部分独蒜兰品种 Pn 逐渐趋于平缓;而台湾独蒜兰的 Pn仍在缓慢增长。当 PAR 到达 500 molm-2s-1以上时,独蒜兰的 Pn值出现下降趋势,2212 2023 年第 64 卷第 9 期表 1 7 种独蒜兰的光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率和最大净光合速率品种 光饱和点/(molm-2s-1)光补偿点/(molm-2s-1)暗呼吸速率(CO2)/(molm-2s-1)最大净光合速率(CO2)/(molm-2s-1)台湾独蒜兰 3200.26 a10.00.09 a0.30.06 a1.60.02 e秋花独蒜兰 2240.11 f7.70.08 c0.20.01 b1.20.01 f独蒜兰2390.17 e7.30.05 d0.20.02 b2.50.05 c云南独蒜兰2840.15 c5.00.03 e0.20.03 b2.70.05 b大理独蒜兰2670.11 d5.00.02 e0.20.02 b1.80.06 d四川独蒜兰2170.12 f8.50.10 b0.30.05 a2.70.03 b美丽独蒜兰2990.25 b7.90.06 c0.20.01 b2.90.07 a注:同列数据后无相同小写字母表示不同品种间差异显著(P0.05)。表 2 同。图 1 7 种独蒜兰的光响应曲线可能因为光照过强发生了光抑制(图 1)。综合来看,独蒜兰、云南独蒜兰、四川独蒜兰和美丽独蒜兰净光合速率值 Pn要高于台湾独蒜兰、秋花独蒜兰和大理独蒜兰,表明这 4 种独蒜兰品种光合能力相对较强。2.2 7 种独蒜兰品种叶绿素含量的比较叶绿素含量的高低是反映植物光合能力的重要指标之一,而叶绿素 a 为叶绿素的主要组分8。由表 2 可知,在 7 种独蒜兰品种中,秋花独蒜兰、云南独蒜兰以及独蒜兰叶片的叶绿素 a 和总叶绿素含量较高,而台湾独蒜兰和四川独蒜兰叶片的叶绿素a 和总叶绿素含量较低。表 2 7 种独蒜兰的叶绿素含量单位:mgg-1品种 叶绿素 a 含量叶绿素 b 含量总叶绿素含量台湾独蒜兰0.9780.003 d0.4530.011 c1.4310.014 d秋花独蒜兰1.2550.013 a0.5920.020 a1.8470.033 a独蒜兰1.2500.023 a0.4880.012 b1.7390.032 b云南独蒜兰1.3040.020 a0.5100.039 b1.8140.019 a大理独蒜兰1.0990.007 b0.4560.001 c1.5550.008 c四川独蒜兰1.0480.012 c0.4360.011 c1.4840.023 d美丽独蒜兰1.1080.009 b0.4350.019 c1.5430.029 c3讨论光合作用是植物最基本的生命活动,是植物合成有机物质、获得能量的根本源泉5-6。LSP、LCP分别代表植物可利用的光合有效辐射的上限与下限,体现植物对强光和弱光的利用能力和对光照条件的要求,较低的光补偿点反映出植物利用弱光的能力较强,较高的光饱和点表明植物能高效利用强光9-10。本研究中,台湾独蒜兰的 LSP 最高,表明台湾独蒜兰对光环境的适应性更广。而秋花独蒜兰、四川独蒜兰和独蒜兰的 LSP 较低,对栽培环境的光条件要求较高,要注意避免光强过剩造成的光抑制现象。云南独蒜兰和大理独蒜兰的 LCP 最低,表明这两种独蒜兰能更好地适应弱光环境。在实际栽培中,可以此为依据进行栽培光环境的调控,以保证栽培品质。暗呼吸速率反映植物消耗有机物的能力6,秋花独蒜兰、独蒜兰、云南独蒜兰、大理独蒜兰、美丽独蒜兰的暗呼吸速率低于台湾独蒜兰和四川独蒜兰,表明这 5 种独蒜兰的呼吸消耗较少。在最大净光合速率方面,美丽独蒜兰的赵博,等:7 种独蒜兰属植物光合特性比较研究2213数值最高,表现出较高的光合潜能(图 1 和表 1)。叶绿素是植物进行光合作用的主要色素,也是影响着光合作用的直接因素,从而影响产量11。叶绿素的含量和比例是影响叶片光合作用的重要指标,叶绿素 a 是参与光合作用的主要色素,叶绿素b 是辅助色素12。在本研究中,秋花独蒜兰、独蒜兰、云南独蒜兰叶片的叶绿素 a 和总叶绿素含量均显著高于台湾独蒜兰、大理独蒜兰、四川独蒜兰和美丽独蒜兰,同时独蒜兰、云南独蒜兰的最大净光合速率值也比较高(表 1 和表 2),反映了独蒜兰、云南独蒜兰的光合速率与叶绿素含量存在一定程度的相关性。综上,在 7 种独蒜兰中,美丽独蒜兰具有最高的最大净光合速率,光合能力最强。台湾独蒜兰对光的适应范围较广。秋花独蒜兰、四川独蒜兰和独蒜兰对栽培环境的光条件要求较高,要注意避免光强过剩造成的光抑制现象。大理独蒜兰和云南独蒜兰的光补偿点最低,利用弱光的能力强,同时叶绿素含量较高,适合阴生环境。进行独蒜兰属植物光合生理的研究,对独蒜兰属植物的生产栽培及引种育种具有重要意义。参考文献:1 沈立明,戴中武,钟惠,等.3 种独蒜兰属植物的光合特性 J.热带作物学报,2021,42(5):1355-1360.2 李云霞,张艺祎,郭艳珊,等.4 种独蒜兰属植物光合特性比较研究 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