鄧 蕾，李高揚，王 艷，李建龍，姜 濤

(1.南京大學(xué)生命科學(xué)院草學(xué)中心，江蘇南京 210093；2.連云港曲情生物科學(xué)技術(shù)有限公司，江蘇連云港 222000)

草坪具有凈化空氣、調(diào)節(jié)空氣溫度、消減噪音、保持水土、美化環(huán)境的功能，在城市生態(tài)系統(tǒng)中起著重要作用。由于園林綠化廣泛使用的草坪草大多具有不耐蔭、適應(yīng)性差等特性，在高大喬灌木或大型建筑物群等弱光照環(huán)境條件下生長較差，而且在冬季弱光條件下枯黃期長，生長緩慢。為了解決處于植物群落最下層草坪草的適應(yīng)性問題，篩選出質(zhì)優(yōu)、適應(yīng)性強的耐蔭性草坪草已成為目前重要的研究課題。

結(jié)縷草屬(Zoysia)植物在我國分布廣泛，遺傳多樣性豐富，而且具有低維護、耐鹽堿、耐干旱、耐踐踏等特點，成為重要的草坪草種質(zhì)[1]。有關(guān)結(jié)縷草的特性研究集中在抗寒性、抗旱性和抗鹽性等方面[2-6]。但是結(jié)縷草在弱光蔭蔽環(huán)境的生理生態(tài)表現(xiàn)的報道很少。

以結(jié)縷草不同種為試驗材料，測定并分析了光合作用中的幾個重要參數(shù)以及葉綠素含量，探討結(jié)縷草屬草坪草的光適應(yīng)性以及對弱光的捕捉利用能力，為結(jié)縷草在弱光蔭蔽條件下的推廣和應(yīng)用以及在室內(nèi)弱光下生長的微型草坪[7]的選種提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

田間試驗在南京大學(xué)浦口校區(qū)試驗基地進行。南京地處長江中下游平原，N 31°14′～ 32°37′，E 118°22′～119°14′，南京屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明 ，雨水充沛，光能資源充足，年平均溫為15.7℃，最高氣溫43℃，最低氣溫-16.9℃，最熱月平均溫度28.1℃，最冷月平均溫度 -2.1℃。年均降水117 d，降水量為1 106.5 mm，最大平均濕度 81%。最大風(fēng)速19.8 m/s。土壤最大凍結(jié)深度0.09 m。夏季主導(dǎo)風(fēng)向東南、東風(fēng)，冬季主導(dǎo)風(fēng)向東北、東風(fēng)。無霜期237 d。每年6月下旬到7月中旬為梅雨季節(jié)。

1.2 試驗材料

試驗用溝葉結(jié)縷草(Zoysia matrella)原始材料來自浙江麗水學(xué)院，中華結(jié)縷草(Zoysia sinica)、日本結(jié)縷草(Zoysia japonica)和細(xì)葉結(jié)縷草(Zoysia tenui folia)來自南京農(nóng)業(yè)大學(xué)草坪實驗地。于2006年7月下旬在南京大學(xué)浦口校區(qū)草坪基地進行栽種，2007年5月上旬重新移栽種植。

1.3 試驗方法

1.3.1 葉綠素含量測定 采用SPAD-502葉綠素儀對4種結(jié)縷草葉片進行測定，測量葉片在兩種波長(650nm和940 nm)的光學(xué)濃度差來確定葉片當(dāng)前葉綠素的相對數(shù)量。每個結(jié)縷草種重復(fù)測定15次，最后取其平均值。

1.3.2 光合參數(shù)的測定 野外試驗于2007年9月16日至17日進行，2日均為晴朗天氣，全天平均溫度為25℃，午間可達30℃。每天測量時間為上午8:00時至下午18:00。測量時分別選取草坪叢頂端以下第3～5片完整展開葉進行光合參數(shù)及光響應(yīng)曲線的測定，測定3次[8]。

光合參數(shù)的測定使用 LT-6400便攜式光合作用系統(tǒng) ，開放式氣路，空氣流速為500 μ mol/s。光合生理參數(shù)及環(huán)境參數(shù)的測定包括凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、光合有效輻射(PAR)、空氣溫度(Ta)、空氣CO2濃度(Ca)、大氣相對濕度(R H)等。

光響應(yīng)曲線的測定使用Li-6400-02B內(nèi)置式紅藍光源。測量時間 9:00至11:30，光強為2 000、1 500、1 000、500、200、100、50、20 和0 μ mol/(m2? s)，測定時每一光強下停留200 s，測量前使用人工光源進行5～10 min的光合誘導(dǎo)。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel對數(shù)據(jù)進行處理和應(yīng)用SPSS分析和擬合光響應(yīng)曲線。將獲得的不同光強梯度的凈光合速率根據(jù)Prioul及Chartier[9]的模型進行非線性回歸擬合得到Pn-PAR曲線，具體模型為:

其中A:凈光合速率(Pn)，Amax:最大凈光合速率(Pnmax)，φ:表觀量子效率，k:曲角，Rday:暗呼吸速率 ，Q:光合有效輻射(PAR)。由該模型計算出最大光合速率(Pnmax)、表觀量子效率(AQY)與暗呼吸速率(Rday)，并根據(jù)擬合后的光合曲線方程計算出光補償點(LCP)、光飽和點(LSP)[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 結(jié)縷草不同種葉片的葉綠素含量測定

葉綠素是植物進行光合作用的催化劑、植物綠色的源泉，草坪草品種不同，葉片葉綠素含量有差異，綠度也有所不同，葉綠素含量越高，顏色越深[11]。葉綠素含量的高低是反映植物光合能力的重要指標(biāo)之一。日本結(jié)縷草葉綠素含量最大，達到34.5 mg/g；其次為中華結(jié)縷草和溝葉結(jié)縷草，為32.7和30.5 mg/g；細(xì)葉結(jié)縷草最小，為22.7 mg/g(圖1)，此值分別比日本結(jié)縷草低11.63%，5.25%和34.09%。葉綠素含量在日本結(jié)縷草，溝葉結(jié)縷草和中華結(jié)縷草之間沒有顯著差異(P＞0.05)，但這3個品種與細(xì)葉結(jié)縷草之間卻有顯著差異(P＜0.05)。

圖1 結(jié)縷草不同種葉片葉綠素含量Fig.1 The chlorophyll contents of leaf of 4 Zoysia species

葉綠素含量的高低代表了葉片捕捉和利用光能的能力，同時也影響光能在葉綠體中的分配。日本結(jié)縷草和中華結(jié)縷草的葉綠素含量較高，因此它們對光能的利用能力以及對弱光的捕捉能力更強；溝葉結(jié)縷草稍差一些，細(xì)葉結(jié)縷草利用光能的能力最差。

2.2 結(jié)縷草不同種葉片的實測凈同化速率

植物的光合作用經(jīng)常受到外界環(huán)境條件和內(nèi)部因素的影響而發(fā)生變化，凈同化速率是表示光合作用變化的指標(biāo)之一。實測凈同化速率反映了測量瞬間各種參數(shù)的實際狀況，為擬合值提供了基礎(chǔ)與參考。4種結(jié)縷草的凈同化速率隨著光合有效輻射的增強出現(xiàn)了先升后降的變化，日本結(jié)縷草，中華結(jié)縷草和溝葉結(jié)縷草的峰值均在光合有效輻射為1 000 μ mol/(m2?s)(圖2)出現(xiàn)，繼續(xù)增強光合有效輻射，反而會降低凈同化速率。說明過強的光合有效輻射會抑制光合作用。而細(xì)葉結(jié)縷草在200 μ mol/(m2?s)時出現(xiàn)最大凈同化速率，而且其值始終低于其他3種結(jié)縷草。

圖2 結(jié)縷草不同種葉片的實測凈同化速率Fig.2 The net assimilation rate in leaf of 4 Zoysia species

2.3 不同結(jié)縷草品種葉片的擬合凈同化速率

擬合凈同化速率可排除測量的隨機性以及環(huán)境、人為等因素，以獲得較為穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。同時通過數(shù)據(jù)擬合，計算出Pnmax、AQY與Rday，并根據(jù)擬合后的光合曲線方程計算出LCP、LSP。

植物L(fēng)CP和LSP的高低直接反映了植物對弱光的利用能力，是植物耐蔭性評價的重要指標(biāo)。表1表明，LSP在日本結(jié)縷草，溝葉結(jié)縷草和中華結(jié)縷草之間沒有顯著差異(P＞0.05)，但這3個品種與細(xì)葉結(jié)縷草之間卻有顯著差異(P＜0.05)，并且細(xì)葉結(jié)縷草LSP較低；而LCP在日本結(jié)縷草和溝葉結(jié)縷草之間沒有顯著差異(P＞0.05)，在中華結(jié)縷草和細(xì)葉結(jié)縷草之間也沒有顯著差異(P＞0.05)，但是中華結(jié)縷草和細(xì)葉結(jié)縷草卻顯著高于日本結(jié)縷草和溝葉結(jié)縷草，這種差異可能與結(jié)縷草的不同起源有關(guān)。

Rday是指黑暗中進行的氣體交換速率，較低的暗呼吸速率可減少呼吸作用對光合產(chǎn)物的消耗[12]。中華結(jié)縷草的暗呼吸速率為3.222 μ mol/(m2?s)，顯著高于其他3種結(jié)縷草(P＜0.05)，而溝葉結(jié)縷草和日本結(jié)縷草之間無顯著差異(P＜0.05)，細(xì)葉結(jié)縷草最小，為1.00 μ mol/(m2?s)，顯著低于其他3種結(jié)縷草(P＜0.05)。反映植物對低光利用效率的表觀量子效率(AQY)在日本結(jié)縷草，溝葉結(jié)縷草和細(xì)葉結(jié)縷草之間沒有顯著差異(P＞0.05)，但是中華結(jié)縷草顯著高于其他3種結(jié)縷草(P＜0.05)。

表1 結(jié)縷草不同種葉片的擬合凈同化速率Table 1 The estimated net assimilation rate of leaf of 4 Zoysia species μ mol/(m2?s)

2.4 結(jié)縷草不同種葉片的光合特征分析

光合作用是植物形成生物產(chǎn)量的生理代謝基礎(chǔ)。光合速率是表示光合作用變化的另一指標(biāo)。Pn-PAR曲線(圖 2)表明，4種結(jié)縷草的最大凈光合速率(Pnmax)從高到低依次為日本結(jié)縷草，溝葉結(jié)縷草，中華結(jié)縷草，細(xì)葉結(jié)縷草。數(shù)值為:日本結(jié)縷草 9.53 μ mol/(m2?s)，溝葉結(jié)縷草7.395，中華結(jié)縷草6.30 μ mol/(m2?s)，細(xì)葉結(jié)縷草 1.35 μ mol/(m2?s)。分別為日本結(jié)縷草的77.60%，66.11%和14.17%，相互間表現(xiàn)為差異顯著(P＜0.05)。而凈光合速率的變化在光強為 0～500 μ mol/(m2?s)增加最快，之后不再增加。這可能是由于過強的光合輻射使得植株葉片的氣孔關(guān)閉，從而使其利用光能的效率下降。

圖3 不同結(jié)縷草品種葉片光合-光強(Pn-PAR)響應(yīng)曲線Fig.3 The Pn-PAR response curve of 4 Zoysia species

3 結(jié)論與討論

光合作用是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)，而光照可以提供作物同化力形成所需要的能量，活化參與光合作用的關(guān)鍵酶，促進氣孔開放。植物光合作用能力的強弱與植物的遺傳性和生長環(huán)境關(guān)系密切，光合作用的某些生理參數(shù)，如 Pmax、LSP、LCP等，已成為植物速生豐產(chǎn)以及制定栽培措施的科學(xué)依據(jù)。

一般認(rèn)為在弱光條件下，單位葉面積的葉綠體數(shù)目減少，單位重量葉綠素含量增加，從而可以提高植物對于弱光的利用率。在試驗中，日本結(jié)縷草的葉綠素含量最大，其次為中華結(jié)縷草，溝葉結(jié)縷草，而細(xì)葉結(jié)縷草葉片葉綠素含量最小。不同種結(jié)縷草葉綠素含量的差異表明，日本結(jié)縷草和中華結(jié)縷草具有更好的對遮蔭環(huán)境的適應(yīng)力。

供試4種結(jié)縷草的光合作用差異顯著，LSP在日本結(jié)縷草、溝葉結(jié)縷草和中華結(jié)縷草之間沒有顯著差異(P＞0.05)，但這3個種與細(xì)葉結(jié)縷草之間卻有顯著差異(P＜0.05)，并且細(xì)葉結(jié)縷草光飽和點較低，這可能跟細(xì)葉結(jié)縷草葉片葉綠素含量少有關(guān)。日本結(jié)縷草和溝葉結(jié)縷草的LCP均為40 μ mol/(m2?s)，接近于自然光照陽性植物的LCP[30 μ mol/(m2?s)][13]；中華結(jié)縷草和細(xì)葉結(jié)縷草的 LCP較高，平均為80 μ mol/(m2?s)，LSP 平均為 1 200 μ mol/(m2?s)。4種結(jié)縷草的 AQY與自然光照條件下植物的AQY 0.03～0.06 mol/moL一致[14]。但是中華結(jié)縷草的AQY顯著高于其他3種結(jié)縷草。

綜上所述，可初步推斷出結(jié)縷草為陽性、且耐蔭性較強的草坪草。這與在實際生產(chǎn)實踐中結(jié)縷草的耐蔭性表現(xiàn)一致，尤其是中華結(jié)縷草，耐蔭性強，對弱光的捕捉能力也更強，因此在弱光蔭蔽環(huán)境下生長較旺盛，顏色鮮艷，青綠期長，適于亞熱帶地區(qū)的栽植建坪。

[1] 王文強，李志丹，白昌軍，等.結(jié)縷草屬種質(zhì)資源及其應(yīng)用研究進展[J].草原與草坪，2006(2):3-6.

[2] 黃錦文，陳冬梅，鄭紅艷，等.暖季型結(jié)縷草對低溫響應(yīng)的生理生態(tài)特性[J].中國草地學(xué)報，2009，31(1):64-69.

[3] 胡化廣，張振銘，黃亮亮，等.結(jié)縷草對干旱脅迫的響應(yīng)[J].草原與草坪，2008(3):41-44.

[4] 趙艷，孫吉雄，王兆龍，等.不同抗旱性結(jié)縷草品種在土壤干旱及復(fù)水過程中的生理差異[J].草原與草坪，2006(6):46-48.

[5] 王加真，李建龍，王艷，等.高鹽脅迫對溝葉結(jié)縷草葉片光合色素含量的影響[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(農(nóng)業(yè)科學(xué)版)，2007，25(6):582-586.

[6] 杜永吉，于磊，魯為華，等.低溫脅迫下結(jié)縷草品種的抗寒性差異[J].中國草地學(xué)報，2008(5):116-120.

[7] 圖雅，李建龍，王艷，等.微型草坪對室內(nèi)微環(huán)境的生態(tài)調(diào)節(jié)作用[J].草原與草坪，2008(4):59-62，66.

[8] 付為國，李萍萍，陳歆，等.北固山濕地虉草光合日變化的研究[J].武漢植物學(xué)研究，2005，23(6):555-559.

[9] Prioul J L，Chartier P.Partitioning of transfer and carboxylation components of intercellular resistance to photosynthetic CO2fixation:a critical analysis of the method used[J].Ann Bot，1977，41:789-800.

[10] Bassman J B，Zwier J C.Gas exchange characteristics of Populus trichocarpa，Populus deltoides and Populus trichocarpa × P.deltoides clones[J].Tree Physiol，1991，8:145-149.

[11] 李淑文，李迎春，彭玉信，等.不同草坪草葉綠素含量變化及其與綠度的關(guān)系[J].草原與草坪，2008(6):54-56，74.

[12] Kitao M ，Lei T T ，Koike T ，et al.Susceptibility to photoinhibition of three deciduous broadleaf tree species with different successional traits raised under various light regimes[J].Plant Cell&Environment，2000，23:81-89.

[13] Lancher W，T rans L B.Plant physioecology[M].Beijing:Science Press，1980.

[14] 邱國雄.植物光合作用的效率[M]//.余淑文.植物生理學(xué)和分子生物學(xué).北京:科學(xué)出版社，1992:236-243.