劉彥中，紀(jì) 鵬，陳宗瑜*

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，昆明 650201；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，昆明 650201）

研究表明，到達(dá)地面的紫外線輻射（UV-B）大量增加，影響到植物光合作用正常進(jìn)行[1]。煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)以光合作用為基礎(chǔ)[2-3]，而光合作用是通過測定其植物的特征參數(shù)來反映的。通過測定光響應(yīng)曲線，可以確定植物的光補償點（LCP）、光飽和點（LSP）、表觀量子效率（AQY）、最大凈光合速率（Amax）等光合作用參數(shù)，而這些參數(shù)是各種尺度的植物生理生態(tài)學(xué)過程研究的基礎(chǔ)[4]。在已有的工作中，大部分是在實驗室或控制條件下進(jìn)行UV-B輻射增強對植物傷害機理的研究[5-6]，而UV-B輻射濾減對大田條件下栽培植物影響的研究相對較少[7-9]。本試驗旨在通過對不同UV-B濾減處理下烤煙的光響應(yīng)曲線及其特征參數(shù)進(jìn)行分析研究，探討同一海拔不同UV-B輻射強度下烤煙光響應(yīng)曲線參數(shù)的變化特征及其生理機制，為制定合理的烤煙種植區(qū)域提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料和地點

試驗在云南省玉溪市通?？h城旁的桑園育苗場進(jìn)行（海拔1806 m），供試烤煙品種為K326。煙苗盆栽，在田間按120 cm × 50 cm的行株距起壟，將盆置于壟上（即種植密度為16500株/hm2），單株施肥：復(fù)合肥67 g，鈣鎂磷肥44.4 g，硫酸鉀7.84 g。5月初，選取健壯、長勢一致的5～6葉齡的煙苗進(jìn)行移栽，移栽18 d后，進(jìn)行UV-B濾減處理，持續(xù)至采收結(jié)束。

1.2 UV-B濾減處理

試驗設(shè)置4個處理：A、B、C三個處理上方搭1.8 m高的長方形架子，架子頂部覆膜，四周分別用膜封住，下部留90 cm高度以利于通風(fēng)，內(nèi)部相通，并設(shè)置對照（CK）處理，每處理20盆。管理同大田優(yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)管理方法。在試驗期間選擇晴天測定了不同膜處理150 cm高度處UV-B輻射和光照強度透過率，測得 A、B和C的UV-B平均透過率分別約為75%，50%和35%；可見光平均透過率在試驗前期均達(dá)到80%以上，后期在75%左右，接近80%，有研究認(rèn)為在此光照強度范圍內(nèi)，適合優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)[10-11]，不影響烤煙的正常生長發(fā)育。

1.3 測定方法與資料獲取

1.3.1 光響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)采集方法 選烤煙成熟初期的晴天（2008-07-30），每處理選3株，在9∶00—12∶00和14∶00—17∶00，用LI-6400便攜式光合作用儀測定倒數(shù)第 5片葉的光響應(yīng)曲線，用6400-02B LED紅藍(lán)光源提供正確的光照，PPFD梯度：1600、1400、1200、1000、800、600、400、200、100、50、20、0 μmol/(m2·s)。主機配備 CO2注入系統(tǒng)，設(shè)定參比室 CO2濃度為（400±1）μmol/mol，溫度控制在（30±1）℃。

1.3.2 數(shù)據(jù)處理 測得的光合數(shù)據(jù)參照 Broadley等（2001）的方法[12]進(jìn)行擬合，光響應(yīng)曲線方程為：Pn＝Amax×(I-Imin)／[Km＋(I-Imin)]，式中，Pn 為凈光合速率，Amax為最大光合速率，I為光合光通量密度（PPFD），Imin為Pn為0時的PPFD，Km為 Pn為 Amax的1/2時的PPFD。當(dāng) PPFD 200 μmol/(m2·s)時，對PPFD-Pn進(jìn)行線性回歸，可得最大光合表觀量子效率（AQY），暗呼吸速率（Rd）。光飽和點（LSP）根據(jù)光響應(yīng)曲線實測數(shù)據(jù)點的走勢估計[13]。

葉片瞬時水分利用效率（WUE）及瞬時光能利用效率（LUE）分別用公式計算，即：WUE=Pn/Tr[14-15]，LUE=Pn/PPFD[16]。數(shù)據(jù)處理與繪圖使用Office 2003、SPSS16.0 for Windows等軟件進(jìn)行。

2 結(jié) 果

2.1 不同UV-B濾減處理下光響應(yīng)曲線

對葉片Pn與PPFD的關(guān)系用雙曲線模型進(jìn)行擬合，得到光響應(yīng)曲線及Amax，Imin等光合特征參數(shù)。從圖 1可以看出，A、B、C處理下，烤煙Pn光響應(yīng)的實測值及擬合曲線變化趨勢較為一致，擬合方程的決定系數(shù) R2均在0.992（表1）以上。說明該模型可以較準(zhǔn)確地模擬葉片 Pn的光響應(yīng)規(guī)律，但從實際擬合效果看，Amax擬合值稍大于實測值，可能與該類型曲線特點及烤煙K326超過光飽和點后，在高光強下Pn下降緩慢有關(guān)。

圖1表明，對于A、B、C處理，在低光強下PPFD＜400 μmol/(m2·s)，Pn 對 PPFD 的響應(yīng)最敏感，Pn隨著PPFD的增強急劇上升。超過一定光強，約400 μmol/(m2·s)后，Pn增加開始變慢，CK 處理下烤煙在 PPFD 升至 800 μmol/(m2·s)時，Pn 就不再增加，基本穩(wěn)定在一個固定值，其 LSP應(yīng)該在 800μmol/(m2·s)左右。A、B及C處理中烤煙的LSP在1000 μmol/(m2·s)左右。

2.2 不同UV-B濾減處理下光響應(yīng)參數(shù)比較

圖1 不同UV-B濾減處理下凈光合速率（實測值和擬合值）的光響應(yīng)曲線Fig.1 Light-response curves of Pn (measured value and fitted value) of the leaves of flue-cured tobacco inside treatments

表1 不同UV-B濾減處理下烤煙光響應(yīng)曲線參數(shù)Table1 Light-response parameters of flue-cured tobacco inside treatments

由表1可見，隨著UV-B輻射透過率的增大，AQY和Rd也隨之升高，在透過率為100%時，表觀量子效率和呼吸速率達(dá)到最高值。在不同 UV-B濾減處理下，AQY值在0.0318～0.0398之間，都小于理論上的最大量子效率（0.08～0.125 mol/mol），但仍在自然條件下 C3植物的范圍（0.03～0.07 mol/mol）內(nèi)[17]，且處于下限，表明煙葉對弱光的利用能力較弱，這可能與烤煙處于成熟期有關(guān)。不同紫外輻射強度下，植株對光合產(chǎn)物的消耗表現(xiàn)出較大的差異，在UV-B輻射透過率為100%時，Rd最大，光合產(chǎn)物的消耗最大；在UV-B輻射透過率為 35%時，Rd最小，可減少呼吸作用對光合產(chǎn)物的消耗。對于Amax則變化規(guī)律復(fù)雜，CK處理下最小，A和 C處理下相近，B處理下最大?？梢奤V-B輻射強度過大或過小都會降低煙葉的最大凈光合速率，其中維持最高Amax的UV-B輻射透過率在50%左右。

不同UV-B濾減處理下，烤煙K326的LCP在31.11～56.32 μmol/(m2·s)之間變動，高于或在典型陽生植物范圍[20～40 μmol/(m2·s)][18]之內(nèi)，說明各處理下的烤煙K326耐陰性較差。隨著紫外輻射透過率的增大，LCP有增加的趨勢，從而降低對弱光的利用效率。高UV-B輻射（100%）處理下，LSP在 800 μmol/(m2·s)左右，在其他處理下，LSP在1000 μmol/(m2·s)左右，接近或處于典型陽生植物[1000～1500 μmol/(m2·s)][18]的下限，這表明烤煙喜光，但不屬于典型的陽生植物。

2.3 水分利用效率的光響應(yīng)過程

WUE是凈光合速率與蒸騰速率的比值。由烤煙K326的水分利用效率對光合光通量密度的響應(yīng)曲線（圖 2）可以看出，烤煙葉片水分利用效率隨著 PPFD的增強呈拋物線狀變化。在初始階段[PPFD＜100 μmol/(m2·s)]WUE增長迅速，100μmol/(m2·s)以后，WUE 變化緩慢，PPFD 為 400μmol/(m2·s)時，A、B處理下烤煙WUE達(dá)到最大值；PPFD為 600 μmol/(m2·s)時，CK處理下烤煙 WUE達(dá)到最大值；而 C處理下的烤煙在 PPFD為 100μmol/(m2·s)時就達(dá)到最大值。4個處理在達(dá)到各自的最大WUE后，隨著PPFD的增加，WUE緩慢降低，PPFD 在 800～1600 μmol/(m2·s)內(nèi)時，對于 B、C處理，WUE基本維持在 3.44～3.76 μmol/mmol之間，對于A、CK處理，WUE基本維持在4.19～5.31 μmol/mmol之間。在UV-B輻射透過率為75%（A）時，WUE有最大值6.06 μmol/mmol，在UV-B輻射透過率為 50%（C）時，WUE有最小值 3.99μmol/mmol，A 相比于 B，增幅高達(dá) 51.88%；CK（100%）處理下WUE最大值為4.97 μmol/mmol，C（35%）處理下WUE最大值為4.88 μmol/mmol，CK與C有相近的最大WUE。

圖2 烤煙K326葉片水分利用效率對PPFD的響應(yīng)Fig.2 Responses of WUE of the leaves of flue-cured tobacco inside treatments to PPFD

2.4 光能利用效率的光響應(yīng)過程

圖3表明，不同UV-B輻射濾減處理下，烤煙LUE對PPFD的響應(yīng)過程基本相同，為明顯的單峰曲線，變化幅度在 0.0011～0.0284。在低光強下[PPFD＜200 μmol/(m2·s)]，隨著 PPFD 的增加，LUE增長迅速，對光強反應(yīng)敏感，隨后在200 μmol/(m2·s)光強附近達(dá)到峰值；在 200＜PPFD＜1000 μmol/(m2·s)范圍內(nèi)，隨著光強的增加，LUE以較快速率下降；在高光強下[PPFD＞1000 μmol/(m2·s)]，隨著 PPFD的增加，LUE下降較緩，對光強的敏感度降低。UV-B輻射強度對LUE有一定影響，當(dāng)UV-B輻射透過率分別為35%、50%、75%、100%條件下，在PPFD為50 μmol/(m2·s)時，4個處理的LUE差別較大，隨著光強[PPFD＞200 μmol/(m2·s)]的增加，A、B、C、CK的LUE差別逐漸減少，在UV-B輻射透過率為50%時，在各光強下[除 PPFD=50 μmol/(m2·s)]有最高LUE，可見UV-B輻射強度過高或過低都會在一定程度上降低光能利用效率，其中維持較高 LUE的UV-B輻射透過率在50%左右。

圖3 烤煙K326葉片光能利用效率對PPFD的響應(yīng)Fig.3 Responses of LUE of the leaves of flue-cured tobacco inside treatments to PPFD

3 討 論

光合作用是植物對環(huán)境變化很敏感的生理過程，作為外界環(huán)境影響因子的UV-B輻射對植物的影響不僅僅是脅迫作用，更多的是調(diào)控作用，這種調(diào)控作用直接影響植物的其他生理和生態(tài)過程[1]。本研究表明，烤煙K326的光合作用、水分利用效率及光能利用效率與UV-B輻射透過率和光照強度密切相關(guān)，而且有較為明顯的閾值范圍[19]。從有利于烤煙K326進(jìn)行高光合生產(chǎn)力、高效光能利用及較高水分利用效率的角度來考慮，確定Amax、WUE及 LUE的適宜 UV-B輻射透過率和光照條件時，UV-B輻射透過率大于 75%時，煙葉處于強 UV-B輻射脅迫，Pn值較??；當(dāng)UV-B輻射強度減弱到一定程度（透過率小于50%）時，Pn不再隨著紫外輻射條件的改善而上升，而且表現(xiàn)出下降趨勢。結(jié)合維持高Pmax和LUE的UV-B輻射透過率和光照范圍，發(fā)現(xiàn)UV-B輻射透過率在35%～75%時，Pn、WUE及LUE均維持在較高值，在此范圍之內(nèi)對于提高Pn、WUE及LUE都是有利的。綜合分析可認(rèn)為，這一范圍是烤煙K326處于成熟初期較為理想的UV-B輻射透過率區(qū)間，此時較適宜的PPFD維持在 800～1600 μmol/(m2·s)之間。當(dāng) UV-B 輻射透過率高于75%時，嚴(yán)重的紫外脅迫和高光強容易導(dǎo)致光合機構(gòu)發(fā)生破壞，使Pn及LUE明顯下降，影響烤煙K326的生長發(fā)育。因此，在通海縣種植條件下，紫外輻射透過率為75%左右時，可認(rèn)為是維持烤煙K326較好生長的UV-B輻射透過率上限。

植物光合作用的光飽和點與補償點，顯示了植物葉片對強光和弱光的利用能力，分別代表光照強度與光合作用關(guān)系的上限和下限臨界指標(biāo)[20]。光補償點較低、光飽和點較高的植物對光環(huán)境的適應(yīng)性較強，反之適應(yīng)性較弱。本研究表明，A、B、C處理的LSP接近，在1000 μmol/(m2·s)左右，而CK的 LSP 在 800 μmol/(m2·s)左右，可見 CK 的 LSP 少于A、B、C處理的。A、B、C處理及CK的LCP大小順序為CK＞A＞B＞C。而CK條件下的UV-B輻射屬自然環(huán)境未衰減的強度，即較高強度的UV-B輻射不利于煙草生長的光合作用過程。

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