蔡艷飛，李世峰，王繼華，熊燦坤，宋 杰，李樹(shù)發(fā)*

(1 國(guó)家觀賞園藝工程技術(shù)研究中心，昆明 650205；2 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所，昆明 650205；3 云南省花卉育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650205；4 云南省花卉工程中心，昆明 650205，5 云南格?；ɑ苡邢挢?zé)任公司，云南香格里拉 650000)

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遮蔭對(duì)油用牡丹植株生長(zhǎng)和光合特性的影響

蔡艷飛1,2,3,4，李世峰1,2,3,4，王繼華1,2,3,4，熊燦坤5，宋 杰1,2,3,4，李樹(shù)發(fā)1,2,3,4*

(1 國(guó)家觀賞園藝工程技術(shù)研究中心，昆明 650205；2 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所，昆明 650205；3 云南省花卉育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650205；4 云南省花卉工程中心，昆明 650205，5 云南格?；ɑ苡邢挢?zé)任公司，云南香格里拉 650000)

設(shè)置100%全光照(L0)、50%全光照(L1)、25%全光照(L2)和15%全光照(L3)4種光環(huán)境，分析不同遮蔭環(huán)境對(duì)油用牡丹的生長(zhǎng)、光合作用及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響。結(jié)果表明：(1)油用牡丹的花朵數(shù)量、比葉重、氣孔密度在L2和L3處理下顯著低于L0處理，但L1較L0無(wú)顯著變化；隨著遮蔭水平增加，油用牡丹種子數(shù)量、氣孔器面積百分比逐漸下降，且在4個(gè)不同處理間差異顯著。(2)油用牡丹葉片最大凈光合速率(Pmax)、光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)和光飽和點(diǎn)(LSP)在遮蔭條件下均有不同程度降低，L2和L3處理的Pmax和LSP顯著低于L0，但L1較L0無(wú)顯著變化。(3)L3處理的光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)的最大量子效率(Fv/Fm)為0.76，顯著低于其余3個(gè)光照處理；隨光化光誘導(dǎo)時(shí)間的增加，開(kāi)放的PSⅡ反應(yīng)中心的激發(fā)能捕獲效率(Fv′/Fm′)呈逐漸下降并趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，而PSⅡ的實(shí)際量子產(chǎn)量效率(ΦPSⅡ)、光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)、非光化學(xué)猝滅系數(shù)(NPQ)呈逐漸增加并趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，穩(wěn)定后的Fv′/Fm′、ΦPSⅡ值表現(xiàn)為L(zhǎng)0>L1>L2>L3，NPQ大小順序?yàn)長(zhǎng)3>L2>L1>L0，但不同處理間的qP無(wú)顯著差異。研究發(fā)現(xiàn)：過(guò)度遮蔭(15%～25%自然光強(qiáng))嚴(yán)重抑制了油用牡丹的凈光合速率，而且與產(chǎn)量直接相關(guān)的花朵數(shù)量和種子數(shù)量也顯著下降，最終造成嚴(yán)重減產(chǎn)；在云南昆明地區(qū)50%～100%之間的自然光可能是油用牡丹較為合適的生長(zhǎng)光強(qiáng)。

油用牡丹；遮蔭；生長(zhǎng)；光合特性；葉綠素?zé)晒?/p>

油用牡丹為毛茛科(Ranunculaceae)芍藥屬(Paeonia)多年生植物，其籽油富含α-亞麻酸，現(xiàn)已成為集觀賞價(jià)值、油用價(jià)值和藥用價(jià)值為一身的特有油料植物資源[1-2]。近年來(lái)，油用牡丹栽培面積不斷擴(kuò)大，油用牡丹產(chǎn)業(yè)在地方經(jīng)濟(jì)中的作用日益凸現(xiàn)。

因此，本研究通過(guò)人工遮蔭設(shè)置不同光照強(qiáng)度，對(duì)主要栽培油用牡丹品種‘鳳丹’(P.ostii)的生長(zhǎng)、光合作用及葉綠素?zé)晒鈪?shù)進(jìn)行比較研究，分析油用牡丹對(duì)光能的需求和適應(yīng)性，探明其生長(zhǎng)發(fā)育最有利的光照強(qiáng)度，為油用牡丹的優(yōu)化栽培提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 材料與處理

2014年10月份，將3年生油用牡丹品種‘鳳丹’按照株行距30 cm×50 cm種植在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所大春河基地(alt:2 019 m，E 102°34′57″，N 24°34′53″)試驗(yàn)大棚內(nèi)，種植基質(zhì)為沙壤土。2015年2月1日開(kāi)始，在植株發(fā)芽前利用人工遮蔭的方法開(kāi)始遮光處理，設(shè)置4種光環(huán)境梯度：L0(全光照)、L1(1層遮蔭網(wǎng)，相當(dāng)于50%全光照)、L2(2層遮蔭網(wǎng)，相當(dāng)于25%全光照)、L3(3層遮蔭網(wǎng)，相當(dāng)于15%全光照)，每個(gè)光梯度處理100株，3個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)期間所有油用牡丹均進(jìn)行相同的水分和施肥管理，遮蔭80 d后進(jìn)行生長(zhǎng)、光合及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1 生長(zhǎng)環(huán)境光強(qiáng)和生長(zhǎng)指標(biāo) 在晴天，從9:00～18:00，每隔1 h用DRM-FQ雙輻射計(jì)(美國(guó))分別測(cè)定4種不同光環(huán)境(L0、L1、L2和L3)下光照強(qiáng)度隨時(shí)間的變化情況。每個(gè)處理重復(fù)3次。在油用牡丹的盛花期(4月中下旬)，用卷尺測(cè)量30株油用牡丹的株高，并統(tǒng)計(jì)花朵數(shù)量。待果實(shí)成熟后，隨機(jī)選取15個(gè)果實(shí)，稱(chēng)量果實(shí)鮮重，統(tǒng)計(jì)種子數(shù)量和種子鮮重。每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.2.2 比葉重和葉綠素含量 采集植株從頂端往下數(shù)第3～5片葉片，采收后立刻帶回實(shí)驗(yàn)室。采用葉面積儀LI-3000A(LI-Cor Inc., Nebraska, USA)測(cè)定葉片面積，然后將葉片放入烘箱中80 ℃烘烤48 h，使葉片達(dá)恒重，稱(chēng)取葉片干重。根據(jù)葉面積和干重，計(jì)算比葉重(LMA, g·m-2)。葉綠素含量參照Inskeep等[11]的方法進(jìn)行測(cè)定。每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)。

1.2.3 葉片表皮特征 取葉片中間部分(避開(kāi)葉脈)，直接用鑷子撕取表皮，將表皮制成臨時(shí)裝片，在生物顯微鏡(Nikon Eclipse E800, Yokohama, Japan)下觀察并用Nikon-DXM1200數(shù)碼顯微攝影系統(tǒng)拍照。用圖形分析軟件(Image-Pro Plus 6.0)測(cè)量氣孔密度(SD)、氣孔器長(zhǎng)度(l)、氣孔器寬度(w)。SD=視野內(nèi)氣孔個(gè)數(shù)/視野面積。單個(gè)氣孔器的面積(As)=π×l×w/4，π=3.14，氣孔器面積百分率(At)=As×SD×100[12]。每個(gè)處理取30個(gè)視野的平均值。

1.2.4 光響應(yīng)曲線 采用便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)LI-6400 XT(Li-Cor Inc. Nebraska, USA)測(cè)定不同光環(huán)境下油用牡丹葉片凈光合速率的光響應(yīng)曲線。以LI-6400-02 LED提供紅藍(lán)光源獲得不同的光強(qiáng)梯度(2 000、1 600、1 200、1 000、800、600、400、300、200、150、100、50、25和0 μmol·m-2·s-1)。測(cè)定時(shí)，CO2濃度控制為400 μmol·mol-1，葉室溫度設(shè)為20℃，相對(duì)濕度50%～60%。在每一光強(qiáng)下平衡150 s后自動(dòng)記錄凈光合速率(Pn)等光合參數(shù)。每植株測(cè)定1片葉片，每處理各4次重復(fù)。

用光合助手軟件(Photosyn Assistant, V1. 1, Dundee Scientific, UK)擬合光響應(yīng)曲線[13]，該軟件應(yīng)用的模型方程是非直角雙曲線方程[14]。根據(jù)此方程計(jì)算最大凈光合速率(Pmax)、光飽和點(diǎn)(LSP)、光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)、光合量子效率(AQE)等光合參數(shù)。

1.2.5 葉綠素?zé)晒鈪?shù) 采用英國(guó)Technologica公司的葉綠素?zé)晒饪焖俪上裣到y(tǒng)Chlorophyll Fluorescence Imager(CFI)測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)。待測(cè)葉片經(jīng)暗適應(yīng)30～60 min后置于樣品臺(tái)，調(diào)節(jié)測(cè)量光(0.5 μmol·m-2·s-1)測(cè)定初始熒光Fo，然后打開(kāi)飽和脈沖光(6000 μmol·m-2·s-1，0.8 s)測(cè)定最大熒光Fm。當(dāng)飽和脈沖光結(jié)束后，打開(kāi)光化光(400 μmol·m-2·s-1)，每20 s打開(kāi)一次飽和脈沖光測(cè)定光下最大熒光Fm′、光化光下的穩(wěn)態(tài)熒光Fs。據(jù)此，由儀器內(nèi)部軟件計(jì)算給出相關(guān)的葉綠素?zé)晒鈪?shù)，包括光下最小熒光F0′、光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)的最大量子效率(Fv/Fm)、開(kāi)放的PSⅡ反應(yīng)中心的激發(fā)能捕獲效率(Fv′/Fm′)、PSⅡ的實(shí)際量子產(chǎn)量效率(ΦPSⅡ)、光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)、非光化學(xué)猝滅系數(shù)(NPQ)。連續(xù)測(cè)定340 s，監(jiān)測(cè)各葉綠素?zé)晒鈪?shù)隨時(shí)間變化的曲線變化。每植株測(cè)定1片葉片，每處理各4次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 16.0 for Windows軟件包(SPSS Inc., Chicago, USA)進(jìn)行分析，處理間比較采用方差分析和LSD檢驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)圖采用SigmaPlot 11.0(Systat Software, Inc.)繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)區(qū)光合有效輻射日變化

試驗(yàn)區(qū)光合有效輻射(PAR)日變化如圖1所示。其中，4月份昆明地區(qū)晴天PAR在9：00～16：00均具有較高值，中午自然光強(qiáng)(L0)最高可達(dá)1 851 μmol·m-2·s-1，而在50%(L1)、25%(L2)和15%(L3)自然光強(qiáng)下，一天之中最大光強(qiáng)分別為902、476和297 μmol·m-2·s-1。

2.2 遮蔭對(duì)油用牡丹植株生長(zhǎng)和葉表皮特征的影響

2.2.1 生長(zhǎng)特征 表1顯示，與全光照處理(L0)相比，遮蔭處理(L1、L2和L3)使油用牡丹株高顯著升高15.2%～20.5%(P<0.05)，但L1、L2、L3處理間的株高沒(méi)有顯著差異；同時(shí)，油用牡丹花朵數(shù)量、果實(shí)鮮重、種子數(shù)量、種子鮮重均隨遮蔭程度的增加顯現(xiàn)出逐漸下降趨勢(shì)，且花朵數(shù)量和種子鮮重在L2和L3處理下顯著低于全光照(L0)處理，而果實(shí)鮮重和種子數(shù)量則在L1、L2和L3處理下均比L0顯著降低，且遮光處理間也有顯著差異。另外，隨著遮蔭程度的增加，油用牡丹的比葉重(LMA)呈逐漸下降趨勢(shì)，其在L1處理下與L0處理無(wú)顯著差異(P>0.05)，但在L2和L3處理下比L0處理顯著降低。

L0.100%全光照；L1.50%全光照；L2.25%全光照；L3.15%全光照。下同圖1 試驗(yàn)區(qū)光合有效輻射日變化L0.100% of full light；L1 .50% of full light；L2.25% of full light；L3. 15% of full light. The same as belowFig.1 Diurnal course of photosynthetically active radiation at the experimental area

從表1還可以看出，油用牡丹單位鮮重葉綠素a和葉綠素b含量均隨著遮蔭水平的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，并均在L2處理下達(dá)到最大值，且各遮蔭處理比全光照處理均有不同程度增加，但葉綠素a含量在不同處理間沒(méi)有顯著差異，葉綠素b含量?jī)HL2處理與L0處理間具有顯著差異?？梢?jiàn)，遮蔭顯著抑制了油用牡丹的正常生長(zhǎng)，且遮蔭程度越重抑制越明顯。

2.2.2 葉片表皮特征 經(jīng)過(guò)對(duì)油用牡丹葉片上、下表皮進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)其上表皮均無(wú)氣孔分布，下表皮氣孔呈橢圓形(圖2)。其中，4個(gè)光照處理油用牡丹

葉片的氣孔密度變化范圍在74.41～87.99個(gè)/mm2之間，并以全光照處理(L0)最大，且3個(gè)遮蔭處理的氣孔密度均顯著低于L0處理，而遮蔭處理間無(wú)顯著差異；氣孔器長(zhǎng)度、氣孔器寬度和單個(gè)氣孔器面積(As)則是在L1處理下具有最大值，且其氣孔器長(zhǎng)度和單個(gè)氣孔器面積與L0差異達(dá)到顯著水平；隨著遮蔭水平的增加，油用牡丹葉片總的氣孔面積百分比(At)呈逐漸降低趨勢(shì)，且各遮蔭處理均與全光照處理存在顯著性差異，如L3處理的At僅為L(zhǎng)0處理的80%(表2)。說(shuō)明油用牡丹能夠通過(guò)調(diào)整葉片的氣孔分布和氣孔大小來(lái)適應(yīng)不同程度的遮蔭環(huán)境。

2.3 遮蔭對(duì)油用牡丹植株光合特性的影響

2.3.1 光合-光響應(yīng)曲線及特征參數(shù) 由圖3可知，當(dāng)光合有效輻射(PAR)≤200 μmol·m-2·s-1時(shí)，4個(gè)光照處理油用牡丹植株的凈光合速率(Pn)均隨著PAR的增加迅速增加；當(dāng)PAR>200 μmol·m-2·s-1后，各處理Pn隨光照強(qiáng)度增加而變化幅度逐漸減緩；當(dāng)PAR≥600 μmol·m-2·s-1后，各處理Pn均趨于穩(wěn)定，且隨著遮蔭水平的增加，Pn值有逐漸降低的趨勢(shì)(圖3)。

表1 不同遮蔭條件下‘鳳丹’牡丹的生長(zhǎng)指標(biāo)和葉綠素含量比較

注：同一列不同字母表示不同光照處理之間差異顯著(P<0.05)；下同

Note: Different letters in the same column indicate significant differences among different shading treatments at 0.05 level. The same as below

圖2 不同遮蔭條件下‘鳳丹’牡丹葉片氣孔分布Fig.2 The distribution of stomata of of P. ostii under different shading treatments

處理Treatment氣孔密度Stomataldensiey/(個(gè)·mm-2)氣孔器長(zhǎng)度Lengthofstomata/μm氣孔器寬度Widthofstomata/μm單個(gè)氣孔器面積As/μm2氣孔器面積百分比At/%L087.99±2.31a42.24±0.50b28.62±0.42a951.28±20.18b8.41±025aL175.68±2.23b43.83±0.60a29.61±0.46a1022.20±24.31a7.67±0.21bL278.66±3.02b42.44±0.46ab28.78±0.26a958.51±12.93b7.50±0.26bL374.41±2.43b42.79±0.56ab27.15±0.38b912.81±18.56b6.73±0.17c

表3 不同遮蔭條件下‘鳳丹’牡丹葉片光合特征參數(shù)

圖3 不同遮蔭條件下油用牡丹的光合-光響應(yīng)曲線Fig.3 Photosynthesis-light response curves of P. ostii under different shading treatments

圖4 不同遮蔭條件下鳳丹牡丹光系統(tǒng)Ⅱ最大量子效率(Fv/Fm)Fig.4 The maximum quantum efciency of photo system Ⅱ (Fv/Fm) of P. ostii under different shading treatments

另外，從光響應(yīng)曲線模型擬合得到的光合特征參數(shù)(表3)來(lái)看，遮蔭對(duì)油用牡丹的最大凈光合速率(Pmax)、光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)、光飽和點(diǎn)(LSP)和表觀量子效率(AQE)均產(chǎn)生顯著影響。而且，隨著遮蔭水平提高，油用牡丹葉片的Pmax、LCP、LSP均呈逐漸降低趨勢(shì)，而AQE則呈逐漸升高趨勢(shì)。其中，L1、L2和L3處理植株的Pmax分別比L0處理降低了3.71%、7.51%和15.93%，LCP則分別降低了47.06%、41.18%和52.94%，LSP則分別降低了5.55%、15.80%和35.34%，L3處理的降幅達(dá)到顯著水平；同時(shí)，植株AQE則在L3處理中具有最高值，且顯著高于L0、L1和L2處理，比L0處理顯著升高44.23%。以上結(jié)果說(shuō)明遮蔭條件下，油用牡丹能夠通過(guò)降低LCP、LSP，增加AQE來(lái)提高對(duì)弱光的利用效率以適應(yīng)弱光環(huán)境，但遮蔭環(huán)境對(duì)油用牡丹的光合作用仍然產(chǎn)生了一定的抑制作用，且遮蔭程度越高，抑制作用越強(qiáng)。

2.3.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù) 如圖4所示，不同程度遮蔭均使油用牡丹葉片光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)的最大量子效率(Fv/Fm)有所降低，但L1和L2處理的Fv/Fm值與對(duì)照L0沒(méi)有顯著差異，而L3處理植株的Fv/Fm值(0.76)顯著低于L0、L1和L2處理，其比L0降低了4.54%(P<0.05)。

同時(shí)，如圖5所示，遮蔭還顯著影響了油用牡丹葉片PSⅡ的實(shí)際量子效率(ΦPSⅡ)、PSⅡ反應(yīng)中心的激發(fā)能捕獲效率(Fv′/Fm′)、光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)和非光化學(xué)猝滅系數(shù)(NPQ)。首先，各光照處理植株的ΦPSⅡ均隨光化光誘導(dǎo)時(shí)間逐漸增加，并有先快后慢趨勢(shì)，且處理間存在差異。其中，當(dāng)光化光誘導(dǎo)時(shí)間小于80 s時(shí)，隨著光化光誘導(dǎo)時(shí)間的增加，4個(gè)光照處理植株的ΦPSⅡ快速增加；當(dāng)光化光誘導(dǎo)時(shí)間大于80 s后，L3處理植株的ΦPSⅡ開(kāi)始增加緩慢并趨于穩(wěn)定，其ΦPSⅡ顯著低于同期L0、L1和L2處理植株；當(dāng)光化光誘導(dǎo)時(shí)間大于200 s后，L2植株的ΦPSⅡ增加幅度也逐漸變緩，其植株葉片的ΦPSⅡ低于同期L0和L1植株；當(dāng)光化光誘導(dǎo)時(shí)間大于300 s后，L0和L1植株的ΦPSⅡ也趨于穩(wěn)定，且此時(shí)L0處理具有最高的ΦPSⅡ(圖5，A)。

其次，各光照處理葉片F(xiàn)v′/Fm′隨著光化光誘導(dǎo)時(shí)間的增加呈逐漸下降并最終趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，但處理間存在差異(圖5，B)。其中，各處理Fv′/Fm′趨于穩(wěn)定所需的光化光誘導(dǎo)時(shí)間表現(xiàn)為L(zhǎng)3L1>L2>L3。即遮蔭程度越大，處理Fv′/Fm′趨于穩(wěn)定所需的時(shí)間越短，值越小。

再次，隨著光化光誘導(dǎo)時(shí)間的增加，各光照處理葉片qP、NPQ均呈逐漸增加并趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，但值穩(wěn)定后4個(gè)處理間的qP差異較小，而其N(xiāo)PQ則有較大差異；在相同的光化光誘導(dǎo)時(shí)間下，各光照處理qP明顯以L1處理較低，其余處理間相近，而各處理NPQ則表現(xiàn)為L(zhǎng)3≈L2>L1>L0(圖5，C、D)。

圖5 不同遮蔭條件下‘鳳丹’牡丹葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)隨時(shí)間的變化Fig. 5 The changes of chlorophyll fluorescence of P. ostii with time under different shading treatments

以上結(jié)果說(shuō)明，遮蔭條件下油用牡丹葉片的潛在量子效率有所降低，同步降低的還有PSⅡ反應(yīng)中心的實(shí)際量子效率和光能捕獲效率，而過(guò)剩的光能則主要以熱耗散的方式被耗散。

3 結(jié)論與討論

3.1 遮蔭對(duì)油用牡丹生長(zhǎng)的影響

植物在遮蔭環(huán)境下形態(tài)的調(diào)整對(duì)于植株能否適應(yīng)遮蔭環(huán)境起到了至關(guān)重要的作用。為了最大程度地獲取光照，植物往往會(huì)將同化的碳更多地分配于植株的垂直生長(zhǎng)，從而出現(xiàn)株高增加的現(xiàn)象[15]。本研究中，遮蔭對(duì)油用牡丹的株高產(chǎn)生了顯著影響，遮蔭處理L1、L2和L3植株的株高顯著高于光照最強(qiáng)的L0處理；同時(shí)，L2和L3處理的花朵數(shù)量和種子鮮重顯著低于L0處理，但L1處理與L0處理無(wú)顯著差異，而果實(shí)鮮重和種子數(shù)量則隨著遮蔭水平的增加而降低，且4個(gè)不同遮蔭處理間具有顯著差異。說(shuō)明與全光照生長(zhǎng)的植株相比，遮蔭后油用牡丹植株將更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能量分配給株高的生長(zhǎng)，而相應(yīng)地分配到花朵、果實(shí)和種子的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能量則相對(duì)減少。

葉片是植物進(jìn)化過(guò)程中對(duì)環(huán)境變化敏感且可塑性較大的器官，在不同的選擇壓力下可形成各種適應(yīng)類(lèi)型，其結(jié)構(gòu)特征最能體現(xiàn)環(huán)境因子對(duì)植物的影響或植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)[16]。比葉重是表征植物生長(zhǎng)過(guò)程中碳收獲的葉性狀指標(biāo)，比葉重的調(diào)整是植物對(duì)遮蔭環(huán)境做出的典型形態(tài)學(xué)反應(yīng)[17]。本研究中，油用牡丹的比葉重(LMA)在遮蔭條件下受到顯著影響，并隨著遮蔭水平的增加呈逐漸下降趨勢(shì)，光照較強(qiáng)的L0和L1處理的LMA無(wú)顯著差異(P>0.05)，但它們卻與光照較弱的L2和L3處理間具有顯著差異。油用牡丹LMA在弱光環(huán)境下降低，意味著相同生物量形成的葉面積較大，葉片較薄，從而增強(qiáng)了葉片的捕光能力。說(shuō)明油用牡丹在遮蔭條件下能夠通過(guò)增加單位質(zhì)量的葉面積來(lái)提高其光能捕獲能力，彌補(bǔ)遮蔭環(huán)境帶來(lái)的光照不足，滿足光合作用所需，保證一定的光合積累，從而有利于油用牡丹在弱光環(huán)境中的生長(zhǎng)，這與前人的研究結(jié)論一致[18]。

葉片氣孔是植物水分蒸騰的主要部位，氣孔的大小和密度與植物的光合作用及水分利用效率密切相關(guān)。較大的氣孔開(kāi)度可使CO2更容易進(jìn)入光合器官，水分更容易蒸發(fā)，能有效提高CO2進(jìn)入光合器官和水分蒸發(fā)的速率，從而使植物具有較強(qiáng)的光合能力。一般來(lái)說(shuō)，生長(zhǎng)在高光強(qiáng)下的植物通常比低光強(qiáng)下的植物具有較高的氣孔密度，弱光環(huán)境下葉片氣孔密度減小、氣孔開(kāi)張度顯著降低[19-20]。本研究也得到相類(lèi)似的結(jié)果，隨著遮蔭水平的增加，油用牡丹葉片氣孔密度和氣孔器面積百分比呈逐漸下降趨勢(shì)，光照最強(qiáng)的L0處理植株具有最高的氣孔密度和氣孔器面積百分比，并與其余3個(gè)遮蔭處理間具有顯著差異。氣孔密度和氣孔導(dǎo)度共同控制著植物的水分、氣體交換，L0處理植株較高的氣孔密度和氣孔器面積百分比暗示其與外界水分、氣體交換頻率較高，植株的生理代謝活動(dòng)較強(qiáng)，這可能是L0處理植株具有較高光飽和光合速率的原因之一，同時(shí)也表明油用牡丹能通過(guò)調(diào)整葉片氣孔的分布來(lái)適應(yīng)不同的遮蔭環(huán)境。

3.2 遮蔭對(duì)油用牡丹光合特性的影響

光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)是衡量植物需光特性的重要生理指標(biāo)，分別代表植物對(duì)光強(qiáng)耐受性的上限和下限，其范圍可以反映植物對(duì)光能的利用能力[21]。在自然光下(L0處理)，油用牡丹的光飽和點(diǎn)在660 μmol·m-2·s-1左右，光補(bǔ)償點(diǎn)在13.6 μmol·m-2·s-1左右。本研究中，L0處理中午的光合有效輻射最強(qiáng)在1900 μmol·m-2·s-1左右，其光強(qiáng)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)大大高于L0處理植株的光飽和點(diǎn)，與其余3個(gè)遮蔭處理相比，L0處理植株具有最高的凈光合速率；同時(shí)，試驗(yàn)水平內(nèi)的強(qiáng)光產(chǎn)生的過(guò)剩光能并沒(méi)有對(duì)其光合器官產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷，其光合作用并沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的光抑制。結(jié)果暗示油用牡丹植株對(duì)強(qiáng)光具有較強(qiáng)的耐受性和適應(yīng)性，應(yīng)屬陽(yáng)生植物。

隨著遮蔭水平的增加，油用牡丹通過(guò)降低光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)、增加表觀量子效率來(lái)適應(yīng)弱光環(huán)境。在弱光環(huán)境下，較低的光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)和較高的表觀量子效率意味著植物在光照有限的條件下能夠以最大能力利用低光量子通量，進(jìn)行最大可能的光合作用，從而利于在較弱光強(qiáng)下進(jìn)行有機(jī)物的積累，滿足遮蔭環(huán)境下植株的正常生長(zhǎng)，是植物對(duì)遮蔭環(huán)境的適應(yīng)性表現(xiàn)[22]。光照不僅是植物進(jìn)行光合作用的原動(dòng)力，光照強(qiáng)度還會(huì)影響溫度和濕度等與植物光合作用密切相關(guān)的環(huán)境因子，如高光強(qiáng)往往引起溫度上升和濕度下降，而適度的遮蔭可以在一定程度上緩解水分虧缺和避免強(qiáng)光傷害，從而有利于光合作用的進(jìn)行。前人的研究也表明，適當(dāng)遮蔭的林緣生境和林窗生境是油用牡丹最適宜的生長(zhǎng)環(huán)境[2,9]。本研究中，L1處理的光強(qiáng)較為接近油用牡丹的光飽和點(diǎn)，其凈光合速率和光飽和點(diǎn)與L0處理無(wú)顯著差異，而遮蔭程度較高的L2和L3處理的光強(qiáng)最高分別能達(dá)到480和300 μmol·m-2·s-1左右，遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到油用牡丹的光飽和點(diǎn)，不能滿足光飽和需求，其凈光合速率也較L0處理顯著下降，光照嚴(yán)重不足可能是抑制L2和L3處理植株光合作用的主要因子。

葉綠素?zé)晒饪梢苑从彻饽芪铡⒓ぐl(fā)能傳遞和光化學(xué)反應(yīng)等的差異，在研究植物光合機(jī)制及植物光合作用對(duì)外界環(huán)境脅迫的響應(yīng)中發(fā)揮了重要作用[23]。首先，F(xiàn)v/Fm值表示PSⅡ最大光化學(xué)效率，反映PSⅡ的原初光能轉(zhuǎn)化效率，常被用來(lái)作為環(huán)境脅迫程度的指標(biāo)和探針。非脅迫條件下Fv/Fm值通常在0.80～0.85之間，脅迫條件下該參數(shù)明顯下降[24-26]。本研究中，油用牡丹Fv/Fm值在L0、L1和L2處理間沒(méi)有顯著差異，其值為0.80左右，處于Fv/Fm值的正常范圍內(nèi)。過(guò)度遮蔭處理(L3)油用牡丹植株的Fv/Fm值為0.76，顯著低于L0、L1和L2處理，說(shuō)明遮蔭后油用牡丹葉片PSⅡ的潛在量子效率有所降低。其次，F(xiàn)v′/Fm′和ΦPSⅡ分別表示開(kāi)放的PSⅡ反應(yīng)中心的激發(fā)能捕獲效率和PSⅡ的實(shí)際量子效率。隨著光化光誘導(dǎo)時(shí)間的增加，油用牡丹葉片F(xiàn)v′/Fm′逐漸降低，ΦPSⅡ則逐漸增加，并在誘導(dǎo)一段時(shí)間后趨于穩(wěn)定。Fv′/Fm′、ΦPSⅡ穩(wěn)定后其大小表現(xiàn)為L(zhǎng)0>L1>L2>L3，說(shuō)明遮蔭降低了油用牡丹葉片PSⅡ反應(yīng)中心的光能捕獲效率和實(shí)際量子效率，這可能是遮蔭植株光合能力降低的又一主要原因。第三，光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)是對(duì)PSⅡ原初電子受體QA氧化狀態(tài)的一種量度，反映PSⅡ天線色素吸收的光能用于光化學(xué)電子傳遞的份額，在一定程度代表PSⅡ反應(yīng)中心開(kāi)放程度[27]。而非光化學(xué)猝滅系數(shù)(NPQ)反映PSⅡ天線色素吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散掉的光能部分，它對(duì)光合機(jī)構(gòu)起一定的保護(hù)作用，是抵御光破壞的主要途徑之一[28]。本研究中，隨著光化學(xué)誘導(dǎo)時(shí)間的增加，油用牡丹葉片qP逐漸增加，但qP穩(wěn)定后不同處理間沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明遮蔭對(duì)油用牡丹葉片PSⅡ的電子傳遞活性影響不大；同時(shí)，隨著光化光誘導(dǎo)時(shí)間的增加，NPQ逐漸增加并趨于穩(wěn)定，且隨著遮蔭水平的增加，NPQ逐漸增加，又說(shuō)明在400 μmol·m-2·s-1的光強(qiáng)下，遮蔭植株的過(guò)剩光能較大，其以熱耗散方式耗散光能的作用增大。

綜上所述，油用牡丹是陽(yáng)生植物，它在遮蔭條件下能夠通過(guò)增加株高、減少花朵和種子數(shù)量、降低比葉重和氣孔密度等形態(tài)結(jié)構(gòu)方面的調(diào)整來(lái)適應(yīng)遮蔭環(huán)境，同時(shí)還可以通過(guò)降低光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)等光合生理方面的調(diào)整來(lái)盡可能多地捕獲光能及提高對(duì)弱光的利用率。然而，過(guò)度遮蔭(15%自然光強(qiáng))會(huì)嚴(yán)重抑制油用牡丹的凈光合速率，F(xiàn)v/Fm、ΦPSⅡ和Fv′/Fm′顯著下降，NPQ顯著上升，且與產(chǎn)量直接相關(guān)的花朵數(shù)量和種子數(shù)量顯著下降，最終造成嚴(yán)重減產(chǎn)。據(jù)此建議：在油用牡丹的生產(chǎn)栽培過(guò)程中，可以采取適當(dāng)?shù)恼谑a措施以創(chuàng)造其最適宜的生長(zhǎng)光環(huán)境，但遮蔭網(wǎng)密度不能過(guò)大，應(yīng)根據(jù)各地的光照條件和天氣狀況進(jìn)行調(diào)整。綜合考慮，在云南昆明地區(qū)50%～100%之間的自然光可能是油用牡丹較為合適的生長(zhǎng)光強(qiáng)。

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(編輯:裴阿衛(wèi))

Effects of Shading on Growth and Photosynthetic Characteristics of Oil Peony

CAI Yanfei1,2, 3,4, LI Shifeng1,2, 3,4, WANG Jihua1,2, 3,4,XIONG Cankun5, SONG Jie1,2, 3,4, LI Shufa1,2, 3,4*

(1 National Engineering Research Center for Ornamental Horticulture, Kunming 650205, China; 2 Flower Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650205, China; 3 Key Lab of Yunnan Flower Breeding, Kunming 650205, China; 4 Yunnan Flower Research and Development Center, Kunming 650205, China; 5 Yunnan Ge-sang Flower Co., Ltd., Shangri-La, Yunnan 650000)

The growth，photosynthesis and chlorophyll fluorescence parameters of oil peony were measured under 100% of full light (L0), 50% of full light (L1), 25% of full light (L2) and 15% of full light (L3), respectively. The results showed that: (1) the number of flowers, leaf dry mass per unit area (LMA) and stomatal density of L0 treatment were significantly higher than that of L2 and L3, but there was no significant difference with L1 treatment; With the increase of shading levels, the number of seed, stomatal area percentage decreased gradually and there was significant difference among treatments; (2) the photosynthetic rate (Pmax), light compensation point (LCP) and light saturation point (LSP) decreased with the increase of shading;Pmaxand LSP of L0 treatment were significantly higher than that of L2 and L3, but there was no significant difference with L1 treatment; (3) the maximum quantum efficiency of photosynthetic system Ⅱ (Fv/Fm) of L3 treatment was 0.76, which was significantly lower than that of other treatments; With the increase of induction time by actinic light, the induction time by actinic light (Fv′/Fm′) decreased gradually and tended to be stable; the PSⅡ quantum yield efficiency (ΦPSⅡ), photochemical quenching (qP) and non photochemical quenching (NPQ) increased gradually and tended to be stable. The order ofFv′/Fm′ andΦPSⅡ after stable was L0>L1>L2>L3, while NPQ was L3>L2>L1>L0, and there was no significant difference in qP among treatments. It is indicated that over shading (15%-25% of full light) severely inhibited the net photosynthetic rate of oil peony, and the number of flowers and seeds which directly related to the yield was also significantly decreased, resulting in a serious reduction in production. Therefore, 50%-100% of full light may be more suitable for the growth of oil peony in Kunming area, Yunnan.

oil peony; shade; growth; photosynthetic characteristics; chlorophyll fluorescence

1000-4025(2016)08-1623-09

10.7606/j.issn.1000-4025.2016.08.1623

2016-05-13;修改稿收到日期:2016-07-13

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目‘高山特色花卉高效生產(chǎn)技術(shù)集成’(2015BAD10B03);“科技部創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃”中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才配套項(xiàng)目(2014HE002)

蔡艷飛(1982-)，女，副研究員，主要從事植物生理生態(tài)適應(yīng)性研究。E-mail:caiyanfei1013@126.com

*通信作者:李樹(shù)發(fā)，碩士，研究員，主要從事植物栽培及遺傳育種相關(guān)研究。E-mail:lsf206498@126.com

Q945.79

A