張貴合，張光海，郭華春

(云南農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學與生物技術學院 薯類作物研究所，云南 昆明 650201)

不同馬鈴薯品種(系)在不同生態(tài)條件種植的光合特性差異分析

張貴合，張光海，郭華春*

(云南農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學與生物技術學院 薯類作物研究所，云南 昆明 650201)

【目的】研究不同生態(tài)條件下5個馬鈴薯品種(系)的光合特性，以篩選出高光效的品種(系)?！痉椒ā坷肔I-6400XT便攜式光合儀測定系統(tǒng)測定5個馬鈴薯品種(系)在不同生態(tài)條件種植的光合參數(shù)。【結(jié)果】在相同生態(tài)條件下，5個馬鈴薯品種(系)間的光合性狀存在明顯差異；在不同生態(tài)條件下，相同馬鈴薯品種(系)的光合特性也存在較大差異。滇薯701相對其它品種(系)在弱光下具有較高的凈光合速率；青薯9號具有較高的表觀量子效率、最大凈光合效率、較低的光補償點和暗呼吸速率適合昆明和大理地區(qū)推廣種植；5個不同馬鈴薯品種(系)在寡日照條件下其表觀量子效率、最大凈光合速率、飽和光強均降低，暗呼吸速率、光補償點沒有較明顯的變化。【結(jié)論】青薯9號和滇薯701為高光效的品種。

馬鈴薯；不同品種(系)；不同生態(tài)；光合特性

【研究意義】植物光合作用是植物葉片利用CO2和H2O合成有機物的過程，是生物積累量的過程。馬鈴薯作為高產(chǎn)作物，經(jīng)濟產(chǎn)品器官不需要經(jīng)過開花、受精、結(jié)實等過程直接由光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)化而來，具有物質(zhì)轉(zhuǎn)化的直接性[1-2]。馬鈴薯塊莖中的干物質(zhì)含量的95 %以上來自光合作用的積累，因此增強光合作用是提高其塊莖產(chǎn)量和品質(zhì)的基礎[3-4]?！厩叭搜芯窟M展】馬鈴薯苗期光照不足，嚴重影響光合作用，導致塊莖干物質(zhì)含量和品質(zhì)下降，因此研究光合特性對弄清產(chǎn)量形成關系密切[5]。馬鈴薯的光合速率反映了馬鈴薯光合作用的強弱[6]。故而多數(shù)研究以光合日變化以及光合速率為主[7-13]，而不同品種馬鈴薯光合特性及同一品種在不同生態(tài)環(huán)境下光合特性差異的研究較少[14-17],但是仍有研究認為不同季節(jié)其光合速率日變化也不同[18]?！颈狙芯康那腥朦c】本研究依托云南獨特的地理位置和多樣化的生態(tài)條件進行比較試驗，測定不同生態(tài)區(qū)域相同品種(系)以及同意生態(tài)區(qū)域不同品種(系)的光和參數(shù)變化情況?！緮M解決的關鍵問題】初步探索光合特性與種植季節(jié)的關系，為后續(xù)馬鈴薯高光效育種提供理論依據(jù)[19-20]。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

云南農(nóng)業(yè)大學后山農(nóng)場地處滇東北、滇西北高原生態(tài)區(qū)。年均溫度11～13 ℃，最熱月均溫18～21 ℃，最冷月均溫1～6 ℃，全年≥10 ℃的活動積溫為2000～4000 ℃，適宜大春種植馬鈴薯[21]。實驗于2014年3-7月在該地區(qū)進行春作試驗。

大理市喜洲鎮(zhèn)積善邑村屬于滇中山地生態(tài)區(qū)，屬中、北亞熱帶氣候，海拔1600～2000 m，四季如春，干、濕季節(jié)分明。年均氣溫為15 ℃左右，冬無嚴寒，1月最低溫度在8～9 ℃；夏無酷暑，最熱月均溫不超過22 ℃，有霜日數(shù)不超過30 d，年≥10 ℃活動積溫達4000～5000 ℃[21]。實驗于2015年1-6月在該地區(qū)進行早春作試驗。

1.2 試驗材料

試驗品種(系)：合作88、P8、N8、滇薯701、青薯9號。

1.3 試驗方法

采用美國拉哥公司LI-6400 便攜式光合測定系統(tǒng)進行各項光合指標的測定。在盛花期選擇晴天測量植株倒四葉的頂小葉。光響應曲線采用紅藍光源葉室，數(shù)據(jù)測量在早上8:00-11:30，測定前先對測定葉片用最大光強和25 ℃條件下誘導30 min[22]。

光響應曲線測量時CO2濃度控制在400×10-6，葉室溫度控制為25 ℃，CO2響應曲線測量時光強設置為1600 μmol/m2·s，葉室溫度控制在25 ℃。

1.4 數(shù)據(jù)處理

光響應曲線使用直角雙曲線修正模型進行擬合[23]，數(shù)據(jù)分析軟件SPSS19.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 同一品種在不同生態(tài)環(huán)境種植的光響應曲線的差異

從圖1可以看出，5個品種(系)光響應曲線均有不同程度的變化：其中滇薯701、P8和N8出現(xiàn)比較明顯相同規(guī)律的變化，即相同光照強度條件下大理試驗點凈光合速率高于昆明試驗點；青薯9號在光照強度低于800 μmol/m2·s時2個地點的凈光合速率基本相同，在高強度光照條件下昆明試驗點略高于大理試驗點；合作88在光照強度低于1000 μmol/m2·s時大理試驗點的凈光合速率低于昆明試驗點，高強度光照條件下出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)，即合作88在較高光照強度條件下大理試驗點比昆明試驗點凈光合速率要高。顯示不同生態(tài)環(huán)境對馬鈴薯的的光合作用會產(chǎn)生較強影響。大理試驗點的生態(tài)環(huán)境更加適宜馬鈴薯的光合作用，合作88和青薯9號有較強的環(huán)境適應性，在不同生態(tài)環(huán)境下均能表現(xiàn)出較強光合作用。

2.2 不同品種(系)在同一生態(tài)環(huán)境種植的光響應曲線的的差異

從圖2看出，5個品種(系)在同一生態(tài)條件下曲線變化比較明顯。大理試驗點，當光照強度為500 μmol/m2·s左右時5個品種(系)凈光合速率基本相同，當光照強度低于或高于500 μmol/m2·s時不同品種(系)的光響應曲線出現(xiàn)分離。光照強度低于500 μmol/m2·s時同一光照強度凈光合速率大小依次為滇薯701gt;青薯9號gt;N8gt;P8gt;合作88，當光照強度高于500 μmol/m2·s時同一光照強度凈光合速率大小依次為合作88gt;N8gt;青薯9號gt;P8gt;滇薯701。昆明試驗點，整個光照強度在調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)變化差異不明顯。同一光照強度，凈光合速率大小依次為合作88gt;青薯9號gt;N8gt;P8gt;滇薯701，僅在光照強度大于200 μmol/m2·s時P8gt;N8，與大理試驗點光照強度低于500 μmol/m2·s時變化規(guī)律一致。說明低光照強度下，2個生態(tài)地點凈光合速率大小規(guī)律一致。滇薯701在低光照強度下表現(xiàn)出較強光合作用能力，適宜弱光照地區(qū)種植；合作88和青薯9號在強光照條件下均有較高的凈光合速率。

2.3 同一品種(系)在不同生態(tài)環(huán)境種植的光合參數(shù)變化

從圖3得出，5個品種(系)大理試驗點的表觀量子效率和飽和光強均高于昆明試驗點；最大凈光合速率除青薯9號差異不明顯，同樣大理試驗點高于昆明試驗點；光補償點和暗呼吸速率青薯9號差異不明顯，滇薯701昆明試驗點高于大理試驗點，合作88、P8、N8大理試驗點高于昆明試驗點。

2.4 不同品種(系)在同一生態(tài)環(huán)境種植的光合參數(shù)變化

對同一生態(tài)環(huán)境下5個馬鈴薯品種(系)的光合參數(shù)進行比較。大理試驗點標記為DL,昆明試驗點標記為KM。由圖4看出,最大凈光合速率昆明試驗點依次為合作88gt;青薯9號gt;P8gt;N8gt;滇薯701，大理試驗點為合作88gt;青薯9號gt;N8gt;P8gt;

圖1 相同品種(系)自不同生態(tài)條件下的光響應曲線Fig.1 Photoresponse curve of identical potato varieties (lines) in different ecological condition

滇薯701，與昆明試驗點相比，除N8和P8互換外，其余最大凈光合速率按大小排列順序不變；表觀量子效率昆明試驗點依次為青薯9號gt;滇薯701gt;合作88gt;N8gt;P8，大理試驗點為滇薯701gt;青薯9號gt;P8gt;N8gt;合作88；飽和光強昆明試驗點依次為青薯9號gt;P8gt;合作88gt;滇薯701gt;N8，大理試驗點為合作88gt;青薯9號gt;P8gt;N8gt;滇薯701；光補償點昆明試驗點依次為滇薯701gt;青薯9號gt;P8gt;N8gt;合作88，大理試驗點為合作88gt;P8gt;N8gt;青薯9號gt;滇薯701；暗呼吸速率昆明試驗點依次為滇薯701gt;青薯9號gt;合作88gt;N8gt;P8，大理試驗點為合作88gt;P8gt;N8gt;滇薯701gt;青薯9號。大理和昆明2個試驗點，青薯9號相較其它品種(系)均有較高的表觀量子效率、最大凈光合效率，較低的光補償點、暗呼吸速率，適合在此兩個地點推廣種植。寡日照條件下表觀量子效率、最大凈光合速率、飽和光強降低；合作88、P8、N8的暗呼吸速率顯著降低，青薯9號差異不明顯，滇薯701卻出現(xiàn)了升高；這和光補償點變化一致。

圖2 不同品種(系)在同一生態(tài)條件下的光響應曲線Fig.2 Photoresponse curve of different potato varieties (lines) in identical ecological condition

圖3 同一品種(系)在不同生態(tài)條件下的光合參數(shù)比較Fig.3 Photosynthesis parameters of identical potato varieties (lines) in different ecological condition

2.5 相同品種在不同生態(tài)環(huán)境種植的產(chǎn)量差異

對大理和昆明2個試驗點的平均單株產(chǎn)量以及光合參數(shù)進行雙變量相關性檢驗，結(jié)果見表1。其中暗呼吸速率和光補償點表現(xiàn)為極顯著正相關。這與2.3中暗呼吸速率和光補償點變化一致相佐證。飽和光強與單株產(chǎn)量之間存在顯著的正相關關系，表明適應高光照的品種產(chǎn)量高。對大理和昆明2個試驗點的5個品種(系)平均單株產(chǎn)量進行比較，結(jié)果見圖5。滇薯701和青薯9號平均單株產(chǎn)量昆明試驗點高于大理試驗點，而合作88、P8和N8大理試驗點高于昆明試驗點，這與2.3中最大凈光合速率比較結(jié)果相一致。

3 討 論

光合測量時間點在早上8:00-11:30時，這是由于中午的高溫和低CO2濃度所造成的光抑制現(xiàn)象，導致光合作用降低，出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象。同一品種(系)在不同生態(tài)環(huán)境中，光合速率出現(xiàn)較大差異，是不同溫光條件下馬鈴薯的光合酶含量出現(xiàn)差異造成的[24]。不同地點種植的品種除合作88外，在光響應曲線變化基本一致，說明大理試驗點的溫光條件比昆明試驗點更加適合馬鈴薯的光合作用。有研究表明，合作88對溫光反應比較敏感，這可能是造成合作88在低光照強度下大理地區(qū)低于昆明地區(qū)而高光照強度下大理試驗點高于昆明試驗點的原因。 鄒學校等研究辣椒雜交一代和親本間存在光合效率的相對穩(wěn)定，而本研究通過不同品種(系)在不同生態(tài)條件下種植，凈光合速率大小排序出現(xiàn)一致，說明馬鈴薯的光合作用在不同生態(tài)條件下相對穩(wěn)定。相同生態(tài)環(huán)境，滇薯701在較低光照條件均表現(xiàn)出較強光合作用能力，可以作為南方冬作區(qū)的種植材料或雜交親本。梁穎等研究發(fā)現(xiàn)，在寡日照條件下，不同油菜育種材料的一些光合生理特性會存在差異，其中弱光條件下植物的光飽和點和補償點均顯著降低。這和本研究的結(jié)果基本一致，昆明地區(qū)春作生長后期正值雨季，較長時間的陰雨天氣形成了寡日照天氣。通過相關性分析表明暗呼吸速率和光補償點之間達到極顯著正相關，影響產(chǎn)量的有凈光合速率、葉面積指數(shù)、施肥量等諸多因素，凈光合速率和平均單株產(chǎn)量之間沒有達到顯著水平，高凈光合速率的平均單株產(chǎn)量依然較高。研究發(fā)現(xiàn)不同的品種(系)在相同生態(tài)環(huán)境下也有較明顯的差異，使光合生理育種成為可能。在昆明和大理兩個試驗點青薯9號均表現(xiàn)出較高的表觀量子效率、最大凈光合效率，較低的光補償點和暗呼吸速率，表現(xiàn)出對不同生態(tài)環(huán)境有較強的適應性，適合在兩個地方大面積推廣。

圖4 不同品種(系)在同一生態(tài)條件下的光合參數(shù)比較Fig.4 Photosynthesis parameters of different potato varieties (lines) in identical ecological condition

4 結(jié) 論

研究表明：大理試驗點比昆明試驗點更加適合馬鈴薯的光合作用；滇薯701表現(xiàn)出較強的弱光條件下的光合能力；合作88和青薯9號具有較強的環(huán)境適應性，在昆明和大理兩個試驗點均具有較高的凈光合速率，其中青薯9號具有較高的表觀量子效率、最大凈光合效率，較低的光補償點和暗呼吸速率適合推廣種植；在寡日照條件下，表觀量子效率、最大凈光合速率、飽和光強降低，暗呼吸速率、光補償點沒有較明顯的變化規(guī)律。

表1 產(chǎn)量及光合參數(shù)的相關性分析結(jié)果

注:*在0.05水平上顯著相關，**在0.01水平上顯著相關。

Notes:*meant significant at 5 % ，**meant significant at 1 %.

圖5 同一品種(系)在不同生態(tài)條件下的平均單株產(chǎn)量比較Fig.5 Single average yield of identical potato varieties (or strain) in different ecological condition

[1]王惠群,蕭浪濤,李合松.矮壯素對馬鈴薯中薯3號光合特征和磷素營養(yǎng)的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,2007,13(6):1143-1147.

[2]鄭順林,楊世民,李世林,等.氮肥水平對馬鈴薯光合及葉綠素熒光特性的影響[J].西南大學學報,2013,35(1):1-9.

[3]張寶林,高聚林,劉克禮.馬鈴薯群體光合系統(tǒng)參數(shù)的研究[J].中國馬鈴薯,2003,17(3):146-151.

[4]張寶林,高聚林,劉克禮.馬鈴薯在不同密度及施肥處理下葉片葉綠素含量的變化[J].中國馬鈴薯,2003,17(3):137-140.

[5]秦玉芝,邢 錚,鄒劍鋒,等.持續(xù)弱光脅迫對馬鈴薯苗期生長和光合特性的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2014,47(3):537-545.

[6]黃彩霞,施坰林.不同灌水量對加工型馬鈴薯產(chǎn)量及生態(tài)生理指標的影響灌[J].灌溉排水學報,2008,27(5):97-99.

[7]梁熳赫,高華援,劉 峰,等.影響馬鈴薯淀粉產(chǎn)量的因素研究[J].中國馬鈴薯,2008,22(6):339-341.

[8]何長征,劉明月,宋 勇,等.馬鈴薯葉片光合特性研究[J].湖南農(nóng)業(yè)大學學報,2005,31(5):518-520.

[9]孫國琴,門福義,劉夢蕓,等.馬鈴薯豐產(chǎn)植株光合產(chǎn)物掃變規(guī)律的研究(一)干物率及其日變化[J].馬鈴薯雜志,1991,5(8):129-132.

[10]于亞軍,李 軍,賈志寬,等.寧南半干旱區(qū)不同施肥量下馬鈴薯光合特性研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2005,23(5):568-571.

[11]張 偉,高世銘,王亞宏,等.不同形態(tài)氮素比對馬鈴薯氮素分布、光合參數(shù)及產(chǎn)量的影響[J].2009,44(6):39-43.

[12]宋 碧,李 斌,張 雪.稻田免耕稻草覆蓋馬鈴薯光合特性的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2009,37(4):1452-1453.

[13]陳光榮,高世銘,張曉艷.施鉀和補水對旱作馬鈴薯光合特性及產(chǎn)量的影響[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學學報,2009(1):74-78.

[14]盧育華,劉 金,李志英,等.馬鈴薯光合作用的研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報,1997,28(2):141-145.

[15]欒運芳,王建林,大次卓嘎.脫毒馬鈴薯光合及增產(chǎn)機理的研究[J].西南農(nóng)業(yè)學報,2001,14(2):38-41.

[16]孫海林,田 豐,張永成.馬鈴薯光合速率與產(chǎn)量相關性研究[J].中國馬鈴薯,2005,19(1):26-28.

[17]張紹榮,龍 國,梅 艷,等.馬鈴薯光合速率單株葉面積與產(chǎn)量的相關性研究[J].農(nóng)業(yè)科技通訊,2007(12):67-69.

[18]欒運芳,王建林.脫毒與未脫毒馬鈴薯葉片光合特性的比較研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2002,35(2):222-224.

[19]孫茂林,李先平,楊萬林.云南馬鈴薯種植區(qū)域以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析[J].中國馬鈴薯,2002,16(3):186-188.

[20]孫茂林,李云海,李先平.云南馬鈴薯栽培歷史、耕作制度和民族特色的地方品種資源[J].中國農(nóng)史,2004(4):13-17.

[21]云南作物種質(zhì)資源.云南省農(nóng)業(yè)科學院[M].昆明:云南科技出版社,2005:693-694.

[22]袁海燕,李劍萍,曹 寧,等.馬鈴薯光合生理因子日變化研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2011,39(9):5049-5051,5045．

[23]葉子飄,于 強.光合作用光響應模型的比較[J].植物生態(tài)學報,2008(6):1356-1361.

[24]賀庭琪.木薯葉片應答不同光照處理的比較蛋白組學初步研究[D].海南大學碩士研究生論文,2013:65-66.

(責任編輯 王家銀)

DifferenceAnalysisofPhotosyntheticCharacteristicsofDifferentPotatoVarieties(Strain)PlantedinDifferentEcologicalCondition

ZHANG Gui-he,ZHANG Guang-hai,GUO Hua-chun*

(Tuber-Root Crops Research Institute, College of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agriculture University, Yunnan Kunming 650201，China)

【Objective】 In order to obtain the high photosynthetic efficiency potatos varieties (lines), we used five different potatoes varieties (lines) as an experiment object to determine the photosynthetic efficiency of the potatoes varieties (lines) under different ecological conditions.【Method】The photosynthetic parameters of five different potatoes varieties (lines) were determined through LI-6400XT portable photosynthetic meter measurement system. 【Result】The data suggested that the photosynthetic traits of five different stains were significantly different under same condition of life, and under different condition of life, the photosynthetic traits of same strains were also different. ‘Dianshu 701’had higher net photosynthetic rate than other varieties (lines)under the weak light，‘Qingshu 9’with high apparent quantum efficiency, maximum net photosynthetic efficiency, lower light compensation point and dark respiration rate was suitable for planting in Kunming city and Dali prefecture. Under the oligonucleotides sunshine conditions ，apparent quantum efficiency, maximum net photosynthetic rate, saturation light intensity of the five different potato varieties (or lines) all decreased, dark respiration rate and light compensation point had not obvious change. 【Conclusion】‘Qingshu 9’’and ‘Dianshu 701’were high light efficiency varieties.

Potatoes；Different varieties (strain)；Different season；Photosynthetic characteristics

S532

A

1001-4829(2017)11-2479-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.11.015

2016-05-15

云南省馬鈴薯重大種業(yè)專項“多抗廣適馬鈴薯新品種選育與示范”(2013ZA007)

張貴合(1988-)，男，山東棗莊人，碩士研究生，研究方向為馬鈴薯育種,E-mail：sichen003@163.com,*為通訊作者：郭華春(1963-)，E-mail：ynghc@126.com。