袁建民，何 璐*，楊曉瓊，許智萍，孔維喜，趙瓊玲，瞿文林，雷 虓

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所，云南 元謀 651300；2.云南省元謀干熱河谷植物園，云南 元謀 651300)

光合作用是植物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，是植物將太陽光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的復(fù)雜生理過程[1-2]。光合作用不僅受到植物自身因素的影響，而且受到多個環(huán)境生態(tài)因子的影響[3]。光照是影響植物光合作用最重要的生態(tài)因子，近年來有關(guān)植物光合作用生理對光照的響應(yīng)特征研究較多[4-6]。在干熱河谷區(qū)，強光屬于經(jīng)常發(fā)生的逆境脅迫，很大程度上影響著植物光合生理過程和水分利用效率等[7-8]。通過光響應(yīng)模型擬合可以獲得光飽和點(Light saturation point，LSP)、光補償點(Light compensation point，LCP)、最大凈光合速率(Maximum net photosynthetic rate，Pn,max)、表觀量子效率(Apparent quantum efficiency，AQY)、暗呼吸速率(Dark respiration rate，Rd)等多個光合參數(shù)，進而可以了解植物的光合效率及規(guī)律特征，判定植物的光合潛力[9-10]。因此，研究植物的光合光響應(yīng)特征，有助于深入了解植物在干熱河谷區(qū)環(huán)境條件下的生理生態(tài)特性。

余甘子(PhyllanthusemblicaL.)為大戟科(Euphorbiaceae)葉下珠屬(Phyllanthus)落葉小喬木或灌木，既是藥食兩用植物，也是干熱河谷區(qū)荒山恢復(fù)治理及礦區(qū)恢復(fù)的重要樹種。原產(chǎn)于印度、巴基斯坦、斯里蘭卡、馬來西亞等地。以中國和印度分布面積最大，產(chǎn)量最多，而中國以云南的野生資源最為豐富[11]。余甘子喜光，耐干旱，分布于海拔80～2300 m，東經(jīng)70°～122°、北緯1°～29°，具有很強的適應(yīng)性[12]。余甘子為常用藏藥[13]，富含維生素、酚類、黃酮、氨基酸、多糖等活性物質(zhì)[14]，具有抗炎抑菌、抗腫瘤、抗氧化、降血糖、降血壓、降脂等藥理保健作用[15-20]，開發(fā)利用潛力巨大。目前，關(guān)于余甘子的研究主要集中在組織培養(yǎng)[21]、遺傳多樣性[22]、化學(xué)成分[23]和藥理作用[24]等方面，而對余甘子的光合特性研究鮮見報道。鑒于此，本研究以收集于元謀干熱河谷區(qū)的3個種源野生余甘子實生苗為試驗材料，對其光合生理變化進行初步研究，探究不同種源余甘子的光合特性差異，以期為余甘子的人工培育、資源保護和優(yōu)良種源篩選等提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地設(shè)在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所干熱河谷農(nóng)業(yè)生態(tài)實驗室，位于楚雄州元謀縣城南(101.88° E，25.70° N)，海拔約1181.4 m，屬于金沙江干熱河谷區(qū)，光熱資源充足，立體氣候明顯。年均氣溫21.5 ℃，年日照時數(shù)2670 h，積溫8552.7 ℃·d，極端最低氣溫-2 ℃， 極端最高氣溫42 ℃，年均降水量615.1 mm，主要集中在5～9月，其它月份少雨或無雨，年均蒸發(fā)量3911.2 mm，全年無霜期達360 d，相對濕度53%。

供試材料為不同種源余甘子材料，共3份(表1)，均由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所提供。

表1 供試余甘子材料

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗于2018年5～9月在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所干熱河谷農(nóng)業(yè)生態(tài)實驗室進行，試驗材料為野生余甘子種子1年生實生苗。采用50孔黑色塑料穴盤育苗，至幼苗長至10 cm高時，種植于口徑×底徑×高度為16 cm×12.5 cm×17 cm、容量為2 L的綠色塑料花盆中，完全隨機設(shè)計，每個花盆種植1株，每個材料種植15株。栽培基質(zhì)為燥紅土+珍珠巖+腐殖土(3∶1∶2)的混合基質(zhì)，期間根據(jù)植株生長狀況添加適量的營養(yǎng)和水分，置于塑料大棚中進行一致的水肥管理。

1.2.2 測定方法 利用產(chǎn)自美國Li-COR公司的Li-6400 XT便攜式光合作用測量系統(tǒng)，于2018年8月23日至9月10日進行測定。定植90 d后，選擇幼苗期(株高50 cm)無病斑、健康的葉片進行測定。每個材料測定1個葉片，隨機測定5株，連續(xù)重復(fù)3 d，取其平均值。配置6400-02 B紅藍光源，設(shè)定光合有效輻射(PAR)依次為2000、1800、1500、1200、1000、800、500、200、100、50、20、0 μmol/(m2·s)。光合測定系統(tǒng)直接測出凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)等數(shù)值，并計算水分利用效率(WUE=Pn/Tr)。測定時，葉片溫度為(31.92±0.16) ℃，氣流速度為(500.00±0.01) μmol/s，樣品室CO2濃度為(402.84±1.25) μmol/mol，相對濕度為(52.48±0.25)%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用直角雙曲線修正模型進行光響應(yīng)曲線擬合[9-10]，運用軟件《光合計算器》[25]光響應(yīng)模塊對3個余甘子材料葉片的光響應(yīng)曲線實測數(shù)據(jù)進行擬合，得出表觀量子效率(α)、最大凈光合速率(Pn，max)、光飽和點(LSP)、光補償點(LCP)、暗呼吸速率(Rd)及決定系數(shù)(R2)；試驗數(shù)據(jù)處理及作圖利用Excel 2007完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種源余甘子凈光合速率光響應(yīng)特征

不同種源余甘子間凈光合速率(Pn)的光響應(yīng)曲線的變化趨勢基本一致，但又存在一定差異。當(dāng)PAR為0時，凈光合速率(Pn)為負值；隨著PAR的升高，Pn值迅速上升；當(dāng)PAR達到800 μmol/(m2·s)時，曲線上升趨于平穩(wěn)；當(dāng)PAR達到飽和點后，Pn值上升變緩慢，甚至出現(xiàn)下降的趨勢。種源20180907-3的Pn最大值最大，Pn最小值偏小，曲線上升趨勢相對較急；其次是種源20180907-1；Pn最大值最小的是種源20180907-2，Pn最小值偏小，曲線上升趨勢較平緩(圖1)。

Pn與PAR的多項式回歸及PAR在200 μmol/(m2·s)以下的線性回歸結(jié)果見表2。由表2可知，Pn與PAR呈現(xiàn)一定的二次曲線相關(guān)關(guān)系，3個種源擬合曲線的R2值分別為0.881、0.818、0.834；而Pn與PAR呈現(xiàn)顯著的線性相關(guān)關(guān)系，3個種源擬合曲線的R2值分別為0.952、0.912、0.954，說明線性擬合效果較好。

圖1 3個種源余甘子凈光合速率光響應(yīng)曲線

表2 二項式回歸方程和PAR在200 μmol/(m2·s)以下的直線回歸方程

注：y是凈光合速率(Pn)，x是光合有效輻射(PAR)。

2.2 模型擬合的特征參數(shù)分析

運用直角雙曲線修正模型對3個不同種源余甘子植株葉片Pn光響應(yīng)數(shù)據(jù)進行擬合，由《光合計算器》得到的光響應(yīng)特征參數(shù)見表3。由表3可知，3個種源余甘子葉片的光響應(yīng)參數(shù)差異顯著(P<0.05)。決定系數(shù)(R2)在0.9982～0.9994之間，擬合效果較好。3個種源的Pn，max在5.9665～7.0675之間，種源20180907-1和20180907-3之間的Pn，max差異不顯著，但均顯著高于種源20180907-2。

3個種源余甘子的光補償點(LCP)和光飽和點(LSP)均存在顯著差異(P<0.05)。光補償點(LCP)最高的種源是20180907-1，為8.8940 μmol/(m2·s)，但光飽和點(LSP)較高，為1228.955 μmol/(m2·s)，說明該種源利用強光的能力較強；種源20180907-3的LCP值次之，為7.2458 μmol/(m2·s)，對弱光的利用能力較強，而LSP值最低，為942.0609 μmol/(m2·s)，對強光的利用能力較弱；種源20180907-2的LCP值最低為6.4522 μmol/(m2·s)，利用弱光的能力最強，而LSP值為1096.543 μmol/(m2·s)，對強光的利用能力中等。

表觀量子效率(α)反映的是植物對弱光的利用能力，而暗呼吸速率(Rd)反映的是植物呼吸作用對光合產(chǎn)物的消耗。一般來說，生長良好的植物表觀量子效率(α)在0.03～0.08之間[26]。3個種源余甘子的α值在0.0584～0.0745之間，說明參試野生余甘子對弱光的利用能力總體上屬于中上水平。Rd值在0.4517～0.4922之間，種源20180907-2的Rd值最低，種源20180907-1的Rd值最高。

2.3 不同種源余甘子氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度的光響應(yīng)

3個種源余甘子的氣孔導(dǎo)度(Gs)隨PAR的升高而緩慢上升，不同種源之間變化基本一致，但種源間的變化幅度存在一定差異(圖2)。種源20180907-1的Gs隨PAR的變化幅度為0.0641～0.1076 μmol/(m2·s)，變化幅度最大；種源20180907-3的變化幅度次之，變化幅度為0.0738～0.1059 μmol/(m2·s)；種源20180907-2的變化幅度較小，變化幅度為0.0528～0.0823 μmol/(m2·s)。

表3 3個種源余甘子光響應(yīng)特征參數(shù)

注：同一列不同小寫字母表示不同種源間存在顯著差異(P<0.05)。

胞間CO2濃度(Ci)隨PAR的升高而下降，3個種源余甘子的下降趨勢基本一致，不同種源間差異較小(圖3)。當(dāng)PAR低于500 μmol/(m2·s)時，不同種源的Ci隨PAR的升高而下降趨勢明顯；當(dāng)PAR在500～800 μmol/(m2·s)之間時，Ci隨PAR升高而下降緩慢；當(dāng)PAR大于800 μmol/(m2·s)時，不同種源的Ci隨PAR升高而開始緩慢上升，但上升幅度較小。

圖2 3個種源余甘子氣孔導(dǎo)度光響應(yīng)曲線

圖3 3個種源余甘子胞間CO2濃度光響應(yīng)曲線

2.4 不同種源余甘子蒸騰速率和水分利用效率的光響應(yīng)

3個種源余甘子的蒸騰速率(Tr)隨PAR的升高而逐漸升高，但升高幅度較小，不同種源曲線變化趨勢基本一致(圖4)，同時與氣孔導(dǎo)度(Gs)隨PAR變化的曲線趨勢相類似。種源20180907-1的變化幅度最大，Tr變化范圍為1.6802～2.7429 μmol/(m2·s)；種源20180907-2和20180907-3的變化幅度相近，Tr變化范圍分別為1.3783～2.1619 μmol/(m2·s)和1.8711～2.6441 μmol/(m2·s)。

不同種源余甘子的水分利用效率(WUE)隨PAR的升高而逐漸上升，不同種源之間的曲線變化趨勢基本一致(圖5)，同時與凈光合速率(Pn)隨PAR變化的趨勢相類似。不同種源在PAR低于500 μmol/(m2·s)時，WUE隨PAR的升高迅速上升；當(dāng)PAR為500～800 μmol/(m2·s)時，WUE達到最大值，之后隨PAR的升高而趨于平緩，甚至下降。不同種源間WUE存在一定差異，種源20180907-2的變化幅度最大，WUE為-0.3134～3.4391 μmol/(m2·s)；其次是種源20180907-1，WUE變化幅度為-0.2822～2.8773 μmol/(m2·s)；種源20180907-3的變化幅度最小，WUE為-0.1888～2.8091 μmol/(m2·s)。

圖4 3個種源余甘子蒸騰速率光響應(yīng)曲線

圖5 3個種源余甘子水分利用效率光響應(yīng)曲線

3 討論與結(jié)論

對干熱河谷區(qū)3個種源余甘子幼苗的光響應(yīng)曲線比較發(fā)現(xiàn)，PAR在0～200 μmol/(m2·s)范圍內(nèi)，3個種源的Pn迅速升高，均存在“快速響應(yīng)階段”。前人研究表明其他物種如檫木、山烏桕和楓香樹等樹種的Pn在0～400 μmol/(m2·s)范圍迅速增加，為快速響應(yīng)階段[6]。本研究中隨著PAR繼續(xù)升高，Pn升高到最大值后，達到一個“平穩(wěn)階段”。這與段愛國[27]等對余甘子樹種的光合光響應(yīng)研究結(jié)果相類似。本研究中種源20180907-3的凈光合速率略高于其他2個種源。3個種源的Pn隨PAR升高到最大值后平穩(wěn)下來，這說明3個種源均不存在較明顯的光抑制現(xiàn)象。

本研究中，3個種源的Gs在弱光[PAR為0～100 μmol/(m2·s)]條件下，隨著PAR的升高Gs存在一個急劇上升的過程，此時光合消耗大量CO2，外界的CO2不足于滿足光合需求，以至于Ci明顯下降，這是植物為了補充光反應(yīng)底物進而提高細胞內(nèi)氣體交換速率，因此，Tr也上升，同時WUE也升高。隨著PAR的繼續(xù)升高，不同種源余甘子的Gs變化趨勢存在一定差異，光合生理參數(shù)的差異性說明各種源的遺傳特性本身不同，在一定的環(huán)境條件下，呈現(xiàn)出不同的環(huán)境適應(yīng)性。

水分利用效率(WUE)是耦合植物葉片光合與水分生理過程的重要指標，反映的是植物適應(yīng)干旱環(huán)境條件的生長潛力，WUE高，說明該植物適應(yīng)干旱環(huán)境能力強[28]。本研究中，3個種源余甘子WUE存在一定差異。隨著PAR的升高，種源20180907-2的WUE變化幅度最大，其次是種源20180907-1，變化幅度最小的是20180907-3，在PAR達到500 μmol/(m2·s)以后，3個種源的WUE均有明顯下降，但是種源20180907-2的WUE仍較高，說明種源20180907-2具有一定的節(jié)水栽培潛力，在水資源有限的干熱河谷地區(qū)栽培具有一定優(yōu)勢。

本研究采用直角雙曲線模型對3個種源余甘子的光響應(yīng)曲線進行擬合，決定系數(shù)(R2)在0.9982～0.9994之間，說明該模型擬合效果好；同時獲得了LCP、LSP等重要光合參數(shù)。LSP和LCP可直接反映植物對強光和弱光的適應(yīng)能力，明確植物對光照條件的需求范圍[29]。本研究中，不同種源余甘子的LSP范圍為942.0609～1228.955 μmol/(m2·s)，而一般陽生木本植物的LSP為600～1500 μmol/(m2·s)[30]，說明余甘子表現(xiàn)出明顯的陽生特征，在高光強下具有較強的光合能力，這可能是余甘子長期適應(yīng)干熱河谷區(qū)環(huán)境的結(jié)果。通常LCP越低說明植物利用弱光的能力越強，多數(shù)學(xué)者認為LCP小于30 μmol/(m2·s)的植物屬于低LCP植物[31]。3個余甘子種源的LCP范圍為6.4522～8.8940 μmol/(m2·s)，均未超過30 μmol/(m2·s)，說明其利用弱光能力較強，具有良好的光適應(yīng)能力，這與段愛國等[32]的研究結(jié)果相符。綜上所述，3個種源野生余甘子幼苗光合特性參數(shù)之間存在顯著差異(P<0.05)，表明不同種源余甘子的光合特性存在差異，對環(huán)境的適應(yīng)能力也有所不同?？傮w來看，各種源野生余甘子均為喜光植物，種源20180907-1的LSP和LCP相對較高，可作為耐高光強的材料，這樣更能發(fā)揮其生長潛力；種源20180907-2的LSP中等，LCP較低，表觀量子效率(α)較高，對弱光的利用能力較強，同時具備較強的抗旱能力；種源20180907-3的LSP和LCP均為中等。在實際栽培中，應(yīng)充分考慮余甘子樹種的光合特性，并根據(jù)耐光性和生長速率等進行科學(xué)合理應(yīng)用。由于植物的光合特性容易受到環(huán)境因素和自身生長特性的影響，因此，關(guān)于光合特性的研究，今后還需要針對不同種源余甘子的光合日變化、季節(jié)變化及葉綠素?zé)晒獾确矫娴牟町愡M行深入研究。