王靜敏，楊青青，胡治旭，李嘉其，縱 丹,3 ，何承忠,3

(1.西南林業(yè)大學(xué)，云南省高校林木遺傳改良與繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224；2.西南林業(yè)大學(xué)，西南山地森林資源保育與利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224；3.西南林業(yè)大學(xué)，西南地區(qū)生物多樣性保育國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224)

植物的生長(zhǎng)發(fā)育主要受遺傳信息和環(huán)境信息調(diào)控，光作為植物生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境因子，不僅是植物光合作用的能量來(lái)源，同時(shí)也為植物提供必要的信號(hào)來(lái)源[1-2]。大量研究表明：不同光質(zhì)對(duì)植物具有不同的生物學(xué)效應(yīng)，特定光質(zhì)成分被特定的光受體感知，引發(fā)植物體內(nèi)極其精細(xì)而復(fù)雜的光接收和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，從而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程和適應(yīng)環(huán)境的能力，進(jìn)而調(diào)控植物的光形態(tài)建成[3-4]。

植物依賴光系統(tǒng)調(diào)控自身細(xì)胞的分化，從而引發(fā)其結(jié)構(gòu)和功能的改變，最終影響葉片、莖和根等組織和器官的建成，而葉片是植物捕獲光能并進(jìn)行光合作用的主要器官，因此，光質(zhì)影響植物生長(zhǎng)的研究首先集中于葉片的形態(tài)結(jié)構(gòu)[5]。應(yīng)用不同光質(zhì)LED 燈對(duì)茄子(Solanum melongena)生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)進(jìn)行調(diào)控，發(fā)現(xiàn)紅藍(lán)混合光可通過(guò)增加葉片柵欄組織厚度來(lái)提高葉片的光合作用強(qiáng)度，進(jìn)而提高產(chǎn)量[6]；對(duì)櫻桃番茄(Lycopersicon esculentumvar.cerasiforme)的研究也發(fā)現(xiàn)：紅藍(lán)混合光(3∶1)處理下葉片柵欄組織厚度和海綿組織厚度以及葉片厚度均較大[7]。結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)，植物葉片結(jié)構(gòu)的變化會(huì)對(duì)其生理功能產(chǎn)生影響，尤其是引起葉片光能利用特性的改變。葉片光譜及光合—光響應(yīng)曲線和光合—CO2響應(yīng)曲線是探究植物光能利用特性的重要途徑之一[8-10]，通過(guò)分析不同光質(zhì)下葉片光譜及光合響應(yīng)曲線獲得相關(guān)參數(shù)，可以了解植物在特定光質(zhì)下的生長(zhǎng)情況[11]。由此可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)不同光質(zhì)下植物葉片解剖觀測(cè)及其光能利用特性的測(cè)定分析，能夠?yàn)榻馕鲋参飳?duì)光環(huán)境變化的響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)制提供依據(jù)。

滇楊(Populus yunnanensis)屬楊柳科(Salicaceae)楊屬(Populus)植物，是中國(guó)特有的青楊派(SectionTacamahaca)樹(shù)種[12-16]，也是中國(guó)西南低緯度高海拔地區(qū)楊樹(shù)代表種，主要分布于1 600～3 200 m 的高海拔山地，具有速生、耐寒、適應(yīng)性強(qiáng)、易無(wú)性繁殖、抗葉斑病和葉銹病等優(yōu)良特性[15,17-18]。隨著海拔升高，自然光中以紫外光、藍(lán)光為代表的短波光比例通常增加，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育及其適應(yīng)性產(chǎn)生顯著影響。然而，目前關(guān)于滇楊對(duì)高海拔山地光質(zhì)響應(yīng)的研究有限，在不同光質(zhì)環(huán)境中滇楊所產(chǎn)生的光合生理和葉片組織結(jié)構(gòu)的變化尚不明確，其對(duì)不同光質(zhì)的適應(yīng)性亦不甚了解。因此，本研究以滇楊當(dāng)年生扦插苗為試驗(yàn)材料，測(cè)定藍(lán)膜、綠膜和白膜3 種顏色薄膜下滇楊扦插苗葉片的光譜參數(shù)和光合響應(yīng)曲線，觀測(cè)葉片組織結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)，探討不同顏色薄膜覆蓋對(duì)滇楊扦插苗葉片組織結(jié)構(gòu)及光能利用特性的影響，旨在為解析滇楊適應(yīng)高海拔光質(zhì)的機(jī)制提供研究基礎(chǔ)，也為該樹(shù)種棚栽育苗的薄膜選用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以根萌繁殖保存的滇楊優(yōu)良無(wú)性系1 年生主干為材料，截取芽體飽滿的中間區(qū)段制作長(zhǎng)度為25 cm 的插穗。將插穗浸水處理12 h 后扦插栽植于基質(zhì)為田園紅土∶草炭∶腐殖土=1∶2∶1 (質(zhì)量比)、口徑為42 cm 的育苗盆內(nèi)。每盆扦插1 根插穗，每個(gè)無(wú)性系扦插繁殖15 盆，3 個(gè)無(wú)性系作為3 個(gè)生物學(xué)重復(fù)，放置于智能溫室大棚內(nèi)。扦插成活后，對(duì)每株苗進(jìn)行修枝，僅保留長(zhǎng)勢(shì)旺盛的1 根主枝。于6 月底選取生長(zhǎng)正常、長(zhǎng)勢(shì)相近的扦插苗轉(zhuǎn)移至不同顏色薄膜覆蓋的拱棚內(nèi)。

1.2 試驗(yàn)方法

不同顏色薄膜覆蓋的拱棚搭建于樹(shù)木園開(kāi)闊區(qū)域，東西向排列，規(guī)格為長(zhǎng)×寬×高=3 m×3 m×2 m，拱棚間距2 m，分別用紅色、藍(lán)色、綠色和白色薄膜(對(duì)照)覆蓋。由于紅色膜褪色嚴(yán)重，不計(jì)入后期觀測(cè)研究范疇。藍(lán)色膜和綠色膜約每20 d 更換1 次新膜，從而保證拱棚內(nèi)光強(qiáng)和光質(zhì)的穩(wěn)定性。每種顏色薄膜搭建1 個(gè)拱棚，每個(gè)拱棚內(nèi)每個(gè)無(wú)性系扦插苗南北方向放置3 盆，每個(gè)拱棚內(nèi)共放置9 盆，間距為20 cm。后續(xù)對(duì)苗木的培育管理措施僅為人工定量澆水、拔除雜草和抹除插穗萌芽。苗木在不同薄膜覆蓋的拱棚內(nèi)生長(zhǎng)60 d 后開(kāi)展葉片組織觀測(cè)及各相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 不同顏色薄膜透射光譜測(cè)定

利用HR-550 植物智慧光譜儀，于8：00—18：0 0 每間隔2 h 對(duì)不同顏色薄膜覆蓋的拱棚內(nèi)透射光譜成分進(jìn)行測(cè)定。3 次重復(fù)，取每種顏色薄膜透射光譜的日均值作為其透射光譜比率的代表值。

1.3.2 葉片光譜參數(shù)的測(cè)定

利用葉片光譜儀CI-710，選取苗木主干頂端自上向下的第5 片葉，于8：00—18：00 測(cè)定不同顏色薄膜處理下扦插苗葉片的反射和透射光譜基本參數(shù)，包括花青素反射指數(shù)、類胡蘿卜素反射指數(shù)、光化學(xué)植被指數(shù)、歸一化植被指數(shù)和水波段指數(shù)。每間隔2 h 測(cè)定1 次，每片葉讀取3 次數(shù)值，每個(gè)無(wú)性系測(cè)定3 株，取其平均值作為該無(wú)性系的代表值，取日均值作為相應(yīng)指標(biāo)的代表值，3 個(gè)生物學(xué)重復(fù)。

1.3.3 光合—光 (Pn-PAR) 響應(yīng)曲線和光合—CO2(Pn-CO2) 響應(yīng)曲線的測(cè)定

采用LI-6800 便攜式光合測(cè)定儀，選取苗木主干頂端自上向下的第5 片葉，于晴天9：0 0—11：0 0 測(cè)定3 種光質(zhì)下苗木Pn-PAR 響應(yīng)曲線和Pn-CO2響應(yīng)曲線，每個(gè)無(wú)性系任選1 株苗測(cè)定，3 個(gè)生物學(xué)重復(fù)。測(cè)定Pn-PAR 響應(yīng)曲線時(shí)將光合有效輻射(PAR)值設(shè)定為2000、1 800、1 600、1 400、1 200、1 000、800、600、400、300、200、150、100、50、30 和0 μmol/m2·s，共16 個(gè)梯度；測(cè)定Pn-CO2響應(yīng)曲線時(shí)將PAR 值設(shè)定為1 800 μmol/m2·s；CO2濃度設(shè)定為400、300、200、100、50、20、10、400、400、600、800、1 000、1 200、1 400、1 600、1 800、2000 和2 200 μmol/mol，共18 個(gè)梯度。

1.3.4 葉片組織結(jié)構(gòu)解剖觀測(cè)

參照周乃富等[19]的方法進(jìn)行葉片組織結(jié)構(gòu)解剖觀測(cè)。采取苗木距離主干頂端第5 片葉，在葉片中部過(guò)主脈切取2 cm×2 cm 方塊，置于FAA 固定液(50%～70%乙醇90 mL+冰醋酸5 mL+37%～40%甲醛5 mL)，抽真空后固定24 h 以上，依次經(jīng)過(guò)由蒸餾水、乙醇和叔丁醇配比的1～7 級(jí)脫水劑，再進(jìn)行浸蠟和包埋后，采用Leica rm 2165 萊卡連續(xù)切片機(jī)切片(厚度為10 μm)，采用番紅—固綠染色法進(jìn)行染色，中性樹(shù)膠封片制成永久切片。采用Olympus BH-2 型光學(xué)顯微鏡(帶有Motic顯微成像系統(tǒng))觀察葉片及葉脈組織的橫切面；采用Motic DigiL abll 軟件測(cè)量葉片和葉脈的組織結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括葉片厚度(TL)、上、下表皮細(xì)胞厚度、柵欄組織厚度(TP)、海綿組織厚度(TS)、維管束厚度、木質(zhì)部厚度和韌皮部厚度等。每個(gè)無(wú)性系3 株苗，每樣本測(cè)量10 個(gè)視野，求其平均值，并計(jì)算葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度(CTR)、葉片組織疏松度(SR)和柵海比，計(jì)算公式為：CTR=(TP/TL)×100%；SR=(TS/TL)×100%；柵海比=TP/TS。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2007 和SPSS 21.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan 氏法進(jìn)行多重比較分析，采用Origin 8.5 和GraphPad Prism 8.0 軟件進(jìn)行制圖。

采用非直角雙曲線模型，依據(jù)公式Pn=(AQE×PAR+Pnmax-SQRT[(AQE×PAR+Pnmax)×(AQE×PAR+Pnmax)-4×AQE×-PAR×K×Pnmax]/(2×K)-Rd和LCP=(Rd×Pnmax-K×Rd2)/[AQE×(Pnmax-Rd)]對(duì)Pn-PAR 響應(yīng)曲線測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合[20]。式中，Pn為凈光合速率，PAR 為光合有效輻射，AQE為表觀量子效率，K 為系數(shù)，Rd為暗呼吸速率，Pnmax為最大凈光合速率，LCP 為光補(bǔ)償點(diǎn)。

采用直角雙曲線模型，依據(jù)公式Pn=(α×Pnmax×Ci)/(α×Ci+Pnmax)-Rp對(duì)Pn-CO2響應(yīng)曲線測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合[21-22]。式中，Pn為凈光合速率，α為初始羧化速率，Rp為光呼吸速率，Ci為胞間CO2濃度，Pnmax為最大凈光合速率。

以3 種顏色薄膜下各指標(biāo)的平均值作為其代表值，采用SPSS 21.0 計(jì)算指標(biāo)間的Person 相關(guān)系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同顏色薄膜的透射光譜比率分析

分析透射光譜比率(圖1)可知：不同顏色薄膜透過(guò)的光質(zhì)成分間存在顯著或極顯著差異。其中，白膜透過(guò)的紫外光和紅光比率顯著或極顯著高于藍(lán)膜和綠膜；藍(lán)膜透過(guò)的藍(lán)光和遠(yuǎn)紅光比率極顯著高于綠膜和白膜；綠膜下僅有綠光比率極顯著高于藍(lán)膜和白膜，且紅光比率極顯著高于藍(lán)膜。由此可見(jiàn)，藍(lán)膜和綠膜透過(guò)光的波長(zhǎng)與其色光波長(zhǎng)一致，且藍(lán)膜有利于遠(yuǎn)紅光的透射，而白膜更有利于紅光的透射，藍(lán)膜除藍(lán)光外，其他透射光比率均處于中間水平。

圖1 不同顏色薄膜的透射光譜比率Fig.1 Transmission spectral ratios of different color films

2.2 不同顏色薄膜對(duì)滇楊葉片光譜參數(shù)的影響

由圖2 可知：白膜處理下滇楊葉片花青素反射指數(shù)1 極顯著高于綠膜，但與藍(lán)膜處理差異不顯著，表明白膜處理下葉片的花青素積累較綠膜處理更顯著；類胡蘿卜素反射指數(shù)1 與歸一化植被指數(shù)表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)，均為藍(lán)膜處理顯著高于白膜和綠膜處理，反映出藍(lán)膜處理下的滇楊葉片類胡蘿卜素含量相對(duì)葉綠素含量最多；光化學(xué)植被指數(shù)顯示：藍(lán)膜和綠膜處理均顯著高于白膜，表明滇楊苗木在藍(lán)膜和綠膜處理下的光合效率顯著高于白膜處理；水波段指數(shù)顯示：藍(lán)膜處理顯著高于白膜，而綠膜處理與白膜和藍(lán)膜處理的差異均不顯著，說(shuō)明滇楊在藍(lán)膜處理下的水分利用效率最高，且顯著高于白膜處理。

圖2 不同顏色薄膜下滇楊葉片的光譜參數(shù)Fig.2 Spectral parameters of Populus yunnanensis leaves under different color films

2.3 不同顏色薄膜對(duì)滇楊光合—光(Pn-PAR)響應(yīng)曲線和光合—CO2 (Pn-CO2)響應(yīng)曲線的影響

由圖3a 可知：3 種顏色薄膜處理下，滇楊葉片Pn-PAR 響應(yīng)曲線均隨著光合有效輻射(PAR)的增大呈現(xiàn)先持續(xù)升高后趨于平穩(wěn)的規(guī)律，且藍(lán)膜、綠膜和白膜處理下曲線的擬合程度均較好(R2分別為0.999、1.000 和0.999)。當(dāng)PAR 為2 000 μmol/m2·s時(shí)，凈光合速率表現(xiàn)為綠膜＞藍(lán)膜＞白膜，分別為14.585、13.17 和11.880 μmol/m2·s。結(jié)合表1 可知：綠膜處理下滇楊的暗呼吸速率(Rd)和最大凈光合速率(LPnmax)均極顯著高于白膜處理，藍(lán)膜處理的光補(bǔ)償點(diǎn)顯著高于白膜和綠膜處理，綠膜處理的表觀量子效率、Rd和LPnmax均高于藍(lán)膜與白膜處理。

表1 不同顏色薄膜下滇楊光響應(yīng)曲線的特征參數(shù)Tab.1 Characteristic parameters of light response curves of Populus yunnanensis under different color films μmol/(m·s)

由圖3b 可知：隨著CO2濃度的升高，3 種顏色薄膜處理下滇楊的凈光合速率均表現(xiàn)為先線性增加后趨于平穩(wěn)。藍(lán)膜、綠膜和白膜處理下曲線的擬合程度(R2)分別為0.964、0955 和0.975。結(jié)合表2 可知：滇楊的Pn-CO2響應(yīng)曲線擬合參數(shù)中最大凈光合速率、光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)均一致表現(xiàn)為綠膜處理極顯著高于白膜處理；而滇楊在3 種顏色薄膜下的羧化效率和光呼吸速率均為綠膜＞白膜＞藍(lán)膜，且三者差異均不顯著。

表2 不同顏色薄膜下滇楊CO2 響應(yīng)曲線的特征參數(shù)Tab.2 Characteristic parameters of CO2 response curves of P.yunnanensis under different color films μmol/(m·s)

圖3 不同顏色薄膜下滇楊的Pn-PAR 響應(yīng)曲線(a)和Pn-CO2 響應(yīng)曲線(b)Fig.3 The response curves of Pn-PAR (a) and Pn-CO2 (b) of Populus yunnanensis under different color films

2.4 不同顏色薄膜對(duì)滇楊葉片組織結(jié)構(gòu)的影響

由圖4a～c 和表3 可知：3 種顏色薄膜處理下滇楊葉片厚度表現(xiàn)出極顯著的差異，白膜處理的葉片厚度極顯著高于藍(lán)膜和綠膜處理，且藍(lán)膜處理的葉片最??；海綿組織厚度在白膜處理下最厚，其次為綠膜處理，但二者間差異不顯著，藍(lán)膜處理的海綿組織厚度顯著小于白膜處理；柵欄組織厚度、下表皮厚度、組織結(jié)構(gòu)緊實(shí)度以及柵海比均表現(xiàn)出一致性的差異，都呈現(xiàn)出藍(lán)膜處理極顯著高于白膜和綠膜處理，且上表皮厚度也表現(xiàn)出藍(lán)膜處理顯著高于綠膜和白膜處理；組織結(jié)構(gòu)疏松度在53.61%～55.49%之間，但在3 種顏色薄膜處理下無(wú)顯著差異。

表3 不同顏色薄膜下滇楊葉片組織結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.3 Structural parameters of leaves of P.yunnanensis under different color films

由圖4d～f 和表4 可知：3 種顏色薄膜處理下，滇楊葉片主脈的維管束厚度、木質(zhì)部厚度和韌皮部厚度均呈顯著或極顯著差異，且均表現(xiàn)為白膜處理最高，藍(lán)膜處理最低；但維管束厚度在綠膜處理與白膜處理之間差異不顯著，木質(zhì)部厚度和韌皮部厚度在綠膜和藍(lán)膜處理的差異均不顯著。

表4 不同顏色薄膜下滇楊主葉脈組織結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.4 Structural parameters of main veins of P.yunnanensis under different color films μm

圖4 不同顏色薄膜處理下滇楊葉片及主脈的解剖結(jié)構(gòu)Fig.4 Anatomical structure of leaves and main veins of P.yunnanensis under different color films

2.5 相關(guān)性分析

由表5 可知：藍(lán)光和遠(yuǎn)紅光與葉片光譜參數(shù)均呈正相關(guān)，且與類胡蘿卜素反射指數(shù)1、歸一化植被指數(shù)和水波段指數(shù)等參數(shù)達(dá)到顯著或極顯著正相關(guān)；綠光與葉片光譜參數(shù)均呈負(fù)相關(guān)；紫外光和紅光與葉片光譜參數(shù)的相關(guān)性表現(xiàn)較一致，即除花青素反射指數(shù)1 外，與其他4 個(gè)參數(shù)均呈負(fù)相關(guān)。在光質(zhì)組分與光能利用特征參數(shù)的相關(guān)性方面，紫外光、綠光和紅光均與CO2飽和點(diǎn)為不顯著負(fù)相關(guān)，與其他9 個(gè)參數(shù)均為不顯著或極顯著正相關(guān)；藍(lán)光和遠(yuǎn)紅光與CO2飽和點(diǎn)為不顯著正相關(guān)，與其他9 個(gè)參數(shù)均呈負(fù)相關(guān)。在光質(zhì)組分與葉片組織結(jié)構(gòu)參數(shù)中，綠光和紅光均與葉片厚度、海綿組織厚度、組織結(jié)構(gòu)疏松度及葉脈結(jié)構(gòu)參數(shù)呈正相關(guān)，與其他組織結(jié)構(gòu)參數(shù)呈負(fù)相關(guān)，而藍(lán)光和遠(yuǎn)紅光與葉片組織結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系與上述結(jié)果相反?？梢?jiàn)，滇楊對(duì)不同光質(zhì)組分的響應(yīng)具有較大差異。

表5 不同顏色薄膜透射光譜組分與滇楊觀測(cè)指標(biāo)的相關(guān)性Tab.5 Correlation among spectral parameters under different color films and various indexes of P.yunnanensis

由表6 可知：5 個(gè)光譜參數(shù)均與CO2飽和點(diǎn)呈不顯著正相關(guān)，花青素反射指數(shù)1 還與光合—CO2響應(yīng)中的最大凈光合速率和光呼吸速率呈不顯著正相關(guān)；5 個(gè)光譜參數(shù)與其他光能利用特征參數(shù)均呈負(fù)相關(guān)，部分指標(biāo)達(dá)到極顯著水平。葉片光譜參數(shù)與葉片組織結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的相關(guān)性分析表明：5 個(gè)光譜參數(shù)均與柵欄組織厚度、上、下表皮厚度、組織結(jié)構(gòu)緊實(shí)度及柵海比等呈正相關(guān)，而與葉脈的維管束厚度、木質(zhì)部厚度及韌皮部厚度呈負(fù)相關(guān)。

表6 葉片光譜參數(shù)與光能利用特征參數(shù)及組織結(jié)構(gòu)指標(biāo)的相關(guān)性Tab.6 Correlation among leaf spectral parameters and parameters of leaf photosynthesis and tissue structure

3 討論

植物葉片光譜指數(shù)是一種快速、非侵入式測(cè)量光化學(xué)反射指數(shù)以評(píng)價(jià)植物動(dòng)態(tài)生理狀態(tài)的方法，在很大程度上受植物葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和葉綠素、水分含量及葉片表面特征對(duì)光的吸收和反射的影響[23]。外界環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，植物葉片內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)或生化成分隨之發(fā)生變化，從而導(dǎo)致植物葉片的光譜特征也發(fā)生相應(yīng)改變[24]。其中，花青素反射指數(shù)1(ARI 1)是指葉片中花青素在綠色波段相對(duì)于紅色波段吸收特征的變化[25]。本研究中，滇楊苗木在綠膜處理的ARI 1 極顯著低于白膜處理，與白膜更有利于紅光透射的特性相一致。類胡蘿卜素反射指數(shù)1(CRI 1)表示葉片類胡蘿卜素含量相對(duì)于葉綠素濃度的變化，CRI 1 值越大，表示類胡蘿卜素含量相對(duì)于葉綠素含量越多[26]。歸一化植被指數(shù)(NDVI)與葉綠素及水分含量有良好的相關(guān)性[27-28]。本研究發(fā)現(xiàn)：3 種顏色薄膜對(duì)滇楊葉片CRI 1 和NDVI 參數(shù)具有較為一致的影響效應(yīng)，均表現(xiàn)為藍(lán)膜處理顯著高于白膜處理，且CRI 1 和NDVI 與藍(lán)光極顯著正相關(guān)，與柵欄組織厚度、組織結(jié)構(gòu)緊實(shí)度及柵海比等指標(biāo)正相關(guān)，與雷蕾[26]和MERZLYAK 等[29]的研究結(jié)果一致。葉片的柵欄組織厚度、柵海比和組織結(jié)構(gòu)緊實(shí)度與植物的光合色素含量以及光合效率呈正相關(guān)[30-31]。由此可知，藍(lán)膜的光質(zhì)有利于提高滇楊苗木光合效率。光化學(xué)植被指數(shù)(PRI)可以識(shí)別光合作用的光能利用效率或碳吸收效率的變化，其值越大指示光合效率越高[32-34]。本研究中，藍(lán)膜和綠膜處理的PRI 參數(shù)顯著高于白膜處理，且PRI 與組織結(jié)構(gòu)緊實(shí)度和柵海比顯著正相關(guān)，表明藍(lán)膜與綠膜處理有利于促進(jìn)滇楊苗木光合效率，該結(jié)果與田春燕等[35]和王小平等[36]的研究結(jié)果一致。水波段指數(shù)(WBI)是指示葉片水分含量的指標(biāo)[37]，與光合日變化參數(shù)中的水分利用效率相關(guān)[38-39]。本研究各處理的WBI 參數(shù)表明藍(lán)膜處理較白膜處理的滇楊苗木水分利用效率更高。

光響應(yīng)曲線能夠反映植物對(duì)光環(huán)境的適應(yīng)能力[40]。光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)是植物光合作用和呼吸作用的平衡點(diǎn)，相應(yīng)地，光飽和點(diǎn)(LSP)和LCP 可以反映植物對(duì)強(qiáng)弱光的利用能力[41]。本研究發(fā)現(xiàn)：藍(lán)膜處理下滇楊苗木的LCP 最高而LSP 最低，說(shuō)明藍(lán)膜處理下滇楊對(duì)弱光的利用能力較弱，但對(duì)強(qiáng)光的利用能力較強(qiáng)，這與藍(lán)光更有利于越橘(Vaccinium vitisidaea)[42]在強(qiáng)光下的光合作用、茄子(Solanum melongena)在藍(lán)光下的光補(bǔ)償點(diǎn)較高[43]以及藍(lán)、綠光能夠促進(jìn)杉木[Cunninghamia lanceolata(Lamb.) Hook]光合作用[44]的研究結(jié)果一致。光響應(yīng)最大凈光合速率(LPnmax)反映了強(qiáng)光照下葉片潛在的光合利用能力；表觀量子效率(AQE)反映了葉片對(duì)弱光光能的利用情況，AQE 值越大，說(shuō)明植物能夠高效利用弱光的能力越強(qiáng)[8]。本研究發(fā)現(xiàn)：綠膜處理的滇楊苗木LPnmax和AQE 均高于或顯著高于藍(lán)膜和白膜處理，表明綠膜處理能夠提高滇楊對(duì)弱光的利用能力及更高的潛在光合利用能力，這與對(duì)越橘[42]和杉木[44]的研究結(jié)果一致。一般認(rèn)為，植物的CO2飽和點(diǎn)(CSP)越高，說(shuō)明其對(duì)高CO2濃度環(huán)境的適應(yīng)能力越強(qiáng)，而CO2補(bǔ)償點(diǎn)(CCP)低的植物則有凈光合速率高且生長(zhǎng)較快的特點(diǎn)。本研究中，滇楊苗木在藍(lán)膜和綠膜處理下的CSP 和CCP 均極顯著高于白膜處理，表明滇楊在藍(lán)膜和綠膜處理下對(duì)高濃度CO2環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)，而對(duì)低濃度CO2環(huán)境的適應(yīng)能力較弱。雖然藍(lán)膜和綠膜處理的滇楊凈光合速率均極顯著高于白膜處理，但藍(lán)膜處理的生長(zhǎng)量顯著低于白膜處理，綠膜與白膜處理的苗高差異不顯著(另文發(fā)表)。綠膜處理下滇楊葉片具有最大的羧化效率，即具有較好的CO2利用能力，但其光呼吸速率也最高，干物質(zhì)消耗量較大，表明綠膜處理不利于滇楊干物質(zhì)量的積累。此外，3 種顏色薄膜處理下，滇楊的CPnmax均約為L(zhǎng)Pnmax的2 倍，說(shuō)明滇楊在強(qiáng)光下的凈光合速率更大程度上受CO2濃度的限制。

光質(zhì)可影響植物的葉片組織結(jié)構(gòu)，進(jìn)而引起葉片光合作用特性的改變[45]。藍(lán)光對(duì)植物葉片柵欄組織細(xì)胞的增大和柵欄細(xì)胞層數(shù)的增加有促進(jìn)作用，且柵欄組織發(fā)達(dá)、組織結(jié)構(gòu)緊實(shí)度及柵海比增大等特征是植物對(duì)強(qiáng)光生境的適應(yīng)性表現(xiàn)[46-47]。此外，葉片下表皮有大量氣孔，下表皮厚度增厚能夠增強(qiáng)葉片的氣體交換從而提高光合效率[48]。本研究表明：藍(lán)膜處理的滇楊葉片柵欄組織厚度、下皮表厚度、組織結(jié)構(gòu)緊實(shí)度和柵海比均極顯著高于綠膜和白膜處理，表明藍(lán)膜處理的滇楊具有較高的強(qiáng)光適應(yīng)能力，且光合效率高。該結(jié)果與對(duì)番茄[49]、青蒜[50]和油麥菜[51]等的研究結(jié)果一致。同時(shí)，發(fā)達(dá)的葉脈組織能夠增強(qiáng)水分的運(yùn)輸能力，且葉脈中排列緊密的維管束細(xì)胞可以增強(qiáng)從葉脈向葉肉細(xì)胞的水分運(yùn)輸[5]。本研究表明：白膜處理的滇楊主葉脈木質(zhì)部和韌皮部厚度均顯著高于藍(lán)膜和綠膜處理，而白膜和綠膜處理的主葉脈維管束厚度極顯著高于藍(lán)膜處理，表明綠膜和白膜處理更有利于滇楊苗木的水分從葉脈組織向葉肉細(xì)胞運(yùn)輸。

4 結(jié)論

本研究系統(tǒng)研究了3 種顏色薄膜處理的滇楊苗木葉片光譜特征、光能利用特性及組織結(jié)構(gòu)特征。在光質(zhì)組分中，藍(lán)光和遠(yuǎn)紅光、綠光和紅光對(duì)滇楊苗木的作用效應(yīng)各自相同，但2 組光具有相反的作用效果。以白膜處理為對(duì)照，藍(lán)膜處理的滇楊苗木對(duì)強(qiáng)光具有較好的適應(yīng)性，且通過(guò)葉片柵欄組織和下表皮增厚提高光合效率；而綠膜處理的滇楊苗木對(duì)弱光的利用率更高。此外，滇楊苗木在高濃度CO2時(shí)的最大凈光速率約為強(qiáng)光下最大凈光合速率的2 倍，表明滇楊在強(qiáng)光下的凈光合速率主要受限于CO2濃度。研究結(jié)果為深入揭示滇楊對(duì)高海拔的適應(yīng)機(jī)制提供了研究基礎(chǔ)，也為不同光強(qiáng)條件下滇楊設(shè)施育苗的棚膜選擇提供了理論依據(jù)。