不同光照條件對馬來眼子菜和蓖齒眼子菜光合作用的影響
2014-08-12 08:08:15郎鵬袁龍義李世平
江蘇農業科學 2014年6期
郎鵬+袁龍義+李世平
摘要：利用遮陽網模擬光照度及光照時間，測定2種沉水植物馬來眼子菜（Potamogeton malaianus Miq.）、蓖齒眼子菜（Potamogeon pectinatus L.）的光合熒光特性，結果表明：馬來眼子菜、篦齒眼子菜的熒光參數最大光量子產量（Fv/Fm）、實際光量子產量（Yield）、光化學淬滅系數（qP）在50%自然光照下均比100%、25%自然光照下高；25%自然光下馬來眼子菜非光化學淬滅系數（qN）下降；隨著光照度的增大，馬來眼子菜、篦齒眼子菜的光合作用強度也不斷提高，又以馬來眼子菜的光合作用強度要強于篦齒眼子菜。
關鍵詞：馬來眼子菜；蓖齒眼子菜；沉水植物；光合作用；遮光處理；熒光參數
中圖分類號： Q945.11文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）06-0323-03
收稿日期：2013-09-14
基金項目：國家自然科學基金（編號：31170400）；湖北省教育廳科學技術研究項目（編號：B20111305）；湖北省自然科學基金（編號：2010CDB04402）。
作者簡介：郎鵬（1988—），男，湖北十堰人，碩士研究生，主要從事生態環境與生態修復研究。E-mail：1041322663@qq.com。
通信作者：袁龍義，博士，副教授，主要從事水生植物生物學及濕地研究。E-mail：yly35@hotmail.com。沉水植物屬于大型草本植物，整個植物都在水下生長。作為初級生產者，沉水植物能增加空間生態位、抑制生物性及非生物性懸浮物、改善水下光照及溶解氧條件，是水體生物多樣性賴以維持的基礎，在整個水生生態系統中發揮著非常重要的作用[1-3]。隨著水體富營養化進程的加快，沉水植物群落衰退消失現象也越來越明顯[4-5]。陳燦等研究了不同營養狀態下附生藻類對菹草葉片光合機能的影響，發現水體營養水平促進沉水植物葉片附生藻類增殖，導致菹草光合機能下降，營養鹽的作用是間接的[6]。黎慧娟等發現弱光照、高營養鹽均對苦草生長產生抑制，且兩者有交互作用[7]。有學者利用水下燈及遮光網模擬光照度及光照時間，研究光照對大葉藻光合作用、生物量、生長特性的影響，結果表明，在淺水區域以光補償點的光照度進行試驗時，若光照時間減少2.9～4.7 h，大葉藻的最大凈光合速率及葉片葉綠素含量是對照區（光照時間未發生變化）的2倍，若光照時間增加 3.4～4.6 h，大葉藻的最大凈光合速率比對照區減少33%[8]。光合作用是沉水植物最重要的代謝活動，光照度是沉水植物生長所必需的環境因子，同時也是主要的限制因素[9-12]。眾多研究者認為，光照不足是導致沉水植物群落衰退消失的主要原因。本研究以馬來眼子菜（Potamogeton malaianus Miq.）、蓖齒眼子菜（Potamogeon pectinatus L.）為材料，測定馬來眼子菜、蓖齒眼子菜葉片熒光特性的變化，研究這2種沉水植物對水生生境光照度變化的響應機制，旨在為研究沉水植被的生態恢復功能提供理論依據。
1材料與方法
1.1材料
馬來眼子菜別稱竹葉眼子菜，是眼子菜科眼子菜屬多年生沉水植物。蓖齒眼子菜是眼子菜科眼子菜屬多年生沉水植物。這2種植物適應能力較強，具有表型可塑性[13]。
1.2方法
2011年5月1日選取15 cm長帶枝葉的采自洪湖的馬來眼子菜、蓖齒眼子菜，種植在75 L的桶中，河沙作底質，每桶30株。試驗共分3組，采用不同層數的遮陽網覆蓋，模擬100%自然光照、50%自然光照、25%自然光照等3種不同光照條件，每組3次重復。2011年7月1日結束試驗。每隔 10 d 用水下調制熒光儀測定馬來眼子菜、篦齒眼子菜的葉綠素熒光參數：最大光量子產量（Fv/Fm）、實際光量子產量（Yield）、相對光合電子傳遞速率（ETR）、光化學淬滅系數（qP）、非光化學淬滅系數（qN）等指標。
1.3數據處理
用Excel 2003軟件處理數據，SPSS 19統計軟件進行方差分析。
2結果與分析
2.1不同光照條件對馬來眼子菜、蓖齒眼子菜Fv/Fm、Yield變化趨勢的影響
25%自然光照與50%自然光照處理下的馬來眼子菜Fv/Fm存在顯著差異。50%自然光照下馬來眼子菜的Fv/Fm比全自然光照下的Fv/Fm略高。25%自然光照下蓖齒眼子菜的Fv/Fm與50%、100%光照下蓖齒眼子菜的Fv/Fm差異極顯著。50%光照處理下蓖齒眼子菜的Fv/Fm與100%自然光照下蓖齒眼子菜的Fv/Fm相比差異不顯著。光照對馬來眼子菜、蓖齒眼子菜的Fv/Fm影響大致相同。
由圖2可知，25%自然光照下馬來眼子菜的Yield與100%自然光照下馬來眼子菜的Yield存在顯著差異，50%、25%自然光照下馬來眼子菜的Yield分別為100%自然光照的103.4%、94.4%。25%自然光照下篦齒眼子菜的Yield與100%、50%自然光照下篦齒眼子菜的Yield相比差異極顯著。遮光對篦齒眼子菜的光合作用影響要比對馬來眼子菜的影響大。100%自然光照下，馬來眼子菜、篦齒眼子菜的實際光合速率要低于50%自然光照組。
2.2不同光照條件對馬來眼子菜、蓖齒眼子菜ETR、qP、qN變化趨勢的影響
100%、50%、25%自然光照下馬來眼子菜的ETR存在顯著差異，100%、50%自然光照下篦齒眼子菜的ETR存在極顯著差異。100%自然光照條件下，馬來眼子菜的光合效率要優于篦齒眼子菜。由圖4可知，100%、50%自然光照下，馬來眼子菜的qP差異不顯著，25%、100%自然光照下馬來眼子菜的qP差異顯著。50%、25%自然光照下馬來眼子菜的qP分別是100%自然光照下的 103.9%、83.7%。100%、50%自然光照下，蓖齒眼子菜的qP差異不顯著，25%、100%自然光照下蓖齒眼子菜的qP差異極顯著。半陰生境下，馬來眼子菜、篦齒眼子菜都具有適應弱光環境的能力，但是這種適應能力有限。
不同光照條件下馬來眼子菜的qN差異顯著，100%自然光照下馬來眼子菜的qN最大。不同光照條件下篦齒眼子菜的qN差異極顯著。
3結論與討論
本研究表明，馬來眼子菜、篦齒眼子菜的葉綠素熒光參數Fv/Fm、Yield、qP 在50%自然光照下均比100%、25%自然光照下高，表明馬來眼子菜光合系統所吸收的光能超過光合作用
本身所利用的能量，光合效率有下降趨勢。25%自然光下馬來眼子菜qN下降，表明弱光下馬來眼子菜吸收的光能主要用于光化學反應，為了適應弱光環境，馬來眼子菜增強光能利用能力。本試驗的遮光處理在一定程度上提高了PSⅡ反應中心的活性，葉綠體吸收的光能用于光化學反應生成光化產物的比例增加，用于耗散的比例降低，整個過程并沒有破壞光系統PSⅡ的中心[14-18]。隨著光照度的增大，馬來眼子菜、篦齒眼子菜的光合作用強度也不斷提高，但是馬來眼子菜的光合作用強度要強于篦齒眼子菜。馬來眼子菜、篦齒眼子菜對遮光處理有都有較強的耐受適應性[19-21]。馬來眼子菜、篦齒眼子菜是沉水植物，沉水植物為了生存，對水下光照環境具有很強的可塑性、適應性，為了適應水體中迅速衰減的光照環境，沉水植物最大限度地吸收光輻射來完成光合作用[22-23]。沉水植物的光飽和點、補償點都比較低，很容易達到[24]。
參考文獻：
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[20]曾愛平，劉洪見，徐曉薇，等. 不同光照條件對水生植物生長的影響[J]. 浙江農業科學，2009（1）：98-100.
[21]鄧建才，翟水晶，陳 橋.二氧化碳濃度升高對太湖沉水植物馬來眼子菜生長的影響[J]. 應用生態學報，2009，20（6）：1299-1304.
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[24]許木啟，黃玉瑤.受損水域生態系統恢復與重建研究[J]. 生態學報，1998，18（5）：547-558
不同光照條件下馬來眼子菜的qN差異顯著，100%自然光照下馬來眼子菜的qN最大。不同光照條件下篦齒眼子菜的qN差異極顯著。
3結論與討論
本研究表明，馬來眼子菜、篦齒眼子菜的葉綠素熒光參數Fv/Fm、Yield、qP 在50%自然光照下均比100%、25%自然光照下高，表明馬來眼子菜光合系統所吸收的光能超過光合作用
本身所利用的能量，光合效率有下降趨勢。25%自然光下馬來眼子菜qN下降，表明弱光下馬來眼子菜吸收的光能主要用于光化學反應，為了適應弱光環境，馬來眼子菜增強光能利用能力。本試驗的遮光處理在一定程度上提高了PSⅡ反應中心的活性，葉綠體吸收的光能用于光化學反應生成光化產物的比例增加，用于耗散的比例降低，整個過程并沒有破壞光系統PSⅡ的中心[14-18]。隨著光照度的增大，馬來眼子菜、篦齒眼子菜的光合作用強度也不斷提高，但是馬來眼子菜的光合作用強度要強于篦齒眼子菜。馬來眼子菜、篦齒眼子菜對遮光處理有都有較強的耐受適應性[19-21]。馬來眼子菜、篦齒眼子菜是沉水植物，沉水植物為了生存，對水下光照環境具有很強的可塑性、適應性，為了適應水體中迅速衰減的光照環境，沉水植物最大限度地吸收光輻射來完成光合作用[22-23]。沉水植物的光飽和點、補償點都比較低，很容易達到[24]。
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