不同光強下瀕危植物伯樂樹幼苗葉片光合生理參數比較

葉飛英，陳子林，鄭偉成，劉菊蓮，周鈺鴻，章劍玉，潘成椿，季國華

（1.浙江九龍山國家級自然保護區 管理局，浙江遂昌323300；2.浙江大盤山國家級自然保護區 管理局,浙江 磐安322300；3.溫州科技職業學院,浙江溫州325006）

不同光強下瀕危植物伯樂樹幼苗葉片光合生理參數比較

葉飛英1，陳子林2，鄭偉成1，劉菊蓮1，周鈺鴻2，章劍玉3，潘成椿1，季國華1

（1.浙江九龍山國家級自然保護區 管理局，浙江遂昌323300；2.浙江大盤山國家級自然保護區 管理局,浙江 磐安322300；3.溫州科技職業學院,浙江溫州325006）

為探討伯樂樹Bretschneidera sinensis幼苗的適宜光強環境，并為伯樂樹幼苗的人工繁育及種群復壯提供參考，達到保護這一瀕危物種的目的，比較研究了不同光強下（1 450.00，550.00和200.00 μmol·m－2·s－1）伯樂樹幼苗的光合日變化、光響應曲線、二氧化碳響應曲線以及形態指標等相關參數。結果表明：氣孔導度、蒸騰速率和光合速率的日變化均以全光處理下的較高；光強相對較高環境下（1 450.00和550.00 μmol·m－2·s－1）伯樂樹幼苗葉片的表觀光合速率、最大光合速率、最大羧化速率和羧化效率等光合參數值均顯著較高（P＜0.05），幼苗表現出良好的生長態勢，說明伯樂樹幼苗喜光。同時，不同光強處理下伯樂樹幼苗葉片的光補償點分別為21.22，19.93和14.95 μmol·m－2·s－1，其值均較低，說明伯樂樹幼苗也較耐弱光。較高光強有利于伯樂樹的光合作用，植株長勢健壯，株高和地徑相對較大。建議在進行伯樂樹幼苗人工繁育時，不宜過度遮蔭光；在原生地撫育時，應適當增加林窗的光照強度。圖4表2參20

植物生理學；伯樂樹；幼苗；發光強度；光合作用

伯樂樹Bretschneidera sinensis又名鐘萼木，伯樂樹科Bretschneideraceae的落葉喬木，是中國特有的單種科植物，也是第三紀熱帶植物區系的孑遺種，對研究被子植物的系統發育及古地理、古氣候等具有重大的科學價值。由于伯樂樹星散分布，個體數量極少，被列為國家一級保護植物［1］。因此，亟須開展種群復壯的相關研究。近年來由于人為生態環境的破壞和砍伐，自然條件下結實少及野生動物取食，導致伯樂樹自然狀態更新較差，林分內很少見其幼樹［2］。因此，伯樂樹幼苗的繁育對其種群復壯具有重要意義。目前，關于伯樂樹幼苗繁育主要集中在形態觀察及生物學特性比較［2-7］，而少有從生理生態學方面對其適宜生境的研究［3,8］。喬琦等［3,8］在野外調查中發現伯樂樹1年生幼苗的夏季死亡率較高，死亡原因之一是遭受到亞熱帶夏季強光照造成的高溫脅迫和干旱脅迫；同時研究認為，不同光環境下對夏季幼苗的存活率和生長量存在顯著區別，表現在全光環境下易造成幼苗的死亡，而極度弱光環境會導致生長遲緩，只有適度遮光有利于幼苗的形態生長，其中自然遮光下的生長量各項指標（苗高、地莖、葉片數和側枝數等)和幼苗成活率達到最優；而馬冬雪等［7］認為，伯樂樹播種育苗遮光對苗木生長沒有明顯影響，但在低海拔丘陵地區播種育苗需要適當遮光。然而，前者的試驗在溫室中進行，而后者并未從生理角度予以深入探討。從植物對環境的適應性來看，隨著生長光強的變化，植物能夠在形態及生理方面產生可塑性反應，以適應變化的光環境［9］。由于瀕危植物種群的分布區狹小、缺乏基因交流及生境長期的退化，生理生態學適應能力已經弱化，因此，有不少瀕危植物的分布與其對光照的適應相關［10］。如Liu等［11］對瀕危植物七子花Heptacodium miconioides的研究表明：其喜光而不耐強光，強光和弱光都對其光合作用以及抗氧化酶都非常不利，因而七子花從適應光的角度，選擇中等海拔區域高大喬木較少的群落中，以滿足其生長和生理的需要。張旺鋒等［12］對瀕危植物銀杉Cathaya argyrophylla的研究表明：適度遮光有利于銀杉抵御冬季光抑制。香果樹Emmenopterys henryi為中性偏陽樹種，喜溫暖濕潤氣候，幼樹喜陰濕，成樹喜光，且母樹在光照不足的條件下難以開花結實［13-14］。為了明確伯樂樹幼苗對光強的響應特性，本研究從光合生理角度并結合形態指標研究了伯樂樹幼苗對光強的響應，旨在探討伯樂樹幼苗的適宜光強環境，以期為伯樂樹幼苗的人工繁育及其種群復壯提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料及處理

種子于2010年10月采自浙江九龍山國家級自然保護區。清水洗去種子的肉質外種皮，置于室內稍做晾干。將洗凈的種子置于濕砂中儲藏，m（種子）∶m（濕砂）=1∶1，沙子含水量為5.11%～6.07%，定期翻動種子并檢查溫度與水分狀況。2011年3月將萌動的種子分別播種在大盤山國家級自然保護區的試驗地。試驗地海拔高度約為500.00 m，土壤類型為山地黃壤。利用遮陽網設置不同光強，分別為0層、1層和2層。測定于2011年6月25-30日（晴天）進行，此時伯樂樹處于旺盛生長期。由于山頂試驗地伯樂樹幼苗長勢較差，未予以測量。運用便攜式光合作用測量儀（Li-6400）探頭分別測量晴天中午11：00時左右的光強，其光強分別約為1 450.00，550.00和200.00 μmol·m-2·s-1。

1.2 測量及計算方法

先隨機選取25株長勢較為一致的幼苗，測量其地徑和高度。由于其枝條尚未完全開展，故未對冠幅等形態指標進行測量。隨后選擇其中的5株植物進行光合參數的測量，葉片選自下而上第2片復葉完全展開的頂葉作為測量對象。儀器采用美國Licor公司生產的Licor-6400型便攜式光合作用測定系統。

光合日變化的測定于6月30日8：00-18：00進行，2 h測量1次。采用凈光合速率（Pn），蒸騰速率（Tr），胞間二氧化碳濃度（Ci），大氣二氧化碳濃度（Ca），光合有效輻射（RPAR）等的日進程，進而計算水分利用效率（EWUE）=Pn/Tr［15］等。

光響應曲線的測定于6月26-27日進行。設定溫度為28.00℃，二氧化碳摩爾分數為400 μmol·mol-1，空氣相對濕度為50%～70%，應用Li-6400-02B紅藍光光源提供不同的光合有效輻射強度（RPARμmol·m-2· s-1）， 分別在 RPAR為 1 500.00， 1 200.00， 1 000.00， 800.00， 600.00， 400.00， 200.00， 150.00，100.00，50.00，20.00，0.00 μmol·m-2·s-1下測定不同含水量下伯樂樹葉片的凈光合速率（μmol·m-2·s-1）。

二氧化碳響應曲線的測定于6月28-29日進行。設定溫度為28.00℃，有效輻射強度為1 000.00 μmol·m-2·s-1作為測定光強，采用Li-6400液化二氧化碳鋼瓶提供不同的二氧化碳體積分數，分別在二氧化碳摩爾分數為400.00，300.00，200.00，150.00，100.00，50.00，20.00，400.00，600.00，800.00，1 000.00，1 200.00 μmol·mol－1的條件下測定葉片凈光合速率，擬合得出最大光合速率（Amax），表觀羧化速率（ECE），光下呼吸速率（R），二氧化碳補償點（PCCP）和二氧化碳飽和點（PCSP）。

1.3 數據分析及作圖

運用模型對光響應曲線和二氧化碳響應曲線進行擬合［16－17］。運用SPSS 12.0進行顯著性檢驗，運用Excel 2010做圖。

2 結果與分析

2.1 光合參數的日變化

對伯樂樹1年生幼苗的葉片光合參數日變化進行動態觀測結果表明：不同光強下的伯樂樹葉片氣孔導度（Gs），蒸騰速率（Tr）和光合速率（Pn）均以全光處理下的較高，遮光處理下較低（圖1），且遮光處理整體上無顯著差異；不同光強下的伯樂樹葉片水分利用效率（EWUE）整體表現為先升后降的趨勢，其中較高光強下（1 450.00和550.00 μmol·m－2·s－1）的水分利用效率在14：00時有所下降，推測是高溫和強光造成了葉片的 “午休”現象。

圖1 不同光強下伯樂樹幼苗氣孔導度（Gs），蒸騰速率（Tr），水分利用效率（EWUE）和光合速率（Pn）等的日變化Figure 1 Day changes of Gs,Tr,EWUEand Pnof Bretschneidera sinensis seedlings under different light intensities

2.2 伯樂樹幼苗葉片的光響應曲線

伯樂樹幼苗葉片光合速率對光的響應曲線見圖2。由圖2可以看出：當光強較弱時，不同光強下的伯樂樹幼苗光合速率差異不明顯；當光強大于200.00 μmol·m－2·s－1時，較高光強下（1 450.00和550.00 μmol·m－2·s－1）的光合速率顯著高于弱光（P＜0.05）。對光響應曲線進行擬合得出的最大光合速率（Pmax）也顯示，全光和1層處理下的最大光合速率分別為13.94和12.00 μmol·m－2·s－1，而2層處理下的最大光合速率為4.14 μmol·m－2·s－1，其差異達到顯著水平（P＜0.05）。從伯樂樹幼苗葉片的光補償點（PLCP）來看，不同光強處理下的光補償點分別為21.22，19.93和14.95 μmol·m－2·s－1，其值均較低（表1）。

表1 不同光強下伯樂樹幼苗光響應參數的比較Table 1 Effects of light intensities on the photoresponse parameters of Bretschneidera sinensis seedlings

2.3 伯樂樹幼苗葉片的二氧化碳響應曲線

伯樂樹幼苗葉片光合速率對二氧化碳的響應曲線見圖3。由圖3可以看出：隨著二氧化碳摩爾分數的升高，光合速率逐漸升高，其光合速率以全光下最高，1層遮陽網下次之，2層遮陽網下的光合速率最低。對二氧化碳響應曲線擬合的結果表明，不同光強下的最大羧化速率（Amax）分別為39.74，31.82和23.17 μmol·m－2·s－1（表2）。經檢驗，不同處理之間的差異均達到顯著水平（P＜0.05）。

圖2 不同光強下伯樂樹幼苗葉片光響應曲線Figure 2 Photoresponse curve of Bretschneidera sinensis seedlings under different light intensities

圖3 不同光強下伯樂樹幼苗葉片二氧化碳響應曲線Figure 3 CO2-response curve of B.sinensis seedlings under different light intensities

2.4 伯樂樹幼苗形態指標

由圖4可以看出：全光下的伯樂樹幼苗地徑最大（P＜0.05），而1層和2層遮陽網處理之間無顯著差異；同樣，伯樂樹幼苗高度的結果表明，全光下的伯樂樹幼苗最高。

3 討論

植物葉片光合作用對光的響應曲線可深入了解植物的最大光合速率、光飽和點、光補償點等光合參數，是研究光合作用特性的最主要內容之一［18］。光飽和點的高低反映了光合機構暗反應過程對同化力最大需求量的多少，以及植物利用光強的能力；光補償點的高低反映了對弱光的利用能力高低［19］。本研究結果表明：高光強下的伯樂樹幼苗葉片光飽和點較高，其對應的光合速率日變化及最大光合速率均較高，說明相對高的光強更有利于伯樂樹幼苗的光合作用。這與伯樂樹幼苗實際生長情況相一致。野外調查也表明伯樂樹為高大的喬木樹種，在原生分布點多處于群落上層，說明伯樂樹為喜光樹種。然而，本研究結果與喬琦等［8］研究結果不一致。分析認為有可能是試驗地氣候及測量時間的不同而造成。本研究地位于浙江省大盤山國家級自然保護區內海拔約500.00 m的山坡。該區溫度適宜，雨水充沛，試驗期間最大光強為1 450.00 μmol·m－2·s－1。另外，不同光強處理下的伯樂樹幼苗光補償點均較低，說明伯樂樹幼苗較耐蔭。但弱光下伯樂樹幼苗植物相對矮小，長勢較慢。這與喬琦等［8］研究結果相一致。

圖4 不同光強下伯樂樹幼苗地徑和高度Figure 4 Ground diameters and height of Bretschneidera sinensi seedlings under different light intensities

光合作用是綠色植物生物量積累的基礎。植物光合作用所需要的碳源主要是空氣中的二氧化碳。由二氧化碳響應曲線的擬合結果來看，全光下的伯樂樹幼苗二氧化碳羧化效率最高，說明其核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶的量及酶活性均較高［19］。這與最大羧化速率值相一致，說明較高光強更有利于伯樂樹進行二氧化碳同化，從而積累較多有機物以增加其生物量。這與伯樂樹幼苗形態指標結果相一致。

另外，本研究結果顯示：光合速率的日變化反映出伯樂樹幼苗葉片有 “午休”現象，說明強光高溫不利于伯樂樹幼苗生長。同樣，伍銘凱等［20］研究也認為伯樂樹不耐高溫，易遭日灼。因此，推測本研究與喬琦等［8］研究結果不一致的原因也有可能是溫度不同造成的。喬琦等［8］研究在華南植物園的溫室內進行。夏季溫室溫度遠高于山地林地；同時，也認為氣溫和土溫過高、土壤濕度較低等也易使部分幼苗遭受干旱脅迫而大量死亡。因此，建議探討伯樂樹的幼苗光響應特性應考慮溫度因素。

綜合氣體交換參數的日變化、光響應曲線和二氧化碳響應曲線的試驗結果表明，光強相對較高下的伯樂樹幼苗葉片的表觀光合速率、最大光合速率、最大羧化速率和二氧化碳羧化效率等光合參數值均較高，幼苗表現出良好的生長態勢。建議在進行伯樂樹幼苗人工繁育時，不宜過度遮光；在原生地撫育時，應適當增加林窗的光照強度。

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Photosynthetic physiological response of Bretschneidera sinensis seedlings to light intensity

YE Feiying1,CHEN Zilin2,ZHENG Weicheng1,LIU Julian1,ZHOU Yuhong2, ZHANG Jianyu3,PAN Chengchun1,JI Guohua1
（1.Management Office,Jiulong Mountain National Nature Reserve,Suichang 323300,Zhejiang,China;2. Management Office,Dapanshan National Nature Reserve,Pan’an 322300,Zhejiang,China;3.Wenzhou Vocational College of Science and Technology,Wenzhou 325006,Zhejiang,China）

Bretschneidera sinensis,an endemic species in China and one China’s national first-level protected wild plants,is a particularly rare,severely endangered,and protected plant whose conservation for biodiversity is needed.This study determined the effect of different light intensities on the photosynthetic physiological response of B.sinensis and offered some suggestions for conservation.The photosynthetic characteristics of B. sinensis seedlings grown outdoors were studied with different light intensities（1 450,550,and 200 μmol·m－2· s－1）.Results showed that daily changes in stomatal conductance,transpiration rate,and photosynthetic rate with 1 450 μmol·m－2·s－1were higher than with 550 and 200 μmol·m－2·s－1.As light intensity decreased,the maximum photosynthetic rate（Pmax）,the light saturation point（LSP）,the carboxylation rate（CU）,and the maximum rate of carboxylation （Amax）all decreased.Therefore,light intensity should be considered carefully when biodiversity conservation of B.sinensis to be carried out.［Ch,4 fig.2 tab.20 ref.］

plant physiology;Bretschneidera sinensis;seedling;light intensity;photosynthetic physiological

S718.3；Q948.1

A

2095-0756（2015）05-0716-06

10.11833/j.issn.2095-0756.2015.05.009

2014-09-14；

2015-04-04

林業國家級自然保護區中央財政補助資金資助項目（浙財農字［2010］174號）；浙江省溫州市科技計劃項目（S20130003）

葉飛英，助理工程師，從事自然資源保護研究。E-mail：315126864@qq.com。通信作者：鄭偉成，從事自然資源保護與研究。E-mail：jlszwc@126.com