4种结缕草光合特性及叶绿素含量的比较研究

邓 蕾，李高扬，王 艳，李建龙，姜 涛

(1.南京大学生命科学院草学中心，江苏南京 210093；2.连云港曲情生物科学技术有限公司，江苏连云港 222000)

草坪具有净化空气、调节空气温度、消减噪音、保持水土、美化环境的功能，在城市生态系统中起着重要作用。由于园林绿化广泛使用的草坪草大多具有不耐荫、适应性差等特性，在高大乔灌木或大型建筑物群等弱光照环境条件下生长较差，而且在冬季弱光条件下枯黄期长，生长缓慢。为了解决处于植物群落最下层草坪草的适应性问题，筛选出质优、适应性强的耐荫性草坪草已成为目前重要的研究课题。

结缕草属(Zoysia)植物在我国分布广泛，遗传多样性丰富，而且具有低维护、耐盐碱、耐干旱、耐践踏等特点，成为重要的草坪草种质[1]。有关结缕草的特性研究集中在抗寒性、抗旱性和抗盐性等方面[2-6]。但是结缕草在弱光荫蔽环境的生理生态表现的报道很少。

以结缕草不同种为试验材料，测定并分析了光合作用中的几个重要参数以及叶绿素含量，探讨结缕草属草坪草的光适应性以及对弱光的捕捉利用能力，为结缕草在弱光荫蔽条件下的推广和应用以及在室内弱光下生长的微型草坪[7]的选种提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

田间试验在南京大学浦口校区试验基地进行。南京地处长江中下游平原，N 31°14′～ 32°37′，E 118°22′～119°14′，南京属北亚热带季风气候区，四季分明 ，雨水充沛，光能资源充足，年平均温为15.7℃，最高气温43℃，最低气温-16.9℃，最热月平均温度28.1℃，最冷月平均温度 -2.1℃。年均降水117 d，降水量为1 106.5 mm，最大平均湿度 81%。最大风速19.8 m/s。土壤最大冻结深度0.09 m。夏季主导风向东南、东风，冬季主导风向东北、东风。无霜期237 d。每年6月下旬到7月中旬为梅雨季节。

1.2 试验材料

试验用沟叶结缕草(Zoysia matrella)原始材料来自浙江丽水学院，中华结缕草(Zoysia sinica)、日本结缕草(Zoysia japonica)和细叶结缕草(Zoysia tenui folia)来自南京农业大学草坪实验地。于2006年7月下旬在南京大学浦口校区草坪基地进行栽种，2007年5月上旬重新移栽种植。

1.3 试验方法

1.3.1 叶绿素含量测定 采用SPAD-502叶绿素仪对4种结缕草叶片进行测定，测量叶片在两种波长(650nm和940 nm)的光学浓度差来确定叶片当前叶绿素的相对数量。每个结缕草种重复测定15次，最后取其平均值。

1.3.2 光合参数的测定 野外试验于2007年9月16日至17日进行，2日均为晴朗天气，全天平均温度为25℃，午间可达30℃。每天测量时间为上午8:00时至下午18:00。测量时分别选取草坪丛顶端以下第3～5片完整展开叶进行光合参数及光响应曲线的测定，测定3次[8]。

光合参数的测定使用 LT-6400便携式光合作用系统 ，开放式气路，空气流速为500 μ mol/s。光合生理参数及环境参数的测定包括净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、光合有效辐射(PAR)、空气温度(Ta)、空气CO2浓度(Ca)、大气相对湿度(R H)等。

光响应曲线的测定使用Li-6400-02B内置式红蓝光源。测量时间 9:00至11:30，光强为2 000、1 500、1 000、500、200、100、50、20 和0 μ mol/(m2◦ s)，测定时每一光强下停留200 s，测量前使用人工光源进行5～10 min的光合诱导。

1.4 统计分析

采用Excel对数据进行处理和应用SPSS分析和拟合光响应曲线。将获得的不同光强梯度的净光合速率根据Prioul及Chartier[9]的模型进行非线性回归拟合得到Pn-PAR曲线，具体模型为:

其中A:净光合速率(Pn)，Amax:最大净光合速率(Pnmax)，φ:表观量子效率，k:曲角，Rday:暗呼吸速率 ，Q:光合有效辐射(PAR)。由该模型计算出最大光合速率(Pnmax)、表观量子效率(AQY)与暗呼吸速率(Rday)，并根据拟合后的光合曲线方程计算出光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)[10]。

2 结果与分析

2.1 结缕草不同种叶片的叶绿素含量测定

叶绿素是植物进行光合作用的催化剂、植物绿色的源泉，草坪草品种不同，叶片叶绿素含量有差异，绿度也有所不同，叶绿素含量越高，颜色越深[11]。叶绿素含量的高低是反映植物光合能力的重要指标之一。日本结缕草叶绿素含量最大，达到34.5 mg/g；其次为中华结缕草和沟叶结缕草，为32.7和30.5 mg/g；细叶结缕草最小，为22.7 mg/g(图1)，此值分别比日本结缕草低11.63%，5.25%和34.09%。叶绿素含量在日本结缕草，沟叶结缕草和中华结缕草之间没有显著差异(P＞0.05)，但这3个品种与细叶结缕草之间却有显著差异(P＜0.05)。

图1 结缕草不同种叶片叶绿素含量Fig.1 The chlorophyll contents of leaf of 4 Zoysia species

叶绿素含量的高低代表了叶片捕捉和利用光能的能力，同时也影响光能在叶绿体中的分配。日本结缕草和中华结缕草的叶绿素含量较高，因此它们对光能的利用能力以及对弱光的捕捉能力更强；沟叶结缕草稍差一些，细叶结缕草利用光能的能力最差。

2.2 结缕草不同种叶片的实测净同化速率

植物的光合作用经常受到外界环境条件和内部因素的影响而发生变化，净同化速率是表示光合作用变化的指标之一。实测净同化速率反映了测量瞬间各种参数的实际状况，为拟合值提供了基础与参考。4种结缕草的净同化速率随着光合有效辐射的增强出现了先升后降的变化，日本结缕草，中华结缕草和沟叶结缕草的峰值均在光合有效辐射为1 000 μ mol/(m2◦s)(图2)出现，继续增强光合有效辐射，反而会降低净同化速率。说明过强的光合有效辐射会抑制光合作用。而细叶结缕草在200 μ mol/(m2◦s)时出现最大净同化速率，而且其值始终低于其他3种结缕草。

图2 结缕草不同种叶片的实测净同化速率Fig.2 The net assimilation rate in leaf of 4 Zoysia species

2.3 不同结缕草品种叶片的拟合净同化速率

拟合净同化速率可排除测量的随机性以及环境、人为等因素，以获得较为稳定的数据。同时通过数据拟合，计算出Pnmax、AQY与Rday，并根据拟合后的光合曲线方程计算出LCP、LSP。

植物LCP和LSP的高低直接反映了植物对弱光的利用能力，是植物耐荫性评价的重要指标。表1表明，LSP在日本结缕草，沟叶结缕草和中华结缕草之间没有显著差异(P＞0.05)，但这3个品种与细叶结缕草之间却有显著差异(P＜0.05)，并且细叶结缕草LSP较低；而LCP在日本结缕草和沟叶结缕草之间没有显著差异(P＞0.05)，在中华结缕草和细叶结缕草之间也没有显著差异(P＞0.05)，但是中华结缕草和细叶结缕草却显著高于日本结缕草和沟叶结缕草，这种差异可能与结缕草的不同起源有关。

Rday是指黑暗中进行的气体交换速率，较低的暗呼吸速率可减少呼吸作用对光合产物的消耗[12]。中华结缕草的暗呼吸速率为3.222 μ mol/(m2◦s)，显著高于其他3种结缕草(P＜0.05)，而沟叶结缕草和日本结缕草之间无显著差异(P＜0.05)，细叶结缕草最小，为1.00 μ mol/(m2◦s)，显著低于其他3种结缕草(P＜0.05)。反映植物对低光利用效率的表观量子效率(AQY)在日本结缕草，沟叶结缕草和细叶结缕草之间没有显著差异(P＞0.05)，但是中华结缕草显著高于其他3种结缕草(P＜0.05)。

表1 结缕草不同种叶片的拟合净同化速率Table 1 The estimated net assimilation rate of leaf of 4 Zoysia species μ mol/(m2◦s)

2.4 结缕草不同种叶片的光合特征分析

光合作用是植物形成生物产量的生理代谢基础。光合速率是表示光合作用变化的另一指标。Pn-PAR曲线(图 2)表明，4种结缕草的最大净光合速率(Pnmax)从高到低依次为日本结缕草，沟叶结缕草，中华结缕草，细叶结缕草。数值为:日本结缕草 9.53 μ mol/(m2◦s)，沟叶结缕草7.395，中华结缕草6.30 μ mol/(m2◦s)，细叶结缕草 1.35 μ mol/(m2◦s)。分别为日本结缕草的77.60%，66.11%和14.17%，相互间表现为差异显著(P＜0.05)。而净光合速率的变化在光强为 0～500 μ mol/(m2◦s)增加最快，之后不再增加。这可能是由于过强的光合辐射使得植株叶片的气孔关闭，从而使其利用光能的效率下降。

图3 不同结缕草品种叶片光合-光强(Pn-PAR)响应曲线Fig.3 The Pn-PAR response curve of 4 Zoysia species

3 结论与讨论

光合作用是植物生长发育的基础，而光照可以提供作物同化力形成所需要的能量，活化参与光合作用的关键酶，促进气孔开放。植物光合作用能力的强弱与植物的遗传性和生长环境关系密切，光合作用的某些生理参数，如 Pmax、LSP、LCP等，已成为植物速生丰产以及制定栽培措施的科学依据。

一般认为在弱光条件下，单位叶面积的叶绿体数目减少，单位重量叶绿素含量增加，从而可以提高植物对于弱光的利用率。在试验中，日本结缕草的叶绿素含量最大，其次为中华结缕草，沟叶结缕草，而细叶结缕草叶片叶绿素含量最小。不同种结缕草叶绿素含量的差异表明，日本结缕草和中华结缕草具有更好的对遮荫环境的适应力。

供试4种结缕草的光合作用差异显著，LSP在日本结缕草、沟叶结缕草和中华结缕草之间没有显著差异(P＞0.05)，但这3个种与细叶结缕草之间却有显著差异(P＜0.05)，并且细叶结缕草光饱和点较低，这可能跟细叶结缕草叶片叶绿素含量少有关。日本结缕草和沟叶结缕草的LCP均为40 μ mol/(m2◦s)，接近于自然光照阳性植物的LCP[30 μ mol/(m2◦s)][13]；中华结缕草和细叶结缕草的 LCP较高，平均为80 μ mol/(m2◦s)，LSP 平均为 1 200 μ mol/(m2◦s)。4种结缕草的 AQY与自然光照条件下植物的AQY 0.03～0.06 mol/moL一致[14]。但是中华结缕草的AQY显著高于其他3种结缕草。

综上所述，可初步推断出结缕草为阳性、且耐荫性较强的草坪草。这与在实际生产实践中结缕草的耐荫性表现一致，尤其是中华结缕草，耐荫性强，对弱光的捕捉能力也更强，因此在弱光荫蔽环境下生长较旺盛，颜色鲜艳，青绿期长，适于亚热带地区的栽植建坪。

[1] 王文强，李志丹，白昌军，等.结缕草属种质资源及其应用研究进展[J].草原与草坪，2006(2):3-6.

[2] 黄锦文，陈冬梅，郑红艳，等.暖季型结缕草对低温响应的生理生态特性[J].中国草地学报，2009，31(1):64-69.

[3] 胡化广，张振铭，黄亮亮，等.结缕草对干旱胁迫的响应[J].草原与草坪，2008(3):41-44.

[4] 赵艳，孙吉雄，王兆龙，等.不同抗旱性结缕草品种在土壤干旱及复水过程中的生理差异[J].草原与草坪，2006(6):46-48.

[5] 王加真，李建龙，王艳，等.高盐胁迫对沟叶结缕草叶片光合色素含量的影响[J].上海交通大学学报(农业科学版)，2007，25(6):582-586.

[6] 杜永吉，于磊，鲁为华，等.低温胁迫下结缕草品种的抗寒性差异[J].中国草地学报，2008(5):116-120.

[7] 图雅，李建龙，王艳，等.微型草坪对室内微环境的生态调节作用[J].草原与草坪，2008(4):59-62，66.

[8] 付为国，李萍萍，陈歆，等.北固山湿地虉草光合日变化的研究[J].武汉植物学研究，2005，23(6):555-559.

[9] Prioul J L，Chartier P.Partitioning of transfer and carboxylation components of intercellular resistance to photosynthetic CO2fixation:a critical analysis of the method used[J].Ann Bot，1977，41:789-800.

[10] Bassman J B，Zwier J C.Gas exchange characteristics of Populus trichocarpa，Populus deltoides and Populus trichocarpa × P.deltoides clones[J].Tree Physiol，1991，8:145-149.

[11] 李淑文，李迎春，彭玉信，等.不同草坪草叶绿素含量变化及其与绿度的关系[J].草原与草坪，2008(6):54-56，74.

[12] Kitao M ，Lei T T ，Koike T ，et al.Susceptibility to photoinhibition of three deciduous broadleaf tree species with different successional traits raised under various light regimes[J].Plant Cell&Environment，2000，23:81-89.

[13] Lancher W，T rans L B.Plant physioecology[M].Beijing:Science Press，1980.

[14] 邱国雄.植物光合作用的效率[M]//.余淑文.植物生理学和分子生物学.北京:科学出版社，1992:236-243.