磷元素对茭白生长与叶片光合特性的影响

闫宁，张艳丽，王晓清，黄建中，郭得平

（浙江大学农业与生物技术学院，杭州，310058）

磷元素对茭白生长与叶片光合特性的影响

闫宁，张艳丽，王晓清，黄建中，郭得平

（浙江大学农业与生物技术学院，杭州，310058）

利用水培技术研究了不同浓度磷条件下茭白生长和叶片的光合特性。与正常磷（0.64 mmol/L）条件下相比，缺磷（0 mmol/L）与低磷（0.16 mmol/L）抑制植株生长，并导致叶片净光合速率（Pn）和气孔导度（Gs）下降，而胞间CO2浓度（Ci）上升，同时叶片PSⅡ实际光化学效率（ΦPSⅡ）、光化学淬灭（qP）、表观电子传递效率（ETR）下降。高磷（2.56 mmol/L）条件下，植株生长受到轻微抑制，叶片的ΦPSⅡ、qP、ETR、Pn和Gs略有下降。

茭白（Zizania latifoliaTurcz.）；磷；生长；叶绿素a荧光参数；光合气体交换

磷是叶片光合作用的必需元素，叶片中磷含量的多少直接影响光合作用过程和生产力。光合产物的运输也离不开磷，许多物质必须先进行磷酸化作用才能进入代谢路径。植物叶绿体中光合作用所形成的磷酸丙糖与细胞溶质内Pi进行正常交换依赖于体内磷的充足供应，当磷供应量处于较低水平并成为限制因素时，光合磷酸化过程中有机磷循环受阻，对作物叶片生长产生显著影响，导致叶片面积、生长速率和叶片数量显著减少，从而极大地限制叶片的光合作用[1，2]。

磷缺乏导致作物的非生物胁迫，它可限制作物产量的30%~40%[3]。磷缺乏影响植物根系[2]、果实、茎[4]和叶片[5，6]的生长。 在一些作物中，如大麦[7]、大豆[8，9]、甜菜[10，11]、玉米[12]、向日葵[13]，磷缺乏导致净光合速率下降。但过高的磷供应对植物生长和光合作用也有抑制作用[14，15]。

叶绿素荧光分析技术在测定叶片光合作用过程中光系统对光能的吸收、传递、耗散、分配等方面有独特的作用，它可以快速、无损伤地测定植物活有机体内光合机构的功能及各种外界因子对植物光合作用的影响[16]。因此，逆境因子对植物光合作用的影响可以通过叶绿素a荧光参数的变化反映出来[17]。

本试验利用水培技术研究了不同浓度磷条件下茭白生长与叶片光合荧光特性，以探明磷供应对茭白生长和叶片光合作用的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试茭白为浙茭2号，苗龄为4叶期。营养液配方参照国际水稻所（IRRI）的方法（表1）。水培2周后，开始控磷处理，用NaCl代替NaH2PO4·2H2O，控制磷的浓度为0，0.16，0.64，2.56 mmol/L。

#6试剂溶解后，添加500 mL的98%浓硫酸，最后用蒸馏水稀释成10 L。贮存液使用时，取#1到#6贮存液各5 mL，稀释成4 L。为了更好地生长，添加SiO2或硅酸钠50～100 mg/L，调节pH值为5.6～5.8。

1.2 试验方法

磷胁迫处理后4周，测定茭白的株高、叶长、叶宽、叶数、分蘖数和茭白植株各部分的质量，同时测定茭白的光合气体交换参数与叶绿素a荧光参数。

净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间二氧化碳浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）等参数用Li-6400便携式光合仪（美国LI-COR公司）测定。内置红蓝光源光强设定为 1 000 μmol·m-2·s-1。于晴天 9：00~ 11：00或15：00~17：00进行测定。测定时取刚刚展开的倒三叶，重复6株。

表 1 国际水稻所（IRRI）的水稻水培的贮存液

叶绿素a荧光参数用M-Series Imaging-PAM荧光成像系统（德国WALZ公司）测定，测定前植株叶片先暗适应30 min，Kinetics测定时光合有效辐射PAR设置为146 μmol·m-2·s-1，20 s一个脉冲，得到ΦPSⅡ、NPQ、qP和ETR值，Fv/Fm测定时选定整个叶面积为AOI（Area of Interest），计算Fv/Fm的平均值。测定时取刚刚展开的倒三叶，重复6株。

1.3 数据处理与作图

每个处理设置6个重复。用DPS软件进行数据处理，用Ducan进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 磷元素对茭白生长的影响

缺磷（0 mmol/L）和低磷（0.16 mmol/L）条件下，茭白的株高、叶长、叶宽、叶数和分蘖数降低（P< 0.05）。缺磷（0 mmol/L）显著抑制了根长，但低磷对根长的影响不大（P>0.05），高磷（2.56 mmol/L）对根长也有显著抑制。高磷条件下，植株的株高、叶长、分蘖数略有下降，但与正常磷（0.64 mmol/L）的差异不显著，见表2。

缺磷和低磷条件下，植株叶片、叶鞘、茎、根、全株的质量降低（P<0.05）。高磷（2.56 mmol/L）条件下，茭白叶片、叶鞘、茎和全株质量略有下降，但与正常磷（0.64 mmol/L）差异不显著（P>0.05），见表3。

2.2 磷对叶片光合气体交换指标的影响

缺磷（0 mmol/L）和低磷（0.16 mmol/L）条件下，Pn、Gs、Tr降低，但Ci却升高 （P<0.05）。 与正常磷（0.64 mmol/L）相比，高磷（2.56 mmol/L）条件下，叶片的Pn、Gs、Tr略有降低，Ci稍上升（P>0.05），见图1。

2.3 磷元素对茭白叶绿素a荧光参数的影响

图1 磷元素对茭白叶片气体交换参数的影响

表2 磷元素对茭白生长的影响

表3 磷元素对茭白质量的影响

与正常磷（0.64 mmol/L）水平相比，缺磷（0 mmol/L）和低磷（0.16 mmol/L）条件下， 叶片的 ΦPSⅡ、qP、ETR降低，同时NPQ升高（P<0.05）；高磷（2.56 mmol/L）条件下，叶片的ΦPSⅡ、qP、ETR降低，NPQ上升 （P>0.05）。相对于正常磷（0.64 mmol/L）供应，缺磷导致Fv/Fm显著降低，但低磷（0.16 mmol/L）和高磷（2.56 mmol/L）条件下Fv/ Fm降低不显著（P>0.05），见图2。

3 结论与讨论

3.1 磷缺乏对植物生长不利

缺磷（0 mmol/L）和低磷（0.16 mmol/L）抑制了茭白植株的生长，表现为株高、叶长、叶数、分蘖数减少（P<0.05）（表2）和叶片、叶鞘、茎、植株总质量降低（P<0.05）（表3）。这与前人报道的磷缺乏导致植物果实、茎[4]和叶片[5，6]的生物量下降的结果一致。

根系是作物生长所需矿质营养元素的主要吸收部位，其发育受遗传和外部环境共同调控[18]，具有很大的可塑性[19]。本试验发现，低磷（0.16 mmol/L）对植株根长几乎无影响（表2），可能与在低磷胁迫下，植物可能改变根系构型，使根系在有效磷含量较高区域分布较多有关，从而提高对磷的有效吸收。在水培体系中，低磷条件下，植物根系通过增加根的生物量来吸取更多的磷[20]。

对茭白来说，分蘖数的多少与茭白的产量密切相关。缺磷和低磷降低了茭白植株的分蘖数（表2）。这与前人在小麦上的研究结果一致[21]。缺磷与低磷降低了茭白茎的质量（表2），因此足量磷的供应是茭白产品器官形成的保证。高磷（2.56 mmol/L）条件下，茭白的株高、叶长、分蘖数和叶片、叶鞘、茎、全株的质量略有下降（P>0.05）（表2、3）。这与高浓度的磷抑制番茄生长的结果一致[14]。

3.2 磷供应影响茭白的光合效率

缺磷（0 mmol/L）和低磷（0.16 mmol/L）条件下，植株叶片Pn均降低（P<0.05）（图1）。Pn下降与Gs的降低有关（图1）。同时，缺磷和低磷条件下植物叶片表观电子传递速率（ETR）下降（图2），说明磷缺乏限制了光合作用的正常进行。我们的研究结果与前人缺磷抑制植物的生长，同时降低光合作用的报道一致[7~13，22]。缺磷与低磷在使气孔导度下降的同时，胞间CO2浓度升高，这表明缺磷与低磷条件引起Pn下降可能主要由非气孔因素导致[23]。

缺磷和低磷条件下ΦPSⅡ和qP下降（P<0.05）（图2），造成叶片PSⅡ过度还原，PSⅡ关闭程度增加，激发光能通过PSⅡ进入光化学过程的量减少，光能转换和电子传递效率降低，过剩激发能增加，不利于光合作用进行[24]。缺磷和低磷条件下qP降低说明QA重新氧化能力减弱，伤害了PSⅡ受体侧电子传递。试验中观察到缺磷和低磷使茭白叶片的NPQ升高（P<0.05）（图2），这说明缺磷与低磷条件使得叶片中用于耗散过剩激发能的部分增多。这与前人的研究结果一致[25]。缺磷与低磷条件下，茭白叶片用于耗散过剩激发能的部分增多，相应的用于光化学反应的部分减小，PSⅡ开放反应中心的比例和参与CO2固定的电子减少，使电子传递能力减弱，光合色素所捕获的光能以转化为化学能的速度和效率变慢，叶片暗反应受阻，最终导致植物叶片的光化学效率降低[25]。Fv/Fm反映了PSⅡ反应中心的原初光能转化效率，是反映植物胁迫程度的常用指标。正常生长条件下，植物叶片的Fv/Fm变化很小，胁迫条件下Fv/Fm通常明显下降[16]。本研究中，缺磷条件下，叶片的Fv/Fm显著降低，但低磷条件下Fv/Fm降低并不显著（图2）。可见，缺磷对茭白生长造成了胁迫。

图2 磷元素对茭白叶片叶绿素a荧光参数的影响

高磷（2.56 mmol/L）条件下，茭白叶片的Pn略有下降（P<0.05）（图1）。这与高磷处理下番茄净光合速率的下降类似[15]。高磷条件下叶片净光合速率的下降可能与有机磷含量下降有关[13]。此外，高磷条件下Pn的降低还可能受到叶片的ΦPSⅡ、qP、ETR下降的影响（P<0.05）（图2）。

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Effects of Phosphorus on Growth and Photosynthesis ofZizania latifoliaTurcz.

YAN Ning,ZHANG Yanli,WANG Xiaoqing,HUANG Jianzhong,GUO Deping
(College of Agriculture and Biotechnology,Zhejiang University,Hangzhou 310058)

In this paper,we examined the effects of different concentrations of phosphorus on the growth and photosynthetic responses ofZizania latifoliaTurcz..The results showed that,compared to the normal phosphorus concentration(0.64 mmol/L), the phosphorus deficiency treatments (0,0.16 mmol/L)inhibited the plant growth and significantly decreased Pn,Gs but increased Ci.Meanwhile,the phosphorus deficiency treatments significantly decreased ΦPSⅡ,qP,ETR,but increased NPQ.The high phosphorus treatment(2.56 mmol/L)slightly inhibited the plant growth and decreased ΦPSⅡ,qP,ETR, Pn and Gs.

Zizania latifoliaTurcz.;Phosphorus;Growth;Chlorophyll a fluorescence parameters;Photosynthetic gas exchange

10.3865/j.issn.1001-3547.2012.16.033

公益性行业（农业）科研专项经费项目“水生蔬菜产业技术体系研究与示范”（编号200903017-03），浙江省科技厅重大科技专项项目“浙江省水生蔬菜产业提升关键技术研究与示范”（2009C02006-3）

闫宁（1987-），男，博士研究生，主要从事蔬菜学研究，电话：0571-88982796，E-mail：yanning5110@163.com郭得平，通信作者，E-mail：dpguo@zju.edu.cn

2012-06-28