不同光照条件对马来眼子菜和蓖齿眼子菜光合作用的影响

郎鹏+袁龙义+李世平

摘要：利用遮阳网模拟光照度及光照时间，测定2种沉水植物马来眼子菜（Potamogeton malaianus Miq.）、蓖齿眼子菜（Potamogeon pectinatus L.）的光合荧光特性，结果表明：马来眼子菜、篦齿眼子菜的荧光参数最大光量子产量（Fv/Fm）、实际光量子产量（Yield）、光化学淬灭系数（qP）在50%自然光照下均比100%、25%自然光照下高；25%自然光下马来眼子菜非光化学淬灭系数（qN）下降；随着光照度的增大，马来眼子菜、篦齿眼子菜的光合作用强度也不断提高，又以马来眼子菜的光合作用强度要强于篦齿眼子菜。

关键词：马来眼子菜；蓖齿眼子菜；沉水植物；光合作用；遮光处理；荧光参数

中图分类号： Q945.11文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）06-0323-03

收稿日期：2013-09-14

基金项目：国家自然科学基金（编号：31170400）；湖北省教育厅科学技术研究项目（编号：B20111305）；湖北省自然科学基金（编号：2010CDB04402）。

作者简介：郎鹏（1988—），男，湖北十堰人，硕士研究生，主要从事生态环境与生态修复研究。E-mail：1041322663@qq.com。

通信作者：袁龙义，博士，副教授，主要从事水生植物生物学及湿地研究。E-mail：yly35@hotmail.com。沉水植物属于大型草本植物，整个植物都在水下生长。作为初级生产者，沉水植物能增加空间生态位、抑制生物性及非生物性悬浮物、改善水下光照及溶解氧条件，是水体生物多样性赖以维持的基础，在整个水生生态系统中发挥着非常重要的作用[1-3]。随着水体富营养化进程的加快，沉水植物群落衰退消失现象也越来越明显[4-5]。陈灿等研究了不同营养状态下附生藻类对菹草叶片光合机能的影响，发现水体营养水平促进沉水植物叶片附生藻类增殖，导致菹草光合机能下降，营养盐的作用是间接的[6]。黎慧娟等发现弱光照、高营养盐均对苦草生长产生抑制，且两者有交互作用[7]。有学者利用水下灯及遮光网模拟光照度及光照时间，研究光照对大叶藻光合作用、生物量、生长特性的影响，结果表明，在浅水区域以光补偿点的光照度进行试验时，若光照时间减少2.9～4.7 h，大叶藻的最大净光合速率及叶片叶绿素含量是对照区（光照时间未发生变化）的2倍，若光照时间增加 3.4～4.6 h，大叶藻的最大净光合速率比对照区减少33%[8]。光合作用是沉水植物最重要的代谢活动，光照度是沉水植物生长所必需的环境因子，同时也是主要的限制因素[9-12]。众多研究者认为，光照不足是导致沉水植物群落衰退消失的主要原因。本研究以马来眼子菜（Potamogeton malaianus Miq.）、蓖齿眼子菜（Potamogeon pectinatus L.）为材料，测定马来眼子菜、蓖齿眼子菜叶片荧光特性的变化，研究这2种沉水植物对水生生境光照度变化的响应机制，旨在为研究沉水植被的生态恢复功能提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

马来眼子菜别称竹叶眼子菜，是眼子菜科眼子菜属多年生沉水植物。蓖齿眼子菜是眼子菜科眼子菜属多年生沉水植物。这2种植物适应能力较强，具有表型可塑性[13]。

1.2方法

2011年5月1日选取15 cm长带枝叶的采自洪湖的马来眼子菜、蓖齿眼子菜，种植在75 L的桶中，河沙作底质，每桶30株。试验共分3组，采用不同层数的遮阳网覆盖，模拟100%自然光照、50%自然光照、25%自然光照等3种不同光照条件，每组3次重复。2011年7月1日结束试验。每隔 10 d 用水下调制荧光仪测定马来眼子菜、篦齿眼子菜的叶绿素荧光参数：最大光量子产量（Fv/Fm）、实际光量子产量（Yield）、相对光合电子传递速率（ETR）、光化学淬灭系数（qP）、非光化学淬灭系数（qN）等指标。

1.3数据处理

用Excel 2003软件处理数据，SPSS 19统计软件进行方差分析。

2结果与分析

2.1不同光照条件对马来眼子菜、蓖齿眼子菜Fv/Fm、Yield变化趋势的影响

25%自然光照与50%自然光照处理下的马来眼子菜Fv/Fm存在显著差异。50%自然光照下马来眼子菜的Fv/Fm比全自然光照下的Fv/Fm略高。25%自然光照下蓖齿眼子菜的Fv/Fm与50%、100%光照下蓖齿眼子菜的Fv/Fm差异极显著。50%光照处理下蓖齿眼子菜的Fv/Fm与100%自然光照下蓖齿眼子菜的Fv/Fm相比差异不显著。光照对马来眼子菜、蓖齿眼子菜的Fv/Fm影响大致相同。

由图2可知，25%自然光照下马来眼子菜的Yield与100%自然光照下马来眼子菜的Yield存在显著差异，50%、25%自然光照下马来眼子菜的Yield分别为100%自然光照的103.4%、94.4%。25%自然光照下篦齿眼子菜的Yield与100%、50%自然光照下篦齿眼子菜的Yield相比差异极显著。遮光对篦齿眼子菜的光合作用影响要比对马来眼子菜的影响大。100%自然光照下，马来眼子菜、篦齿眼子菜的实际光合速率要低于50%自然光照组。

2.2不同光照条件对马来眼子菜、蓖齿眼子菜ETR、qP、qN变化趋势的影响

100%、50%、25%自然光照下马来眼子菜的ETR存在显著差异，100%、50%自然光照下篦齿眼子菜的ETR存在极显著差异。100%自然光照条件下，马来眼子菜的光合效率要优于篦齿眼子菜。由图4可知，100%、50%自然光照下，马来眼子菜的qP差异不显著，25%、100%自然光照下马来眼子菜的qP差异显著。50%、25%自然光照下马来眼子菜的qP分别是100%自然光照下的 103.9%、83.7%。100%、50%自然光照下，蓖齿眼子菜的qP差异不显著，25%、100%自然光照下蓖齿眼子菜的qP差异极显著。半阴生境下，马来眼子菜、篦齿眼子菜都具有适应弱光环境的能力，但是这种适应能力有限。

不同光照条件下马来眼子菜的qN差异显著，100%自然光照下马来眼子菜的qN最大。不同光照条件下篦齿眼子菜的qN差异极显著。

3结论与讨论

本研究表明，马来眼子菜、篦齿眼子菜的叶绿素荧光参数Fv/Fm、Yield、qP 在50%自然光照下均比100%、25%自然光照下高，表明马来眼子菜光合系统所吸收的光能超过光合作用

本身所利用的能量，光合效率有下降趋势。25%自然光下马来眼子菜qN下降，表明弱光下马来眼子菜吸收的光能主要用于光化学反应，为了适应弱光环境，马来眼子菜增强光能利用能力。本试验的遮光处理在一定程度上提高了PSⅡ反应中心的活性，叶绿体吸收的光能用于光化学反应生成光化产物的比例增加，用于耗散的比例降低，整个过程并没有破坏光系统PSⅡ的中心[14-18]。随着光照度的增大，马来眼子菜、篦齿眼子菜的光合作用强度也不断提高，但是马来眼子菜的光合作用强度要强于篦齿眼子菜。马来眼子菜、篦齿眼子菜对遮光处理有都有较强的耐受适应性[19-21]。马来眼子菜、篦齿眼子菜是沉水植物，沉水植物为了生存，对水下光照环境具有很强的可塑性、适应性，为了适应水体中迅速衰减的光照环境，沉水植物最大限度地吸收光辐射来完成光合作用[22-23]。沉水植物的光饱和点、补偿点都比较低，很容易达到[24]。

参考文献：

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[15]潘国权，王国祥，李 强，等. 浊度对苦草（Vallisneria natans）幼苗生长的影响[J]. 生态环境，2007，16（3）：762-766.

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[20]曾爱平，刘洪见，徐晓薇，等. 不同光照条件对水生植物生长的影响[J]. 浙江农业科学，2009（1）：98-100.

[21]邓建才，翟水晶，陈 桥.二氧化碳浓度升高对太湖沉水植物马来眼子菜生长的影响[J]. 应用生态学报，2009，20（6）：1299-1304.

[22]苏睿丽，李 伟.沉水植物光合作用的特点与研究进展[J]. 植物学通报，2005，22（增刊）：128-138.

[23]Maberly S C，Madsen T V. Use of bicarbonateions as a source of carbon in photosynthesis by Callitriche hermaphroditica[J]. Aquatic Botany，2002，73（1）：1-7.

[24]许木启，黄玉瑶.受损水域生态系统恢复与重建研究[J]. 生态学报，1998，18（5）：547-558

不同光照条件下马来眼子菜的qN差异显著，100%自然光照下马来眼子菜的qN最大。不同光照条件下篦齿眼子菜的qN差异极显著。

3结论与讨论

本研究表明，马来眼子菜、篦齿眼子菜的叶绿素荧光参数Fv/Fm、Yield、qP 在50%自然光照下均比100%、25%自然光照下高，表明马来眼子菜光合系统所吸收的光能超过光合作用

本身所利用的能量，光合效率有下降趋势。25%自然光下马来眼子菜qN下降，表明弱光下马来眼子菜吸收的光能主要用于光化学反应，为了适应弱光环境，马来眼子菜增强光能利用能力。本试验的遮光处理在一定程度上提高了PSⅡ反应中心的活性，叶绿体吸收的光能用于光化学反应生成光化产物的比例增加，用于耗散的比例降低，整个过程并没有破坏光系统PSⅡ的中心[14-18]。随着光照度的增大，马来眼子菜、篦齿眼子菜的光合作用强度也不断提高，但是马来眼子菜的光合作用强度要强于篦齿眼子菜。马来眼子菜、篦齿眼子菜对遮光处理有都有较强的耐受适应性[19-21]。马来眼子菜、篦齿眼子菜是沉水植物，沉水植物为了生存，对水下光照环境具有很强的可塑性、适应性，为了适应水体中迅速衰减的光照环境，沉水植物最大限度地吸收光辐射来完成光合作用[22-23]。沉水植物的光饱和点、补偿点都比较低，很容易达到[24]。

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不同光照条件下马来眼子菜的qN差异显著，100%自然光照下马来眼子菜的qN最大。不同光照条件下篦齿眼子菜的qN差异极显著。

3结论与讨论

本研究表明，马来眼子菜、篦齿眼子菜的叶绿素荧光参数Fv/Fm、Yield、qP 在50%自然光照下均比100%、25%自然光照下高，表明马来眼子菜光合系统所吸收的光能超过光合作用

本身所利用的能量，光合效率有下降趋势。25%自然光下马来眼子菜qN下降，表明弱光下马来眼子菜吸收的光能主要用于光化学反应，为了适应弱光环境，马来眼子菜增强光能利用能力。本试验的遮光处理在一定程度上提高了PSⅡ反应中心的活性，叶绿体吸收的光能用于光化学反应生成光化产物的比例增加，用于耗散的比例降低，整个过程并没有破坏光系统PSⅡ的中心[14-18]。随着光照度的增大，马来眼子菜、篦齿眼子菜的光合作用强度也不断提高，但是马来眼子菜的光合作用强度要强于篦齿眼子菜。马来眼子菜、篦齿眼子菜对遮光处理有都有较强的耐受适应性[19-21]。马来眼子菜、篦齿眼子菜是沉水植物，沉水植物为了生存，对水下光照环境具有很强的可塑性、适应性，为了适应水体中迅速衰减的光照环境，沉水植物最大限度地吸收光辐射来完成光合作用[22-23]。沉水植物的光饱和点、补偿点都比较低，很容易达到[24]。

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