不同光照强度及温度对刺槐主要生理代谢的影响

黄春娥

(辽宁省宽甸满族自治县国营林场管理事务服务中心，辽宁 丹东 118200)

植物的光合、呼吸作用等生理代谢过程不仅受到植物体内各种生理因子的影响，还与生态环境中的光照、温度密切相关。因此对植物在不同光照、温度条件下的生理代谢进行研究有利于进一步揭示出植物对外界环境的适应机制[1]。在不同的时间、空间条件下，光的环境也会随之发生变化，包括光照强度、光谱等，会对植物生长产生不同程度的影响[2]；温度条件的变化会影响到植物体内各种酶的活性，进而对各种生理代谢的过程产生不同程度的影响[1]。刺槐的根系发达，有很强的适应能力，长势繁茂，水土保持效果良好，还可以净化空气、阻滞空气中的粉尘等，是宽甸县栽植的主要防护林及用材林树种之一，在当地应用比较广泛。近些年来很多学者开展了对刺槐的研究，主要的方向集中在人工林碳氮储备量、水土保持、林地生产力等方面[3-6]，而在刺槐的光合、呼吸生理代谢过程中与光照、温度之间关系的研究相对较少。为了研究不同光照强度、温度下刺槐的光合作用、呼吸作用的变化规律，开展了此项研究，旨在为刺槐对环境的适应性评价提供一定的理论参考。

1 材料与方法

试验设在宽甸满族自治县国有林场育苗试验温室内(光照强度为室外自然强光的75%左右，夏季温室内的光强约为75 klx)，从宽甸县苗圃购回树高、长势一致的二年生刺槐幼苗栽植于温室内的塑料桶内。遮荫的材料选择纱布，不同强度的光照用层数不同的纱布遮盖控制；试验中的测量仪器包括红外线二氧化碳气体分析仪(型号GXH-3010E13010E1)、照度计(型号为GXH-3010E13010E1)、紫外分光光度计(型号为Alpha-1900Plus)、自控立式鼓风干燥箱(型号为DHG-9625)、电子天平(型号为JY10001)等。

2 试验方法

2.1 试验设计

试验设置4种光照强度(分别为100%自然光、78.3%自然光、52.5%自然光、28.6%自然光)、每种光照强度下设置6个温度(分别为15、20、25、30、35、40 ℃)处理，每种光照强度每种温度条件下均设置10株刺槐苗木，总计试验苗木数量240株。

2.2 试验方法

试验中用保温材料将温室隔离成不同的小室。每个小室安装空调，以控制每个小室内的温度；每个小室内安装碘钨灯，温室内的光照强度达不到设计的要求时可通过调节碘钨灯的强度控制；上方有10 cm的流通水层将小室与水源分隔开，水层上面安装有通风散热效果的排风扇，通气量控制在0.75 L·min-1左右。按照试验设计的设置进行处理，其余的管理条件保持一致[7，8]。

2.3 调查内容及方法

按照试验设计处理5d后选择当年新萌发主枝上的叶片作为测量对象。利用开放气路对刺槐各个处理下的净光合速率(μmol·m-2·s-1)、暗呼吸速率(μmol·m-2·s-1)进行测定。光呼吸速率的测定可在饱和光照条件下，将空气中的二氧化碳气体去除后通入到叶室内，通过测量二氧化碳的增加量计算得到刺槐的光呼吸速率(μmol·m-2·s-1)；在温度25 ℃的条件下测定4种光照强度的叶绿素含量(mg·kg-1)变化情况。

3 结果与分析

3.1 不同光照强度、不同温度下刺槐净光合速率的变化

对不同光照强度、不同温度条件下刺槐的净光合速率进行分析，结果见表1。由表1可知，在光照强度相同的情况下，随着温度的变化，净光合速率变化的表现趋于一致，先逐渐增加，在25 ℃时达到最高，之后净光合速率逐渐降低；在温度相同的情况下，随着光照强度的增加，净光合速率随之增加。

表1 各处理条件下刺槐净光合速率的变化

3.2 不同光照强度、不同温度下刺槐呼吸速率的变化

对不同光照强度、不同温度条件下刺槐的光呼吸速率进行分析，结果见表2。由表2可知，在相同的光照强度下，光呼吸速率随着温度的增加而逐渐增加；在相同的温度条件下，随着光照强度的增加光呼吸速率逐渐增加，且15～35 ℃范围内光呼吸速率的增加趋势不明显，而温度40 ℃时，则有明显的增加，由7.12 μmol·m-2·s-1增加到8.75 μmol·m-2·s-1。

表2 各处理条件下刺槐光呼吸速率的变化

对不同光照强度、不同温度条件下刺槐的暗呼吸速率进行分析，结果见表3。由表3可知，在相同的光照强度下，随着温度的增加，暗呼吸速率逐渐增加，且温度达到40 ℃时暗呼吸增加的幅度加剧，28.6%、52.5%、78.3%、100%光照下的暗呼吸速率分别比35 ℃时增加1.95%、1.88%、1.51%、1.83%；在相同的温度下，随着光照强度的增加，刺槐暗呼吸的速率整体趋势也逐渐增加，且随着温度的增加，此种增加的趋势逐渐减缓，将15、20、25、30、35、40 ℃下100%光照强度与28.6%光照强度进行比较，暗呼吸速率分别增加3.19、2.67、2.37、1.07、0.76、0.66 μmol·m-2·s-1。

表3 各处理条件下刺槐暗呼吸速率的变化

3.3 不同光照强度下刺槐叶绿素含量变化

对不同光照强度下刺槐的叶绿素含量进行测定分析，结果见表4。由表4可知，随着光照强度的增加，刺槐叶绿素的含量逐渐降低，光照强度100%时叶绿素总量是光照强度28.6%时的42.28%左右；叶绿素a/b的数值在2.17～3.08之间，变化幅度不大。

表4 不同光照强度下刺槐叶绿素含量的变化

注：温度为25 ℃

4 结论

通过设置不同光照强度、温度条件，比较了刺槐净光合速率、呼吸速率、叶绿素含量的变化情况，结果表明，几种光照强度下刺槐的净光合速率均以25 ℃时为最高，且在试验条件下的某一固定温度时，净光合速率随着光照强度的增加而有所增加；在光照强度相同的情况下，暗呼吸速率随着温度的增加而逐渐增加，在相同的温度条件下，光呼吸速率随着光照强度的增加有不同幅度的增加；在相同的光照强度下，暗呼吸速率随着温度的增加而逐渐增加，在相同的温度下，刺槐暗呼吸的速率随着光照强度的增加而逐渐增加，但是增加的趋势逐渐变缓；叶绿素的含量随着光照强度的增加而逐渐降低。