蝴蝶兰“火凤凰”光合作用特征分析

袁必局，李香，张孟锦，罗金环，羊金殿，符洁

（三亚市林业科学研究院，海南三亚572023）

蝴蝶兰（Phalaenopsis）为兰科蝴蝶兰属植物，花型奇特、花色艳丽、花期长、品种繁多，并开出形如蝴蝶飞舞般的花朵，素有“洋兰王后”之称[1]。近年来随着人民生活水平提高，对蝴蝶兰的需求也越来越大，尤其在节假日期间，花型大、花色红的品种倍受消费者的青睐，其销量也远大于其他花色品种。三亚是热带滨海旅游城市，地处低纬度，属热带海洋性季风气候区，年平均气温25.7℃[2]。蝴蝶兰“火凤凰”因其花色红艳、花径大、花枝长且花序排列整齐，是三亚市场上销售的主流行品种之一。通过对蝴蝶兰品种“火凤凰”净光合速率、气孔导度等生理生态指标的测定，以期掌握其光合特性，摸索蝴蝶兰的生长规律，为高质、规模化生产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 实验材料与测定方法

实验材料来自三亚市林业科学研究院兰花大棚蝴蝶兰“火凤凰”种苗。选择健康无病虫害，生长成熟度基本一致，色泽正常的植株为实验样品。

2018 年7 月4 日至6 日天气晴朗、无云，光照良好，在室外对试验样品进行植株的生态指标测定。从8：00am～18：00pm，每隔2h 对蝴蝶兰的光合作用进行监测。

实验仪器选用托普光合作用测定仪3051D，分别记录净光合速率（Pn）、有效光合辐射(PAR)、胞间CO2浓度、气孔导度（Cleaf)、蒸腾速率（Tr）、温度（T）和空气相对湿度（RH）等指标。以3d 测定数值的平均值为监测值。

1.2 数据分析

试验数据统计采用Excel，利用SPSS 软件进行图表制作及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 温度对净光速率的影响

温度的变化影响植物光合作用过程酶的催化活性。随着温度的升高，酶活性增强；当酶活性达到最大值时，温度的继续升高将促使酶催化作用受到抑制，从而降低了植株的光合作用速率。从图1 可见，随着光照的增强，温度不断升高，从34.5℃（8：00am）升高至38.7℃（12：00pm），达到最高值；而12：00pm 后，温度也随之下降，18：00pm 温度为36.0℃。植物的净光合速率则呈双峰曲线变化，前期随着温度升高，光合速率逐渐加强，到10：00am 出现峰值，达到2.97mol·m-2·s-1；随着温度不断升高，光合作用受到抑制作用，净光合速率下降至日最低值为0.12mol·m-2·s-1；而在温度开始下降时，净光合速率逐渐回升，在14：00pm 出现第1 个峰值为0.97mol·m-2·s-1。

2.2 空气相对湿度对净光合速率的影响

由图2 可见，空气相对湿度的变化呈凹形曲线。8：00am 温度低，空气相对湿度为70.3%，较高；在10：00am～16：00pm 空气相对湿度趋于平稳，平均值为60.5%；到16：00pm 后湿度逐渐上升，18：00pm 时为63.7%。水分是植物光合作用的原料之一，8：00am至10：00am 这一时段，空气相对湿度大所能提供水分较多，光合速率也较大；而随着温度上升，相对湿度变小，水分的减少从而影响了植株的光合速率，12：00pm 过后光合速率虽有所回升，但因供光合作用的水分少，从而导致12：00pm 至14：00pm 时段较之前的光合速率都相对较低。

2.3 光合有效辐射对净光合作用的影响

太阳辐射中对植物光合作用有效的光谱成分为光合有效辐射（PAR），光合有效辐射随太阳高度角增加而增加[3]。由图3 可以看见光合有效辐射从8：00am 最低值418.94mol·m-2·s-1随着太阳高度逐渐增加，直至12:00pm 出现最大值为1165.34mol·m-2·s-1，中午过后太阳高度逐渐下降，光合有效辐射也随之呈直线型下降趋势，18：00pm 下降至424.49mol·m-2·s-1。在10：00am 有效辐射值为857.09mol·m-2·s-1，净光合速率达到最大值，随着光照继续增强光合作用受到抑制，净光合速率下降，出现“光合午休”，12：00pm 过后光合有效辐射逐渐上升，至14：00pm 净光合速率出现第2 峰值，之后随着太阳高度下降，光合有效辐射逐渐变小，净光合速率也随之变小。

2.4 胞间CO2 浓度对净光合作用的影响

光合作用是植物同化CO2和H2O 制造有机物质并释放O2的过程[4]。CO2作为光合作用的主要原料之一，在光合作用暗反应阶段为植物提供C 元素，在酶和ATP 作用下进行碳的同化作用，使气体CO2还原为糖[4]。

由图4 可以看出，植物的胞间CO2浓度总体呈现缓慢增长（8：00am 至14：00pm） 后逐渐下降（14：00pm 至16：00pm）的趋势。植株的净光合速率随着胞间CO2浓度升高而升高，在10：00am 胞间CO2浓度为667.32ppm，净光合速率达到最大，为2.97mol·m-2·s-1；当温度持续升高，在强光作用下，胞间CO2浓 度 持 续 增 大， 至14：00pm 最 大 值（781.43ppm），而这一时段净光合速率已大幅下降趋势，在12：00pm 时下降至最低点，为0.12mol·m-2·s-1。

2.5 气孔导度对净光合作用的影响

气孔是植物叶片与外界进行气体交换的主要通道，通过气孔扩散的气体有O2、CO2和水蒸气[5]。气孔导度表示的是气孔张开的程度，它是影响植物光合作用，呼吸作用及蒸腾作用的主要因素[6]。由图5可见，蒸腾速率变化曲线与气孔导度变化曲线基本一致，随着气孔导度的张开而加强，减少而降低，净光合速率也随之受到影响，在12：00pm 时气孔导度程度较大，为0.29mol·m-2·s-1；气孔导度的增大加强速了蒸腾作用，蒸腾速率达到最大值，为0.03mol·m-2·s-1。这一因素促使植株水分失散较多，进一步影响了叶片的光合作用，导致净光合速率在12：00pm时为全天最低。

2.6 净光合速率与环境因子的相关性分析

综上所述可见，温度、空气相对湿度、有效光合辐射、胞间CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率对植物的净光合速率都有一定的影响，对这些因子进行相关性分析，从而摸索其内在的联系。

表1 净光合作用与环境因子的相关系数Tab.1 Correlation coefficient between net photosynthesis and environmental factors

由表1 可见，净光合速率与温度、胞间CO2浓度呈负相关，相关系数分别为-0.500 和-0.465，属于中度相关。植物的净光合速率随着这2 个因子的变化呈反向变化，说明温度、胞间CO2浓度这2 个因子是影响植株净光合速率的主要因素。净光合速率与有效光合辐射、气孔导度、蒸腾速率3 个因子的相关系数分别为-0.004、-0.230、-0.279，呈弱的负相关。净光合速率与空气相对湿度呈正相关，相关系数为0.087，说明随着空气相对湿度上升，净光合速率也呈现上升趋势。

3 讨论

从以上分析可见，在三亚地区蝴蝶兰“火凤凰”光合速率日变化曲线为双峰曲线。在8：00am 因气温低，有效光合辐射也低，所以净光合速率也较低，随着太阳升起，光合辐射加强，温度也逐渐上升，胞间CO2不断富集，净光合率不断加快，在10：00am 时达到全天最大值，为2.97mol·m-2·s-1。12：00pm 时，因温度过高，酶的活性受其影响，同时植株气孔张开程度较大，促进了植物蒸腾作用，加快了植株水分流失速度，从而使植株净光合速率不断下降，出现了“光合午休”现象，净光合速率达到全天最低值为0.12mol·m-2·s-1。中午过后随着太阳高度的下降，气温缓慢下降，气孔张开程度和蒸腾速率逐渐变小，植株的净光合速率与之相反，逐渐开始加强，在14：00pm 出现了第2 个高峰，净光合速率为0.97mol·m-2·s-1。通过相关性分析可知，在三亚地区蝴蝶兰“火凤凰”品种的净光合速率主要受温度及胞间CO2浓度的影响。

三亚地处热带地区，全年气温较高，蝴蝶兰大多种植在密闭程度较好的温室内，阳光射入大棚内较难辐射出去，从而造成棚内温度高于棚外温度；而棚内过高的温度不利于植株的光合作用，同时密闭温室因空气不流通易造成CO2亏缺，导致室内CO2浓度明显低于室外，植株胞间CO2浓度也随之变小，对植株的光合作用有明显的抑制作用。因此提出以下建议，一是温室内温度过高时，应加盖外遮阴网，防止过量阳光射入室内造成温度高而影响植株的生长；二是采用通风设备，加强室内外空气流通，保证有充足的CO2为植株较高的光合效率创造良好的条件，以利于“火凤凰”生长开花，提高其开花质量和商品率。