兩種葉型楠木葉片表觀特征及光合特性的比較分析

吳小林，姚月華，方 霞，蔣仲龍，楊平昆，張茂付，童再康

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兩種葉型楠木葉片表觀特征及光合特性的比較分析

吳小林1，姚月華2，方 霞3，蔣仲龍4，楊平昆1，張茂付1，童再康3

（1. 浙江省慶元縣實驗林場，浙江 慶元 323800；2. 浙江省慶元縣林業(yè)局，浙江 慶元 323800；3. 浙江農(nóng)林大學(xué) 亞熱帶森林培育國家重點(diǎn)實驗室，浙江 杭州 311300；4. 浙江省林業(yè)廳，浙江 杭州 310020）

為研究大葉楠木f.和小葉楠木f.兩種葉型楠木幼樹葉片表觀特性和光合特性差異及其影響因子，本文以2年生兩種葉型的楠木為研究對象，測定葉片形態(tài)指標(biāo)和夏季光合特性參數(shù)，分析影響凈光合速率的相關(guān)因子。結(jié)果表明：（1）兩種葉型楠木的葉面積、葉片長、葉片寬和葉脈數(shù)存在顯著差異（<0.05），不同冠層的葉片也存在顯著差異；（2）大葉楠木的凈光合速率顯著高于小葉楠木，由多元逐步回歸分析與通徑分析顯示，影響大葉楠木凈光合速率的主要因子是氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、葉片水分虧壓、葉溫和蒸騰速率5個因子，其中氣孔導(dǎo)度起決定作用。而影響小葉楠木凈光合速率是葉片水分虧壓、空氣相對濕度、大氣二氧化碳濃度、蒸騰速率和胞間CO2濃度5個因子，且葉片水分虧壓對凈光合速率影響最大。兩種葉型楠木幼樹在夏季需要適當(dāng)遮蔭和充足的水分供應(yīng)，以增加光合速率與有機(jī)物積累量。

楠木；葉型；表觀特性；光合特性；凈光合速率

光合作用是植物生長和代謝活動的生理基礎(chǔ)[1-2]。同一物種不同類型間、品種間的光合效率存在顯著差異，鄭彩霞等研究2年生盆栽胡楊鋸齒卵圓形、卵圓形和披針形多形葉的形態(tài)、解剖和光合特性，葉片在發(fā)育過程中為適應(yīng)干旱荒漠的生態(tài)環(huán)境發(fā)生變異[3]。王海珍等研究新疆塔里木河上游人工林胡楊條形、卵形和鋸齒闊卵形葉，比較其光合作用-光與CO2響應(yīng)及葉綠素?zé)晒忭憫?yīng)特征[4]。褚延廣等測定108個歐洲黑楊無性系的氣體交換參數(shù)、葉綠素?zé)晒饧吧L參數(shù)[5]。黃紅英等研究了貴州和海南兩種生態(tài)型麻瘋樹L夏天氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)[6]。前人研究發(fā)現(xiàn)同一物種不同類型間的光合效率與自然生境和品種密切相關(guān)，但夏季同一物種不同類型間的凈光合速率日變化均呈雙峰曲線，出現(xiàn)了光午休現(xiàn)象，如紅砂Linn[7]，薔薇[8]，梨spp[9]，葡萄[10]和天山雪蓮[11]等植物。葉片是植物光合作用的主要器官，影響樹木生長量和有機(jī)物積累量[12-13]。因此研究同一物種不同葉型的的葉表觀特征與光合特性，對于選育高光效植物品系具有重要意義。

楠木屬于樟科Lauraceae楠屬常綠大喬木，樹干通直，樹姿優(yōu)美，材性優(yōu)良，木材紋理順直，耐腐防蛀，是木結(jié)構(gòu)建筑的最佳用材樹種，是制作高級家具的上等用材，也被廣泛運(yùn)用于綠化景觀營造。楠木的研究主要集中在抗逆性、群落特性和光合特性等方面。Akash Tariq等研究指出在干旱脅迫下施加磷肥可以提高楠木幼苗的抗旱性[14]。Hu Y等發(fā)現(xiàn)楠木幼樹在輕度和中度干旱脅迫后，復(fù)水能恢復(fù)[15]。李高志等發(fā)現(xiàn)在低溫脅迫下1年生大葉楠木苗的抗寒能力強(qiáng)于小葉楠木[16]；宗衛(wèi)等發(fā)現(xiàn)自然低溫下水楊酸（1 mmol·L-1）處理可以提高1年生閩楠和楠木幼苗植株的耐寒性[17]。Gao J等利用AFLP分子標(biāo)記技術(shù)研究中國6個省份楠木種群結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性[18]。王茹等研究不同光環(huán)境下楠木葉綠素?zé)晒馓匦訹19]。胡婧楠等研究2年生楠木和華東楠光合生理特性[20]，殷國蘭等研究1年生樟，楠木和紅椿的光合生理特性[21]。然而，有關(guān)楠木種內(nèi)變異及其光合性能差異等方面的研究還未見報道。本項研究以來自相同產(chǎn)地的2年生大葉楠木和小葉楠木兩種葉型楠木為研究對象，測定葉表觀特性和光合速率日變化，探尋兩種葉型楠木的葉片及其光合特性差異，為楠木的栽培和優(yōu)良品系選育提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設(shè)于浙江省慶元縣實驗林場，地理坐標(biāo)118°50′ ~ 119°30′ E，27°15′ ~ 27°51′ N，屬亞熱帶季風(fēng)區(qū)，溫暖濕潤，四季分明，年平均氣溫17.4℃，年降水量1 760 mm，無霜期245 d。

1.2 試驗材料

大葉楠木和小葉楠木的試驗種子采自四川省雅安滎經(jīng)縣，種子于2015年1月育苗，基質(zhì)為黃土:樹皮:谷殼：珍珠巖=4:3:2:1，基質(zhì)中加施緩釋肥3 kg·m-3，自動灌溉水分管理，幼苗階段適時遮蔭50%。試驗材料為2 年生容器苗，試驗隨機(jī)選取大葉楠木和小葉楠木各100株。

1.3 研究方法

1.3.1 葉表觀特性測定 將楠木植株分為上中下3層，各層均選取同一部位的3片葉用于測定形態(tài)指標(biāo)。隨機(jī)選取100株取葉樣，取樣葉片連帶葉柄。用葉面積掃描儀YMJ-B掃描獲得葉片長、葉片寬、葉面積和長寬比等指標(biāo)。用游標(biāo)卡尺測量葉柄長，計數(shù)葉脈數(shù)，測定苗高、地徑。

1.3.2 氣體交換參數(shù)日變化測定 于2017年7月，選擇晴朗天氣，采用Li-6400便攜式光合測定系統(tǒng)，選取生長良好植株的冠層中上部正常葉片，無遮光，讓其處于自然生長狀態(tài)，從8:00－18:00，每隔2 h測定1次，各選取6株，每株測定3片葉。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和表格制作，SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差和相關(guān)性分析，采用Graghpad Prism 5繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種葉型楠木的葉表觀特征

經(jīng)單因素方差分析，發(fā)現(xiàn)2年生同種葉型楠木不同層次間的葉面積、長度、寬度和長寬比、葉柄長和葉脈數(shù)均存在顯著差異（<0.05)（見表1）。楠木以中層葉片均值最大（1 869.39±584.62 mm2），是下層葉片（1 269.52±329.69 mm2）的1.47倍；而小葉楠木則以上層葉片最大（1 576.00±284.54 mm2），是下層葉片（698.15±178.53 mm2）的2.26倍。同一層葉片兩種葉型楠木相差168.04 ~ 571.37 mm2，可見兩種葉型楠木的各層葉片大小均有明顯差異。同時，大葉楠木的葉長、葉寬以及葉脈數(shù)均明顯高于小葉楠木。

表1 兩種葉型楠木葉片表型均值

注：數(shù)據(jù)以均值標(biāo)準(zhǔn)差表示，同列不同字母表示差異顯著（<0.05）。

2.2 兩種葉型楠木葉表型性狀方差分析

兩種葉型楠木表型性狀方差分析結(jié)果列于表2?？梢?，葉面積、葉脈數(shù)量與葉柄長度3個性狀兩種類型間、葉片著生部位間以及二者的交互作用均具有極顯著（<0.01）的差異。可以認(rèn)為，生長在同一區(qū)域大葉楠木和小葉楠木在葉片表觀性狀上具有極顯著（<0.01）的差異，可以區(qū)分兩種類型。另外，同一葉型的楠木的不同著生位置的葉面積、葉柄長和葉脈數(shù)也具有不同，結(jié)合表1可以看出，葉片大小差異最為顯著，葉脈數(shù)量與葉柄長度相對差異較小。分層測定葉片表型性狀進(jìn)行類型間的比較具有科學(xué)性。

表2 兩種葉型楠木葉片表觀特征性狀方差分析

Table 2 ANOVA on phenotypic properties of leaves between two species

表3 同一種楠木的不同層次間的葉片表型指標(biāo)方差分析

Table 3 ANOVA on phenotypic properties of leaves at different layers of the same species

同一種楠木不同層次間的葉片表型指標(biāo)方差分析結(jié)果列于表3。大葉楠木和小葉楠木不同層次間的葉面積、葉片長、葉片寬、長寬比、葉柄長和葉脈數(shù)均具有極顯著（<0.01）的差異。

2.3 葉片表型特征相關(guān)分析

經(jīng)相關(guān)分析知（表4），兩種葉型楠木的葉面積、葉片長、葉片寬、葉柄長和葉脈數(shù)4個性狀間存在極顯著（<0.01）正相關(guān)，即葉柄長度與葉脈數(shù)量均與葉片大小成正比，而且葉片長度與寬度也成正比。說明兩種類型楠木的葉片很均勻，主要表現(xiàn)在葉片的大小及厚薄差異上（小葉楠木葉片明顯薄）。

表4 兩種葉型楠木葉片表型指標(biāo)相關(guān)分析

Table 4 Correlation analysis on leaf phenotypic properties of two species

2.4 兩種葉型楠木的光合作用參數(shù)比較

表5列出了兩種葉型楠木的5個光合參數(shù)均值?？梢?，大葉楠木的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和光能利用效率顯著性高于小葉楠木，其中大葉楠木的凈光合速率是小葉楠木1.58倍，氣孔導(dǎo)度（0.059 mol·m-2·s-1）也遠(yuǎn)大于小葉楠木（0.036 mol·m-2·s-1），光能利用率是小葉楠木的3倍；大葉楠木的蒸騰速率和胞間二氧化碳濃度略高于小葉楠木，但差異不顯著（>0.05）。

表5 兩種葉型楠木的光合作用參數(shù)

Table 5 Photosyntheticparameters of two species

注：數(shù)據(jù)以均值標(biāo)準(zhǔn)差表示，同列不同小寫字母表示差異顯著（<0.05）。

2.5 光合速率的影響因子分析

為定量分析影響楠木凈光合速率Pn的因素，采用多元逐步回歸建立模型，以環(huán)境因子光合有效輻射PAR（1）、大氣CO2濃度Ca（2）、葉溫Tl（3）、大氣溫度Ta（4）、空氣相對濕度RH（5）和光合作用其它參數(shù)如氣孔導(dǎo)度（6）、胞間CO2濃度（7）、蒸騰速率（8）、水分利用效率（9）、葉片水分虧壓（10）與凈光合速率（）進(jìn)行多元逐步回歸。

大葉楠木的多元逐步回歸方程：

該模型篩選出氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、葉片水分虧缺、葉溫和蒸騰速率5個顯著的影響因子，說明大葉楠木的凈光合速率主要受這5個因子的影響。為了進(jìn)一步確定各影響因素的作用大小，進(jìn)行通徑分析（表6）。從直接作用絕對值看，在夏季晴天，各因子對凈光合速率的影響順序為：氣孔導(dǎo)度>葉溫>蒸騰速率>葉片水分虧壓>胞間CO2濃度，即氣孔導(dǎo)度對凈光合速率起決定性作用。

小葉楠木的多元逐步回歸方程為：

該模型篩選出大氣CO2濃度、蒸騰速率、胞間CO2濃度、葉片水壓虧缺和空氣相對濕度5個顯著的影響因子，說明夏季小葉楠木的凈光合速率主要受這5個因子的影響。為了進(jìn)一步確定各影響因子的作用大小，進(jìn)行通徑分析（表7）。從直接作用絕對值看，在夏季，各因子對凈光合速率的影響順序為：葉片水分虧壓>空氣相對濕度>大氣CO2濃度>蒸騰速率>胞間CO2濃度。即葉片水分虧壓是小葉楠木凈光合速率的的決定性因子。

表6 大葉楠木的凈光合速率與影響因子的通徑系數(shù)分析

表7 小葉楠木的凈光合速率日變化與影響因子的通徑系數(shù)分析

3 結(jié)論與討論

楠木種內(nèi)有大葉、小葉二種葉型，二者葉片大小、葉片厚薄、葉脈數(shù)量以及葉柄長度均存在顯著差異，且同一葉型的植株上、中、下三個部位間葉片性狀間也存在顯著差異，尤其是葉片大小，這是植物器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征是與其生理功能及生長環(huán)境相適應(yīng)的反映。器官結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)變化必然影響到生理生態(tài)功能的變化[22]。葉片作為暴露在環(huán)境中面積最大的器官，對環(huán)境十分敏感[23]。在長期對外界生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)中，葉片在形態(tài)結(jié)構(gòu)上的變異性和可塑性是較大的[24]。楠木兩種類型葉片的穩(wěn)定變異造就了能適應(yīng)不同環(huán)境的兩種類型。

植物光合速率日變化及其影響因素一直是植物光合作用研究的重點(diǎn)。由多元逐步回歸分析及其通徑分析得到，在高溫夏季，大葉楠木的凈光合速率主要受氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、葉片水分虧壓、葉溫和蒸騰速率等5個因子的影響，起主要作用的是氣孔導(dǎo)度。該結(jié)果與吳林瑛等在夏季對光皮樺的研究結(jié)果基本一致[27]。而小葉楠木主要受葉片水分虧壓、空氣相對濕度、大氣二氧化碳濃度、蒸騰速率和胞間CO2濃度等5個因子影響，且葉片水分虧壓對小葉楠木的凈光合速率影響最大。郎校安等發(fā)現(xiàn)蒸騰速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度對紅花深山含笑的凈光合速率影響最大，而光合有效輻射、空氣相對濕度、大氣二氧化碳濃等環(huán)境因子對凈光合速率的影響次之[26]。郭連金等研究認(rèn)為兩年生香果樹實生苗的凈光合速率與光合有效輻射和氣孔導(dǎo)度呈顯著正相關(guān)[27]。王國霞等研究認(rèn)為泡桐的光合速率隨天氣條件、環(huán)境條件、樹體發(fā)育期的不同而變化[28]?？梢?，因測定光合參數(shù)的環(huán)境條件、測定植株大小等不同，其對光合速率影響顯著的因素也有差異。兩種葉型楠木的凈光合速率顯著差異及其不同的影響因子與其葉片特性相關(guān)，小葉楠木葉片薄，在高溫夏季易失水，葉片水分因子成為最重要的限制因素。

光合作用影響著有機(jī)物的積累量，與其生長量呈顯著相關(guān)，兩種葉型楠木因葉表觀特征的差異，對環(huán)境的敏感性不同，通過解析影響凈光合速率的主要因素，對于不同類型楠木種苗培育及其栽培具有重要作用。在高溫夏季，培育楠木種苗應(yīng)適當(dāng)遮陰，提供充足的水分，以提高其光合速率和有機(jī)物的積累量，尤其是小葉楠木該項措施更為重要。同時，楨楠人工栽培也需在幼年期適度遮陰，可以與光皮樺等落葉樹種進(jìn)行混交以實現(xiàn)遮陰目的。

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Phenotypic and Photosynthetic Properties of Leaves in

WU Xiao-lin1，YAO Yue-hua2，F(xiàn)ANG Xia3，JIANG Zhong-long4，YANG Ping-kun1，ZHANG Mao-fu1，TONG Zai-kang3

（1. Qingyuan Experimental Forest Farm of Zhejiang, Qingyuan 323800 , China; 2. Qingyuan Forestry Bureau of Zhejiang, Qingyuan 323800 , China; 3.The State Key Laboratory of Subtropical Silviculture, Zhejiang A & F University, Hangzhou 311300, China; 4. Zhejiang Provincial Department of Forestry, Hangzhou 310020, China）

Determinations were conducted on leaf morphology and photosynthetic properties of 2-year containerf.andfseedling in 2017 in Qingyuan, Zhejiang province. It was revealed that there was significant difference between two species and even among different layers in leaf area, leaf length, leaf width, and vein number. Net photosynthetic rate off.was significantly higher than that off. Multiple stepwise regression analysis and path analysis showed that net photosynthetic rate off.was mainly influenced by stomatal conductance, intercellular CO2concentration, leaf vapor pressure deficit, leaf temperature and transpiration rate, especially stomatal conductance. While net photosynthetic rate offwas by leaf vapor pressure deficit, relative air humidity, atmospheric CO2concentration, transpiration rate and intercellular CO2concentration, especially leaf vapor pressure deficit. The experiment resulted that young trees of tested species should be shaded and have sufficient water supply in the summer.

; apparent characteristics; photosynthetic property; net photosynthetic rate

10.3969/j.issn.1001-3776.2018.03.005

S792.24

A

1001-3776（2018）03-0030-06

2018-01-09；

2018-04-15

寧波市農(nóng)業(yè)重大（重點(diǎn)）項目（2012C10013）；浙江省省院合作林業(yè)科技項（2017SY19）；浙江省農(nóng)業(yè)(林木)新品種選育重大科技專項（2016C02056-2）

吳小林，工程師，從事珍貴樹種培育相關(guān)工作；E-mail：2925622496@qq.com。

童再康，博士，教授，從事珍貴樹種遺傳育種等研究工作；E-mail：zktong@zafu.edu.cn。