不同程度荫蔽胁迫对苎麻光合特性的影响

赵思毅，黄承建*，肖万林，王龙昌

（1.四川省达州市农业科学研究所，四川达州，635000；2.四川达州职业技术学院，四川达州，635000；3.西南大学农学与生物科技学院，重庆北碚，400716）

不同程度荫蔽胁迫对苎麻光合特性的影响

赵思毅1，黄承建1*，肖万林2，王龙昌3

（1.四川省达州市农业科学研究所，四川达州，635000；2.四川达州职业技术学院，四川达州，635000；3.西南大学农学与生物科技学院，重庆北碚，400716）

以苎麻品种川苎12号为材料，采用大田试验，设置对照（自然光照）、45%荫蔽（55%自然光照）、70%荫蔽（30%自然光照）处理，研究了荫蔽胁迫6天、12天、18天对苎麻旺长期植株光合作用、光合色素合成的影响。结果表明，荫蔽胁迫显著降低了苎麻叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和水分利用效率（WUE），提高了胞间二氧化碳浓度（Ci）和Ci/Ca（Ca：外界二氧化碳浓度）的比值。随着荫蔽胁迫的加重，叶绿素（Chl a）、叶绿素（Chl b）、叶绿素总含量（Chl a＋b）、类胡萝卜素含量（Car）、以及Chl a＋b/Car增高，叶绿素a/b（Chl a/b）降低。总之，荫蔽胁迫下苎麻光合特性的变化是对荫蔽条件的适应，变化程度与胁迫程度及持续时间密切相关。在生产中，应采取措施避免苎麻遭受较重程度的荫蔽，确保苎麻正常生长。

苎麻；荫蔽胁迫；气体交换；叶绿素

Key Words：ramie；shade stress；gas exchange；chlorophyll

光照是决定作物生长和产量的关键因素，光照不足影响作物存活和生长［1］。由于气候变化和温室效应，作物常处于周期性的弱光或荫蔽条件下［2］。作物对环境的适应与其光合速率的变化直接或间接相关，光合速率的变化反过来又影响作物的生理生化过程，从而影响其生长和产量［3］。光是植物进行光合作用的关键能源，光照不足严重影响植物叶绿素合成和气体交换，从而影响植物的正常生长［4－7］。弱光下植物光合色素含量、叶绿素a/b值（Chl a/b）、叶绿素和类胡萝卜素比值（Chl a＋b/Car）呈现出复杂的变化趋势，因荫蔽程度和植物种类不同而不同［8－15］。弱光条件下植物光合速率的降低受气孔因素、非气孔因素以及光化学过程的限制［6，10，16］。

苎麻（Boehmeria nivea L.）又称中国草，是荨麻科多年生草本植物，因其高质量的纤维，苎麻成为中国主要的出口创汇作物之一。苎麻主要种植在长江流域的山区，这些区域光照变化较大，在夏季还存在季节性干旱并伴高温天气，严重影响到作物的生长及产量。而耐荫作物品种更能适应这种极端气候条件并保持生长［6］。本试验研究荫蔽胁迫对苎麻气体交换和和叶绿素合成的影响，为苎麻耐荫栽培提供科学依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验设计

大田试验于2012年6～8月在重庆市北碚区西南大学试验农场进行，前作为小麦。土壤有机质含量为19.36 g/kg，全氮1.10 g/kg，全磷0.29 g/kg，全钾24.11 g/kg，碱解氮200.50 mg/kg，有效磷19.41 mg/kg，速效钾171.40 mg/kg，pH 6.25。

试验地试验期间以及近10年（2002～2011年）的气象数据，包括温度（图1A）、降雨量（图1B）、日照时间（图1C）由重庆市气象科学研究院提供。

图1 2012年和近10年重庆市北碚区月平均温度（A）、降雨量（B）和日照时间（C）Fig.1 Monthly average air temperatures（A），rainfall（B）and sunshine hours（C）for 2012 years and the 10－year average at Beipei，Chongqing，China

试验材料为苎麻品种川苎12号，由达州市农业科学研究院提供。试验设3个处理：对照（自然光照）、45%荫蔽（55%自然光照）、70%荫蔽（30%自然光照）。大田试验，随机区组设计，小区面积3 m×6 m，3次重复。2012年6月3日，10 cm左右长势均匀的麻苗移栽到试验地里，每窝1株。栽植密度为42000株/hm2，行距60 cm，株距40 cm，每个小区5行。

苎麻苗进入旺长期时按设计荫蔽梯度进行遮光处理（移栽后40 d）。对45%、70%荫蔽处理，在荫蔽胁迫区域搭建方形的遮光架子，架子高2.3 m，遮光面积为3 m×6 m。采用透光率分别为55%（45%荫蔽处理）和30%（70%荫蔽处理）的两种遮阳网进行遮光，对照为自然光照；同时用LI－6400便携式光合作用测量系统（美国，Li－Cor公司）光量子传感器对遮阳网内苎麻冠层及遮阳网外的光照强度进行测定，确保达到相应程度的遮荫处理。

1.2 调查测定项目与方法

气体交换参数在荫蔽处理后的第16 d进行测定；光合色素的含量在荫蔽处理后的第6 d、12 d、18 d取样进行测定。

1.2.1 净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率、水分利用效率的测定和计算

在荫蔽胁迫的第16 d，参照刘飞虎的方法［17］，用LI－6400便携式光合作用测量系统（美国，Li－Cor公司），于8：30～12：00间测定苎麻植株顶部倒数第6～7叶的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和胞间CO2浓度（Ci）。每个重复各选15片有代表性的叶片进行测定。测定时光照强度为1002.3μmol·m－2·s－1，环境CO2浓度为360.79μmol·mol－1左右。

按以下公式计算水分利用效率（WUE）和Ci/Ca：

（1）WUE＝Pn/Tr

（2）Ci/Ca＝胞间CO2浓度（Ci）/CO2浓度（Ca），式中，Ca指大气CO2浓度。

1.2.2 光合色素含量的测定

叶绿素含量的测定参照Arnon的方法［18］，类胡萝卜素含量的测定参照Lichtenthaler and Wellburn的方法［19］.，分别于荫蔽处理后6 d、12 d、18 d取苎麻植株顶部倒数第6～7片新鲜叶片，去除叶脉后剪碎、混匀，每处理每重复称取0.1 g共3份，装入离心管中，加入提取液10 mL（丙酮：乙醇＝1：1），充分摇匀后避光保存48 h，直至叶片完全变白。用紫外光分光光度计在663 nm、652 nm、645 nm和470 nm波长下测定其吸光度，计算出叶绿素a（Chl a）、叶绿素b（Chl b）、叶绿素总含量（Chl a＋b）、类胡萝卜素含量（Car）。

式中D663、D652、D645、D470分别为相应波长下的光密度值，V为提取液的体积，W为叶片鲜重。

1.3 统计分析

数据采用Excel－2003处理，运用SPSS16.0软件进行方差分析和Newman-Keuls test进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 光合色素含量

荫蔽胁迫显著增加了苎麻叶片Chl a，Chl b，Chl a＋b和Car的含量，荫蔽程度越重，光合色素含量增加越多（图2A，2B，2C，2D）。随着胁迫时间的持续，45%荫蔽下Chl a和Chl b保持持续上升趋势，70%荫蔽下Chl a略微下降，Chl b继续大幅度上升（图2A，2B）；Chl a＋b和Car在中度和重度胁迫下均呈现先升后降的趋势（图2C，2D）。荫蔽胁迫降低了Chl a/b值，提高了Chl a＋b/Car值；随着胁迫时间的延长，Chl a/b呈先降后升的趋势，而Chl a＋b/Car则呈先升后降的趋势（图2E，2F）。

图2 不同程度荫蔽胁迫对苎麻叶绿素a（Chl a）（A），叶绿素a（Chl b）（B），叶绿素总含量（Chl a＋b）（C），类胡萝卜素（Car）（D），叶绿素a/b值（Chl a/b）（E）、叶绿素总含量与类胡萝卜素含量比值（Chl a＋b/Car）（F）的影响。FW：鲜重。Fig.2 Chlorophyll a（Chl a）（A），chlorophyll a（Chl b）（B），chlorophyll a＋b（Chl a＋b）（C），carotenoids（Car）（D），Chl a/b ratio（E）and Chl a＋b/Car ratio（F）in the leaves of ramie under varying shade conditions for 6 d，12 d and 18 d.FW：fresh weight.

2.2 干旱胁迫对苎麻气体交换的影响

由表1可知，荫蔽胁迫显著降低成了苎麻Pn、Gs。与对照（自然光照）相比，在45%和70%荫蔽胁迫下，Pn分别降低了20.78、32.05%，Gs分别降低了19.73、31.01%。Ci和Ci/Ca则随着胁迫程度的加重呈现持续上升趋势。45%荫蔽胁迫下Tr和WUE变化不明显，70%荫蔽胁迫下Tr显著增加，WUE显著降低。

表1 不同程度荫蔽胁迫对苎麻气体交换参数和水分利用效率的影响Tab.1 Alteration in gas exchange traits and water use ef ciency of ramie under varying shade conditions

3 讨论

研究认为，荫蔽胁迫下Pn和Gs降低是植物对弱光条件的响应，主要受气孔因素和非气孔因素限制［7，12，13，20］。本研究中，随着荫蔽程度的增加，苎麻叶片Pn和Gs持续降低，Ci和Ci/Ca持续升高，表明苎麻叶片Pn的降低受非气孔因素限制［21］。非气孔因素限制涉及叶绿体的结构、功能和叶绿素合成的变化［22］。弱光下植物叶片的厚度变薄，气孔的密度降低，气孔的面积发生变化［7，20］，叶肉细胞的结构发生改变，影响了光在叶片内的渗透和CO2在叶片内的扩散，从而影响叶片的光合效率［2，23］。叶绿体光合色素对光能的吸收起着重要作用，荫蔽条件下光合色素含量增加，有利于植物最大限度地吸收光能，提高光合速率［24－25］。本研究结果（图2A，2B，2C，2D）与这些结论一致。随着荫蔽胁迫时间的延长，Chl a＋b和Car呈先升后降趋势（图2C，2D），是对光照不足的一种适应。弱光下苎麻Chl b增加快于Chl a，Chl a/b降低；在重度胁迫下，随着胁迫时间的推移，Chl a先增后降，而Chl b持续上升（图2A，2B），表明弱光下叶绿素b含量的增加有助于利用散射光中占优势的较短波长的蓝紫光，遮荫愈重，Chl b愈高，Chl a/b愈低［26－27］。弱光下Chl a/b降低、Chl a＋b/Car升高是耐荫叶绿体的典型特征［13］。前人研究表明，Chl a＋b、Chl a/b、Chl a＋b/Car、Pn和Gs是判断植物耐荫性的重要指标［4，26，28－29］。本研究中，随着荫蔽胁迫的加重，苎麻Chl a、Chlb、Chl a＋b、Car和Chl a＋b/Car升高，Pn、Gs和Chl a/b降低，表明苎麻对弱光环境有一定适应能力。但是在较长时间的重度荫蔽胁迫下，苎麻Chl a、Chl a＋b、Car先增后降，净光合速率显著下降，表明苎麻不能忍受较重程度的荫蔽胁迫。生产中应尽量采取措施，如减少密度、与低矮作物间套作等措施来避免苎麻处于严重荫蔽的弱光环境。

长江流域是我国苎麻的主产区，每年可收获三次。6月至8月是苎麻生长的第二个关键季节，然而该区域存在季节性干旱并伴高温天气。这种极端天气引起包括苎麻在内的许多作物的极大损失。诸多研究表明，干旱条件下作物耐荫有利于作物的光合作用［6，30］。本试验过程中，弱光始终伴随干旱及高温天气（图1），在这种气候条件下，苎麻品种的耐荫性是取得产量的关键。因此，苎麻的耐荫能力是苎麻育种中应当考虑的重要指标［4］。当然，苎麻在干旱、高温及弱光混合气候条件下的生理机制应进行进一步的深入研究。

4 结论

荫蔽胁迫降低了苎麻的光合速率，提高了光合色素含量。苎麻对荫蔽条件在光合生理上具有适应性，这种适应与荫蔽胁迫的强度和持续时间密切相关。生产中应采取措施避免苎麻遭受较重程度的荫蔽胁迫。

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Effects of Varying Shade Levels on Photosynthetic Characteristics of Ram ie

ZHAO Siyi1，HUANG Chengjian1，XIAOWanlin2，WANG Longchang3
（1.Dazhou Institute of Agricultural Sciences，Sichuan 635000，China；
（2.Dazhou Institute of Vocational Technology，Sichuan 635000，China；
（3.College of Agronomy and Biotechnology，Southwest University，Chongqing 400716，China）

Light varies greatly both in time and space in themountainous area where ramie is cultivated in China，which affects ramie growth and fiber yield.In order to investigate the effects of shade stress on photosynthetic characteristics of ramie，the ramie cultivar Chuanzhu 12 was grown in fields and subjected to varying shade stress（i.e.100%，55%and 30%of sunlight，respectively）for6，12 and 18 days at vigorous vegetative growth stage.Then gas exchange traits and photosynthetic pigments were assessed.Results showed that net photosynthesis（Pn），stomatal conductance（Gs）and water use ef ciency（WUE）decreased substantially，while intercellular CO2（carbon dioxide）（Ci）and Ci/Ca（Ca：ambient CO2）changed conversely in response to shade stress.Moreover，chlorophyll a（Chl），Chl b，Chl a＋b，carotenoids（Car），and Chl a＋b/Car ratio increased while Chl a/b ratio decreased with aggravation of shade stress.All these results indicated acclimation responses of ramie to shade.Nonetheless，the effectswere closely related with the low light intensity and the duration of shade.Hence high levels of shade should be avoided for optimal growth of ramie.

S563.1

：A

1671－3532（2017）01－0019－06

2016－06－24

国家自然科学基金项目（31271673）

赵思毅（1966－），男，研究员，主要从事作物育种与栽培研究。E－mail：sdzsy811＠163.com

*通讯作者：黄承建（1968－），女，高级农艺师，博士，主要从事作物育种与栽培研究。E－mail：hcj268＠126.com