设施条件下不同熟性马铃薯光合特性差异研究

韩忠才，张胜利，于翠香，孙 静，李天亮，李彦军，徐 飞

(1.吉林省蔬菜花卉科学研究院，吉林 长春 130033； 2.吉林省农业科学院，吉林 长春 130033)

设施条件下不同熟性马铃薯光合特性差异研究

韩忠才1，张胜利1，于翠香2，孙 静1，李天亮1，李彦军1，徐 飞1

(1.吉林省蔬菜花卉科学研究院，吉林 长春 130033； 2.吉林省农业科学院，吉林 长春 130033)

通过设施条件下不同熟性马铃薯光合特性变化和生长发育状况，研究了马铃薯在设施条件下生长的适应性.结果表明：中熟品种春薯3号和晚熟品种东农310、冀2004-3-1、陇薯8号较其他品种在表型性状和光合特性上差异显著.在光合速率日变化方面，以陇薯8号为例，净光合速率日变化呈现“双峰”型曲线，最高值达12.56 μmol/(m2·s) (CO2)，且首次峰值比第2次峰值高出11.25%，在11：00左右有明显的“午休”现象.品种间气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率与净光合速率的变化在11：00前有一些差异，其余时间变化趋势接近一致.中熟品种春薯3号和晚熟品种东农310、冀2004-3-1、陇薯8号在雾培条件下生长好于其他品种.

设施；马铃薯；雾培；光合特性

植物光合作用是一个对外界环境变化非常敏感的生理过程，影响光合作用最直接的因子是光照和温度.研究表明，随着光照的减弱蝴蝶花叶片的净光合速率下降，呼吸消耗降低，以保证植株碳水化合物的正向积累，即出现弱光适应机制[1]；低温弱光条件下，辣椒叶片净光合速率降低，光合作用启动时间缩短[2].在花生苗期和月季生长季节不同程度的遮光处理，叶肉细胞光合活性下降，显著降低叶片的光合速率、气孔导度等光合指标.[3]对油桐光合特性日变化的研究发现，影响油桐净光合速率的指标中，蒸腾速率>胞间CO2浓度>气孔导度.

光合作用是叶片利用CO2和H2O合成有机物的过程，是生物量积累的过程，也是马铃薯块茎积累的过程.[4]光合作用在马铃薯的生长发育过程中起着重要的作用，叶片的光合参数能直接或间接反映叶片以及植株的生长发育状况.通过对马铃薯叶片光合特性的测定，研究不同栽培措施、不同品种等条件下光合参数的变化规律，总结光合作用对马铃薯有机物积累的贡献，对提高马铃薯产量具有重要意义.

马铃薯是在田间自然条件生产的作物，但是马铃薯原原种生产需要在相对封闭且有防虫纱网的大棚或日光温室内进行.马铃薯原原种生产主要是以基质栽培为主，也有少数企业和科研单位利用气雾法生产原种.基质栽培的缺点是基质需要定期更换或是消毒，造成人力、物力和财力的消耗，使生产成本增加，气雾法恰恰可以避免这种缺点.气雾栽培是在日光温室内进行的，可以全年栽培种值.本试验研究了不同熟性的马铃薯品种在设施条件下光合特性的变化情况，旨在筛选出适合设施条件下气雾栽培的马铃薯品种.

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为布尔斑克、藏薯1号、春薯3号、东农310、HY-1、冀2004-3-1、冀2004-3-8、陇薯8号、陇薯11号和费乌瑞它，共10个品种.各品种熟性不同、育成区域不同.

1.2 试验方法

1.2.1 栽培方法

试验在气雾栽培条件下进行，以不同熟性品种设计处理，共3个处理，每个处理76株，定植于气雾栽培箱上，3次重复.处理1：费乌瑞它、HY-1；处理2：春薯3号、布尔斑克；处理3：藏薯1号、东农310、冀2004-3-1、冀2004-3-8、陇薯8号和陇薯11号.所有处理的日常栽培管理相同，营养液为改良后的MS培养液.

1.2.2 测定方法

(1) 植物学性状的测定.在块茎形成期进行株高、茎粗、叶和匍匐茎等指标的测量，株高和匍匐茎使用米尺测量，叶和茎粗使用数显游标卡尺进行测量，数值精确到小数点后1位.

(2) 光合特性的测量.在块茎形成期上午10：00开始测量蒸腾速率和净光合速率等光合指标；光合日变化选取1个不同熟性的代表品种进行测量，测量从7：00持续到17：00，每间隔2 h测量1次.

2 结果与分析

2.1 不同品种马铃薯植物学性状表现

马铃薯在株高方面因熟性不同表现不一样，多数情况下，晚熟品种要高于早熟品种，尤其杂交实生苗表现最为突出[5].因气雾栽培是在日光温室内进行，马铃薯生长特性与田间相比差异较大.从图1可以看出，早熟品种费乌瑞它和HY-1、中熟品种布尔斑克的株高均高于晚熟所有品种.在茎粗、叶长和叶宽、匍匐茎上各品种差异不明显.从植物学性状方面可以反映出马铃薯对某一种栽培方式的适应性.从图1和图2综合性状来看，费乌瑞它、布尔斑克和陇薯11号有徒长的倾向，而春薯3号、东农310、冀2004-3-1和陇薯8号生长状态良好.

图1 不同品种株高的变化

图2 不同品种表型性状变化

2.2 不同品种马铃薯净光合速率及相关参数的变化

光合能力是马铃薯产量和品质形成的基础.光合速率越高，在光合作用中吸收的CO2越多，制造的碳水化合物就越多，产量越高.细胞间CO2浓度、气孔导度是衡量光合作用能力的数据，当叶肉细胞中有充足的CO2的时候，光合速率也会增大.[6]从表1可以看出，各品种细胞间CO2浓度越大，净光合速率越高，二者呈正相关，春薯3号、东农310、冀2004-3-1、陇薯8号较其他品种差异显著.

一般来说，蒸腾作用受气孔阻力等因素的影响，在一定的范围内，气孔导度越大，蒸腾速率越高，但是超出了一定的范围，两者则呈负相关关系.[7]从表1可以看出，气孔导度在0.5 mol/(m2·s)(H2O)以内与蒸腾速率成正相关，超过这一临界值则变成负相关，这一点与前人的研究结果一致.

光合速率高的品种，蒸腾速率也较高，两者呈正相关，因此提高要马铃薯产量，必须有足够的水分供其蒸腾消耗.综合表1的光合特性各相关参数，在气孔导度0.5 mol/(m2·s)(H2O)以内，马铃薯叶片气孔间开度越大，植株蒸腾速率越快，马铃薯的可利用净光合速率就越高，光合能力也越强，胞间CO2浓度达到最高值.费乌瑞它、布尔斑克和陇薯11号株高明显高于其他品种，出现徒长倾向，气孔导度也明显超过0.5 mol/(m2·s)(H2O)致使光合能力下降，光合作用较弱.

表1 不同品种马铃薯净光合速率及相关参数的变化

图3不同熟性马铃薯净光合速率及相关参数日变化

2.3 不同品种马铃薯净光合速率及相关参数日变化

从图3可以看出，各品种马铃薯的净光合速率日变化趋势均呈现“双峰”型曲线，峰值分别在9：00左右和13：00左右出现.以陇薯8号为例，净光合速率最高值达12.56 μmol/(m2·s) (CO2)，且首次峰值比第2次峰值高出11.25%，在11：00左右的时候有明显的“午休”现象.气孔导度与净光合速率的变化趋势一致，呈现“双峰”型曲线，且同时在9：00左右和13：00左右出现峰值，说明气孔导度影响气体交换和光合作用.蒸腾速率在11：00前与净光合速率呈负相关，在11：00出现峰值，此后变化趋势接近一致.在干热的中午，叶片蒸腾失水加剧，水分亏缺，植物的失水大于吸水，引起气孔导度降低甚至叶片萎蔫，使叶片对CO2吸收减少.[8]午间高温、强光、CO2浓度降低也会产生光抑制，光呼吸增强，这些都会导致光合速率下降

综合各性状来看雾培条件下对于光合作用的利用陇薯8号>春薯3号>费乌瑞它.

3 小结

光是影响植物生长发育和分布的重要环境因子之一.复杂多变的环境，促使植物生理上产生相应的改变加以适应，光合作用是植物生长所需能量的主要来源和物质生产的基础，而光合能力的大小是衡量植物适应生境能力的重要指标.本文的研究表明，不同熟性的马铃薯在设施条件下表型性状和光合特性具有差别.基因型不同的马铃薯品种对外界环境反应有一定的差异，在表型性状方面春薯3号、东农310、2004-3-1和陇薯8号生长状态良好.综合分析来看，中熟品种春薯3号和晚熟品种东农310、2004-3-1、陇薯8号与其他品种相比光合特性差异显著，植株生长状态也良好.费乌瑞它、布尔斑克和陇薯11号植株明显高于其他品种，出现徒长倾向，气孔导度也明显超过0.5 mol/(m2·s)(H2O)这一临界值，致使光合能力下降，光能利用率低，对后期的产量也会有影响.

[1] 蔡仕珍，李西，潘远智，等.不同光照对蝴蝶花光合特性及生长发育的影响[J].草业学报，2013，22(2)：4264-4272.

[2] 张志刚，尚庆茂.低温、弱光及盐胁迫下辣椒叶片的光合特性[J].中国农业科学，2010，43(1)：123-131.

[3] 张昆，万勇善，刘风珍.苗期弱光对花生光合特性的影响[J].中国农业科学，2010，43(1)：65-71.

[4] 李合生.现代植物生理学[M].北京：高等教育出版社，2002：84-144.

[5] 孙慧生.马铃薯育种学[M].北京：中国农业出版社，2003：45-78.

[6] 张勇，程怡，王清明，等.遮阴对月季光合特性及生长发育的影响[J].西北植物学报，2014，34(1)：162-168.

[7] 靳忠英，彭正松，李育明，等.半夏的光合特性[J].作物学报，2006，32(10)：1542-1548.

[8] 李泽，谭晓风，袁军，等.4个油桐品种光合特性的日变化研究[J].中国农学通报，2013，29(25)：12-15.

(责任编辑：方林)

Thedifferenceofphotosyntheticcharacteristicsofdifferentmaturedpotatounderfacility

HAN Zhong-cai1，ZHANG Sheng-li1，YU Cui-xiang2，SUN Jing1，LI Tian-liang1，LI Yan-jun1，XU Fei1

(1.Academy of Vegetable and Flower Sciences of Jilin Province，Changchun 130033，China； 2.Jilin Academy of Agricultural Sciences，Changchun 130033，China)

The experiment explored that changes of photosynthetic characteristics and growth of different matured potatoes under the facilities，in order to determine the adaptability of potato under the condition of facility.The results showed：middle matured potato varieties ‘Zhongshu No3 and late matured potato varieties ‘Dongnong 310’，‘Ji2004-3-1’，‘Longshu No8’ were significantly different than other varieties on phenotypic traits and photosynthetic characteristics.On daily changes of photosynthesis characteristics，for example ‘Longshu No8’，net photosynthetic rate changed as bimodal peak curve，the maximum value of 12.56 μmol/(m2·s) (CO2)，and the second peak was higher 11.25% than the first peak，at around 11：00 obvious “midday depression”.Stomatal conductance，CO2concentration intercellular，transpiration rate and net photosynthetic rate of change there were some differences in 11：00 before the rest of the time trends in close agreement.Comprehensive test obtained，middle matured potato varieties ‘Zhongshu No3 and late matured potato varieties ‘Dongnong 310’，‘Ji 2004-3-1’，‘Longshu No8’ were suitable for producted minitube in aeroponics conditions.

facilities；potato；aeroponics；photosynthetic characteristic

1000-1832(2017)03-0112-04

10.16163/j.cnki.22-1123/n.2017.03.023

2016-09-18

国家现代农业产业技术体系资助项目(CARS-10-ES06)；吉林省马铃薯产业技术体系资助项目(2015015)；吉林省科技引导计划项目(20160412014XH).

韩忠才(1981—)，男，硕士，助理研究员，主要从事马铃薯遗传育种和种薯繁育研究；通讯作者：徐飞(1978—)，女，副研究员，主要从事马铃薯病害检测及种薯繁育研究.

S 532 [学科代码] 210·30

A