不同马铃薯品种(系)在不同生态条件种植的光合特性差异分析

张贵合，张光海，郭华春

(云南农业大学 农学与生物技术学院 薯类作物研究所，云南 昆明 650201)

不同马铃薯品种(系)在不同生态条件种植的光合特性差异分析

张贵合，张光海，郭华春*

(云南农业大学 农学与生物技术学院 薯类作物研究所，云南 昆明 650201)

【目的】研究不同生态条件下5个马铃薯品种(系)的光合特性，以筛选出高光效的品种(系)。【方法】利用LI-6400XT便携式光合仪测定系统测定5个马铃薯品种(系)在不同生态条件种植的光合参数。【结果】在相同生态条件下，5个马铃薯品种(系)间的光合性状存在明显差异；在不同生态条件下，相同马铃薯品种(系)的光合特性也存在较大差异。滇薯701相对其它品种(系)在弱光下具有较高的净光合速率；青薯9号具有较高的表观量子效率、最大净光合效率、较低的光补偿点和暗呼吸速率适合昆明和大理地区推广种植；5个不同马铃薯品种(系)在寡日照条件下其表观量子效率、最大净光合速率、饱和光强均降低，暗呼吸速率、光补偿点没有较明显的变化。【结论】青薯9号和滇薯701为高光效的品种。

马铃薯；不同品种(系)；不同生态；光合特性

【研究意义】植物光合作用是植物叶片利用CO2和H2O合成有机物的过程，是生物积累量的过程。马铃薯作为高产作物，经济产品器官不需要经过开花、受精、结实等过程直接由光合产物转化而来，具有物质转化的直接性[1-2]。马铃薯块茎中的干物质含量的95 %以上来自光合作用的积累，因此增强光合作用是提高其块茎产量和品质的基础[3-4]。【前人研究进展】马铃薯苗期光照不足，严重影响光合作用，导致块茎干物质含量和品质下降，因此研究光合特性对弄清产量形成关系密切[5]。马铃薯的光合速率反映了马铃薯光合作用的强弱[6]。故而多数研究以光合日变化以及光合速率为主[7-13]，而不同品种马铃薯光合特性及同一品种在不同生态环境下光合特性差异的研究较少[14-17],但是仍有研究认为不同季节其光合速率日变化也不同[18]。【本研究的切入点】本研究依托云南独特的地理位置和多样化的生态条件进行比较试验，测定不同生态区域相同品种(系)以及同意生态区域不同品种(系)的光和参数变化情况。【拟解决的关键问题】初步探索光合特性与种植季节的关系，为后续马铃薯高光效育种提供理论依据[19-20]。

1 材料与方法

1.1 试验时间与地点

云南农业大学后山农场地处滇东北、滇西北高原生态区。年均温度11～13 ℃，最热月均温18～21 ℃，最冷月均温1～6 ℃，全年≥10 ℃的活动积温为2000～4000 ℃，适宜大春种植马铃薯[21]。实验于2014年3-7月在该地区进行春作试验。

大理市喜洲镇积善邑村属于滇中山地生态区，属中、北亚热带气候，海拔1600～2000 m，四季如春，干、湿季节分明。年均气温为15 ℃左右，冬无严寒，1月最低温度在8～9 ℃；夏无酷暑，最热月均温不超过22 ℃，有霜日数不超过30 d，年≥10 ℃活动积温达4000～5000 ℃[21]。实验于2015年1-6月在该地区进行早春作试验。

1.2 试验材料

试验品种(系)：合作88、P8、N8、滇薯701、青薯9号。

1.3 试验方法

采用美国拉哥公司LI-6400 便携式光合测定系统进行各项光合指标的测定。在盛花期选择晴天测量植株倒四叶的顶小叶。光响应曲线采用红蓝光源叶室，数据测量在早上8:00-11:30，测定前先对测定叶片用最大光强和25 ℃条件下诱导30 min[22]。

光响应曲线测量时CO2浓度控制在400×10-6，叶室温度控制为25 ℃，CO2响应曲线测量时光强设置为1600 μmol/m2·s，叶室温度控制在25 ℃。

1.4 数据处理

光响应曲线使用直角双曲线修正模型进行拟合[23]，数据分析软件SPSS19.0。

2 结果与分析

2.1 同一品种在不同生态环境种植的光响应曲线的差异

从图1可以看出，5个品种(系)光响应曲线均有不同程度的变化：其中滇薯701、P8和N8出现比较明显相同规律的变化，即相同光照强度条件下大理试验点净光合速率高于昆明试验点；青薯9号在光照强度低于800 μmol/m2·s时2个地点的净光合速率基本相同，在高强度光照条件下昆明试验点略高于大理试验点；合作88在光照强度低于1000 μmol/m2·s时大理试验点的净光合速率低于昆明试验点，高强度光照条件下出现逆转，即合作88在较高光照强度条件下大理试验点比昆明试验点净光合速率要高。显示不同生态环境对马铃薯的的光合作用会产生较强影响。大理试验点的生态环境更加适宜马铃薯的光合作用，合作88和青薯9号有较强的环境适应性，在不同生态环境下均能表现出较强光合作用。

2.2 不同品种(系)在同一生态环境种植的光响应曲线的的差异

从图2看出，5个品种(系)在同一生态条件下曲线变化比较明显。大理试验点，当光照强度为500 μmol/m2·s左右时5个品种(系)净光合速率基本相同，当光照强度低于或高于500 μmol/m2·s时不同品种(系)的光响应曲线出现分离。光照强度低于500 μmol/m2·s时同一光照强度净光合速率大小依次为滇薯701gt;青薯9号gt;N8gt;P8gt;合作88，当光照强度高于500 μmol/m2·s时同一光照强度净光合速率大小依次为合作88gt;N8gt;青薯9号gt;P8gt;滇薯701。昆明试验点，整个光照强度在调节的范围内变化差异不明显。同一光照强度，净光合速率大小依次为合作88gt;青薯9号gt;N8gt;P8gt;滇薯701，仅在光照强度大于200 μmol/m2·s时P8gt;N8，与大理试验点光照强度低于500 μmol/m2·s时变化规律一致。说明低光照强度下，2个生态地点净光合速率大小规律一致。滇薯701在低光照强度下表现出较强光合作用能力，适宜弱光照地区种植；合作88和青薯9号在强光照条件下均有较高的净光合速率。

2.3 同一品种(系)在不同生态环境种植的光合参数变化

从图3得出，5个品种(系)大理试验点的表观量子效率和饱和光强均高于昆明试验点；最大净光合速率除青薯9号差异不明显，同样大理试验点高于昆明试验点；光补偿点和暗呼吸速率青薯9号差异不明显，滇薯701昆明试验点高于大理试验点，合作88、P8、N8大理试验点高于昆明试验点。

2.4 不同品种(系)在同一生态环境种植的光合参数变化

对同一生态环境下5个马铃薯品种(系)的光合参数进行比较。大理试验点标记为DL,昆明试验点标记为KM。由图4看出,最大净光合速率昆明试验点依次为合作88gt;青薯9号gt;P8gt;N8gt;滇薯701，大理试验点为合作88gt;青薯9号gt;N8gt;P8gt;

图1 相同品种(系)自不同生态条件下的光响应曲线Fig.1 Photoresponse curve of identical potato varieties (lines) in different ecological condition

滇薯701，与昆明试验点相比，除N8和P8互换外，其余最大净光合速率按大小排列顺序不变；表观量子效率昆明试验点依次为青薯9号gt;滇薯701gt;合作88gt;N8gt;P8，大理试验点为滇薯701gt;青薯9号gt;P8gt;N8gt;合作88；饱和光强昆明试验点依次为青薯9号gt;P8gt;合作88gt;滇薯701gt;N8，大理试验点为合作88gt;青薯9号gt;P8gt;N8gt;滇薯701；光补偿点昆明试验点依次为滇薯701gt;青薯9号gt;P8gt;N8gt;合作88，大理试验点为合作88gt;P8gt;N8gt;青薯9号gt;滇薯701；暗呼吸速率昆明试验点依次为滇薯701gt;青薯9号gt;合作88gt;N8gt;P8，大理试验点为合作88gt;P8gt;N8gt;滇薯701gt;青薯9号。大理和昆明2个试验点，青薯9号相较其它品种(系)均有较高的表观量子效率、最大净光合效率，较低的光补偿点、暗呼吸速率，适合在此两个地点推广种植。寡日照条件下表观量子效率、最大净光合速率、饱和光强降低；合作88、P8、N8的暗呼吸速率显著降低，青薯9号差异不明显，滇薯701却出现了升高；这和光补偿点变化一致。

图2 不同品种(系)在同一生态条件下的光响应曲线Fig.2 Photoresponse curve of different potato varieties (lines) in identical ecological condition

图3 同一品种(系)在不同生态条件下的光合参数比较Fig.3 Photosynthesis parameters of identical potato varieties (lines) in different ecological condition

2.5 相同品种在不同生态环境种植的产量差异

对大理和昆明2个试验点的平均单株产量以及光合参数进行双变量相关性检验，结果见表1。其中暗呼吸速率和光补偿点表现为极显著正相关。这与2.3中暗呼吸速率和光补偿点变化一致相佐证。饱和光强与单株产量之间存在显著的正相关关系，表明适应高光照的品种产量高。对大理和昆明2个试验点的5个品种(系)平均单株产量进行比较，结果见图5。滇薯701和青薯9号平均单株产量昆明试验点高于大理试验点，而合作88、P8和N8大理试验点高于昆明试验点，这与2.3中最大净光合速率比较结果相一致。

3 讨 论

光合测量时间点在早上8:00-11:30时，这是由于中午的高温和低CO2浓度所造成的光抑制现象，导致光合作用降低，出现光合“午休”现象。同一品种(系)在不同生态环境中，光合速率出现较大差异，是不同温光条件下马铃薯的光合酶含量出现差异造成的[24]。不同地点种植的品种除合作88外，在光响应曲线变化基本一致，说明大理试验点的温光条件比昆明试验点更加适合马铃薯的光合作用。有研究表明，合作88对温光反应比较敏感，这可能是造成合作88在低光照强度下大理地区低于昆明地区而高光照强度下大理试验点高于昆明试验点的原因。 邹学校等研究辣椒杂交一代和亲本间存在光合效率的相对稳定，而本研究通过不同品种(系)在不同生态条件下种植，净光合速率大小排序出现一致，说明马铃薯的光合作用在不同生态条件下相对稳定。相同生态环境，滇薯701在较低光照条件均表现出较强光合作用能力，可以作为南方冬作区的种植材料或杂交亲本。梁颖等研究发现，在寡日照条件下，不同油菜育种材料的一些光合生理特性会存在差异，其中弱光条件下植物的光饱和点和补偿点均显著降低。这和本研究的结果基本一致，昆明地区春作生长后期正值雨季，较长时间的阴雨天气形成了寡日照天气。通过相关性分析表明暗呼吸速率和光补偿点之间达到极显著正相关，影响产量的有净光合速率、叶面积指数、施肥量等诸多因素，净光合速率和平均单株产量之间没有达到显著水平，高净光合速率的平均单株产量依然较高。研究发现不同的品种(系)在相同生态环境下也有较明显的差异，使光合生理育种成为可能。在昆明和大理两个试验点青薯9号均表现出较高的表观量子效率、最大净光合效率，较低的光补偿点和暗呼吸速率，表现出对不同生态环境有较强的适应性，适合在两个地方大面积推广。

图4 不同品种(系)在同一生态条件下的光合参数比较Fig.4 Photosynthesis parameters of different potato varieties (lines) in identical ecological condition

4 结 论

研究表明：大理试验点比昆明试验点更加适合马铃薯的光合作用；滇薯701表现出较强的弱光条件下的光合能力；合作88和青薯9号具有较强的环境适应性，在昆明和大理两个试验点均具有较高的净光合速率，其中青薯9号具有较高的表观量子效率、最大净光合效率，较低的光补偿点和暗呼吸速率适合推广种植；在寡日照条件下，表观量子效率、最大净光合速率、饱和光强降低，暗呼吸速率、光补偿点没有较明显的变化规律。

表1 产量及光合参数的相关性分析结果

注:*在0.05水平上显著相关，**在0.01水平上显著相关。

Notes:*meant significant at 5 % ，**meant significant at 1 %.

图5 同一品种(系)在不同生态条件下的平均单株产量比较Fig.5 Single average yield of identical potato varieties (or strain) in different ecological condition

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(责任编辑 王家银)

DifferenceAnalysisofPhotosyntheticCharacteristicsofDifferentPotatoVarieties(Strain)PlantedinDifferentEcologicalCondition

ZHANG Gui-he,ZHANG Guang-hai,GUO Hua-chun*

(Tuber-Root Crops Research Institute, College of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agriculture University, Yunnan Kunming 650201，China)

【Objective】 In order to obtain the high photosynthetic efficiency potatos varieties (lines), we used five different potatoes varieties (lines) as an experiment object to determine the photosynthetic efficiency of the potatoes varieties (lines) under different ecological conditions.【Method】The photosynthetic parameters of five different potatoes varieties (lines) were determined through LI-6400XT portable photosynthetic meter measurement system. 【Result】The data suggested that the photosynthetic traits of five different stains were significantly different under same condition of life, and under different condition of life, the photosynthetic traits of same strains were also different. ‘Dianshu 701’had higher net photosynthetic rate than other varieties (lines)under the weak light，‘Qingshu 9’with high apparent quantum efficiency, maximum net photosynthetic efficiency, lower light compensation point and dark respiration rate was suitable for planting in Kunming city and Dali prefecture. Under the oligonucleotides sunshine conditions ，apparent quantum efficiency, maximum net photosynthetic rate, saturation light intensity of the five different potato varieties (or lines) all decreased, dark respiration rate and light compensation point had not obvious change. 【Conclusion】‘Qingshu 9’’and ‘Dianshu 701’were high light efficiency varieties.

Potatoes；Different varieties (strain)；Different season；Photosynthetic characteristics

S532

A

1001-4829(2017)11-2479-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.11.015

2016-05-15

云南省马铃薯重大种业专项“多抗广适马铃薯新品种选育与示范”(2013ZA007)

张贵合(1988-)，男，山东枣庄人，硕士研究生，研究方向为马铃薯育种,E-mail：sichen003@163.com,*为通讯作者：郭华春(1963-)，E-mail：ynghc@126.com。