哈尔滨3种彩叶树种的光合蒸腾特性及叶绿素含量

岳莉然 刘柏辛 程贝贝

摘要 [目的]研究哈尔滨3种彩叶植物的光合蒸腾特性及叶绿素含量，以期为北方园林彩化、树种选择和日常养护提供理论依据。[方法]采用 Li-6400 便携式光合系统测定仪，测定金叶榆、紫叶李、紫叶稠李3种彩叶树种的光合蒸腾特性，并进行叶绿素含量的测定。[结果]3种彩叶植物的最大净光合速率、日最高蒸腾速率及单位叶面积日蒸腾释水和吸热量等方面均表现为金叶榆>紫叶李>紫叶稠李。3种彩叶植物叶片的叶绿素含量则表现为紫叶稠李>紫叶李>金叶榆。[结论]3种彩叶植物中光合能力越强，叶绿体色素含量越低。

关键词 彩叶植物；光合特性；蒸腾特性；叶绿素含量

中图分类号 S687文献标识码 A文章编号 0517-6611（2018）16-0104-03

Abstract [Objective]To study the photosynthesis and transpiration characteristics and chlorophyll content of three colorful plants in Harbin， in order to provide the theoretical basis for landscape， tree species selection and daily maintenance.[Method] Using Li6400 portable photosynthetic system tester， the photosynthetic and transpiration characteristics and chlorophyll contents of three species of colorful plants， including Ulmus pumila ‘Jinye， Prunus cerasifera. ‘Pissardii and Prunus virginiana‘Canada Red were studied. [Result]The maximum net photosynthetic rate， daily maximum transpiration rate， daily transpiration， water release and endothermic amount per unit leaf area of three colorful plants were as follows： Ulmus pumila ‘Jinye> Prunus cerasifera ‘Pissardii> Prunus virginiana‘Canada Red. The chlorophyll contents of the leaves of the three kinds of colorful plants was Prunus virginiana‘Canada Red > Prunus cerasifera ‘Pissardii> Ulmus pumila ‘Jinye. [Conclusion]Combined with photosynthetic characteristics analysis， the higher the photosynthetic capacity of three colorleaf plants， the lower the chlorophyll pigment contents.

Key words Colorful plants；Photosynthetic characteristics；Transpiration characteristics；Chlorophyll contents

彩叶植物[1-6]作为绿化植物，具有所有绿化树种都具有的生态功能，在景观观赏性方面表现显著，有助于人们舒缓心情，转换疲劳的绿色审美，产生多种心理舒缓作用。

近年来，彩叶植物在园林绿化中的应用越来越普遍，但在北方，由于受气候条件的影响，绿化中可应用的植物材料非常少，彩叶树种的应用相对其他地区十分贫乏，园林绿化树种色彩单调。在我国北方如何利用有限的植物，达到绿化、美化、彩化的效果，是园林绿化工作者面临的一个重要问题[7]。通过研究彩叶植物的光合及蒸腾特性，更大程度地发挥彩叶植物的光利用效率、降温增湿的效益，为植物景观设计提供理论依据[8-10]。

笔者对哈尔滨3种彩叶植物的光合和蒸腾特性及叶绿素含量进行研究，以期为北方园林彩化、树种选择和日常养护提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择东北林业大学校园内生长环境条件一致的金叶榆（Ulmus pumila ‘Jinye）、紫叶李（Prunus cerasifera ‘Pissardii）和紫叶稠李（Prunus virginiana ‘Canada Red），每次试验均取向阳面每枝由上向下数第3片生长状况良好、大小相似的成熟叶片进行测定，重复3次。

1.2 试验方法

采用美国生产的 Li-6400 便携式光合系统测定仪，在5月上中旬，选择晴朗、无风的天气，各试验分别重复2 d。利用SPSS进行非直线双曲线模型非线性拟合。光合速率及蒸腾速率日变化选用Li-6400的自然光源标准叶室，测定时间为08：00—18：00，每隔2 h测定1次。光-光响应曲线测定时间为09：00—11：00，為保持其他环境因子稳定适宜，观测过程中，将叶温设置为25 ℃，大气中CO2浓度为400 μmol/mol，选用Li-6400的人工光源（Li-6400-02B红蓝光源），并手动设置光强[0、20、50、100、200、400、600、800、1 000、1 200、1 500 μmol/（m2·s）]。每个样品取0.1 g，剪成细丝状，混匀。取12.5 mL 80%的丙酮遮光浸泡12 h，每种植物做3个平行样品，封口并防止提取液挥发，浸泡至样品发白后，用紫外光分光光度计测定在663、646、470 nm处的吸光度（A663、A646、A470），同时用12.5 mL 80%的丙酮做空白对照。

2 结果与分析

2.1 3种彩叶植物光合特性

2.1.1 净光合速率日变化。

由图1可知，光照强度日变化趋势呈单峰曲线，光照强度在10：00达到顶峰为1 385.45 μmol/（m2·s）。在10：00—14：00日光照强度随时间的推进缓慢下降，而14：00之后，光照强度显著下降。

由图2可知，3种彩叶植物的净光合速率日变化均呈单峰曲线，金叶榆在10：00达到净光合速率高峰，为9.73 μmolCO2/（m2·s）。紫叶李在08：00达到净光合速率高峰，为11.51 μmolCO2/（m2·s），之后一直呈下降趋势。紫叶稠李在08：00—12：00净光合速率上升，且在12：00达到峰值8.36 μmol/（m2·s），之后缓慢降低，在18：00达到最低值-0.02 μmolCO2/（m2·s）。结合日光照强度变化曲线和3种彩叶植物净光合速率日变化分析可知，08：00—14：00是光照强度最高的一段时间，也是3种彩叶植物净光合速率最高的一段时间，两者呈正相关。

2.1.2 光-光响应曲线。

植物叶片光补偿点（LCP）和光饱和点（LSP）体现植物光合能力，反映植物对光照适应性，LCP反映对弱光适应性，LSP 反映对强光适应性，LCP低、LSP高的植物对光照适应性强[11]。最大净光合速率是衡量叶片光合潜力的重要指标，反映植物对强光利用能力[12]。暗呼吸速率可反映植物消耗光合产物速率，主要受植物生长状态和温度的影响。

由图3和表1可知，金叶榆的光饱和点明显高于紫叶李158.77 μmol/（m2·s）和紫叶稠李108.33 μmol/（m2·s），达486.78 μmol/（m2·s），但三者的光补偿点相差不大。

金叶榆的光补偿点为34.88 μmolCO2 /（m2·s），光饱和点为486.78 μmol/（m2·s），最大净光合速率为22.52 μmolCO2/（m2·s），暗呼吸速率为2.23 μmolCO2/（m2·s），当达到光饱和点之后光合作用不再大幅增长或下降，基本趋于平稳。而紫叶李和紫叶稠李的光补偿点分别为30.63和18.41 μmol/（m2·s），光饱和点分别为158.77和108.33 μmol/（m2·s），最大净光合速率分别为6.41和6.06 μmolCO2/（m2·s），暗呼吸速率分别为1.53和1.25 μmolCO2/（m2·s）。在光补偿点三者都趋近的情况下，金叶榆的光饱和点明显高于紫叶李和紫叶稠李。金叶榆的最大净光合速率是紫叶李和紫叶稠李的3倍多。3种彩叶植物的暗呼吸速率相差较小，均在1.00 μmolCO2 /（m2·s）内。

2.2 3种彩叶植物蒸腾特性

2.2.1 蒸腾速率日变化。

由图4可知，3种彩叶植物的蒸腾速率日变化均呈双峰曲线。金叶榆10：00时蒸腾速率达到第1个峰值5.24 mmol/（m2·s），然后随着光合辐射逐渐增强、温度逐渐升高，在14：00达到第2个峰值6.51 mmol/（m2·s）。紫叶李在08：00时蒸腾速率达到第1个峰值2.72 mmol/（m2·s），在12：00达到第2个峰值2.04 mmol/（m2·s）。紫叶稠李08：00时蒸腾速率达到第1个峰值2.13 mmol/（m2·s），在12：00达到第2个峰值2.26 mmol/（m2·s），与紫叶李的蒸腾速率日变化趋势基本一致。从3种彩叶植物蒸腾速率日变化趋势和数值看，金叶榆的蒸腾速率明显比紫叶李和紫叶稠李变化明显且数值高。

2.2.2 气孔导度日变化。

气孔是植物叶片与外界气体和水分交换的重要通道，光强直接影响气孔开度，气孔开度及速率随光强增加而增大[13]。胞间CO2浓度会影响光合作用暗反应阶段羧化速率，受气孔导度、外界CO2浓度及叶片光合消耗等因素的影响。气孔导度（Cond）不但可以反映植物蒸腾耗水的大小，而且是反映植物抗旱性能的重要指标[14]。由图5可知，3种彩叶植物的气孔导度均表现出明显的单峰曲线，金叶榆12：00达到峰值，为0.23 molH2O/（m2·s），从14：00开始呈明显下降趋势，16：00后下降变缓。紫叶李的气孔导度在08：00达到峰值为0.10 mol H2O/（m2·s），之后一直缓慢下降，与金叶榆的气孔导度相差较大。紫叶稠李的气孔导度与紫叶李类似，也呈持续下降趋势，但不同于紫叶李的是，紫叶稠李在10：00—12：00呈持平状态，维持在0.07 molH2O /（m2·s），之后持续下降。金叶榆的气孔导度日变化最显著，气孔导度整体也最大，下降趋势明显，而紫叶李和紫叶稠李2种彩叶植物的气孔导度日变化不明显，气孔导度整体较小，且下降幅度缓慢。

2.3 叶绿素含量

叶绿素是光合作用中最重要的色素，在光合作用过程中起到接受和转换能量的作用。其中叶绿素和类胡萝卜素含量在一定程度上能够反映植物叶片的同化能力[14]。类胡萝卜素（Car）既可作为光合色素，同时又是植物的内源抗氧化剂[15]。类胡萝卜素能够使叶片更有效地利用漫射光中的蓝紫光，提高光合效能[16]。由表2可知，金叶榆、紫叶李和紫叶稠李3种彩叶植物的各叶绿体色素含量由高到低依次为紫叶稠李、紫叶李、金叶榆。叶绿素b和类胡萝卜素含量显著低于叶绿素a含量。结合3种彩叶植物蒸騰特性及光合特性分析可知，在一定范围内下，3种彩叶植物中光合能力越强，叶绿体色素含量越低。

3 结论

（1）3种彩叶植物的净光合速率日变化均呈单峰曲线。

从3种彩叶植物Pn-PARi响应曲线分析可知，金叶榆、紫叶李和紫叶稠李光饱和点分别为486.78、158.77和108.33 μmol/（m2·s），金叶榆、紫叶李和紫叶稠李的光补偿点分别为 34.88、30.65、18.41 μmol/（m2·s），在3种彩叶植物光补偿点相差不大的情况下，金叶榆的光饱和点明显高于紫叶李和紫叶稠李。金叶榆的最大净光合速率是紫叶李和紫叶稠李的3倍多。

（2）3种彩叶植物的蒸腾速率日变化均呈双峰曲线。金叶榆、紫叶李和紫叶稠李最大蒸腾速率分别为6.51、2.72、2.26 mmol/（m2·s），金叶榆的蒸腾作用明显强于紫叶李和紫叶稠李。3种彩叶植的气孔导度均表现出明显的单峰曲线。金叶榆的气孔导度日变化最显著且气孔导度整体也最大，而紫叶李和紫叶稠李2种彩叶植物的气孔导度日变化不明显且气孔导度整体较小。

（3）从3种彩叶植物叶片叶绿体色素含量分析可知，3种彩叶植物叶绿素a含量明显高于叶绿素b和类胡萝卜素。三者叶绿体色素含量由高到低依次为紫叶稠李、紫叶李、金叶榆。结合3种彩叶植物蒸腾特性及光合特性分析可知，在一定范围内，3种彩叶植物中光合能力越强，叶绿体色素含量反而越低。

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