不同规格容器对油桐幼苗生长及光合特性的影响

张帆航，顾伊阳，李 泽，谭晓风，李 文

（中南林业科技大学 a.经济林培育与保护教育部重点实验室；b.森林培育实验室，湖南 长沙410004）

油 桐Vernicia fordiiHensley 为 大 戟 科Euphorbiaceae 油桐属落叶乔木，是我国四大木本油料树种之一，是我国特有的经济树种，栽培历史悠久，树体生长迅速，最快能在3 a 内结出果实，产生经济效益[1-2]。从油桐种子中提取的桐油具有优异的附着力、光泽度及快速干燥等特点，是制造环保涂料的优质原料，桐油还可以开发利用为优质的生物质柴油及其他工业原料，具有绿色、环保、安全及对人体无害等特点，具有广泛的生产、加工、利用的前景[3-4]。谭晓风[5]研究表明，油桐可能成为缓解世界能源短缺问题的最有发展前途的生物质能源树种之一。

近年来，随着育苗产业的发展，容器苗因具有在起苗和运输过程中不会损伤根系以及栽植成活率较高等特点，逐渐受到众多苗木栽植户及生产合作社的青睐[6]。而植物的生长力取决于土壤，不仅在土壤所富含的营养元素上，同时也取决于土壤的量[7]。前人的研究发现，黑麦草和苇状羊茅在不同土层厚度下生长情况均有不同，两者在浅土层光合效率及生长情况更好[8]；烟草在使用不同规格的育苗盘进行培育后发现，使用中等规格的育苗盘，所产生的经济效益是最高的[9]；在樟树轻基质育苗中，使用12 孔的育苗容器培育的苗木苗高地径以及枝叶根鲜重等各项生长指标均显著优于其它规格容器所培育的苗木[10]；在对不同规格容器培育出的栓皮栎幼苗进行移栽后，研究其生长状况发现，大规格容器培育的苗木在移栽后光合速率最高，生长最为旺盛[11]。因此，筛选出适宜大小的装杯容器不仅有利于节省育苗成本，提高经济效益，促进育苗产业的发展，还有利于培育出更优质，生长更旺盛，成活率更高的苗木。

油桐作为我国特有经济林树种，在湖南省分布广泛，从育苗到产品加工已经形成了一条特色的产业链。经济林作为科技扶贫的先锋军，油桐产业链在其中更是占据重要的一环。现如今，针对油桐的研究主要集中在非生物胁迫，叶绿体基因组，分子育种，重要基因的筛选及功能研究等方面[1,3,12-13]，而在不同规格育苗容器对油桐幼苗影响的研究未见报道。因此，筛选出最适宜规格的容器，不仅有利于油桐盆栽试验的进一步开展，还有利于节省育苗成本，培育更优质的油桐苗木，为栽培技术的改进奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验材料为三年桐，种子采自湖南湘西永顺县青坪镇国家种质资源保存库5年生大树。阴干后的种子于2018年1月15日经0.5%高锰酸钾溶液消毒后沙藏备用。

1.2 试验设计与方法

试验于2018年4—7月在中南林业科技大学进行，选取长势一致的种子播种于4 种不同规格的育苗容器中（内径杯高分别为规格Ⅰ： 25 cm×25 cm，规格Ⅱ：18 cm×16 cm，规格Ⅲ：12 cm×12 cm，规格Ⅳ：8 cm×8 cm）。基质配比为黄土∶珍珠岩∶草炭土(V∶V∶V=1∶1∶1)。2018年5月1日，将幼苗转入人工气候室中，每种规格育苗容器15 株幼苗，共计60 株，设置人工气候室温度（白天/夜晚）为28/25℃，空气湿度为70%，光周期为12 h，PPFD 为200 mmol/m2/s。试验期间，每天浇水，使土壤含水量保持在80±5%左右。2018年7月1日，测定各处理植株生长指标，叶绿素含量，光合特性，以及光响应曲线。

1.3 生长指标的测定

使用卷尺和游标卡尺对油桐幼苗地径、株高进行测定。

1.4 叶绿素含量的测定

参照张宪政[14]的方法，将叶片样品切成细丝，使用乙醇-丙酮混合液（V∶V=1∶1），在4℃黑暗环境，提取4 个处理叶片叶绿素，提取24 h，直至样品完全变白。在645 和663 nm 处测定提取液OD 值，并根据下列公式计算叶绿素a 和叶绿素b的含量：

1.5 光合气体交换参数的测定

在上午8:30—11:30，使用LI-6400XT 便携式光合作用测量系统（Li-cor，Biosciences Lincoln，NE，USA）测定光合气体交换参数。选取功能成熟的叶片，测定净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)，并根据下列公式计算水分利用效率(WUE)和气孔限制值(Ls)。光源由红蓝光叶 室 提 供，固 定PPFD 水 平 为1 000 μmol·m-2·s-1， 室内CO2浓度保持在400 μmol/mol 水平。

1.6 光响应曲线测定

在 上 午8:30—11:30， 使 用LI-6400XT 便携式光合作用测量系统（LI-COR，Biosciences Lincoln，NE，USA）测定光响应曲线。一系列可变PPFD 水平（2 400、2 100、1 800、1 500、 1 200、900、600、300、200、150、100、75、50、25、0 μmol·m-2·s-1）由光合仪内部红蓝光源提供，室内CO2浓度保持在400 μmol/mol 水平。光饱和点（LSP）、光补偿点（LCP）等光响应参数根据叶子飘[15]的直角双曲线修正模型进行拟合计算。

1.7 数据处理

使用Excel 2013 对数据进行处理，使用Origin 9.0 制图，使用SPSS19.0 进行Duncan 多范围检验，在P=0.05 水平进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 生长指标和叶绿素含量

由表1可知，随着育苗容器规格的下降，油桐株高地径均呈现显著且持续下降的趋势，株高分别下降了20.95%、19.79%、15.64%，地径分别下降了18.20%、12.69%、8.01%，差异显著 （P＜0.05）。与此同时，叶绿素a、b 和叶绿素总含量也均呈现持续下降的趋势，叶绿素a 分别下降了12.64%、14.78%、48.20%，叶绿素b 分别下降了31.85%、18.40%、33.26%，叶绿素总量分别下降了19.56%、15.88%、43.78%，差异显著 （P＜0.05）。但是，随着容器规格的改变，叶绿素a/b 变化并不明显（P＞0.05）。

2.2 净光合速率和气孔导度

由图1可知，随着育苗容器规格的降低，油桐幼苗的净光合速率Pn和气孔导度Gs也随着呈现出逐渐降低的趋势，Pn依次下降了7.97%、39.35%、69.23%，差异显著（P＜0.05），Gs依次下降了10.61%、47.53%、44.76%，差异显著（P＜0.05）。Pn和Gs均在容器规格Ⅳ处达到了最小值，其中容器规格Ⅳ的油桐幼苗Pn仅为容器规格Ⅰ处的17.17%，Gs仅为容器规格Ⅰ处的25.19%，变化十分明显。

图1 不同规格容器对油桐幼苗净光合速率和气孔导度的影响Fig.1 Effects of different specifications on Pn and Gs of tung tree seedlings

2.3 胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率

由图2可知，随着育苗容器规格的降低，油桐幼苗的蒸腾速率Tr随之呈现出逐渐降低的趋势，分别下降了25.29%、42.12%、45.20%，差异显著（P＜0.05），并在容器规格Ⅳ处达到最低值。而胞间二氧化碳浓度Ci呈现出逐步上升的趋势，分别上升了1.69%、15.52%、5.49%，差异显著 （P＜0.05），在容器规格Ⅳ处达到最高值。其中，容器规格Ⅳ的Tr仅为容器规格Ⅰ的23.26%，变化十分明显。

2.4 水分利用效率和气孔限制值

由图3可知，随着育苗容器规格的降低，油桐幼苗的气孔限制值Ls也随着呈现出逐渐降低的趋势，其依次下降了25.73%、51.37%、43.17%，差异显著（P＜0.05），在容器规格Ⅳ处达到最小值，且容器规格Ⅳ处的Ls仅为容器规格Ⅰ的20.53%。与此同时水分利用效率WUE 先上升后下降，并在容器规格Ⅲ处上升至最大值，在容器规格Ⅳ处降低到最小值，差异显著（P＜0.05），而容器规格Ⅱ至容器规格Ⅲ时，WUE虽有上升，但差异并不明显。

图2 不同规格容器对油桐幼苗胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率的影响Fig.2 Effect of different specifications on Ci and Tr of tung tree seedlings

图3 不同规格容器对油桐幼苗水分利用效率和气孔限制值的影响Fig.3 Effects of different specifications on WUE and Ls of tung tree seedlings

2.5 光响应曲线及特征参数

由图4可知，当光合有效辐射PAR ≤ 400 μmol·m-2·s-1时，容器规格Ⅰ和Ⅱ的Pn随 着PAR 的增加呈线性增加趋势，而容器规格Ⅲ在PAR ≤200 μmol·m-2·s-1时，随着PAR 的增加呈线性增加趋势，容器规格Ⅳ在PAR ≤50 μmol·m-2·s-1时，Pn呈线性增加趋势。随着PAR 继续增加，容器规格Ⅰ的Pn缓慢上升并趋于平缓，在PAR= 1 800 μmol·m-2·s-1时开始下降，而容器规格Ⅱ的Pn在PAR ≥600 μmol·m-2·s-1后开始波动，但趋势较为平缓，容器规格Ⅲ的Pn在PAR=600 μmol·m-2·s-1时达到最大值，之后缓慢下降，而容器规格Ⅳ的Pn在PAR ≥200 μmol·m-2·s-1后，趋势平缓，前后差异不显著。

由表2可知，随着装杯容器规格的降低，油桐幼苗的最大净光合速率Pnmax和光饱和点LSP 逐渐降低，而光补偿点LCP 和暗呼吸速率Rd逐渐升高。Pnmax依次下降了20.32%、38.10%、88.83%，LSP 依次降低了1.16%、17.82%、1.19%，差异显著（P＜0.05）。LCP分别上升了52.72%、12.64%、238.99%，Rd依次升高了42.67%、 6.26%、14.34%，差异显著（P＜0.05）。

图4 不同规格容器下净光合速率对光和有效辐射的响应Fig.4 Responses of Pn to PAR under different containers specifications

3 结论与讨论

在培育容器苗的过程中，育苗容器规格的大小直接影响苗木根系的发育，从而影响整株苗木的生长和质量[16]。光是植物赖以生存的重要环境因子，光合特性能准确反映植物的生长情况，而光合作用-光响应曲线能够判断植物光合效率受环境变化的影响程度[17]。因此，通过测定生长在不同规格容器内的油桐幼苗的生长情况、光合参数、光响应曲线及光响应特征参数能有效解析容器规格对油桐幼苗的影响。

表2 不同容器规格下净光合速率对光合有效辐射响应的特征参数Table2 Characteristic parameters of responses of Pn photosynthetic active radiation under different containers specifications

随着育苗容器规格的降低，油桐幼苗株高、地径随之降低，说明育苗容器的规格能明显影响油桐幼苗生长量的变化，这与邱琼[16]在山桂花中的研究结果相同。同时，育苗容器规格的降低也引起了Chl a、Chl b 和Chl a+b 的降低，但是Chl a/b 变化却不显著，这表明不同容器规格对油桐叶片叶绿素含量有影响，但并不影响两种光合色素的比值，即降低容器规格能同时、等量降低Chl a、Chl b 和Chl a+b，这与柏小娟等[18]在美国腊梅中的研究结论相似。

容器规格对油桐幼苗光合速率的影响十分显著，相比大规格的容器，使用小规格容器培育油桐幼苗，会显著降低幼苗的Pn、Gs和Tr，这与刘现刚[19]在栓皮栎的研究中相反，这可能是因为油桐是速生树种，其2 a 便能成林，最短3 a 即可产出果实，油桐在生长第1年即可保持较快的生长速度直至其落叶，因此其根系发育较快，而小规格的容器对根系的影响较为严重，导致油桐的光合作用相较于其它慢生树种受容器规格的影响较强，至此容器规格的降低直接导致光合速率的降低，严重影响油桐幼苗正常的生长发育。而WUE 变化趋势呈先上升后下降，在容器规格Ⅳ处达到最小值，说明育苗容器过小会影响油桐幼苗对水分的利用效率，但在一定范围内适宜大小的容器对油桐幼苗的影响不是很大，这与刘现刚[19]在栓皮栎中的研究类似。

油桐幼苗Pnmax随着容器规格的降低而下降，说明小规格容器已经开始影响油桐幼苗的Rusbico的活性和内部电子传递速率，并随着容器规格的继续下降而加剧影响程度。国外有研究发现，植物LCP 上升，LSP 降低，表明其叶片利用弱光和强光的能力均降低[20]。本次研究中，随着容器规格的下降，油桐幼苗的LCP 逐步上升，LSP 逐渐下降，表明容器规格Ⅳ培育的油桐幼苗利用强光和弱光的能力最弱，而规格Ⅰ的育苗容器培育的油桐幼苗利用强光和弱光的能力最强。同时，容器规格越小，油桐幼苗Rd越高，说明小规格容器能加剧植株的暗呼吸速率，加重光合产物的过多消耗，严重影响油桐幼苗的正常生长发育。

在油桐盆栽试验中，为保证苗木最佳的生长状况，可选用规格Ⅰ及更大规格的容器对油桐幼苗进行培育。而在实际生产中，必须考虑成本，本次选用的4 种容器的平均报价为规格Ⅰ：0.14元/个，规格Ⅱ：0.08 元/个，规格Ⅲ：0.03 元/个，规格Ⅳ：0.02 元/个，可见规格Ⅰ的容器价格是规格Ⅱ的1.75 倍，而两种规格的容器培育的油桐幼苗光合速率差异并不明显，而规格Ⅲ的容器已经开始显著影响幼苗光合速率，因此，在生产中选用规格Ⅱ的育苗容器，可以在不影响苗木质量的情况下，尽可能的降低成本。

本次研究主要针对油桐幼苗苗期时的生长特性及光合特性对不同规格的育苗容器的响应进行研究，还需要将不同规格育苗容器所培育的幼苗移植进大田，研究大规格容器所培育的油桐幼苗是否具有更优异的生长表现和光合效率，以此来综合评价不同规格育苗容器对油桐幼苗的差异。