山生柳不同优树无性系光合特性比较

马成侠，李强峰

(1.西宁市南山公园，青海 西宁 810000； 2.青海大学农牧学院农林系，青海 西宁 810016)

山生柳(SalixoritrephaSchneid.)也称高山柳、毛枝山居柳[1]，是中国特有种，落叶矮小灌木，高60～120 cm[2]。生于海拔3000～4700 m的高山地带，是青藏高原地区高寒柳灌丛的建群种和优势种。以山生柳作为优势种所构成的灌木林是青海省主要的灌木林类型之一[1，3]，分布广，面积大，在保持水土、涵养水源等方面具有重要作用[1]，是我国干旱半干旱地区优秀的生态防护树种[4-6]。

青海省地处江河源头，气候寒冷、干旱，生态环境脆弱，森林覆盖率低，多数地方乔木生长受到限制，而山生柳作为青海高寒地区灌木林的建群种或优势树种，处于乔木林分布上线与高寒草甸之间，具有生活力强，耐高寒，植株丛生，根系发达的特性。开展山生柳不同无性系的叶绿素含量、净光合速率和叶绿素荧光等指标的测定与对比分析，揭示无性系间光合特性的规律及其差异性，为山生柳高光效育种筛选优良无性系提供参考，对青海高寒地区植树造林及生态恢复和生态保护等具有重要意义。

1 试验材料

本试验在西宁市大通植物园试验田进行，所选材料为大通、祁连、果洛、天峻 4个分布区中初选的50个山生柳优良单株的1年生扦插苗。

2 试验方法

2.1 不同山生柳无性系生长量及成活率测定

2018年3月15日，采用完全随机区组设计，将50个山生柳无性系制成插条并编号，每个无性系各制30个插条，3次重复，统一用GGR(1∶2000)浸泡3 h后扦插。2019年6—10月进行成活率测定，选出生长稳定的山生柳无性系作为优良无性系。

2.2 不同山生柳无性系光合参数的测定

选择天气晴朗的日子，采用LCpro便携式光合仪测定不同山生柳无性系的光合参数，为减小试验误差，每个无性系各测10株，每个所选单株测定3次，分别取上、中、下3个部位中同一朝向的叶片，用均值表示。

2019年9月28日，测定光合有效辐射为1500 μmol·m-2·s-1下的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度。9月29日测定所选山生柳无性系的光合参数日变化。测定的时间从7∶00开始，每隔2 h测定1次，直至19∶00结束。

2.3 不同山生柳无性系叶绿素含量的测定

2019年9月28日，在净光合速率测定后，及时采摘叶片，分别装袋并带回实验室，用研磨法测定。每袋样品重复3次。叶绿素含量以全部读数的平均值表示。

2.4 不同山生柳无性系叶绿素荧光参数测定

采用JUNIOR-PAM荧光仪测定山生柳无性系的荧光参数。2019年10月1日，从每个山生柳无性系中选取3株长势基本一致的植株，选取山生柳枝条第5对叶片，用湿毛巾包裹，放到加有冰袋的保温箱中，带回实验室测定。测定指标包括：初始荧光Fo，最大荧光产量Fm、Fv/Fm、Fv/Fo、qP、qN、NPQ、ETR，每个叶片测定3次，取平均值。

3 数据处理及综合分析

采用Excel统计软件对测定数据进行统计和图表绘制，采用SPSS 24.0软件进行数据分析。

4 结果与分析

4.1 不同山生柳无性系的生长特性比较

2019年6月对山生柳无性系生长情况进行调查，结果见表1。其中苗高最大的无性系(T11)为113.4 cm，最小的无性系(Q33)为23.5 cm，极差近5倍，总平均值为60.6 cm；地径最大的无性系(T10)为14.33 mm，最小的无性系(T5)为5.09 mm，极差近3倍，总平均值为8.20 mm。从表中看出，有18个山生柳无性系的成活率大于80%，且苗高和地径均大于区组平均值，因此将此18个无性系作为光合特性研究对象。同一无性系的生长表现整齐一致，各类形态特征完全统一。

表1 不同山生柳无性系生长状况

表1(续)

4.2 不同山生柳无性系的光合特性比较

4.2.1 不同山生柳无性系叶绿素含量比较 18个山生柳无性系的叶绿素含量间存在极显著差异(P<0.01)。对18个山生柳无性系进行多重比较(表2)可知，叶绿素含量较高的是T11、T10、T3、G21、Q43号无性系，分别为7.65、7.55、7、6.91、6.8 mg·g-1，显著高于T15～T18号无性系。其中T10、T11的叶绿素含量显著高于其它山生柳无性系，说明T10、T11具有更大的光合潜力。

表2 不同山生柳无性系叶绿素含量多重比较

4.2.2 不同山生柳无性系光合参数比较 对18个无性系的光合参数进行多重比较(表3)可知，T11、T10、T3、G21、Q43的净光合速率Pn值显著高于其它无性系，分别为5.57、5.38、5.24、5.13、5.04 μmol·m-2·s-1，其中T11仍居于首位，说明这5个山生柳无性系对光能的利用率较高，其中T11的光能利用率最高，且T11与其它无性系间净光合速率存在显著性差异(P<0.05)。气孔导度Gs最大的无性系是T11、T10、T3、G21、Q43，分别为230.5、222.7、218.4、185.7、185.4 μmol·m-2·s-1，显著高于其它无性系，其中T11、T10、T3之间气孔导度Gs差异不显著、G21与Q43之间气孔导度Gs差异不显著(P>0.05)，但T11、T10、T3与G21、Q43及其它无性系之间的气孔导度Gs存在显著性差异(P<0.05)。蒸腾速率Tr较大的无性系是T11、T10、T3、G21，分别为3.16、2.94、2.79、2.74 mmol·m-2·s-1；蒸腾速率较小的无性系是Q38，仅0.86 mmol·m-2·s-1。各山生柳无性系的胞间CO2浓度Ci在129～385 μmol·m-2·s-1之间，其中Q38、P27、Q46、G22、Q48的胞间CO2浓度较高，T11的胞间CO2浓度最低；T11、T10、T3之间胞间CO2浓度差异不显著(P>0.05)，但T11、T10、T3与其它无性系之间的胞间CO2浓度存在显著性差异(P<0.05)。

表3(续)

4.2.3 不同山生柳无性系叶绿素含量与净光合速率聚类分析 叶绿素含量、净光合速率测量结果表明，山生柳叶片的叶绿素含量与净光合速率呈显著正相关(P<0.05)(表4)，即在一定范围内，叶绿素含量越高净光合速率越强。把叶绿素含量、净光合速率作为主要性状指标，对18个山生柳无性系进行多指标系统聚类分析，结果见图1、表5。当距离为2时，18个山生柳无性系可分为5大类群：类群1包括T3、Q43、G21、T11、T10、G24共6个山生柳无性系，平均叶绿素含量最高，平均净光合速率最大，分别为7.03 mg·g-1、33.85 μmol·m-2·s-1。说明这6个无性系的光合利用率强，生理活性高；类群2包括T15、T17、G25、T204个无性系，这4个无性系的平均叶绿素含量较高，平均净光合速率较大，分别为6.26 mg·g-1、28.46 μmol·m-2·s-1；类群3仅有G231个无性系，其叶绿素含量、净光合速率处于中等水平，分别为5.61 mg·g-1、23.58 μmol·m-2·s-1；类群4包括G22、Q46、Q39、T2、Q485个无性系，这5个无性系的平均叶绿素含量较低、平均净光合速率较小，分别为4.67 mg·g-1、19.94 μmol·m-2·s-1；类群5包括P27、Q38共2个无性系，这2个无性系的平均叶绿素含量及平均净光合速率最小，分别为2.99 mg·g-1、14.83 μmol·m-2·s-1，说明这2个山生柳无性系的生理活性较弱。

表4 叶绿素含量与净光合速率相关性分析

图1 不同山生柳无性系叶绿素含量与净光合速率聚类分析

综上所述，T3、Q43、G21、T11、T10、G24叶绿素含量和净光合速率最大，说明T3、Q43、G21、T11、T10、G24的生理活性及光合作用较强，有利于植物的物质积累。结合生长特性指标，发现T3、Q43、G21、T11、T10这5个无性系的生长指标及光合指标均高于其它无性系。

4.2.4 不同山生柳无性系叶绿素荧光参数比较 由表6可知，Fo与Fv/Fo、NPQ呈极显著负相关，与Y(II)、qN、qP呈显著负相关，与Fm、Fv/Fm、ETR相关性不显著；Fm与Fv/Fo、NPQ呈极显著正相关，与Fv/Fm、Y(II)、qN、qP呈显著正相关，与ETR相关性不显著；Fv/Fm与Fv/Fo、Y(II)呈极显著正相关，与NPQ呈显著正相关，与qN、qP、ETR相关性不显著；Fv/Fo与Y(II)、NPQ、qN、qP及ETR呈极显著正相关；Y(II)与NPQ、qP和ETR呈极显著正相关，与qN呈显著正相关；NPQ与qN、qP呈极显著正相关，与ETR相关性不显著；qN和qP呈极显著正相关，与ETR相关性不显著；qP和ETR呈极显著正相关。

把实际光化学量子产量(Yield)、表观电子传递速率(ETR)和非光化学猝灭系数(NPQ)作为主要荧光参数，对18个山生柳无性系进行多指标系统聚类分析，结果见图2、表7。当距离为2时，18个山生柳无性系可分为5大类群：类群1包括T11、T10共2个山生柳无性系，其Yield、ETR、NPQ最高，说明这2个无性系光合能力及吸收能力最好，光合活性和对光能利用率最强；类群2包括T3、Q43、G21、T15、G245个无性系，这5个无性系的Yield、ETR、NPQ值相比其它无性系较高，说明光合能力及吸收能力较好，光合活性和光能利用率较强；类群3有T17、G25、T203个无性系，光合能力及吸收能力一般，光合活性和光能利用率一般；类群4包括G23、G22、Q46、Q39、T2、Q486个无性系，这6个无性系的光合能力及吸收能力较差，光合活性和光能利用率较小；类群5包括P27、Q382个无性系，这2个无性系的光合能力及吸收能力最差，其光合活性和光能利用率最低 。

表5 叶绿素含量与净光合速率聚类分析结果

表6 叶绿素荧光参数间相关关系矩阵表

图2 不同山生柳无性系叶绿素荧光聚类分析

综上所述，Yield、ETR、NPQ最高的山生柳无性系是T11、T10，最低的山生柳无性系为P27、Q38，与光合特性和生长指标的聚类结果相吻合。说明叶绿素荧光、叶绿素含量和净光合速率对植物生长具有一定影响，它们之间有一定的内在关系。

4.2.5 不同山生柳无性系光合特性比较 对18个山生柳无性系的叶绿素含量、光合参数及叶绿素荧光参数进行分析可知，T11、T10、T3、G21及Q435个无性系生长指标及光合指标均高于其它无性系且排名基本稳定，可将其作为光合生理育种中的高光合特性无性系资源，故仅对这5个无性系进行光合特性分析即可。由表8可知，不同山生柳无性系的光合参数存在一定差异，而T11的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均位居首位，分别为5.19 μmol·m-2·s-1、192.89 μmol·m-2·s-1、3.11 mmol·m-2·s-1，其次分别为T10、T3、G21、Q43。而胞间CO2浓度最大的则是Q43，达到306.29 μmol·m-2·s-1，最小的是T11，仅为207.65 μmol·m-2·s-1。说明T11的光合作用最强，光能利用率也最强。

5 结论与讨论

本试验结果表明，18个山生柳无性系的叶绿素含量间存在极显著差异，叶绿素含量较高的是T11、T10、T3、G21、Q43号无性系，显著高于T15之后的其它山生柳无性系。T11的叶绿素含量显著高于其它山生柳无性系，说明T11具有更大的光合潜力。18个山生柳无性系的叶绿素含量变化及光合特性的聚类结果发现T11、T10、T3、G21、Q43号山生柳无性系的光合活性及光能利用率均显著大于其他山生柳无性系，因此，可将其作为光合生理育种中的高光合特性无性系资源。不同山生柳无性系的光合日变化参数具有差异，而T11的净光合速率、气孔导度及蒸腾速率均位居首位，其次分别为T10、T3、G21、Q43。而胞间CO2浓度最大的则是Q43，最小的是T11，说明T11的光合作用最强，光能利用率也最强。

表7 叶绿素荧光聚类分析

表8 不同山生柳无性系光合特性比较

目前，有关叶绿素含量的研究中，多为盐胁迫或干旱胁迫对柳树叶绿素含量影响，而对叶绿素含量与光合特性的相关性研究不多。本试验通过研究山生柳无性系的生长特性、叶绿素含量及光合特性，发现在同一阶段下的叶绿素含量与光合速率呈正相关关系，即在一定范围内，叶绿素含量越高净光合速率随之越强。柽柳的叶绿素含量随着净光合速率的升高逐渐增强[7]，研究结果与本试验较为一致。

有关叶绿素荧光分析技术的研究多集中于逆境胁迫[8]、光抑制[9]、干旱胁迫[10]、水分胁迫[11]、盐分胁迫[12]和其它胁迫[13]等。在山生柳生长发育方面未见相关报道。本文通过叶绿素荧光技术对18个山生柳无性系进行测定可知，叶绿素荧光参数可反映山生柳无性系的生长性状及光合特性。此研究结果为今后选育山生柳无性系奠定了理论基础。