日光溫室不同西瓜品種的光合特性

日光溫室不同西瓜品種的光合特性

西藤是一個一級植物，含有豐富的礦物鹽和各種維生素。它是夏季的主要休息水果。它是一種古老的太陽植物，具有強烈的嗜光性。光合作用是“地球上最主要的化學反應”,是植物的重要生理功能和農作物產量形成的基礎,農業(yè)生產的本質是人們采用多種措施保證作物更好的進行光合作用,并使其同化物盡可能多地轉化成所需要的產品.溫室反季節(jié)生產中,作物生長發(fā)育的局部生態(tài)條件顯著不同于露地,主要表現(xiàn)為:平均溫度低、晝夜溫差大、日照時間短、光照強度小、作物冠層高、空氣濕度大等.光照強度、溫度、水分、營養(yǎng)、二氧化碳濃度或其它生物因素發(fā)生改變都會影響光合作用的進行.在自然條件下,植物光合作用的日變化曲線大致有2種類型:一種是單峰型,中午光合速率最高;另一種是雙峰型,上、下午各有一個高峰.雙峰型中午的低谷就是所謂的“光合午休”.引起其產生的生態(tài)因子有光照、CO2、氣溫和濕度;生理因子有氣孔導度、葉肉阻力、葉片水勢、呼吸作用和生理節(jié)奏等.已有的研究表明,設施栽培油桃的光飽和點和光補償點比在露地條件下低;溫室中甜瓜對光的利用范圍相對于露地中減少;溫室內牡丹花石榴光合類型為雙峰型;溫室的晝夜溫差對小麥葉片面積及葉位間光合有較大影響;適度遮陽可提高辣椒凈光合速率和產量;櫻桃新梢葉片凈光合速率為單峰型變化;溫室栽培黃瓜、甜瓜有明顯的“午休”現(xiàn)象;在露地條件下嫁接栽培的無籽西瓜也有“光合午休”現(xiàn)象.而對于西瓜溫室栽培與露地栽培之間的環(huán)境因素、光合特性的差異比較,目前還尚未見報道.鑒于此,本試驗通過測定溫室栽培與露地栽培西瓜的光合特性,比較2種栽培條件下環(huán)境因素對西瓜光合特性的影響,以期為西瓜生產和栽培管理提供理論依據.1材料和方法1.1實驗設計與測定方法本試驗供試品種為溫室常用西瓜品種‘寶冠’、‘新金蘭’和甘肅省露地主栽品種‘西農八號’.溫室試驗于2008年春季在蘭州市紅古區(qū)農業(yè)高新技術示范區(qū)的生產性日光節(jié)能溫室進行,定植株行距為55cm×70cm,立架栽培,雙蔓整枝,3月上旬伸蔓期進行光合測定.露地試驗于2008年5月-7月在蘭州露地進行,定植株行距為40cm×130cm,雙蔓整枝,6月上旬進行光合測定.1.2功能葉穩(wěn)定含量的測定光合作用測定在晴天進行,測定儀器為CIRAS-2型便攜式光合測定系統(tǒng)(英國PP-SYSTEMS公司).每個品種選取長勢一致的3-5個植株,在測定前1d下午對其自上而下第6-8葉位壯齡葉進行預測,選擇其中光合能力最強的葉片進行標記,作為待測功能葉.從7∶20~19∶20每隔1.5h測定1次,每個品種測定3株,每株1片功能葉,每個葉片記錄5組穩(wěn)定數值.測定采用CIRAS-2標準葉室,開放式氣路,測定時光強、溫度、濕度和CO2濃度均與外界條件相同.2結果與分析2.1西瓜截面溫度上升速度由圖1可知,露地條件下光照強度約為溫室的2~3倍,光量子通量密度日變化較溫室條件下變化劇烈,其峰值幾乎是溫室中的3倍,原因在于溫室特殊的條件限制,其光量子通量密度下降.在溫室中,西瓜葉面溫度上升速度要快于露地條件,在13∶20前后出現(xiàn)高峰值;露地條件下,在14∶50~16∶20之間溫度達到高峰.溫室空氣相對濕度日變化呈現(xiàn)雙峰型趨勢,而露地空氣相對濕度則呈單峰型變化趨勢,中午時最高,因為在溫室日常管理中,通風時間及通風量對溫室空氣濕度的影響極大,因而引起溫室內外相對濕度差值較大.在露地微風條件下,冠層CO2濃度基本保持穩(wěn)定,平均值為351.8μL·L-1,而溫室的CO2濃度變化劇烈,平均值為455.6μL·L-1,在8∶50~11∶50階段,CO2濃度迅速下降,之后保持穩(wěn)定,下午后略有回升.2.2最大凈光合速率在露地和溫室栽培條件下,‘新金蘭’和‘寶冠’的凈光合速率日變化均呈現(xiàn)單峰型變化趨勢(圖2).在露地條件下,‘新金蘭’的凈光合速率在10∶20~11∶50時段達到高峰,峰值(以CO2計,下同)為15.1μmol·m-2·s-1,日平均光合速率為7.85μmol·m-2·s-1,而在溫室條件下,峰值出現(xiàn)在13∶20~14∶50時段,其值為13.8μmol·m-2·s-1,日平均光合速率為9.86μmol·m-2·s-1.‘寶冠’在露地條件下最大凈光合速率出現(xiàn)在13∶20~14∶50時段,其值為13.7μmol·m-2·s-1,日平均光合速率為7.32μmol·m-2·s-1;在溫室條件下,光合速率高峰遲于14∶50~16∶20時段,其值為10.8μmol·m-2·s-1,日平均光合速率為8.73μmol·m-2·s-1.說明相對于露地栽培,溫室條件下‘新金蘭’和‘寶蘭’2個西瓜品種的凈光合速率高峰期明顯推遲,峰值降低.在露地條件下,‘西農8號’凈光合速率日變化也呈單峰型變化趨勢,凈光合速率在8∶50前迅速上升,至11∶50~13∶20時出現(xiàn)峰值,其值為14.6μmol·m-2·s-1,之后逐漸下降,日平均光合速率為6.47μmol·m-2·s-1,且凈光合速率高峰期和峰值介于‘新金蘭’和‘寶冠’之間.2.3光合速率與氣孔導度由圖3可知,‘新金蘭’在露地和溫室中的氣孔導度日變化均呈單峰型變化趨勢,在11∶50~13∶20時出現(xiàn)高峰值;‘寶冠’在露地條件下表現(xiàn)出雙峰特征,在11∶50左右出現(xiàn)低谷,而在溫室中,氣孔導度日變化呈單峰型變化趨勢;‘西農8號’也呈雙峰型變化趨勢,出現(xiàn)低谷的時間和‘寶冠’相同,但其氣孔導度日變化較其他2個品種劇烈.對光合速率和氣孔導度進行相關性分析,結果表明:在露地條件下,r寶冠=0.787,P<0.05;r新金蘭=0.894,P<0.01;r西農8號=0.821,P<0.05;在溫室中,r寶冠=0.970;r新金蘭=0.814,P<0.05.說明3個西瓜品種的光合速率日變化與氣孔導度日變化在露地條件下均表現(xiàn)相關,而在溫室中,‘新金蘭’的光合速率日變化與氣孔導度日變化表現(xiàn)相關,‘寶冠’無此表現(xiàn).2.4氣孔導度與光合速率的關系由圖4可知,無論在溫室還是在露地條件下,胞間CO2濃度日變化均表現(xiàn)出一致的變化趨勢,即在14∶50前后出現(xiàn)低谷.此時,對‘新金蘭’而言,在溫室和露地條件下胞間CO2濃度與氣孔導度、光合速率的變化趨勢相反;‘寶冠’在露地條件下胞間CO2濃度與‘新金蘭’表現(xiàn)相同,‘西農8號’胞間CO2濃度與溫室中的‘寶冠’表現(xiàn)一致.對光合速率和胞間CO2濃度進行相關性分析,結果表明,在露地條件下,r寶冠=0.915,P<0.01;r新金蘭=0.903,P<0.01;r西農8號=0.924,P<0.01.在溫室條件下,r寶冠=0.405;r新金蘭=0.612.說明3個西瓜品種的光合速率日變化與胞間CO2濃度日變化在露地下相關,而在溫室條件下不相關.2.5蒸騰速率日變化由圖5可知,‘新金蘭’的蒸騰速率日變化在溫室和露地條件下均呈單峰型變化趨勢;‘寶冠’在露地條件下的蒸騰速率日變化與‘新金蘭’一致,而在溫室中呈現(xiàn)雙峰變化特征,出現(xiàn)低谷時的溫度、濕度均較高,但氣孔導度降至最低,說明此時氣孔關閉,使蒸騰降低;‘西農8號’的蒸騰速率日變化與溫室條件下的‘寶冠’一致.由圖6可知,在露地條件下,‘寶冠’在8∶50~11∶50階段較低的蒸騰速率可能是造成當時瞬時水分利用效率較高的主要原因.對‘新金蘭’而言,在露地條件下,8∶50~11∶50階段較高的光合速率可能是造成當時瞬時水分利用效率較高的主要原因;溫室中,此階段蒸騰速率較小造成瞬時水分利用效率較高.對于‘西農8號’,在8∶50~10∶20時的高光合速率和低蒸騰速率致使瞬時水分利用效率出現(xiàn)最高值,在13∶20~14∶50階段的蒸騰速率出現(xiàn)低谷,而光合速率也顯著降低.3對光量子通量密度的影響關于西瓜單葉光合作用的日變化模式,國內已經有了較多的研究.賀洪軍等對熟性不同的3個西瓜品種光合作用特性的研究發(fā)現(xiàn),不同品種、生育時期甚至不同葉位的光合能力有差異,但各品種均具有光合“午休”特征.本試驗測定期間的氣象因子顯示,在露地條件下,CO2濃度與濕度變化不大,溫度和光量子通量密度在13∶20之前迅速上升.而在溫室中,溫度和濕度在13∶20之前上升較快,CO2迅速下降,但其濃度要高于露地;而光量子通量密度上升相對較慢,并且其變化趨勢與光合速率的變化極為相似,但‘新金蘭’和‘寶冠’2個西瓜品種光合峰值時的光量子通量密度均明顯小于露地.不管是在溫室還是在露地條件下,‘新金蘭’的光合作用均明顯高于‘寶冠’,且日平均光合速率最高.‘新金蘭’和‘寶冠’的光合速率日變化均呈現(xiàn)單峰變化趨勢,在溫室條件下,2個品種的光合速率高峰期明顯推遲,峰值降低.在本試驗條件下,影響西瓜光合作用的決定性因子并不是CO2、濕度、溫度,而是光量子通量密度.有研究表明,水分虧缺、低溫、強光、空氣相對濕度低、外源ABA等諸多因素都可以誘發(fā)氣孔不均勻關閉現(xiàn)象,從而影響氣孔導度.當胞間CO2濃度降低和氣孔限制值增大時,光合速率降低主要由氣孔導度降低引起;而如果光合速率降低,但胞間CO2濃度卻增高,則光合作用的主要限制因素是非氣孔因素,即葉肉細胞光合活性下降引起.在露地栽培條件下,從光照強度、CO2濃度對西瓜光合作用的影響來看,‘寶冠’品種對弱光的利用能力更高,但是其對低CO2濃度利用能力較弱;而‘新金蘭’品種對強光利用率高,且對高CO2濃度利用能力較強;‘西農8號’對光能利用相對較低.‘寶冠’、‘新金蘭’品種伸蔓期在溫室和露地條件下均未表現(xiàn)出“光合午休”現(xiàn)象;在露地條件下,‘西農8號’品種伸蔓期也未見“光合午休”現(xiàn)象,其對環(huán)境條件敏感,同時也表現(xiàn)出光合變化劇烈.綜合各生態(tài)因子說明