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(gè)一級(jí)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(yáng)植物，具有強(qiáng)烈的嗜光性。光合作用是“地球上最主要的化學(xué)反應(yīng)”,是植物的重要生理功能和農(nóng)作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的本質(zhì)是人們采用多種措施保證作物更好的進(jìn)行光合作用,并使其同化物盡可能多地轉(zhuǎn)化成所需要的產(chǎn)品.溫室反季節(jié)生產(chǎn)中,作物生長(zhǎng)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(shí)間短、光照強(qiáng)度小、作物冠層高、空氣濕度大等.光照強(qiáng)度、溫度、水分、營(yíng)養(yǎng)、二氧化碳濃度或其它生物因素發(fā)生改變都會(huì)影響光合作用的進(jìn)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(gè)高峰.雙峰型中午的低谷就是所謂的“光合午休”.引起其產(chǎn)生的生態(tài)因子有光照、CO2、氣溫和濕度;生理因子有氣孔導(dǎo)度、葉肉阻力、葉片水勢(shì)、呼吸作用和生理節(jié)奏等.已有的研究表明,設(shè)施栽培油桃的光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)比在露地條件下低;溫室中甜瓜對(duì)光的利用范圍相對(duì)于露地中減少;溫室內(nèi)牡丹花石榴光合類型為雙峰型;溫室的晝夜溫差對(duì)小麥葉片面積及葉位間光合有較大影響;適度遮陽(yáng)可提高辣椒凈光合速率和產(chǎn)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(wú)籽西瓜也有“光合午休”現(xiàn)象.而對(duì)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(jiàn)報(bào)道.鑒于此,本試驗(yàn)通過(guò)測(cè)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(duì)西瓜光合特性的影響,以期為西瓜生產(chǎn)和栽培管理提供理論依據(jù).1材料和方法1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與測(cè)定方法本試驗(yàn)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(nóng)八號(hào)’.溫室試驗(yàn)于2008年春季在蘭州市紅古區(qū)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)示范區(qū)的生產(chǎn)性日光節(jié)能溫室進(jìn)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(jìn)行光合測(cè)定.露地試驗(yàn)于2008年5月-7月在蘭州露地進(jìn)行,定植株行距為40cm×130cm,雙蔓整枝,6月上旬進(jìn)行光合測(cè)定.1.2功能葉穩(wěn)定含量的測(cè)定光合作用測(cè)定在晴天進(jìn)行,測(cè)定儀器為CIRAS-2型便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)(英國(guó)PP-SYSTEMS公司).每個(gè)品種選取長(zhǎng)勢(shì)一致的3-5個(gè)植株,在測(cè)定前1d下午對(duì)其自上而下第6-8葉位壯齡葉進(jìn)行預(yù)測(cè),選擇其中光合能力最強(qiáng)的葉片進(jìn)行標(biāo)記,作為待測(cè)功能葉.從7∶20~19∶20每隔1.5h測(cè)定1次,每個(gè)品種測(cè)定3株,每株1片功能葉,每個(gè)葉片記錄5組穩(wěn)定數(shù)值.測(cè)定采用CIRAS-2標(biāo)準(zhǔn)葉室,開(kāi)放式氣路,測(cè)定時(shí)光強(qiáng)、溫度、濕度和CO2濃度均與外界條件相同.2結(jié)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(qiáng)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(dá)到高峰.溫室空氣相對(duì)濕度日變化呈現(xiàn)雙峰型趨勢(shì),而露地空氣相對(duì)濕度則呈單峰型變化趨勢(shì),中午時(shí)最高,因?yàn)樵跍厥胰粘９芾碇?通風(fēng)時(shí)間及通風(fēng)量對(duì)溫室空氣濕度的影響極大,因而引起溫室內(nèi)外相對(duì)濕度差值較大.在露地微風(fēng)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(shì)(圖2).在露地條件下,‘新金蘭’的凈光合速率在10∶20~11∶50時(shí)段達(dá)到高峰,峰值(以CO2計(jì),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(shí)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(shí)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(shí)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(shuō)明相對(duì)于露地栽培,溫室條件下‘新金蘭’和‘寶蘭’2個(gè)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(nóng)8號(hào)’凈光合速率日變化也呈單峰型變化趨勢(shì),凈光合速率在8∶50前迅速上升,至11∶50~13∶20時(shí)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(dǎo)度由圖3可知,‘新金蘭’在露地和溫室中的氣孔導(dǎo)度日變化均呈單峰型變化趨勢(shì),在11∶50~13∶20時(shí)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(dǎo)度日變化呈單峰型變化趨勢(shì);‘西農(nóng)8號(hào)’也呈雙峰型變化趨勢(shì),出現(xiàn)低谷的時(shí)間和‘寶冠’相同,但其氣孔導(dǎo)度日變化較其他2個(gè)品種劇烈.對(duì)光合速率和氣孔導(dǎo)度進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)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(nóng)8號(hào)=0.821,P<0.05;在溫室中,r寶冠=0.970;r新金蘭=0.814,P<0.05.說(shuō)明3個(gè)西瓜品種的光合速率日變化與氣孔導(dǎo)度日變化在露地條件下均表現(xiàn)相關(guān),而在溫室中,‘新金蘭’的光合速率日變化與氣孔導(dǎo)度日變化表現(xiàn)相關(guān),‘寶冠’無(wú)此表現(xiàn).2.4氣孔導(dǎo)度與光合速率的關(guān)系由圖4可知,無(wú)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(shì),即在14∶50前后出現(xiàn)低谷.此時(shí),對(duì)‘新金蘭’而言,在溫室和露地條件下胞間CO2濃度與氣孔導(dǎo)度、光合速率的變化趨勢(shì)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(nóng)8號(hào)’胞間CO2濃度與溫室中的‘寶冠’表現(xiàn)一致.對(duì)光合速率和胞間CO2濃度進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)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(nóng)8號(hào)=0.924,P<0.01.在溫室條件下,r寶冠=0.405;r新金蘭=0.612.說(shuō)明3個(gè)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(guān),而在溫室條件下不相關(guān).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(shì);‘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(shí)的溫度、濕度均較高,但氣孔導(dǎo)度降至最低,說(shuō)明此時(shí)氣孔關(guān)閉,使蒸騰降低;‘西農(nóng)8號(hào)’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(dāng)時(shí)瞬時(shí)水分利用效率較高的主要原因.對(duì)‘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(dāng)時(shí)瞬時(shí)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(shí)水分利用效率較高.對(duì)于‘西農(nóng)8號(hào)’,在8∶50~10∶20時(shí)的高光合速率和低蒸騰速率致使瞬時(shí)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(duì)光量子通量密度的影響關(guān)于西瓜單葉光合作用的日變化模式,國(guó)內(nèi)已經(jīng)有了較多的研究.賀洪軍等對(duì)熟性不同的3個(gè)西瓜品種光合作用特性的研究發(fā)現(xiàn),不同品種、生育時(shí)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(yàn)測(cè)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(duì)較慢,并且其變化趨勢(shì)與光合速率的變化極為相似,但‘新金蘭’和‘寶冠’2個(gè)西瓜品種光合峰值時(shí)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(shì),在溫室條件下,2個(gè)品種的光合速率高峰期明顯推遲,峰值降低.在本試驗(yàn)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(qiáng)光、空氣相對(duì)濕度低、外源ABA等諸多因素都可以誘發(fā)氣孔不均勻關(guān)閉現(xiàn)象,從而影響氣孔導(dǎo)度.當(dāng)胞間CO2濃度降低和氣孔限制值增大時(shí),光合速率降低主要由氣孔導(dǎo)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(xì)胞光合活性下降引起.在露地栽培條件下,從光照強(qiáng)度、CO2濃度對(duì)西瓜光合作用的影響來(lái)看,‘寶冠’品種對(duì)弱光的利用能力更高,但是其對(duì)低CO2濃度利用能力較弱;而‘新金蘭’品種對(duì)強(qiáng)光利用率高,且對(duì)高CO2濃度利用能力較強(qiáng);‘西農(nóng)8號(hào)’對(duì)光能利用相對(duì)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(nóng)8號(hào)’品種伸蔓期也未見(jiàn)“光合午休”現(xiàn)象,其對(duì)環(huán)境條件敏感,同時(shí)也表現(xiàn)出光合變化劇烈.綜合各生態(tài)因子說(shuō)明