四种木本植物的光合特性研究 毕业论文.doc

湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）任务书 生命科学学院 院 园林 系（教研室）系（教研室）主任: （签名） 年 月 日学生姓名: 学号: 0909040215 专业: 园林 1 设计（论文）题目及专题： 四种木本植物的光合特性研究 2 学生设计（论文）时间：自 2013 年 3 月 1 日开始至 2013 年 5 月 31 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：1张晓琳. 桂花光合特性的研究d. 山东农业大学, 20102许大全.光合作用及有关过程对长期高 co2浓度的响应j.植物生理学通讯,1994,30（2）:81-873蒋高明,韩兴国,林光辉.大气浓度升高对植物的直接影响j.植物生态学报,1997,21（6）:489-5024李合生.现代植物生理学m.北京: 高等教育出版社,20025曾小平,赵平,彭少麟,余作岳.5种木本豆科植物的光合特性研究j.植物生态报,1997,21（6）:539-544.9周国逸.生态系统水热原理及其应用m.北京:气象出版社,199710张继澍.植物的光合作用m. 见: 张继澍主编.植物生理学.北京:高等教育出版社,2005.105-142. 11许大全.光合作用效率j.植物生理学通讯, 1988(5): 1-7 .等等4 设计（论文）应完成的主要内容：利用li-6400光合仪测定四种木本植物桂花(osmanthus fragran)，桃树(amygdalus persica linn)，日本樱花(prunus yedoensis matsum)，日本珊瑚树(viburnum awabuki k.koch）的净光合速率（pn）、光照强度（par）、气孔导度（gs）、胞间co2浓度（ci）、蒸腾速率（ti）等指标，并通过相关分析和逐步回归分析探讨净光合速率与生理生态因子的关系。最后撰写论文。5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：提交形式：论文。 要求：严格按湖南科技大学毕业论文要求提交完成；具体要求：字数不少于8000字，中英文摘要。格式正确，按湖南科技大学的论文格式书写，理论鲜明、论据充分。文字无错误，措辞科学准确。查阅资料时做好记载，以科学的客观的语言归纳总结整个过程中勤奋刻苦，按时按量完成任务；不求标新立异、务必做到求真务实。6 发题时间： 2013 年 3 月 1 日指导教师： （签名）学 生： （签名）湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）指导人评语主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价指导人： （签名）年 月 日 指导人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）评阅人评语主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价评阅人： （签名）年 月 日 评阅人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）答辩记录日期： 学生： 学号： 班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书共页2 设计（论文）图 纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价答辩委员会主任： （签名）委员： （签名）（签名）（签名）（签名） 答辩成绩： 总评成绩： 目录摘要- 1 -abstract- 1 -1 引言- 2 -2 材料和方法- 2 -2.1 试验地自然概况- 2 -2.2 试验材料- 2 -2.3 试验方法- 3 -3 结果与分析- 3 -3.1 净光合速率的变化- 3 -3.2 气孔导度的变化- 4 -3.3 胞间co2浓度的变化- 5 -3.4 光照强度的变化- 5 -3.5 蒸腾速率的变化- 6 -3.6 植物水分利用效率的变化- 6 -4 讨论- 7 -5 结论- 8 -参考文献- 9 -致谢- 10 -v-i-四种木本植物的光合特性研究 摘要利用li-6400光合仪测定四种木本植物:桂花(osmanthus fragran)，桃树(amygdalus persica linn)，日本樱花(prunus yedoensis matsum)，日本珊瑚树(viburnum awabuki k.koch）的净光合速率（pn）、光照强度（par）、气孔导度（gs）、胞间co2浓度（ci）、蒸腾速率（ti）等指标，并通过相关分析和逐步回归分析探讨净光合速率与生理生态因子的关系。结果表明：四种植物的净光合速率受蒸腾速率、气孔导度、胞间co2浓度、光照强度等因素的影响。结合前人的研究结果，表明植物的净光合速率与气孔导度(gs)呈极显著正相关，与胞间co2浓度(ci)呈显著负相关。关键词： 木本植物；净光合速率；气孔导度；胞间co2浓度；光照强度photosynthetic characteristics of four kinds of woody plantsmajor: landscape gardening author:ma jiajia instructor:xiang yanciabstractusing the li-6400 photosynthesis to measure four kinds of woody plants(osmanthus fragrans, amygdalus persica linn, prunus yedoensis matsum, viburnum awabuki k.koch) net photosynthetic rate (pn), light intensity (par), stomatal conductance (gs), intercellular co2 concentration (ci), transpiration rate (ti) and other indicators, and through correlation analysis and stepwise regression analysis to explore the net photosynthetic rate and physiological factors. the results showed that: four kinds of plant transpiration rate will be influenced by the net photosynthetic rate, stomatal conductance, intercellular co2 concentration, light intensity and other factors, previous studies had showed that the net photosynthetic rate of plants and stomatal conductance (gs) was a significant positive correlation, intercellular co2 concentration (ci) was a significantly negatively correlation.keywords: woody plants; net photosynthetic rate; stomatal conductance; intercellular co2 concentration; light intensity1 引言绿色植物吸收光能，把h2o和co2合成有机物，释放氧气的过程就称为光合作用（photosynthesis）。光合作用是自然界中重要而特殊的生命现象，它是绿色植物所特有的生理功能，为大多数生物生长提供能量1。有了光合作用，需氧生物才得以生存和发展。光合作用的研究一直是植物生理学上最活跃的领域，其研究已有200多年的历史。光合作用所生成的有机物及其固定的太阳能是生物界获得能量、氧气以及食物的根本途径，是人类赖以生存的基础。在光合作用研究的初期，科学家们着重于探讨环境条件，如光、气、温、肥对叶片光合作用的影响，这是光合作用的生态学研究阶段，在一定程度上推动了当时农业的发展，在此之后进入了以光合机理为主的研究阶段，并取得了巨大的成就。近年来，生理学、植物学和生态学等学科的发展促使光合作用的研究进入了生态生理的新阶段。 90年代以来，全球气候变暖问题己成为光合作用研究的热点，大气中co2浓度增加对树木生长和生理的影响问题引起广泛关注，涌现出大量文献。许大全2简要评述了植物光合作用对长期高co2浓度的响应，以及影响这种响应的因素及光合适应的可能机理。蒋高明等3通过对国外100多篇文献的研究成果进行分析，对国外近几十年来在co2浓度升高对植物的直接影响方面所展开的生理生态学研究方法、动态、基本结论、存在问题等内容做了介绍。光合作用是一个复杂的化学、生物、物理过程，也是全球碳循环及其它物质循环的最重要环节4植物通过光合作用能够固定大气中的 co2，对缓解大气co2度升高有重要作用，因此对其光合作用的特征研究非常重要。本文就对桃树，桂花，日本樱花，日本珊瑚树这四种木本植物的光合特性进行研究，试图进一步探讨生理生态因子对光合作用的影响。2 材料和方法2.1试验地自然概况本次试验于湖南科技大学北校区桃花园和樱花园进行，该区属中亚热带季风湿润气候，夏秋干旱，冬春易受大风和寒潮侵袭。光能资源较丰富，历年平均日照时数1630-1690小时，热量资源丰富，平均气温16.5-17.2。降水量比较充沛，但季节分布不均，年际变化大，全年降水量为1200-1500mm。2.2 试验材料桂花(osmanthus fragrans)，木犀科木犀属。常绿灌木或小乔木，为温带树种。叶对生，多呈椭圆或长椭圆形，树叶叶面光滑，革质，叶边缘有锯齿。花簇生，花冠分裂至基乳有乳白、黄、橙红等色。中国有包括信阳市、衢州市、汉中市在内的20多个城市以桂花为市花或市树。桂花以其淡然贞定品格为世器许。桃树（amygdalus persica linn）桃是一种果实作为水果的落叶小乔木，花可以观赏，果实多汁，可以生食或制桃脯、罐头等，核仁也可以食用。果肉有白色和黄色的，一般在亚洲最受欢迎的品种多为白色果肉，多汁而甜；欧洲、澳大利亚和北美洲的人则在历史上喜欢黄色果肉较酸的品种。日本樱花（prunus yedoensis matsum）为落叶乔木，树皮暗褐色，平滑；小枝幼时有毛。喜光，喜肥沃、深厚而排水良好的微酸性土壤，中性土也能适应，不耐盐碱，耐寒，喜空气湿度大的环境。根系较浅，忌积水与低湿。对烟尘和有害气体的抵抗力较差。日本珊瑚树（viburnum awabuki k.koch）绿灌木或小乔木，高210米；树皮灰褐色或灰色，枝有小瘤状凸起的皮孔，有一对卵状披针形的芽鳞。各地庭园有栽培，作绿篱。上海、浙江、江西等省市亦有栽培。 本种植物耐火力较强，可作森林防火障，木材细软，做锄柄等很好。抗有毒气体。2.3 试验方法选择5月晴朗的天气同一天内同一地点分别在上午11:00和下午15:00进行测定，采用美国产li-6400便携式光合作用测定系统。测定时每株取生长状况良好的叶片3片，每片测量3次，取平均值为试验结果。测定指标包括净光合速率( pn, mol co2 m-2 s-1)、蒸腾速率( tr , mmol h2o m-2s-1)、气孔导度(gs , mol h2o m-2s-1)、胞间co2浓度(ci , mol co2 mol-1)、光照强度（par , mol m-2s-1）、水分利用效率（wue , mol co2 mol-1）等。最后用excel软件对数据进行统计分析。3 结果与分析3.1净光合速率的变化 光合速率是光合作用同化co2的量减去呼吸作用（包括光呼吸）释放co2量的差数，通常用mol co2 m-2 s-1 表示，叶片光合速率的日变化，反映出一天中光合作用的时间持续能力。光合速率越高，植物在光合作用中吸收的二氧化碳越多，制造的碳水化合物就越多，产量越高5。在一定条件下，pn的大小受gs、tr和ci等多个因素相互影响。 从图1可看出同一时间同一地点长势良好的四种木本植物净光合速率( pn，mol co2 m-2 s-1)不同，且上午11:00净光合速率值均高于下午15:00的值，上午11：00净光合速率值最高的是日本珊瑚5.84mol co2 m-2 s-1，日本樱花次之为5.36mol co2 m-2 s-1，桂花最低4.42mol co2 m-2 s-1。下午15:00的净光合速率值大小顺序依次是：桂花桃树樱花日本珊瑚树。两段时间内pn差值大小顺序依次的是：日本樱花3.49mol co2 m-2 s-1日本珊瑚树3.55mol co2 m-2 s-1桃树2.04mol co2 m-2 s-1桂花1.94mol co2 m-2 s-1。两段时间pn的平均值大小顺序依次是：日本珊瑚树4.07mol co2 m-2 s-1日本樱花3.62mol co2 m-2 s-1桂花3.45mol co2 m-2 s-1桃树3.41mol co2 m-2 s-1。3.2气孔导度的变化气孔是植物与外界进行气体交换的门户，是水分散失和co2进出的重要通道，气孔的开放与关闭对植物的蒸腾和光合有重要的调节作用，气孔导度是衡量气孔的开放程度的重要指标；孔导度越大，气体交换越是畅通，则光合作用顺利进行，净光合速率加大，gs受环境因子的影响很大，因此随外界环境条件的变化，气孔导度也会发生变化。由图2可以看出四种植物两个时间测量时的气孔导度(gs，mol h2o m-2s-1)各有差异，且上午11:00测定的值均高于下午15:00的气孔导度值。上午11:00气孔导度的大小顺序为：日本珊瑚树0.26 mol h2o m-2s-1桃树0.18 mol h2o m-2s-1桂花0.13mol h2o m-2s-1日本樱花0.11 mol h2o m-2s-1下午15:00气孔导度的大小顺序为日本珊瑚树0.15mol h2o m-2s-1桃树0.10 mol h2o m-2s-1桂花0.08 mol h2o m-2s-1日本樱花0.07 mol h2o m-2s-1。3.3胞间co2浓度的变化 胞间co2浓度(ci)是从外界胞间进入到细胞组织中能用于光合作用的co2的量， 胞间co2是直接用于光合作用的主要原料之一。净光合速率较大时，固定的co2就较多，从而引起胞间co2浓度的降低。图3表明四种植物的胞间co2浓度从11:00到15:00为上升趋势，与净光合作用的趋势刚好相反。胞间co2浓度的增幅相对于其他因素的变化比较小，变化幅度的大小顺序依次是：日本樱花41.64mol co2 mol-1日本珊瑚树16.98mol co2 mol-1桂花4.51mol co2 mol-1桃树0.94mol co2 mol-13.4 光照强度的变化光是光合作用的动力，也是形成叶绿素、叶绿体以及止常叶片的必要条件。植物的生命活动离不开充足的光照。然而，当叶片吸收光能过多，不能及时有效地加以利用或耗散时，植物就会遭受强光胁迫，引起光合能力降低，发生光合作用的光抑制。6所以，在研究光对光合作用影响的生理学研究中，既有低光对光合作用的影响，又有强光对光合作用抑制的研究。由图4可以看出，四种植物的光照强度均有大幅下降。这可能是当天天气变化的原因。在上午这段时间光照强度比较正常光合速率也比较高，在下午15点的时候由于天气变化光照强度变低，光合速率也随之降低。从这方面来看，光照强度对光合作用的影响是非常大的。光照强度直接影响着光合速率。光照强度变化最大的是日本珊瑚树为400.70mol m-2s-1，次之的是日本樱花为360.80mol m-2s-1，再者是桂花为162.14mol m-2s-1，最小的是桃树为125.53mol m-2s-1。3.5蒸腾速率的变化 孔运动及气孔构造直接影响和调控着植物的蒸腾，因此，通过气孔运动机制，气孔对环境的响应进行研究，可建立气孔行为模型7，估算蒸腾强度。经学者研究，气孔阻力的环境因子依次是光合有效辐射、相对湿度和气温，其中光因子是主要的因子8图5表明：四种木本植物的蒸腾速率各不相同，且上午的蒸腾速率都高于下午的蒸腾速率。另外日本珊瑚树的蒸腾速率比较高，与气孔导度的变化幅度相似。 3.6 植物水分利用效率的变化植物水分利用效率wue (pn/tr) 是植物物质生产和水分消耗之间关系的重要指标9，wue高的植物,其叶片含水力高，持水强，用水节约，限制叶片水分散失，减轻对光合的抑制10，提高植物抗逆性。由表1、表2可知：四种木本植物的11:00的水分利用率均比15：00的水分利用率高。这主要是光合速率大量下降造成的。11:00的时候，日本樱花的水分利用率最高为2.43，次之的是桂花1.93，再者是桃树1.57，最低的是日本珊瑚树。15:00的时候，水分利用率最高的是桂花1.48，次之的是桃树1.29，再者是日本樱花1.15，最低的是日本珊瑚树0.78， 在两个时间段水分利用率最低的都是日本珊瑚树，这可能和植物的类别有很大关系。表1 四种木本植物11：00时的水分利用率wue比较种类品种pn（mol co2 m-2s-1) tr（mmol h2o m-2s-1)wue=pn/tr（mol co2 mol-1)桃树桂花日本樱花日本珊瑚树4.434.425.365.842.832.292.214.251.571.932.431.37表2 四种木本植物15:00时的水分利用率wue比较种类品种pn（molco2 m-2s-1)tr（mmolh2o m-2s-1)wue=pn/tr（mol co2 mol-1)桃树桂花日本樱花日本珊瑚树2.392.481.872.291.851.681.622.931.291.481.150.784 讨论在本次试验中日本珊瑚树比其他植物具有较高的光合速率，气孔导度也比其他植物高很多，蒸腾速率也一直高于其他树种。 根据以上观点可以认为日本珊瑚树具有较好的生长状况。另外在光合速率变化的图中可以看出，所有植物的光合速率从上午到下午有一个明显的下降趋势。从光照强度，气孔导度的其他变化图来看，主要原因可能是天气变化，光照强度变低的原因导致的。另外蒸腾速率和气孔导度的变化图也有相同的趋势，可以证明植物的光合速率不仅与光照强度有关，还和植物的其他生理生态因子有关。光合作用是植物十分复杂的生理过程，叶片净光合速率与自身因素如叶绿素含量、叶片厚度、叶片成熟度等密切相关，又受光照强度、气温、空气相对湿度、土壤含水量等影响。 从气孔导度的变化图可以看出，气孔导度的变化趋势与光合速率变化趋势相同。可以肯定气孔导度与光合速率存在正相关的关系。气孔开启的大小直接影响进入叶片内部参与光合作用的co2浓度的大小，因此就会间接影响光合作用的进行。这与许大全11等学者提出的光合速率对气孔导度具有反馈调节作用的看法一致，在有利于叶肉细胞的光合时，气孔导度增大；不利于光合时，气孔导度减小。由于本次试验选测时间为11点和15点，而且光照强度变化大，不能确定这四种木本植物存在光合“午休”的可能。光合“午休”是对炎热条件有益的生态适应和自我调节机制的表现。通过光合速率与胞间co2浓度的对比可以发现，胞间co2的浓度的变化趋势与光合速率的变化趋势相反。可以证明胞间co2浓度与净光合速率呈负相关关系。farquhar和sharkey认为，当pn和ci变化的方向相同，且气孔限制值增大，可认为pn的下降主要由气孔限制引起的；如果pn和ci的变化方向相反，气孔限制值减小，则pn下降归因于叶肉细胞同化能力的降低12。当两种因素同时存在时，ci变化的方向依赖于占优势的那个因素，标准应当是ci变化的方向，而不是变化的幅度13。从本实验的数据来看，pn的下降是非气孔因素引起的，就是叶肉细胞同化能力降低引起的。四种木本植物中，日本珊瑚树的蒸腾速率比较高。说明在相似的环境下，该树种在降温增湿方面会有良好表现，其他植物相对于日本珊瑚树，在园林维护中，不需要花费太多的人力和时间灌溉水分，更能适应干燥的环境。四种园林树种的有效 wue的日平均值，按照降序排列依次为：日本樱花1.79 桂花1.70桃树1.43日本珊瑚树1.08。日本樱花的wue最高，说明该树种在吸收等量水分的情况下，会比其它树种产生更多的生物量。从以上分析可以看出tr与wue之间存在明显的互补性，即高tr树种其水分利用效率低，低tr树种其水分利用效率高，中等tr树种其水分利用效率也中等。日本珊瑚树的tr较高，而它们的水分利用效率较低；日本樱花，桂花的水分利用效率较高，而它们的tr较低；桃树的tr和wue均处于中等水平。5 结论光合作用是一个非常复杂的生理过程，净光合速率和叶本身的因素，如叶绿素含量，叶片厚度，叶片成熟度等相关，而且还受温度，光照强度，土壤水分，空气湿度等的影响。关于净光合速率和胞间co2浓度、气孔导度、蒸腾速率之间的关系各学者持不同的观点。张美善等14报道，西洋参叶片净光合速率与气孔导度和蒸腾速率之间呈正相关。翁晓燕等15研究表明，水稻叶片光合速率与气孔导度的变化一致，呈正相关，与胞间co2浓度呈负相关。陶汉之16对茶树的光合作用的研究发现，净光合速率和气孔导度的变化没有平行关系，不呈明显正相关。笔者通过对四种木本植物净光合速率的变化研究结果表明，这四种木本植物的胞间co2浓度与净光合速率呈负相关关系，气孔导度与净光合速率之间呈正相关。这与翁晓燕等对水稻的研究结果一致。参考文献1张晓琳.桂花光合特性的研究d. 山东农业大学, 20102许大全.光合作用及有关过程对长期高 co2浓度的响应j.植物生理学通讯,1994,30（2）:81-873蒋高明,韩兴国,林光辉.大气浓度升高对植物的直接影响j.植物生态学报,1997,21（6）:489-5024李合生.现代植物生理学m.北京高等教育出版社,200