水汽压差对番茄叶片光合及二氧化碳扩散途径的影响

1、水汽压差对番茄叶片光合及二氧化碳扩散途径的影响 温室环境的科学调控是实现设施农业优质高效与智能化管理的 核心技术,空气湿度是温室环境调控的重要因子。水汽压差（VPD作 为空气湿度的表征形式之一 , 反映了大气水分亏缺的程度。本研究针 对光合作用对VPD变化响应途径不清楚的问题，以番茄为研究对象， 通过设置不同的VPD处理,综合评价了不同番茄品种对VPD变化的敏 感性,分析了光合生理特性参数随 VPD变化的规律，定量了气孔导度 和叶肉导度对光合作用的限制 , 观察了番茄叶片、茎和根系的解剖结 构特征 , 明确了番茄植株水力学特性的变化 , 确定了气孔导度和叶肉 导度的调控途径，对比了不同VPD处

2、理下气体交换参数的日变化差异。 最终，揭示了光合作用响应 VPD变化的机理，为温室环境最优调控和 高产栽培提供理论依据。主要研究结果如下 :（1）综合评价了不同番 茄品种对VPD变化的敏感性。通过对15个番茄品种的叶片保水率、 叶绿素含量、 叶面积、总干重、根冠比、比叶重和壮苗指数分析发现 , 改变VPD寸不同指标的变异程度不同，根冠比、壮苗指数和叶片保水 率变异较大 , 而叶面积的变异较小。 由于不同指标间存在相关性 , 利用 主成分分析法将多个指标提取成 3 个相互独立的综合指标 , 结合隶属 函数法和聚类分析法 , 将 15 个番茄品种分为四类 : 不敏感品种（金棚 1 号、金棚朝冠和申

3、粉 11 号）, 较不敏感品种（东亚粉冠、红灯笼和 合作 903）, 较敏感品种（毛粉 802、东圣 7 号、中杂 9号、农博粉 3 号和粉果 06-2）和敏感品种（金棚 14-6、金粉 9号、中杂 105和金 粉2号）。（2）明确了不同VPD处理对番茄叶片光合生理特性的影响。采用番茄不敏感品种“金棚1号”(JP)和番茄敏感品种“中杂105”(ZZ)为试材，发现与低VPD处理相比，高VPD处理下JP的净同化速 率无显著变化，而ZZ的净同化速率下降21%达显著水平。高VPD下 ZZ净同化速率的降低主要是由于气孔导度下降导致的，其次为叶肉导 度的下降，生化作用的限制最小。高VPDT ZZ中气孔导度

4、的下降引起 了胞间CO<sub>2</sub浓度的减少，伴随着叶肉导度的降低，叶绿体 内的CO<sub>2</sub含量进一步减少，叶绿体中羧化位点 CO<sub>2</sub供应的不足最终导致了光合作用的降低。(3)明确了 番茄叶片气孔形态和气孔运动介导的气孔导度调控途径。高VPD处理对JP的气孔形态特征和气孔导度/最大气孔导度均没有显著影响，而 使ZZ的气孔密度、气孔大小和气孔导度/最大气孔导度显著下降。对 于ZZ,高VPD处理下气孔导度变化的48痢以由气孔密度和气孔大小 的变化来解释，其余的变化则是因为气孔开度的改变。JP中高VPD处

5、 理使蒸腾速率较低VPD处理提高了 21%同时也使叶脉木质部导管直 径、根系体积和水孔蛋白基因表达量增大，说明咼VPDT JP提咼了水 分供应能力以满足高的蒸腾需求，从而使气孔导度维持在低VPD处理 的水平。ZZ中，与低VPD处理相比，高VPD处理下叶脉密度显著下降， 叶脉木质部直径减小 , 而茎和根系形态结构无显著差异 , 说明高 VPD 下ZZ尽管使气孔密度和大小减小，但水分供应仍不能维持正常蒸腾 需求,从而导致气孔开度变小 ,防止过度蒸腾。(4)明确了番茄叶片解 剖结构变化对叶肉导度的调控途径。 通过分析叶肉导度和叶肉解剖结 构间关系发现 ,叶肉解剖结构的变化决定了叶肉导度的变化。高 V

6、PD 处理下JP叶肉解剖结构各特征均无显著变化。与低 VPD处理相比， 高VPD处理下ZZ叶肉组织中C0₂F气相扩散导度无差异， 而液相扩散导度减小 , 说明叶肉导度的下降是由液相扩散导度下降引 起的。在液相扩散途径中高 VPD下 ZZ的面向细胞间隙的叶绿体表面 积显著减小 , 而叶绿体与细胞膜间距离增大。这表明用于溶解 C0<sub>2</sub的叶绿体面积减小，同时C0<sub>2</sub在细胞质中 扩散阻力增大，影响了 CO₂S入叶绿体。（5）明确了不同 VPD处理下光合作用日变化的限制因素。净同化速率和气孔导度的日 变化曲线在低VPD处理下为“双峰”曲线，而在高VPD处理下为“单 峰”曲线。胞间C0<sub>2</sub浓度在低VPD处理下为W形变化，而 在高VPD处理下为V形变化。说明低VPD处理下光合主要受气孔因素 的限制，而光合“午休”是由非气孔因素限制导致的；在高VPD处理下 光合则主要受非气孔因素的限制。蒸腾速率在高VPD处理下显著高于 低