日光温室不同西瓜品种的光合特性

日光温室不同西瓜品种的光合特性

西藤是一个一级植物，含有丰富的矿物盐和各种维生素。它是夏季的主要休息水果。它是一种古老的太阳植物，具有强烈的嗜光性。光合作用是“地球上最主要的化学反应”,是植物的重要生理功能和农作物产量形成的基础,农业生产的本质是人们采用多种措施保证作物更好的进行光合作用,并使其同化物尽可能多地转化成所需要的产品.温室反季节生产中,作物生长发育的局部生态条件显著不同于露地,主要表现为:平均温度低、昼夜温差大、日照时间短、光照强度小、作物冠层高、空气湿度大等.光照强度、温度、水分、营养、二氧化碳浓度或其它生物因素发生改变都会影响光合作用的进行.在自然条件下,植物光合作用的日变化曲线大致有2种类型:一种是单峰型,中午光合速率最高;另一种是双峰型,上、下午各有一个高峰.双峰型中午的低谷就是所谓的“光合午休”.引起其产生的生态因子有光照、CO2、气温和湿度;生理因子有气孔导度、叶肉阻力、叶片水势、呼吸作用和生理节奏等.已有的研究表明,设施栽培油桃的光饱和点和光补偿点比在露地条件下低;温室中甜瓜对光的利用范围相对于露地中减少;温室内牡丹花石榴光合类型为双峰型;温室的昼夜温差对小麦叶片面积及叶位间光合有较大影响;适度遮阳可提高辣椒净光合速率和产量;樱桃新梢叶片净光合速率为单峰型变化;温室栽培黄瓜、甜瓜有明显的“午休”现象;在露地条件下嫁接栽培的无籽西瓜也有“光合午休”现象.而对于西瓜温室栽培与露地栽培之间的环境因素、光合特性的差异比较,目前还尚未见报道.鉴于此,本试验通过测定温室栽培与露地栽培西瓜的光合特性,比较2种栽培条件下环境因素对西瓜光合特性的影响,以期为西瓜生产和栽培管理提供理论依据.1材料和方法1.1实验设计与测定方法本试验供试品种为温室常用西瓜品种‘宝冠’、‘新金兰’和甘肃省露地主栽品种‘西农八号’.温室试验于2008年春季在兰州市红古区农业高新技术示范区的生产性日光节能温室进行,定植株行距为55cm×70cm,立架栽培,双蔓整枝,3月上旬伸蔓期进行光合测定.露地试验于2008年5月-7月在兰州露地进行,定植株行距为40cm×130cm,双蔓整枝,6月上旬进行光合测定.1.2功能叶稳定含量的测定光合作用测定在晴天进行,测定仪器为CIRAS-2型便携式光合测定系统(英国PP-SYSTEMS公司).每个品种选取长势一致的3-5个植株,在测定前1d下午对其自上而下第6-8叶位壮龄叶进行预测,选择其中光合能力最强的叶片进行标记,作为待测功能叶.从7∶20~19∶20每隔1.5h测定1次,每个品种测定3株,每株1片功能叶,每个叶片记录5组稳定数值.测定采用CIRAS-2标准叶室,开放式气路,测定时光强、温度、湿度和CO2浓度均与外界条件相同.2结果与分析2.1西瓜截面温度上升速度由图1可知,露地条件下光照强度约为温室的2~3倍,光量子通量密度日变化较温室条件下变化剧烈,其峰值几乎是温室中的3倍,原因在于温室特殊的条件限制,其光量子通量密度下降.在温室中,西瓜叶面温度上升速度要快于露地条件,在13∶20前后出现高峰值;露地条件下,在14∶50~16∶20之间温度达到高峰.温室空气相对湿度日变化呈现双峰型趋势,而露地空气相对湿度则呈单峰型变化趋势,中午时最高,因为在温室日常管理中,通风时间及通风量对温室空气湿度的影响极大,因而引起温室内外相对湿度差值较大.在露地微风条件下,冠层CO2浓度基本保持稳定,平均值为351.8μL·L-1,而温室的CO2浓度变化剧烈,平均值为455.6μL·L-1,在8∶50~11∶50阶段,CO2浓度迅速下降,之后保持稳定,下午后略有回升.2.2最大净光合速率在露地和温室栽培条件下,‘新金兰’和‘宝冠’的净光合速率日变化均呈现单峰型变化趋势(图2).在露地条件下,‘新金兰’的净光合速率在10∶20~11∶50时段达到高峰,峰值(以CO2计,下同)为15.1μmol·m-2·s-1,日平均光合速率为7.85μmol·m-2·s-1,而在温室条件下,峰值出现在13∶20~14∶50时段,其值为13.8μmol·m-2·s-1,日平均光合速率为9.86μmol·m-2·s-1.‘宝冠’在露地条件下最大净光合速率出现在13∶20~14∶50时段,其值为13.7μmol·m-2·s-1,日平均光合速率为7.32μmol·m-2·s-1;在温室条件下,光合速率高峰迟于14∶50~16∶20时段,其值为10.8μmol·m-2·s-1,日平均光合速率为8.73μmol·m-2·s-1.说明相对于露地栽培,温室条件下‘新金兰’和‘宝兰’2个西瓜品种的净光合速率高峰期明显推迟,峰值降低.在露地条件下,‘西农8号’净光合速率日变化也呈单峰型变化趋势,净光合速率在8∶50前迅速上升,至11∶50~13∶20时出现峰值,其值为14.6μmol·m-2·s-1,之后逐渐下降,日平均光合速率为6.47μmol·m-2·s-1,且净光合速率高峰期和峰值介于‘新金兰’和‘宝冠’之间.2.3光合速率与气孔导度由图3可知,‘新金兰’在露地和温室中的气孔导度日变化均呈单峰型变化趋势,在11∶50~13∶20时出现高峰值;‘宝冠’在露地条件下表现出双峰特征,在11∶50左右出现低谷,而在温室中,气孔导度日变化呈单峰型变化趋势;‘西农8号’也呈双峰型变化趋势,出现低谷的时间和‘宝冠’相同,但其气孔导度日变化较其他2个品种剧烈.对光合速率和气孔导度进行相关性分析,结果表明:在露地条件下,r宝冠=0.787,P<0.05;r新金兰=0.894,P<0.01;r西农8号=0.821,P<0.05;在温室中,r宝冠=0.970;r新金兰=0.814,P<0.05.说明3个西瓜品种的光合速率日变化与气孔导度日变化在露地条件下均表现相关,而在温室中,‘新金兰’的光合速率日变化与气孔导度日变化表现相关,‘宝冠’无此表现.2.4气孔导度与光合速率的关系由图4可知,无论在温室还是在露地条件下,胞间CO2浓度日变化均表现出一致的变化趋势,即在14∶50前后出现低谷.此时,对‘新金兰’而言,在温室和露地条件下胞间CO2浓度与气孔导度、光合速率的变化趋势相反;‘宝冠’在露地条件下胞间CO2浓度与‘新金兰’表现相同,‘西农8号’胞间CO2浓度与温室中的‘宝冠’表现一致.对光合速率和胞间CO2浓度进行相关性分析,结果表明,在露地条件下,r宝冠=0.915,P<0.01;r新金兰=0.903,P<0.01;r西农8号=0.924,P<0.01.在温室条件下,r宝冠=0.405;r新金兰=0.612.说明3个西瓜品种的光合速率日变化与胞间CO2浓度日变化在露地下相关,而在温室条件下不相关.2.5蒸腾速率日变化由图5可知,‘新金兰’的蒸腾速率日变化在温室和露地条件下均呈单峰型变化趋势;‘宝冠’在露地条件下的蒸腾速率日变化与‘新金兰’一致,而在温室中呈现双峰变化特征,出现低谷时的温度、湿度均较高,但气孔导度降至最低,说明此时气孔关闭,使蒸腾降低;‘西农8号’的蒸腾速率日变化与温室条件下的‘宝冠’一致.由图6可知,在露地条件下,‘宝冠’在8∶50~11∶50阶段较低的蒸腾速率可能是造成当时瞬时水分利用效率较高的主要原因.对‘新金兰’而言,在露地条件下,8∶50~11∶50阶段较高的光合速率可能是造成当时瞬时水分利用效率较高的主要原因;温室中,此阶段蒸腾速率较小造成瞬时水分利用效率较高.对于‘西农8号’,在8∶50~10∶20时的高光合速率和低蒸腾速率致使瞬时水分利用效率出现最高值,在13∶20~14∶50阶段的蒸腾速率出现低谷,而光合速率也显著降低.3对光量子通量密度的影响关于西瓜单叶光合作用的日变化模式,国内已经有了较多的研究.贺洪军等对熟性不同的3个西瓜品种光合作用特性的研究发现,不同品种、生育时期甚至不同叶位的光合能力有差异,但各品种均具有光合“午休”特征.本试验测定期间的气象因子显示,在露地条件下,CO2浓度与湿度变化不大,温度和光量子通量密度在13∶20之前迅速上升.而在温室中,温度和湿度在13∶20之前上升较快,CO2迅速下降,但其浓度要高于露地;而光量子通量密度上升相对较慢,并且其变化趋势与光合速率的变化极为相似,但‘新金兰’和‘宝冠’2个西瓜品种光合峰值时的光量子通量密度均明显小于露地.不管是在温室还是在露地条件下,‘新金兰’的光合作用均明显高于‘宝冠’,且日平均光合速率最高.‘新金兰’和‘宝冠’的光合速率日变化均呈现单峰变化趋势,在温室条件下,2个品种的光合速率高峰期明显推迟,峰值降低.在本试验条件下,影响西瓜光合作用的决定性因子并不是CO2、湿度、温度,而是光量子通量密度.有研究表明,水分亏缺、低温、强光、空气相对湿度低、外源ABA等诸多因素都可以诱发气孔不均匀关闭现象,从而影响气孔导度.当胞间CO2浓度降低和气孔限制值增大时,光合速率降低主要由气孔导度降低引起;而如果光合速率降低,但胞间CO2浓度却增高,则光合作用的主要限制因素是非气孔因素,即叶肉细胞光合活性下降引起.在露地栽培条件下,从光照强度、CO2浓度对西瓜光合作用的影响来看,‘宝冠’品种对弱光的利用能力更高,但是其对低CO2浓度利用能力较弱;而‘新金兰’品种对强光利用率高,且对高CO2浓度利用能力较强;‘西农8号’对光能利用相对较低.‘宝冠’、‘新金兰’品种伸蔓期在温室和露地条件下均未表现出“光合午休”现象;在露地条件下,‘西农8号’品种伸蔓期也未见“光合午休”现象,其对环境条件敏感,同时也表现出光合变化剧烈.综合各生态因子说明