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兴安落叶松光合特性及相关因子的种源间差异

赵晓焱  
【摘要】: 为认识我国北方森林的优势树种——兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)光合作用对环境变化的响应和适应特征,在其自然分布区内选择地理和气候差异显著的6个种源(根河、鹤北、三站、塔河、乌伊岭、中央站),采集种子并播植于其分布区南界(帽儿山)的均一立地条件下26年后,于2006年7-9月和2007年6-9月间测定其针叶的气体交换、叶绿素荧光及其它光合作用相关因子,比较种源间的差异及其随月份和冠层位置的变化。结果表明: (1)2006和2007两个生长季内单位叶面积最大净光合速率(P_(max))、单位叶干重最大净光合速率(P_(maxm))、羧化效率(CE)、光呼吸速率(R_p)的种源差异显著(p0.05),种源间各参数的变化幅度分别为4.75-8.78μmol CO_2·m~(-2)·s~(-1)、0.0569-0.0920μmol CO_2·g~(-1)·s~(-1)、0.0272-0.0521 mol·m~(-2)·s~(-1)、3.30-5.46μmol CO_2·m~(-2)·s~(-1)。单位叶面积暗呼吸速率(R_d)、单位叶干重暗呼吸速率(R_(dm))、光补偿点(LCP)和CO_2补偿点(ω)的种源差异不显著,平均值分别为2.34μmol CO_2·m~(-2)·s~(-1)/1.64μmol CO_2·m~(-2)·s~(-1)、0.0247μmol CO_2·g~(-1)·s~(-1)/0.0221μmol CO_2·g~(-1)·s~(-1)、61.2μmol photon-s·m~(-2)·s~(-1)/62.0μmol photons·m~(-2)·s~(-1)和138.7μmol·mol~(-1)。2006生长季种源间表观光量子效率(AQY)差异明显,变化范围为0.0325-0.0427μmol CO_2·μmol~(-1)photons,2007年6个种源AQY平均值0.0305μmol CO_2·μmol~(-1)photons。 光下最小荧光(Fo')、最大荧光(Fm')和稳态荧光(Fs)的平均值存在显著的种源差异(p0.05),并且呈现一致的分布趋势。但光系统Ⅱ光能捕获效率(Fv'/Fm')、PSⅡ实际光化学量子产量(PhiPS2)和表观光合电子传递速率(rETR)的种源差异不明显,平均值分别是0.3886、0.1250和78.77。 种源间单位叶面积氮含量(N_a)、碳含量(C_a)、单位叶干重氮含量(N_m)、碳含量(C_m)及比叶重(LMA)差异显著(p0.05),且在2006和2007两个测定阶段内呈现基本一致的排布顺序,变化幅度分别为1.09-2.26 g·m~(-2)、33.91-53.00 g·m~(-2)、14.34-21.96 mg·g~(-1)、451.78-474.65 mg·g~(-1)、66.32-114.30 g·m~(-2)。单位叶鲜重叶绿素含量(Chl_a)和叶绿素A与B之比(ChlA/B)的种源差异也达到显著水平,但是各种源的分布顺序在两年间差别较大,变化范围分别为0.82-1.39 mg·g~(-1)、3.09-3.87。6个种源单位叶面积叶绿素含量差别不明显。淀粉含量的种源差异不显著,平均值9.12%,可溶性糖含量差异显著,变化范围6.99-9.07%。 相关分析表明,P_(max)、Chl_a、N_a和LMA之间以及P_(maxm)与Chl_m、N_m和Chl_m间均呈极显著正相关。 (2)绝大多数气体交换、叶绿素荧光特性参数及其它光合作用相关因子都表现出明显的月份变化格局。R_(dm)、R_d、LCP、ω和淀粉含量在生长季前期较高而后下降,P_(max)、ChlA/B、Chl_a、Chl_m、N_a、LMA、C_a和可溶性糖于生长中后期明显高于生长初期。Fo'、Fm'、Fs在6、9月份的值较接近,显著低于7月值,PhiPS2和rETR在9月份时达到最高。光合能力和其它一些气体交换及叶绿素荧光特征参数、ChlA/B、淀粉和糖等因子随月份的变化格局受到种源的影响。。 (3)随树冠位置从下往上升高, P_(max)、R_d、LCP、PhiPS2、rETR、N_a、C_a、Cm、Chl_a、ChlA/B、LMA、淀粉和可溶性糖呈逐渐增高的趋势,而AQY、P_(maxm)、R_(dm)、Chl_m表现出相反的变化趋势,CE、R_p、ω、Fo'、Fm'、Fs、Fv'/Fm和N_m在冠层间的变化趋势不明显。 位于分布区中部的三站和中央站种源的LMA、CE和N_a都比较高,这可能是其拥有较高P_(max)、C_a和可溶性糖的主要原因。本研究展示的兴安落叶松针叶的光合能力及部分光合作用相关因子的种源间差异可能是其光合构件对种源地环境条件长期生理适应的结果。光合特性及相关因子的季节变化格局与当地气候条件及与其相适应的树木生长节律有关,而树冠内光合特性的垂直变化是叶片对所处光环境长时间适应的结果。


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