冬季温室内5种爵床科植物光合特性研究

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　　摘要 爵床科植物性喜溫暖，多生长在南方，北方地区的环境条件难以满足该种植物生长，所以许多种类被引种到温室进行观赏。研究冬季温室内爵床科植物的光合特性，为爵床科植物的引种、科学栽培、越冬提供科学依据。选用青岛市植物馆内5种爵床科（Acanthaceae）植物：银脉爵床（Kudoacanthus albonervosa）、金脉爵床（Sanchezia speciosa）、赤苞花（Megaskepasma erythrochlamys）、黄虾花（Pachystachys lutea）、十字爵床（Crossandra infundibuliformis）为研究对象。采用CIRAS-3便携式光合测定仪，分别测定了越冬过程中5种爵床科植物的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度、水分利用效率（WUE）。结果表明：在冬季温室环境中，5种爵床科植物的净光合速率会下降;蒸腾速率会略微升高;胞间CO2浓度变化不大，在一定范围内平缓波动;气孔导度除赤苞花出现升高外，其余4种爵床科植物冬季出现下降;黄虾花水分利用率变化下降最大。综上所述，冬季温室环境下，爵床科植物会处于休眠状态，生命活动变弱以减少养分的消耗，维持正常生命活力，安全越冬。
　　关键词 冬季;温室;爵床科;光合特性
　　中图分类号 Q 945.11 文献标识码 A
　　文章编号 0517-6611（2020）16-0126-03
　　doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.16.034
　　Research on Photosynthetic Characteristics of Five Acanthaceae Plants in Winter Greenhouse
　　ZHAO Huan-huan，ZHANG Yun，CAO Hui-qing et al
　　（College of Landscape and Forestry， Qingdao Agricultural University， Qingdao，Shandong 266109）
　　Abstract Acanthaceae plants like warm plants， more grow in the south，the environmental conditions in the north are difficult to meet the growth of this plant， so many species introduced to the greenhouse for viewing. The photosynthetic characteristics of Acanthaceae plants in greenhouse in winter were measured， aiming to provide scientific basic for the introduction，scientific cultivation and overwintering of Acanthaceae plants.This experiment selected five species of Acanthaceae plants as the research objects， including Kudoacanthus albonervosa， Sanchezia speciosa， Megaskepasma erythrochlamys， Pachystachys lutea， Crossandra infundibuliformis. The CIRAS-3 portable photosynthetic apparatus was used to measure net photosynthetic rate， transpiration rate， stomatal conductance and intercellular CO2 concentration， water use efficiency （WUE） during the winter of five species of Acanthaceae plants. The results showed that in the greenhouse environment in winter， the net photosynthetic rates of the five species of Acanthaceae plants declined; transpiration rate slightly increased;intercellular CO2 concentration change was not large， flat fluctuations within a certain scope;
　　in addition to the Megaskepasma erythrochlamys increased， the stomatal conductance of the rest of the four kinds of Acanthaceae plant winter declined;water use efficiency variation of Pachystachys lutea decreased. In summary， in the greenhouse environment in winter， Acanthaceae plants will be dormant， and weaker life activities were kept in order to reduce the consumption of nutrient and maintain normal life safety overwinter. 　　Key words Winter;Greenhouse;Acanthaceae;Photosynthetic characteristics
　　作者简介 赵欢欢（1997—），女，山东菏泽人，从事林学研究。*通信作者，讲师，博士，从事生理生态学研究。
　　收稿日期 2020-02-26
　　
　　光合作用是植物的一个重要生理指标，是将太阳能转化为化学能，并将其存储为有机物形式的唯一途径，是许多物质循环的基础。测得植物的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度等基本生理生态指标，分析它们与各生态因子之间的关系，有助于了解植物的生长发育规律，揭示植物生长过程的机理，并且对植物引种、驯化、科学栽培和提高生产力等具有重要的参考作用[1-3]。爵床科（Acanthaceae）隶属于唇形目（Lamiales），为泛热带分布的大科，在我国主要分布于长江以南各省，很多种类具有重要的药用价值和观赏价值[4]。爵床科观赏植物种类繁多并已成为开发新型栽培花卉品种的重要资源[5]，北方有大量引种栽植在温室内，温室内与自然环境显然不同，从而影响植物的光合特性。近年来，对爵床科光合特性的研究较少。为研究温室内爵床科植物光合特性，以青岛市李沧区世博园内的5种爵床科植物为研究对象，测定其净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度、水分利用效率（WUE）等内容，为温室内爵床科植物环境调控与栽培技术提供理论依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 材料
　　选择植物馆内5种爵床科植物为材料，分别为银脉爵床（Kudoacanthus albonervosa）、金脉爵床（Sanchezia speciosa）、赤苞花（ Megaskepasma erythrochlamys）、黄虾花（Pachystachys lutea）、十字爵床（Crossandra infundibuliformis），选择生长良好的植株进行测量。
　　1.2 试验地环境及温室结构 试验地在青岛市李沧区世博园内的植物馆中，处于崂山西面，位于120°26′E、36°10′N，属于温带海洋性气候，气候温和湿润，四季分明。年平均气温12.2 ℃，极端最高气温37.4 ℃，极端最低气温-16.4 ℃，年平均降水量755.6 mm，年平均相对湿度为75%，冬季为64%。
　　植物馆占地面积2.44 hm2，总建筑面积22 749 m2，是亚洲最大的钢结构植物馆之一。 整个场馆主要由玻璃材料构成，使用了超过1.5万块玻璃，是现代化智能温室。
　　1.3 方法
　　1.3.1 温室内环境条件观测。试验地在植物馆内，选择晴天光照好的上午进行数据测定。利用CIRAS-3光合测定仪记录温室内的各种环境因子[6-7]，测量6次，每次测量会自动记录即时数据，记录的有CO2浓度、外部光强、环境温度、相对湿度等环境因子数据。
　　1.3.2 室内爵床科植物光合指标测定。选择光照相对充足的位置确定试验材料，然后进行编号，并在植株上挂上牌子，方便后续试验。采用CIRAS-3便携式光合测定仪，在09：00左右，分别对温室内5种爵床科植物进行测量。每种植物选取不同植株的6个叶片进行测量，分别选取植株第3～5片生长健康、颜色鲜艳的叶子为材料。 将叶片擦干净，没有水珠和灰尘，将叶片中间用仪器夹住，待仪器数值稳定，然后记录数据，每个叶片记录6次数据，1种植物记录36个数据，试验完毕对数据进行分析和处理。
　　2 结果与分析
　　2.1 冬季温室内环境 根据测量数据可得冬季温室内的环境变化。由图1可知，冬季温室内的环境温度变化受外界温度的影响不大，仅会略微降低。当外界气温过低时，温室内会开暖风，为植物生长提供适宜的温度，所以当外界温度接近0 ℃时，温室内仍是接近20 ℃，植物会保持正常生命力。由图2可知，冬季温室内CO2浓度会增加，结合其他图表，当温室内光强弱，外界温度低时，CO2浓度会升高。此时由于环境影响，植物的光合作用会减弱。由图3可知，冬季温室内相对湿度会降低，冬季气候相对干燥，导致温室内空气中水分减少。由图4可知，冬季温室内的光强会略微减少，变化不是很大，光强受外界天气影响比较大，阴天、雾霾和结霜天气会有明显降低。
　　2.2 冬季温室内爵床科植物光合作用的动态研究
　　2.2.1 净光合速率在不同月份的变化规律。从5种爵床科植物冬季温室内净光合速率变化可以看出（图5），10—12月净光合速率呈下降的趋势，到1月开始呈现缓慢上升的趋势。其中，黄虾花净光合速率比其余4种爵床植物高;金脉爵床和赤苞花的变化浮动较大，11月底时出现了负值，12月开始恢复正常;银脉爵床和十字爵床的变化浮动较小，12月初净光合速率最低。所以，整体分析可得冬季爵床科植物的净光合速率会降低，甚至会出现负值。
　　2.2.2 蒸腾速率在不同月份的变化规律。从5种爵床科植物冬季温室内蒸腾速率变化可以看出（图6），11月的蒸腾速率呈上升趋势，到12月開始呈现缓慢下降恢复正常值的趋势。其中，赤苞花的变化浮动最大，11月的蒸腾速率变得比较高，或许因为其植物叶片面积大、长势好、蒸腾速率比较快[8]。其余4种植物变化趋势不大，但是冬季的蒸腾速率略大。整体分析可得，冬季温室内空气湿度小，蒸腾速率较大。
　　2.2.3 细胞间隙CO2浓度在不同月份的变化规律。从5种爵床科植物冬季温室内细胞间隙CO2浓度变化可以看出（图7），整个冬季的变化幅度很小，除了赤苞花在12月出现下降，其余4种爵床科植物基本没有很大变化。所以，冬季温室环境对爵床科植物的胞间CO2浓度影响不大。
　　2.2.4 气孔导度在不同月份的变化规律。从5种爵床科植物冬季温室内气孔导度变化可以看出（图8），除了赤苞花在11、12月气孔导度变高，变化幅度较大，其余4种爵床科植物冬季变化不大，整体出现小幅度增加。银脉爵床和十字爵床在10月中旬开始出现下降，整个冬季变化很小。除了赤苞花，冬季温室环境对其余4种爵床科植物的气孔导度影响不大。 　　2.2.5 水分利用效率（WUE）在不同月份的变化规律。从5种爵床科植物冬季温室内水分利用率可以看出（图9），在11月开始，5种爵床科植物的水分利用率开始降低，到11月底最低，12月开始出现上升。其中黄虾花的变化幅度最大，11月水分利用率很低，其余月份都比较高。其余4种植物的变化幅度不大。分析可得冬季温室内爵床科植物的水分利用率会降低。
　　3 结论与讨论
　　3.1 冬季温室环境对爵床科植物光合特性的影响 由试验结果可知，冬季温室环境变化比较大，例如温室内光强会变弱，温度会降低，空气变得比较干燥，对爵床科植物的光合特性会产生一定的影响[9]。冬季温室环境下，爵床科植物的净光合速率会变慢，气孔导度会略微增加，蒸腾速率会变高，水分利用率出现比较明显的降低。一些爵床科植物的叶片边缘会出现干枯或发黄，底部葉片会干枯脱落，降低生命活动。综合分析可得，冬季温室环境会对爵床科植物产生不利影响，爵床科植物为了保持正常的生命活动，减少养分消耗，会处于休眠状态，引起光合特性变化。
　　3.2 不同爵床科植物对环境的响应 由试验结果可得，不同爵床科植物对环境的响应不同。黄虾花生活的环境光照比较充足，所以净光合速率要比其余4种爵床科植物高，水分利用率也比较高，冬季下降比较大，变化明显;金脉爵床、银脉爵床和赤苞花的净光合速率出现负值，说明环境变化对其光合影响比较大;赤苞花的叶片面积比较大，冬季气孔导度和蒸腾速率都比较大;金脉爵床、银脉爵床和十字爵床对环境响应并不是很明显，变化不是特别大。
　　3.3 冬季温室内南方植物如何在北方安全越冬 由试验分析可得，冬季温室环境会对植物生长产生不利的影响，让植物处于休眠状态，各种生命指标都会减弱，减少养分消耗维持正常生命活动。冬季温室内南方植物要想安全越冬，最关键的要保证4个条件：适宜的温度、充足的光照、足够的水分、良好的气体条件。冬季北方的外界温度很低，要使植物安全过冬必须要有适宜的温度，在大型温室内，具有大型空调进行控温，保持适宜的温度让植物正常生长，一般为25 ℃左右。其次保证足够的光照，温室透光性要好[10]，在特殊情况下，例如阴天、雾霾等天气可以进行人工补光，保证植物正常进行光合作用。同时，晴天要通风换气，保持良好的气体条件。冬季温室内湿度比较低，要注意科学灌水或者适当喷水，保持温室内正常的湿度[11]。
　　参考文献
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