設施條件下不同熟性馬鈴薯光合特性差異研究

韓忠才，張勝利，于翠香，孫 靜，李天亮，李彥軍，徐 飛

(1.吉林省蔬菜花卉科學研究院，吉林 長春 130033； 2.吉林省農業科學院，吉林 長春 130033)

設施條件下不同熟性馬鈴薯光合特性差異研究

韓忠才1，張勝利1，于翠香2，孫 靜1，李天亮1，李彥軍1，徐 飛1

(1.吉林省蔬菜花卉科學研究院，吉林 長春 130033； 2.吉林省農業科學院，吉林 長春 130033)

通過設施條件下不同熟性馬鈴薯光合特性變化和生長發育狀況，研究了馬鈴薯在設施條件下生長的適應性.結果表明：中熟品種春薯3號和晚熟品種東農310、冀2004-3-1、隴薯8號較其他品種在表型性狀和光合特性上差異顯著.在光合速率日變化方面，以隴薯8號為例，凈光合速率日變化呈現“雙峰”型曲線，最高值達12.56 μmol/(m2·s) (CO2)，且首次峰值比第2次峰值高出11.25%，在11：00左右有明顯的“午休”現象.品種間氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率與凈光合速率的變化在11：00前有一些差異，其余時間變化趨勢接近一致.中熟品種春薯3號和晚熟品種東農310、冀2004-3-1、隴薯8號在霧培條件下生長好于其他品種.

設施；馬鈴薯；霧培；光合特性

植物光合作用是一個對外界環境變化非常敏感的生理過程，影響光合作用最直接的因子是光照和溫度.研究表明，隨著光照的減弱蝴蝶花葉片的凈光合速率下降，呼吸消耗降低，以保證植株碳水化合物的正向積累，即出現弱光適應機制[1]；低溫弱光條件下，辣椒葉片凈光合速率降低，光合作用啟動時間縮短[2].在花生苗期和月季生長季節不同程度的遮光處理，葉肉細胞光合活性下降，顯著降低葉片的光合速率、氣孔導度等光合指標.[3]對油桐光合特性日變化的研究發現，影響油桐凈光合速率的指標中，蒸騰速率>胞間CO2濃度>氣孔導度.

光合作用是葉片利用CO2和H2O合成有機物的過程，是生物量積累的過程，也是馬鈴薯塊莖積累的過程.[4]光合作用在馬鈴薯的生長發育過程中起著重要的作用，葉片的光合參數能直接或間接反映葉片以及植株的生長發育狀況.通過對馬鈴薯葉片光合特性的測定，研究不同栽培措施、不同品種等條件下光合參數的變化規律，總結光合作用對馬鈴薯有機物積累的貢獻，對提高馬鈴薯產量具有重要意義.

馬鈴薯是在田間自然條件生產的作物，但是馬鈴薯原原種生產需要在相對封閉且有防蟲紗網的大棚或日光溫室內進行.馬鈴薯原原種生產主要是以基質栽培為主，也有少數企業和科研單位利用氣霧法生產原種.基質栽培的缺點是基質需要定期更換或是消毒，造成人力、物力和財力的消耗，使生產成本增加，氣霧法恰恰可以避免這種缺點.氣霧栽培是在日光溫室內進行的，可以全年栽培種值.本試驗研究了不同熟性的馬鈴薯品種在設施條件下光合特性的變化情況，旨在篩選出適合設施條件下氣霧栽培的馬鈴薯品種.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為布爾斑克、藏薯1號、春薯3號、東農310、HY-1、冀2004-3-1、冀2004-3-8、隴薯8號、隴薯11號和費烏瑞它，共10個品種.各品種熟性不同、育成區域不同.

1.2 試驗方法

1.2.1 栽培方法

試驗在氣霧栽培條件下進行，以不同熟性品種設計處理，共3個處理，每個處理76株，定植于氣霧栽培箱上，3次重復.處理1：費烏瑞它、HY-1；處理2：春薯3號、布爾斑克；處理3：藏薯1號、東農310、冀2004-3-1、冀2004-3-8、隴薯8號和隴薯11號.所有處理的日常栽培管理相同，營養液為改良后的MS培養液.

1.2.2 測定方法

(1) 植物學性狀的測定.在塊莖形成期進行株高、莖粗、葉和匍匐莖等指標的測量，株高和匍匐莖使用米尺測量，葉和莖粗使用數顯游標卡尺進行測量，數值精確到小數點后1位.

(2) 光合特性的測量.在塊莖形成期上午10：00開始測量蒸騰速率和凈光合速率等光合指標；光合日變化選取1個不同熟性的代表品種進行測量，測量從7：00持續到17：00，每間隔2 h測量1次.

2 結果與分析

2.1 不同品種馬鈴薯植物學性狀表現

馬鈴薯在株高方面因熟性不同表現不一樣，多數情況下，晚熟品種要高于早熟品種，尤其雜交實生苗表現最為突出[5].因氣霧栽培是在日光溫室內進行，馬鈴薯生長特性與田間相比差異較大.從圖1可以看出，早熟品種費烏瑞它和HY-1、中熟品種布爾斑克的株高均高于晚熟所有品種.在莖粗、葉長和葉寬、匍匐莖上各品種差異不明顯.從植物學性狀方面可以反映出馬鈴薯對某一種栽培方式的適應性.從圖1和圖2綜合性狀來看，費烏瑞它、布爾斑克和隴薯11號有徒長的傾向，而春薯3號、東農310、冀2004-3-1和隴薯8號生長狀態良好.

圖1 不同品種株高的變化

圖2 不同品種表型性狀變化

2.2 不同品種馬鈴薯凈光合速率及相關參數的變化

光合能力是馬鈴薯產量和品質形成的基礎.光合速率越高，在光合作用中吸收的CO2越多，制造的碳水化合物就越多，產量越高.細胞間CO2濃度、氣孔導度是衡量光合作用能力的數據，當葉肉細胞中有充足的CO2的時候，光合速率也會增大.[6]從表1可以看出，各品種細胞間CO2濃度越大，凈光合速率越高，二者呈正相關，春薯3號、東農310、冀2004-3-1、隴薯8號較其他品種差異顯著.

一般來說，蒸騰作用受氣孔阻力等因素的影響，在一定的范圍內，氣孔導度越大，蒸騰速率越高，但是超出了一定的范圍，兩者則呈負相關關系.[7]從表1可以看出，氣孔導度在0.5 mol/(m2·s)(H2O)以內與蒸騰速率成正相關，超過這一臨界值則變成負相關，這一點與前人的研究結果一致.

光合速率高的品種，蒸騰速率也較高，兩者呈正相關，因此提高要馬鈴薯產量，必須有足夠的水分供其蒸騰消耗.綜合表1的光合特性各相關參數，在氣孔導度0.5 mol/(m2·s)(H2O)以內，馬鈴薯葉片氣孔間開度越大，植株蒸騰速率越快，馬鈴薯的可利用凈光合速率就越高，光合能力也越強，胞間CO2濃度達到最高值.費烏瑞它、布爾斑克和隴薯11號株高明顯高于其他品種，出現徒長傾向，氣孔導度也明顯超過0.5 mol/(m2·s)(H2O)致使光合能力下降，光合作用較弱.

表1 不同品種馬鈴薯凈光合速率及相關參數的變化

圖3不同熟性馬鈴薯凈光合速率及相關參數日變化

2.3 不同品種馬鈴薯凈光合速率及相關參數日變化

從圖3可以看出，各品種馬鈴薯的凈光合速率日變化趨勢均呈現“雙峰”型曲線，峰值分別在9：00左右和13：00左右出現.以隴薯8號為例，凈光合速率最高值達12.56 μmol/(m2·s) (CO2)，且首次峰值比第2次峰值高出11.25%，在11：00左右的時候有明顯的“午休”現象.氣孔導度與凈光合速率的變化趨勢一致，呈現“雙峰”型曲線，且同時在9：00左右和13：00左右出現峰值，說明氣孔導度影響氣體交換和光合作用.蒸騰速率在11：00前與凈光合速率呈負相關，在11：00出現峰值，此后變化趨勢接近一致.在干熱的中午，葉片蒸騰失水加劇，水分虧缺，植物的失水大于吸水，引起氣孔導度降低甚至葉片萎蔫，使葉片對CO2吸收減少.[8]午間高溫、強光、CO2濃度降低也會產生光抑制，光呼吸增強，這些都會導致光合速率下降

綜合各性狀來看霧培條件下對于光合作用的利用隴薯8號>春薯3號>費烏瑞它.

3 小結

光是影響植物生長發育和分布的重要環境因子之一.復雜多變的環境，促使植物生理上產生相應的改變加以適應，光合作用是植物生長所需能量的主要來源和物質生產的基礎，而光合能力的大小是衡量植物適應生境能力的重要指標.本文的研究表明，不同熟性的馬鈴薯在設施條件下表型性狀和光合特性具有差別.基因型不同的馬鈴薯品種對外界環境反應有一定的差異，在表型性狀方面春薯3號、東農310、2004-3-1和隴薯8號生長狀態良好.綜合分析來看，中熟品種春薯3號和晚熟品種東農310、2004-3-1、隴薯8號與其他品種相比光合特性差異顯著，植株生長狀態也良好.費烏瑞它、布爾斑克和隴薯11號植株明顯高于其他品種，出現徒長傾向，氣孔導度也明顯超過0.5 mol/(m2·s)(H2O)這一臨界值，致使光合能力下降，光能利用率低，對后期的產量也會有影響.

[1] 蔡仕珍，李西，潘遠智，等.不同光照對蝴蝶花光合特性及生長發育的影響[J].草業學報，2013，22(2)：4264-4272.

[2] 張志剛，尚慶茂.低溫、弱光及鹽脅迫下辣椒葉片的光合特性[J].中國農業科學，2010，43(1)：123-131.

[3] 張昆，萬勇善，劉風珍.苗期弱光對花生光合特性的影響[J].中國農業科學，2010，43(1)：65-71.

[4] 李合生.現代植物生理學[M].北京：高等教育出版社，2002：84-144.

[5] 孫慧生.馬鈴薯育種學[M].北京：中國農業出版社，2003：45-78.

[6] 張勇，程怡，王清明，等.遮陰對月季光合特性及生長發育的影響[J].西北植物學報，2014，34(1)：162-168.

[7] 靳忠英，彭正松，李育明，等.半夏的光合特性[J].作物學報，2006，32(10)：1542-1548.

[8] 李澤，譚曉風，袁軍，等.4個油桐品種光合特性的日變化研究[J].中國農學通報，2013，29(25)：12-15.

(責任編輯：方林)

Thedifferenceofphotosyntheticcharacteristicsofdifferentmaturedpotatounderfacility

HAN Zhong-cai1，ZHANG Sheng-li1，YU Cui-xiang2，SUN Jing1，LI Tian-liang1，LI Yan-jun1，XU Fei1

(1.Academy of Vegetable and Flower Sciences of Jilin Province，Changchun 130033，China； 2.Jilin Academy of Agricultural Sciences，Changchun 130033，China)

The experiment explored that changes of photosynthetic characteristics and growth of different matured potatoes under the facilities，in order to determine the adaptability of potato under the condition of facility.The results showed：middle matured potato varieties ‘Zhongshu No3 and late matured potato varieties ‘Dongnong 310’，‘Ji2004-3-1’，‘Longshu No8’ were significantly different than other varieties on phenotypic traits and photosynthetic characteristics.On daily changes of photosynthesis characteristics，for example ‘Longshu No8’，net photosynthetic rate changed as bimodal peak curve，the maximum value of 12.56 μmol/(m2·s) (CO2)，and the second peak was higher 11.25% than the first peak，at around 11：00 obvious “midday depression”.Stomatal conductance，CO2concentration intercellular，transpiration rate and net photosynthetic rate of change there were some differences in 11：00 before the rest of the time trends in close agreement.Comprehensive test obtained，middle matured potato varieties ‘Zhongshu No3 and late matured potato varieties ‘Dongnong 310’，‘Ji 2004-3-1’，‘Longshu No8’ were suitable for producted minitube in aeroponics conditions.

facilities；potato；aeroponics；photosynthetic characteristic

1000-1832(2017)03-0112-04

10.16163/j.cnki.22-1123/n.2017.03.023

2016-09-18

國家現代農業產業技術體系資助項目(CARS-10-ES06)；吉林省馬鈴薯產業技術體系資助項目(2015015)；吉林省科技引導計劃項目(20160412014XH).

韓忠才(1981—)，男，碩士，助理研究員，主要從事馬鈴薯遺傳育種和種薯繁育研究；通訊作者：徐飛(1978—)，女，副研究員，主要從事馬鈴薯病害檢測及種薯繁育研究.

S 532 [學科代碼] 210·30

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