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本研究选取了鼎湖山南亚热带森林演替早期:马尾松(Pinus massoniana),中期:荷木(Schima superba)、黧蒴(Castanopsis fissa)和顶级阶段的优势树种:黄果厚壳桂(Cryptocarya concinna)、肖蒲桃(Acmena acuminatissima)的盆栽幼苗为研究材料,分别置于不同的生长光强下(100%、25%和12.5%的自然光)生长6个月。我们研究其叶片的形态解剖结构、光合色素含量以及光合和荧光参数等对不同生长光强的响应,探讨了植物光合生理生态适应与群落演替的关系和生态学意义。主要结果如下:
1)生长在25%光强下的马尾松幼苗的叶片厚度、主脉管胞、树脂道直径比生长在100%光强下的要小。随着生长光强的降低,荷木、黧蒴和黄果厚壳桂的叶片厚度、栅栏组织(P)和海绵组织厚度(S)以及P/S比值均不同程度地减少,其中黧蒴的P/S值在25%光强下为最大,而黄果厚壳桂的叶片厚度在所测植物中最小。肖蒲桃的趋势与上述植物相反,却有所测植物中最大的海绵组织厚度。
2)不同光环境下生长的五种优势树种幼苗的光合色素组分表现出明显差异。弱光环境下各植物叶绿素总量升高,其中黄果厚壳桂和肖蒲桃的的叶绿素总量增幅最大,显示这两种植物可通过调节叶绿素含量,增强捕获光能的能力来适应弱光环境生长,而马尾松这方面的调节能力就相对较差。除马尾松外,其它四种植物叶绿素a含量/叶绿素b含量(Chla/b)随生长光强降低而降低。而五种植物的类胡萝卜素含量却随生长光强的降低而增加,黄果厚壳桂和肖蒲桃的类胡萝卜素与叶绿素的比值较高。因此我们推测在低光环境下,类胡萝卜素的主要功能是作为辅助色素捕获光能。
3)阳生性的演替早期树种马尾松的最大净光合速率(Pmax)、光饱和点(LSP)、最大羧化速率(Vcmax)、最大电子传递速率(Jmax)、最大磷酸丙糖利用速率(TPUmax)和最大净光合速率与暗呼吸速率的比值(Pmax/Rd)随生长光强的降低而显著下降,而且无论在100%或25%光下,马尾松的光补偿点(LCP)和LSP均显著地高于其余四种植物,Pmax也高出0.7-2.7倍。处于演替中期的荷木在25%生长光强下的表观量子效率(AQY)相较其他两种光强下最高,随着光强的降低,CO2补偿点(CCP)和饱和点(CSP)均呈升高趋势,光呼吸速率(Rp)、羧化效率(CE)、Vcmax、Jmax和TPUmax均呈下降趋势;黧蒴的AQY则随生长光强的下降而上升,在25%生长光强下有最高的Rp和CE,最高的Vcmax、Jmax和TPUmax,最低的CCP和CSP。荷木和黧蒴在三种光强下的LSP和LCP都要比演替后期种黄果厚壳桂和肖蒲桃高。黄果厚壳桂的光合参数AOY和Pmax在25%自然光强下显著增加,肖蒲桃的Pmax/Rd在12.5%光强下最大,它们在12.5%光强下有最低的CSP、CCP、Rp、CE、Vcmax、Jmax和TPUmax。这些结果都显示出耐荫性树种在低光强下具有较高的光量子利用效率及光合潜力。
4)随着光强的降低,叶片的光化学能量(ФPSⅡ)增大而热能耗散速率(ФNPQ、Фf,D)降低,热能耗散占总的光能吸收的比例也因光强不同而改变,12.5%光下的相对热耗散率约为55%~66%,100%自然光下增大至70%~86%。叶片总的非环式电子流速率(Jf)及其分配到光呼吸的比例(Jo/Jf)在100%光强下最高。演替中后期植物的电子传递和光能分配特性在12.5%光下相似,五种植物在100%光下差别较明显。马尾松除了有较高的热耗散比例之外,其余的参数皆比演替中后期植物的低。该结果表明演替中后期植物皆可通过提高激发能热耗散比例和提高光合电子传递向光呼吸的比例来适应于高光强条件。