水汽压差对番茄叶片光合及二氧化碳扩散途径的影响

1、水汽压差对番茄叶片光合及二氧化碳扩散途径的影响温室环境的科学调控是实现设施农业优质高效与智能化管理的核心技术 , 空气湿度是温室环境调控的重要因子。水汽压差（ VPD）作为空气湿度的表征形式之一 , 反映了大气水分亏缺的程度。本研究针对光合作用对 VPD变化响应途径不清楚的问题 , 以番茄为研究对象 , 通过设置不同的 VPD处理 , 综合评价了不同番茄品种对 VPD变化的敏感性 , 分析了光合生理特性参数随 VPD变化的规律 , 定量了气孔导度和叶肉导度对光合作用的限制 , 观察了番茄叶片、茎和根系的解剖结构特征 , 明确了番茄植株水力学特性的变化 , 确定了气孔导度和叶肉导度的调控途径 ,

2、 对比了不同 VPD处理下气体交换参数的日变化差异。最终 , 揭示了光合作用响应 VPD变化的机理 , 为温室环境最优调控和高产栽培提供理论依据。主要研究结果如下 : （1）综合评价了不同番茄品种对 VPD变化的敏感性。通过对 15 个番茄品种的叶片保水率、叶绿素含量、叶面积、总干重、根冠比、比叶重和壮苗指数分析发现 , 改变 VPD时不同指标的变异程度不同 , 根冠比、壮苗指数和叶片保水率变异较大 , 而叶面积的变异较小。 由于不同指标间存在相关性 , 利用主成分分析法将多个指标提取成 3 个相互独立的综合指标 , 结合隶属函数法和聚类分析法 , 将 15 个番茄品种分为四类 : 不敏感品种

3、（金棚 1 号、金棚朝冠和申粉 11 号） , 较不敏感品种（东亚粉冠、红灯笼和合作 903）, 较敏感品种（毛粉 802、东圣 7 号、中杂 9 号、农博粉 3 号和粉果 06-2 ）和敏感品种（金棚 14-6 、金粉 9 号、中杂 105 和金粉 2 号）。（2）明确了不同 VPD处理对番茄叶片光合生理特性的影响。采用番茄不敏感品种“金棚1 号”（JP）和番茄敏感品种“中杂105”（ ZZ）为试材 , 发现与低 VPD处理相比 , 高 VPD处理下 JP 的净同化速率无显著变化 , 而 ZZ 的净同化速率下降 21%,达显著水平。高 VPD下ZZ净同化速率的降低主要是由于气孔导度下降导致的

4、 , 其次为叶肉导度的下降 , 生化作用的限制最小。 高 VPD下 ZZ 中气孔导度的下降引起了胞间 CO2浓度的减少 , 伴随着叶肉导度的降低 , 叶绿体内的 CO2含量进一步减少 , 叶绿体中羧化位点CO2供应的不足最终导致了光合作用的降低。 （ 3）明确了番茄叶片气孔形态和气孔运动介导的气孔导度调控途径。高 VPD处理对 JP 的气孔形态特征和气孔导度 / 最大气孔导度均没有显著影响 , 而使 ZZ 的气孔密度、气孔大小和气孔导度 / 最大气孔导度显著下降。 对于 ZZ,高 VPD处理下气孔导度变化的 48%可以由气孔密度和气孔大小的变化来解释 , 其余的变化则是因为气孔开度的改变。 J

5、P 中高 VPD处理使蒸腾速率较低 VPD处理提高了 21%,同时也使叶脉木质部导管直径、根系体积和水孔蛋白基因表达量增大 , 说明高 VPD下 JP 提高了水分供应能力以满足高的蒸腾需求 , 从而使气孔导度维持在低 VPD处理的水平。 ZZ 中, 与低 VPD处理相比 , 高 VPD处理下叶脉密度显著下降 ,叶脉木质部直径减小 , 而茎和根系形态结构无显著差异, 说明高 VPD下 ZZ 尽管使气孔密度和大小减小 , 但水分供应仍不能维持正常蒸腾需求 , 从而导致气孔开度变小 , 防止过度蒸腾。（4）明确了番茄叶片解剖结构变化对叶肉导度的调控途径。 通过分析叶肉导度和叶肉解剖结构间关系发现 ,

6、 叶肉解剖结构的变化决定了叶肉导度的变化。高 VPD处理下 JP 叶肉解剖结构各特征均无显著变化。与低VPD处理相比 ,高 VPD处理下 ZZ叶肉组织中 CO2的气相扩散导度无差异 ,而液相扩散导度减小 , 说明叶肉导度的下降是由液相扩散导度下降引起的。在液相扩散途径中高VPD下 ZZ 的面向细胞间隙的叶绿体表面积显著减小 , 而叶绿体与细胞膜间距离增大。这表明用于溶解CO2的叶绿体面积减小 , 同时 CO2在细胞质中扩散阻力增大 , 影响了 CO2进入叶绿体。（5）明确了不同VPD处理下光合作用日变化的限制因素。净同化速率和气孔导度的日变化曲线在低 VPD处理下为“双峰”曲线 , 而在高 VPD处理下为“单峰”曲线。胞间 CO2浓度在低 VPD处理下为 W形变化 , 而在高 VPD处理下为 V 形变化。说明低 VPD处理下光合主要受气孔因素的限制 , 而光合“午休”是由非气孔因素限制导致的 ; 在高 VPD处理下光合则主要受非气孔因素的限制。 蒸腾速率在高 VPD处理下显著高于低 VPD处理 , 且高 VP