光合作用是植物干物质积累和产量的基础，植物干物质的95%左右来自光合作用同化的CO₂(许大全, 1999)。在气温高、湿度小而阳光充足的夏季晴天，许多植物的光合日变化进程呈双峰曲线，上、下午各有一个高峰，而中午有一个低谷，这种光合速率中午降低的现象称为光合作用的“午睡”现象(许大全, 1997a)，又称光合“午休”(midday depression)。发生光合“午休”的原因，主要是强光、高温、低湿和土壤干旱等环境条件引起的气孔部分关闭和光暗呼吸加强或(和)光合作用光抑制的发生(许大全, 1997a)。光抑制是当叶片接受的光能超过它所能利用的量时，由光所引起的光合活性降低的现象。它的最明显特征就是光合效率的降低(许大全, 1997b)。植物的光合器官在进化过程中形成了各种各样的光保护机制来最大限度地减少光抑制可能造成的潜在伤害(Anderson et al., 1997；Niyogi, 1999)，主要包括：1)通过叶面角度的变化、叶绿体的运动和蜡质层的增厚等，使叶片直接减少对光能的吸收；2)通过状态转换、环式电子传递、D1蛋白的周转、抗氧化分子和酶系统等分子机制的保护进行保护性调节；3)通过天线系统非辐射耗散将过剩的光能以热能的形式消耗掉等等。

玫瑰(Rosa rugosa)属蔷薇科(Rosaceae)蔷薇属(Rosa)落叶灌木，花色丰富，香气浓郁，不仅是优良的园林绿化材料，而且是珍贵的中药材和香料工业、食品工业的重要原料。野生玫瑰是国家二级保护植物(傅立国等, 1992)，其基因组中包含芳香、抗寒、抗黑斑病等优良性状基因，是栽培玫瑰以及蔷薇属花卉育种的重要种质资源。国内外对玫瑰栽培品种分类、鲜花花蕾衰老机制、精油化学成分与提取工艺、抗病基因和芳香基因的定位与克隆，以及野生玫瑰的分布与生态调查、濒危机制与保护策略等进行了研究(于守超等, 2005；孙守家等, 2004；吴承顺等, 1985；张睿等, 2005；Malek et al., 1998；Inna et al., 2002；秦忠时等, 1994；张淑萍等, 2005)，有关野生玫瑰和玫瑰栽培品种光合作用的研究尚未见报道。本试验以2个产地的野生玫瑰和2个玫瑰栽培品种为试材，研究其光合特性及影响因子，旨在了解它们的光合生理生态特性与差异，为玫瑰栽培管理、引种、育种以及野生玫瑰的保护、人工驯化与利用等提供理论依据。

试验于2005年6月14日、6月20日和6月24日进行。试验地位于山东农业大学林学试验站(116°20′E, 35°38′N)，年平均气温13 ℃，平均降水量675.3 mm，年均日照时数2 527.9 h，年日照百分率58.3%，属于暖温带大陆性半湿润季风气候区。供试野生玫瑰于2002年分别从吉林珲春(HCH)和山东牟平(MP)的野生玫瑰天然居群中引种，2个玫瑰栽培品种分别为产于山东平阴的紫枝玫瑰(ZZH)(R. rugosa ‘Purple Branch’)和产于甘肃苦水的苦水玫瑰(KSH)(R. sertata×R. rugosa)。供试材料均种植于试验站玫瑰种质资源圃内，试验地为沙壤土，水肥管理条件一致，植株生长开花正常。

选晴天，采用英国PP-Systems公司生产的CIRAS-2型便携式光合测定系统进行野生玫瑰与玫瑰栽培品种叶片气体交换参数日变化的测定，从6:30—18:30每隔2 h测定1次。选择长势一致的健康植株，随机选取向阳面外围主枝的第6—8片(自上而下)功能叶进行测定，每株测3~5片叶，测量3株。待系统稳定后，每片叶取5个瞬时光合速率值(P_n)，仪器同时记录光合有效辐射(PAR)、大气温度(t_a)、蒸腾速率(Tr)、大气CO₂浓度(C_a)、细胞间隙CO₂浓度(C_i)、气孔导度(G_s)等参数。气孔限制值L_s按公式L_s= (C_a-C_i)/C_a×100%计算(Farguhar et al., 1982)。以3 d测量平均值为叶片气体交换参数的日变化。

采用英国Hansatech公司生产的FMS-2型调制式荧光仪测定晴天时野生玫瑰与玫瑰栽培品种叶片叶绿素荧光参数的日变化。为提高田间测定速度，先测定自然光下的荧光参数，然后再测定暗适应下的荧光参数，具体方法为：自然光下，用叶夹夹住待测叶片，先照射检测光(2 μmol·m^-2s^-1)，测定作用光存在时的稳态荧光F_s，再用饱和脉冲光(4 000 μmol·m^-2s^-1)照射0.8 s，测得最大荧光F_m′，然后用黑布盖住叶夹，立即用远红光(1.67 μmol·m^-2s^-1)照射3 s，测得初始荧光F_o′，关闭叶夹，进行暗适应处理15 min，然后再次打开检测光，稳定后可测得初始荧光F_o，接着再照射饱和脉冲光，可测得最大荧光F_m。根据以上荧光参数，按Genty等(1989)的公式计算得到：PSⅡ最大光化学效率F_v/F_m=(F_m-F_o)/F_m，PSⅡ实际光化学效率Φ_PSⅡ＝(F_m′-F_s)/F_m′。参照Demmig-Adams等(1992b)的计算方法，非光化学猝灭系数NPQ=(F_m- F_m′)/F_m。叶绿素荧光参数日变化与气体交换参数日变化同步测定，以3 d测量平均值为叶绿素荧光参数的日变化。

测定期间，光合有效辐射和大气温度日变化都呈单峰型(图 1)。PAR在12:30左右达到最高值，为1 217 μmol·m^-2s^-1，12:30以后开始迅速下降。大气温度全天在30~41℃之间变化，日间最高值出现在14:30左右。空气湿度介于23.21%~44.29%之间，为典型的干热晴天。

图 1 光合有效辐射(PAR)和大气温度(ta)日变化 Fig. 1 Diurnal changes of the photosynthetic active radiation (PAR) and air temperature (ta)

如图 2所示，珲春野生玫瑰P_n日变化为单峰曲线，最高值出现在8:30左右，此后P_n持续下降，表现为“一降不起”型严重光合“午休”；牟平野生玫瑰的P_n在8:30达到最高值后开始下降，到12:30左右又略有回升，而后迅速下降，没有光合“午休”；紫枝玫瑰在6:30—8:30期间，P_n一直处在较高的水平并且略有上升，8:30以后迅速下降并在12:30左右达到低谷，16:30左右P_n又出现一个明显的高峰，峰值约为8:30时的63.08%；苦水玫瑰的P_n日变化趋势则为典型的双峰曲线，10:30和16:30各有一个高峰，下午的峰值约为上午峰值的54.38%;紫枝玫瑰和苦水玫瑰都表现出明显的光合“午休”，但紫枝玫瑰从午休中恢复较快，可以利用下午较长的时间进行相对较高的光合生产。

图 2 野生玫瑰与玫瑰栽培品种净光合速率(Pn)日变化 Fig. 2 Diurnal changes of the net photosynthetic rates (Pn) in wild plants and cultivars of rose

从图 2可知，珲春野生玫瑰P_n最高值为17.91 μmol CO₂·m^-2s^-1，牟平野生玫瑰为15.25 μmol CO₂·m^-2s^-1，而紫枝玫瑰和苦水玫瑰仅分别为11.81 μmol CO₂·m^-2s^-1和11.12 μmol CO₂·m^-2s^-1，野生玫瑰的P_n最高值显著高于玫瑰栽培品种，且在光合作用较强的6:30—14:30期间，野生玫瑰的P_n值明显比玫瑰栽培品种高，表现出显著的高光合效率特性，是玫瑰高光效育种的优良种质资源。

野生玫瑰与玫瑰栽培品种叶片Tr的日变化与其P_n日变化同步，当P_n出现峰值时，Tr也相应地达到高峰(图 3A)。不同玫瑰之间Tr值差异明显，野生玫瑰全天的Tr总体上高于栽培玫瑰，这可能是由于不同的玫瑰材料，其叶片表面组织结构(如叶毛密度、角质层厚度)、叶角等不同造成的，是长期适应其原产地生态环境的结果。

图 3 野生玫瑰与玫瑰栽培品种叶片蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)和气孔限制值(Ls)日变化 Fig. 3 Diurnal changes in transpiration rate (Tr), intercellular CO2 concentration (Ci), stomatal conductance (Gs) and limitation value (Ls) in leaves of wild plants and cultivars of rose

图 3B和图 3D显示，珲春野生玫瑰从6:30开始其C_i便一直下降，到14:30达到日间最低值，而后又迅速升高，呈“V”型日变化，其L_s的日变化刚好与C_i相反，当C_i达到低谷时，L_s达到日间最高值；苦水玫瑰C_i和L_s的日变化规律与珲春野生玫瑰相似；牟平野生玫瑰和紫枝玫瑰的C_i日变化趋势则呈“W”型，峰值都出现在12:30，二者L_s的日变化趋势也都与其C_i日变化刚好相反。

从图 3C可以看出，当P_n出现峰值时，珲春野生玫瑰、紫枝玫瑰和苦水玫瑰的G_s也相应地达到高峰，说明其光合作用直接受气孔导度的影响，但牟平野生玫瑰上午G_s的大小并不与P_n的高低成正相关，当P_n在8:30达到高峰时，G_s已从高峰下落，而当12:30 P_n出现第2个高峰时，G_s也达到高峰，此时气孔的开张极有利于光合作用，因此可以推断，牟平野生玫瑰中午出现的P_n高峰是直接受到G_s增加的影响。牟平野生玫瑰这种光合速率升高或降低并不与气孔的开张、关闭同步的特点在野生毛葡萄(Vitis quinquangularis)中表现得也很显著(朱林等, 1994)，这可能与野生种质独特的遗传特性有关。

野生玫瑰和玫瑰栽培品种F_v/F_m的日变化与光强日变化呈对应关系，均在中午PAR最高时F_v/F_m下降最多，表现PSⅡ活性下调，下午随着光强减弱，F_v/F_m逐渐回升并恢复到接近早晨的水平(图 4A)。

图 4 野生玫瑰与玫瑰栽培品种叶片Fv/Fm、Fo、NPQ和ΦPSⅡ的日变化 Fig. 4 Diurnal changes in Fv/Fm, Fo, NPQ and ΦPSⅡ in leaves of wild plants and cultivars of rose

从图 4B可知，野生玫瑰和玫瑰栽培品种F_o的日变化趋势相似，F_o从6:30开始上升，最高值出现在10:30—12:30，此后开始下降，低谷出现在14:30—16:30，以后随着光强减弱又上升。

野生玫瑰和玫瑰栽培品种NPQ的日变化呈单峰型，紫枝玫瑰和苦水玫瑰的峰值都出现在10:30，而珲春野生玫瑰和牟平野生玫瑰分别出现在12:30和14:30，玫瑰栽培品种峰值出现的时间较早。6:30—12:30期间，2个玫瑰栽培品种的NPQ值均显著高于野生玫瑰，12:30以后差异不显著(图 4C)。

自然条件下，野生玫瑰和玫瑰栽培品种Φ_PSⅡ的日变化与光强日变化呈现相反趋势(图 4D)。低谷出现在10:30—12:30，随着下午光强减弱和气温降低，4个玫瑰的Φ_PSⅡ值又逐渐恢复并最终超过早晨的水平，说明Φ_PSⅡ对外界光强和气温条件的响应较敏感。上午野生玫瑰的Φ_PSⅡ值比玫瑰栽培品种高，而下午则比玫瑰栽培品种低。

晴天时，珲春野生玫瑰、紫枝玫瑰和苦水玫瑰都表现出明显的光合“午休”，而牟平野生玫瑰没有“午休”。Farguhar等(1982)将限制光合速率的因素归纳为2大类：一是与CO₂供应有关的因素，主要包括界面层及气孔对CO₂的扩散阻力，其中以气孔阻力影响最大，可简称为气孔因素；二是与光能转化和碳同化有关的叶肉因素，统称为非气孔因素。判断叶片P_n降低的主要原因是气孔因素还是非气孔因素的2个可靠判据是C_i和L_s的变化方向：C_i降低和L_s升高表明气孔导度降低是主要原因；而C_i增加和L_s降低则表明主要原因是非气孔因素(许大全, 1997c)。干热晴天时，高温和强光会导致玫瑰叶片温度迅速升高，叶片内外蒸汽压梯度增加，Tr加快，表皮细胞和保卫细胞直接向大气蒸腾水分，迫使整个叶片水势下降，气孔阻力和叶肉阻力增大，最终导致P_n下降。结合P_n、C_i和L_s的日变化趋势(图 3A, B, D)，可以判断：引起珲春野生玫瑰和苦水玫瑰中午P_n降低的主要因素为气孔因素，而叶肉阻力等非气孔限制的增加是造成紫枝玫瑰中午光合速率降低的主要因素，牟平野生玫瑰在14:30以前P_n变化主要受气孔的调节，14:30以后P_n的降低则主要是非气孔因素所致，这可能是由于光合有效辐射降低引起的ATP和NADPH供应不足，即同化力不足限制了光合碳同化，从而导致P_n下降。

F_v/F_m降低被认为是植物发生光抑制最明显的特征(Qgren et al., 1992)。从图 4A可以看出，4个玫瑰均出现了不同程度的光抑制，比较中午F_v/F_m的降幅可以发现，珲春野生玫瑰和牟平野生玫瑰降幅较大，分别比6:30时下降了9.62%和8.53%，而紫枝玫瑰和苦水玫瑰降幅较小，只分别降低了5.18%和5.59%，这说明野生玫瑰比玫瑰栽培品种对高光强敏感，光抑制较重。到18:30时，珲春野生玫瑰和牟平野生玫瑰的F_v/F_m值分别恢复到6:30时的96.31%和96.28%，而紫枝玫瑰和苦水玫瑰分别恢复到了99.96%和99.07%，说明玫瑰叶片中午PSⅡ活性下调是PSⅡ活性可逆失活变化的过程，也进一步说明玫瑰栽培品种耐光抑制能力比野生玫瑰强。

上午，4个玫瑰叶片的F_o随光强的增加而上升，表明PSⅡ反应中心出现了可逆失活或破坏(Krause et al., 1991)，F_o达到峰值后，接着又降低，说明强光并不能造成PSⅡ的破坏，而是引起PSⅡ反应中心的可逆失活。F_v/F_m的日变化也反映出玫瑰叶片中午PSⅡ活性下调是PSⅡ活性可逆失活变化的过程，这可能是玫瑰叶片的一种有效光保护机制，用来防御PSⅡ反应中心免受光破坏。另外，随着上午气温和光强的不断增加，4个玫瑰的NPQ迅速上升(图 4C)，表明其非辐射能量耗散增加，以此来减轻光抑制，保护光合机构免受破坏(Demmig-Adams et al., 1992)。进一步比较可以发现，6:30—12:30期间，玫瑰栽培品种的NPQ值显著高于野生玫瑰，12:30以后，随着气温的下降和光强的减弱，差异不显著，这说明在高温和强光下，玫瑰栽培品种的非光化学猝灭能力比野生玫瑰强，能够更有效地通过非辐射能量耗散的方式耗散过剩的光能，这与中午其F_v/F_m降幅比野生玫瑰小，光抑制程度较轻是一致的。

野生玫瑰上午的Φ_PSⅡ值比玫瑰栽培品种高，而下午则比玫瑰栽培品种低(图 4D)，说明上午野生玫瑰PSⅡ实际光能捕获效率较高，能够把所捕获的光能更多地用于光化学反应，光合能力较强(Krause et al., 1991)，因此其P_n值较高，而下午较高的Φ_PSⅡ有助于玫瑰栽培品种充分利用下午的光能进行光合作用，这可能是它们的P_n值在16:30左右又出现一个高峰的直接原因。