《Plants》：Short-Term Trace Element Distribution Following Application of Sargassum-Based Liquid Biofertilizer in a Soil–Plant–Tomato Fruit System
Yaset Rodríguez-Rodríguez,
Máximo Elías Reynoso Ortega,
Pamela Tejada-Tejada,
Gustavo Gandini,
Luis Enrique Rodríguez de Francisco and
Ulises Javier Jáuregui-Haza
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这篇研究聚焦于中国特有、种群规模极小的濒危植物广东含笑（Michelia guangdongensis）。通过对其7个无性系（克隆）幼苗光合生理指标的日变化监测，结合主成分分析（PCA）、通径分析（Pathway Analysis）及熵权TOPSIS综合评价等方法，揭示了不同无性系的光合能力差异及其与环境因子（如光合有效辐射PAR、大气CO2浓度Ca、蒸腾速率Tr等）的关联机制。研究发现无性系CG3和1具有更强的光合潜力和对高温高光的适应能力，其叶片背面颜色也更具观赏价值。该研究为濒危植物的保护和选育提供了关键的生理生态学依据。
引言：保护与研究的交汇点
光合作用是植物生长发育的核心生理过程，不仅提供能量，也深刻反映了植物对环境变化的适应策略。在中国南方亚热带地区，高温和强光辐射事件日益频繁，这对植物生长构成了严峻挑战。在此背景下，对濒危植物光合生理特性的研究显得尤为重要。广东含笑（Michelia guangdongensis）是中国木兰科（Magnoliaceae）的一种新描述物种，仅分布于广东省，种群极小，栖息地脆弱，处于极高的灭绝风险之中。分析其光合、生理和生态特征，对于理解其在逆境下的生存机制、制定有效的保护策略具有重要价值。本研究旨在通过测量不同无性系广东含笑的光合日变化，探讨其无性系间的光合差异及其与环境因子的关系，从而揭示其幼苗光合作用的生理特性，为无性系的选育和推广奠定理论基础，并为该物种在园林绿化和生态建设中的广泛应用提供科学支持。
结果：多样化的光合表现与关键影响因素
1. 不同无性系光合参数的日变化
研究测量了7个无性系（编号：9073, 8898, 8812, 8997, CG3, 1, 5）的光合参数。净光合速率（Pn）的日变化曲线表现出两种主要模式：无性系9073、8898、8812和5呈现单峰曲线，峰值出现在10:00至12:00之间；而无性系8997、CG3和1则呈现不对称的双峰曲线，表现出明显的光合“午休”现象。日平均净光合速率排名为：1 > CG3 > 8812 > 5 > 8997 > 9073 > 8898。
气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）的日变化曲线大多呈单峰型。胞间CO2浓度（Ci）的日变化曲线则呈现V形或W形，与其他参数趋势不同。水分利用效率（WUE）在不同无性系间通常呈V形日变化模式。方差分析表明，七个无性系在光合参数特征上存在显著差异。
2. 环境因子对光合参数的影响
相关性分析表明，净光合速率（Pn）与蒸腾速率（Tr）和光合有效辐射（PAR）呈显著正相关，与大气CO2浓度（Ca）和胞间CO2浓度（Ci）呈显著负相关。气孔导度（Gs）与Ci呈显著正相关，与水分利用效率（WUE）呈负相关。不同无性系的光合参数与生理生态因子（如空气温度Ta、相对湿度RH等）关系密切，光合性状之间也相互影响、相互制约。
3. 光合参数与环境因子的主成分分析（PCA）
对光合参数和环境因子进行主成分分析，前两个主成分轴解释了81.54%的方差。第一主成分（解释55.61%的方差）与Pn、Ci、Tr、Ta、Ca、RH和PAR相关。第二主成分（解释25.93%的方差）与Gs和WUE相关。物种-性状排序图揭示了光合参数和环境因子指标的趋同分异。
4. 通径分析
通径分析揭示了外部环境因子对广东含笑叶片净光合速率的直接和间接影响。结果显示，蒸腾速率（Tr）对净光合速率的直接正向效应最高（1.17），其次是大气CO2浓度（Ca，0.9）和相对湿度（RH，0.26）。这表明Tr是影响广东含笑净光合速率的主要因素。
5. 基于熵权TOPSIS法的多目标决策与评价
采用熵权TOPSIS模型对不同无性系广东含笑叶片的光合性状指标进行综合评价。排序结果为：1 > CG3 > 8812 > 8898 > 9073 > 5 > 8997。其中，CG3和1在叶片光合能力综合评价中表现突出，两者的Ci值均超过0.7。观察发现，这两个无性系具有更优的观赏特性，主要表现为叶片背面颜色更美观、叶片更大、绒毛更密、色泽更深更丰富。
6. 光合指标与叶绿素含量的线性拟合
叶绿素含量与净光合速率和蒸腾速率呈显著正相关，与水分利用效率呈显著负相关，与气孔导度和气孔限制值呈不显著正相关，与胞间CO2浓度呈不显著负相关。这表明叶片叶绿素含量与光合参数相关，间接说明叶绿素水平决定了树木的光合能力和生长状况。因此，叶绿素含量可作为广东含笑观赏性早叶品种选育的关键技术指标。
讨论：机制阐释与应用展望
1. 叶色对广东含笑光合变异的影响
光合参数的日变化反映了植物光合活动随环境条件变化的规律及其对环境的适应性。本研究中，不同无性系的光合“午休”现象主要由非气孔限制因素引起。净光合速率较高的无性系CG3和1，其叶片颜色较深、叶绿素含量较高，对高温和强光条件表现出更强的适应性和光合潜力。在推广栽培时，应根据当地水热条件选择适宜的种质资源。
2. 环境因子对光合参数的影响
植物的净光合速率受环境和生理等多因素影响。本研究表明，蒸腾速率（Tr）是影响广东含笑净光合速率的主要因子。气孔在调节树木水分散失和CO2交换中起关键作用。光合有效辐射（PAR）是植物光合作用的最终能量来源。通径分析显示，Tr、气孔限制值（Ls）和PAR是影响净光合速率的主要因素。叶绿素含量水平对广东含笑的光合能力和生长具有决定性作用。研究还指出，尽管广东高温高湿的环境利于多数植物生长，但过高的湿度和辐射强度可能导致气孔关闭，损害光合作用与气体交换，降低水分利用效率，这可能是广东含笑成为濒危植物的原因之一。
3. 品种选择与引种措施建议
本研究首次将熵权TOPSIS方法应用于评价广东含笑无性系的光合特性。该方法结合了熵权法的客观性和TOPSIS法的多目标优化能力，有效区分了不同无性系的光合特性，为优良无性系的选育提供了科学依据。综合评估结果将CG3和1确定为优良无性系。参考“叶片经济型谱”概念，CG3和1表现出“快速投资-收益”型物种特征，而其他无性系则表现为“慢速投资-收益”型，反映了不同广东含笑无性系在光合资源分配和投资策略上的差异。
4. 局限与展望
尽管熵权TOPSIS法减少了主观性，但其评估结果依赖于数据的质量和完整性，且可能未充分考虑评价指标间的相互作用及专家知识的影响。未来研究应考虑该方法的局限性并探索改进策略。基于本研究结果，后续将开展更系统的研究，为广东含笑七个无性系的标准化栽培提供全面指导。
材料与方法：严谨的实验设计
1. 试验地概况
试验在广东省林业科学研究院苗圃进行，该地区属亚热带季风气候。试验材料为一年生广东含笑嫁接苗，选自38个无性系中特征明显的7个（9073, 8898, 8812, 8997, CG3, 1, 5）。每个无性系设3个重复。在连续晴天条件下，于8:00至18:00之间，每隔2小时使用Li-6400XT便携式光合仪测量叶片光合日变化。
2. 光合特性与叶色的测定方法
测定生理因子包括净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率，并计算水分利用效率和气孔限制值。环境因子包括光合有效辐射、空气温度、大气相对湿度、大气CO2浓度等。使用叶绿素计（SPAD-502）测量叶片SPAD值。叶片颜色参数通过扫描叶片图像，并使用ImageJ2和MATLAB软件进行图像处理和分析自动提取。
3. 用于综合评价的熵权TOPSIS法
采用熵权TOPSIS法对不同无性系广东含笑的光合性状指标进行综合评价。该方法通过定义问题的理想解和负理想解来确定可行解集，并选择距离理想解最远的方案作为最优解。分析过程包括建立评价指标矩阵、对评价指标进行标准化处理、计算信息熵和权重、构建加权规范化矩阵、确定正负理想解、计算各评价对象与正负理想解的距离，并最终计算相对贴近度进行排序。
