苜蓿（Medicago sativa）具有产量高、蛋白质含量高（粗蛋白约20%）、适应性强等特点，使用苜蓿饲喂奶牛可保证乳蛋白率达3.0%以上，乳脂率达3.5%以上[1-4]。黑龙江省是我国奶牛、肉牛等畜牧业发展的重要区域，受地区气候影响，苜蓿在越冬前要经历一个由低温、短日照共同作用的冷适应阶段，使苜蓿在生理上处于休眠状态[5]，所以苜蓿秋眠性与耐寒性、生产性能具有直接关联[6-7]。光合作用是植物生长发育和产量形成的基础，作物产量90%~95%来自光合作用所形成的有机物。高纬度地区秋季光照减少，导致不同秋眠性苜蓿产量和品质差别较大[8-10]。苜蓿对光照、温度因素变化较敏感，秋季温度降低、光照减少，苜蓿的光合作用及产量受到严重影响[11-14]。目前，有关苜蓿光合作用的研究大多集中在水、肥处理对苜蓿光合特性及产量的影响[15-16]，对于晚秋不同秋眠级苜蓿对短日照响应机制的研究较少。基于此，本研究选取不同秋眠级苜蓿为试验材料，测定苜蓿叶片气孔导度、光合速率和蒸腾速率等指标，探究低温、短日照环境下不同秋眠级苜蓿光合性能的变化规律，为寒区苜蓿新品种选育提供参考。1材料与方法1.1试验地概况试验地位于齐齐哈尔市富拉尔基，E 123°24′36″，N 47°9′，最低温度-39.5 ℃，年均气温3 ℃，积温（≥10 ℃）2 722.1 ℃，年均降水量约480 mm，无霜期132 d左右。试验地土壤为黑风沙土，有机质含量为19.89 g/kg，全氮含量为1.19 g/kg。1.2试验材料选取苜蓿材料6份，其中草原3号（FD 1）由内蒙古农业大学提供，龙牧801（FD 1）由黑龙江省农业科学院提供；皇后（FD 2）、赛迪（FD 7）苜蓿由百绿（天津）国际草业有限公司提供，康赛（FD 3）和阿迪娜（FD 4）由中国农业科学院草原所提供。1.3试验设计试验小区面积15 m2（3 m × 5 m），2021年6月进行人工条播，采用随机区组设计，行距30 cm，3次重复，以龙牧801为保护行。播前试验小区均未施底肥，播种后及时镇压。试验期间进行灌溉、除草、病虫防治等田间管理措施。1.4测定指标及方法2021年9月20日，采用LI-6 400型便携式光合测定仪（北京力高泰科技有限公司）于每日10：00—11：30，连续3 d在自然光下测定苜蓿叶片光合参数指标，包括气孔导度、叶片水汽压、净光合速率、蒸腾速率和胞间CO2浓度，测定方法参见仪器说明书。1.5数据统计与分析采用Excel 2010软件进行数据处理，Sigma Plot 12.5软件作图，SAS 9.0软件进行方差分析和相关性分析。应用模糊数学隶属函数法[3,17]，综合评价所测指标，求各项光合指标隶属函数值。若测定指标与苜蓿光合特性呈正相关：Fij=(Xij-Ximin)/(Ximax-Ximin)(1)测定指标与苜蓿光合特性呈负相关：Fij=1-(Xij-Ximin)/(Ximax-Ximin)(2)式中：Fij为i草种j指标值；Xij为i草种j指标隶属值；Ximax为i草种j指标最大值；Ximin为i草种j指标最小值。将i草种各项指标的函数值累加，求平均值，均值越大则品种的光合性能越强，最后得出品种间光合性能顺序。2结果与分析2.1各苜蓿品种的净光合速率和蒸腾速率（见表1）由表1可知，各苜蓿品种的净光合速率在10.23~14.54 μmol/(m2·s)之间，其中以龙牧801的净光合速率最高，是阿迪娜和赛迪的1.32、1.42倍。各品种的蒸腾速率介于2.74~5.45 mmol/(m2·s)之间，品种草原3号和龙牧801的蒸腾速率显著高于其他品种（P0.05）。结果表明，净光合速率和蒸腾速率与秋眠性之间具有一定相关性，秋眠级高的品种净光合速率较低，蒸腾速率亦较低；相反，秋眠级较低的品种具有较强的光合作用。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.22.025.T001表1各苜蓿品种的净光合速率和蒸腾速率品种净光合速率/[μmol/(m2·s)]蒸腾速率/[mmol/(m2·s)]草原3号12.81±0.08c5.45±0.07a龙牧80114.54±0.16a4.90±0.12b皇后13.54±0.13b3.82±0.01c康赛12.31±0.28d2.74±0.06e阿迪娜10.98±0.14e3.30±0.01d赛迪10.23±0.21f2.89±0.17e注：同列数据肩标字母不同表示差异显著（P0.05），字母相同表示差异不显著（P0.05）；下表同。2.2各苜蓿品种的气孔导度和胞间CO2浓度（见表2）由表2可知，所有品种的气孔导度均在0.12~0.26 mol H2O/(m2·s)之间。草原3号的气孔导度最高，龙牧801和皇后次之，以上3个品种的叶片气孔导度显著高于其他品种（P0.05），而阿迪娜和赛迪苜蓿较低。各品种叶片胞间CO2浓度在208.79~275.32 μmol CO2/mol之间，草原3号和龙牧801的胞间CO2浓度较高，且显著高于其他品种（P0.05）。结果显示，叶片气孔导度越大，胞间CO2浓度越高。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.22.025.T002表2各苜蓿品种的气孔导度和胞间CO2浓度品种气孔导度/[mol H2O/(m2·s)]胞间CO2/(μmol CO2/mol)草原3号0.260±0.013a275.32±1.26a龙牧8010.220±0.006b264.43±1.05b皇后0.200±0.004c227.22±0.96c康赛0.150±0.003d215.70±1.34d阿迪娜0.120±0.001f208.79±2.32f赛迪0.130±0.004e212.04±2.53e2.3各苜蓿品种的水分利用效率和水汽压（见表3）由表3可知，各品种的水分利用效率在2.41~3.98 μmol/mol之间，其中龙牧801水分利用效率最高，皇后和草原3号次之，且3个苜蓿水分利用效率显著高于其他品种（P0.05）。所有品种的叶片水汽压在1.67~1.83 kPa之间，以品种草原3号、皇后和龙牧801的叶片水汽压较高，且显著高于其他品种（P0.05）。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.22.025.T003表3各苜蓿品种的水分利用效率和水汽压品种水分利用效率/(μmol/mol)水汽压/kPa草原3号3.29±0.08c1.83±0.01a龙牧8013.98±0.07a1.82±0.03a皇后3.84±0.09b1.83±0.01a康赛2.89±0.03d1.69±0.03b阿迪娜2.41±0.05f1.67±0.02b赛迪2.70±0.02e1.68±0.02b2.4综合评价各苜蓿品种的相关性分析见图1。由图1可知，光合速率与水分利用效率呈极显著正相关（0.925，P0.01）；气孔导度与蒸腾速率、胞间CO2浓度、叶片水汽压之间呈极显著正相关（P0.01），相关系数分别为0.927、0.948、0.919；胞间CO2浓度与蒸腾速率亦呈极显著正相关（0.965，P0.01）；叶片水汽压与水分利用效率、蒸腾速率间存在显著正相关关系（P0.05），相关系数0.903和0.845。结果显示，叶片水汽压越大的品种蒸腾速率越高，则相应水分利用率越高。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.22.025.F001图1各苜蓿品种的相关性分析注：“*”表示在0.05水平显著相关；“**”表示在0.01水平显著相关。利用隶属函数法对品种的光合特性进行评价，见表4。由表4可知，光合性能强弱为龙牧801（0.561）草原3号（0.538）皇后（0.522）康赛（0.502）阿迪娜（0.496）赛迪（0.491）。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.22.025.T004表4光合特性隶属函数分析品种光合速率/[μmol/(m2·s)]蒸腾速率/[mmol/(m2·s)]气孔导度/[mol H2O/(m2·s)]胞间CO2/(μmol CO2/mol)水分利用效率/(μmol/mol)水汽压/kPa评价值排序草原3号0.5320.3880.5200.6330.5280.6280.5382龙牧8010.6660.4330.6350.5900.5330.5120.5611皇后0.4820.6140.5770.4830.5530.4240.5223康赛0.6060.3370.5890.5180.4110.5540.5024阿迪娜0.3970.4540.5500.4700.5020.6020.4965赛迪0.3400.5330.3680.5940.5280.5850.49163讨论苜蓿净光合速率和蒸腾速率是光合作用强弱的重要指标，植物光合特性通常用光合速率描述，苜蓿光合特性探究有利于解析不同秋眠级苜蓿品种对光能的利用率，揭示品种间光合性能的差异[6,18]。影响苜蓿光合速率的主控限制因子是叶片气孔导度，气孔导度的大小受气孔开闭程度调节，气孔的开闭直接或间接地影响了苜蓿光合作用[11]。气孔是苜蓿叶片进行气体交换的通道，其闭合程度将直接影响蒸腾作用的强弱，而蒸腾作用可反映苜蓿叶片调节水分的能力及方式。气孔导度是影响苜蓿光合速率的主要因子，气孔开闭也一定程度上影响苜蓿的光合作用[19]。本研究中，不同秋眠级苜蓿品种净光合速率、蒸腾速率及气孔导度差异较大，如草原3号和龙牧801的蒸腾速率和气孔导度较高，且龙牧801的光合速率最高，这与陈托兄等[20]研究结果一致，说明光合速率、蒸腾速率与秋眠性之间存在很强的关联，秋眠级高的品种如康赛、阿迪娜、赛迪苜蓿光合速率较低，蒸腾速率亦较低，反之，秋眠级较低的品种却具有较强的光合作用。同一低温、短日照环境下不同品种光合特性差异较大，耐寒性较强的龙牧801能够保持较高的光合速率，可能与该季节内空气温度下降、光照时数减少等因素有关，这些因素对秋眠型品种气孔闭合影响较小，对非秋眠型品种影响较大[8]。苜蓿气孔导度、胞间CO2浓度与光合作用密切相关。光合和蒸腾是CO2和H2O通过苜蓿叶片气孔进行内外物质交换的过程[13]。本研究中，苜蓿气孔导度与蒸腾速率、胞间CO2浓度之间存在显著的正相关关系。低温下，各品种胞间CO2浓度随秋眠等级的增加逐渐下降，以品种龙牧801和草原3号的胞间CO2浓度较高，这与刘志英[8]的研究结果基本一致。结果表明，气孔的闭合程度直接影响苜蓿植株叶片水分的蒸腾及胞间CO2浓度，秋眠型品种内外物质交换能力更强，秋眠级高的品种物质交换能力相对较弱，可能是由于秋季低温导致苜蓿叶片光合速率下降，气孔开度不足，胞间CO2浓度降低，进而影响光合作用[5]。苜蓿叶片水汽压、水分利用效率与光合作用的关联性很强。不同秋眠级苜蓿品种叶片水汽压和水分利用效率差异显著，如草原3号、龙牧801和皇后的叶片水汽压显著高于其他品种，龙牧801的水分利用效率最高，光合速率与水分利用效率和叶片水汽压均呈显著的正相关，即苜蓿的光合速率和叶片水汽压越高，越有助于苜蓿合成更多的物质和养分抵御秋冬季寒冷环境，提高苜蓿耐寒能力[8,13]。不同秋眠级苜蓿品种晚秋叶片光合对低温的响应程度不同，需要选择适宜的评价方法对品种的光合能力进行评价。本研究主要通过隶属函数对品种进行综合评价，最终得出龙牧801和草原3号的光合性能较强。4结论随着秋眠级的增加，苜蓿品种的叶片水汽压、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2浓度均呈下降趋势，而净光合速率和水分利用效率呈先升后降的变化趋势，经隶属函数评价得出各品种光合能力强弱顺序依次为：龙牧801草原3号皇后康赛阿迪娜赛迪。结果表明，龙牧801和草原3号的光合性能较强，适宜在黑龙江地区种植。