3個(gè)油茶新品種的光合特性

袁 軍，譚曉風(fēng)，姜志娜，楊巧麗，李 澤

（1.北京林業(yè)大學(xué) 研究生院，北京 100083；中南林業(yè)科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)林育種與栽培國家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410004；）

油茶Camellia oleifera是中國南方重要的木本食用油料樹種[1]，栽培面積占木本油料樹種栽培面積的80%以上，已有2300多年的栽培利用歷史。目前，中國共有油茶林3.02×106hm2，但長期以來，油茶籽產(chǎn)量低、品質(zhì)差，制約了油茶產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，選育優(yōu)良品種，并加以快速繁育與推廣，是油茶產(chǎn)業(yè)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作和亟待解決的課題。目前，高光效育種已經(jīng)成為育種工作者關(guān)注的主要問題。不同品種之間由于遺傳因子的影響，光合潛能差異很大[2]。研究油茶不同品種間的光合生理特性不僅能為選育高光效品種提供理論依據(jù)，還能為良種的栽培和推廣提供參考。國內(nèi)外對油茶光合作用的研究曾有報(bào)道[3-4]，但主要集中在光合速率及其影響因素等方面，對新培育的高產(chǎn)品種之間光合特性的差異和需光特點(diǎn)的研究尚少。為此，本研究通過對2009年國家新審定的3個(gè)油茶品種（‘華碩’‘華金’‘華鑫’）的光合生理特性和葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)等生理生化指標(biāo)的測定和對比分析，揭示3個(gè)品種的基本光合生理特征和規(guī)律，為其作為高光效育種材料和豐產(chǎn)栽培提供參考資料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料選自中南林業(yè)科技大學(xué)在長沙市望城區(qū)東城鎮(zhèn)新建的高接換冠油茶示范林，以2009年國家審定的3個(gè)油茶新品種‘華碩’‘華金’‘華鑫’1年生的換冠林為試材。選擇生長良好，長勢基本一致的健康植株，每個(gè)品種各3株，每株選擇南向中等大小、顏色正常的葉片（頂端第5～8片葉）3片，采用美國LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400便攜式光合測定系統(tǒng)進(jìn)行葉片瞬時(shí)光合速率測定。

1.2 測定方法

光合速率日變化測定。光合速率日變化于2011年7月上旬進(jìn)行，天氣晴朗，測定時(shí)間從7：00-19：00，隔2 h測定1次油茶的凈光合速率（Pn），氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間二氧化碳體積分?jǐn)?shù)（Ci），同時(shí)測定光合有效輻射（PAR），大氣溫度（T）和相對濕度（HR）。測定前先測自然光照強(qiáng)度，然后將紅藍(lán)光源設(shè)定為與自然光相同的光強(qiáng)進(jìn)行測定，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后進(jìn)行記錄，數(shù)據(jù)記錄5次·葉片-1，重復(fù)測定3次的平均值為光合速率的日變化。

光響應(yīng)曲線的測定。光響應(yīng)曲線于2011年7月上旬進(jìn)行，測定時(shí)間為8：30-10：30，天氣晴朗，利用LI-6400自動light-curve曲線測定功能，將紅藍(lán)光源設(shè)定一系列光合光通量密度，考慮到植物對弱光到強(qiáng)光的不敏感性，其梯度設(shè)定為：2500，2200，1900，1600，1300，1000，700，400，200，100，80，60，40， 20， 0μmol·m-2·s-1。 其測量參數(shù)包括： 凈光合速率（Pn），氣孔導(dǎo)度（Gs）， 胞間二氧化碳體積分?jǐn)?shù)（Ci），光合有效輻射（PAR），大氣溫度（T）和相對濕度（HR）等生理生態(tài)因子。利用非直角雙曲線擬合[5]，根據(jù)擬合曲線計(jì)算光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)。非直角雙曲線模型理論公式為：

其中：Pn為凈光合速率，Pm為最大凈光合速率，φ為表觀量子效率，PAR為光合有效輻射，k為光響應(yīng)曲線曲角，Rday為暗呼吸速率。

葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定。測定完以上2個(gè)指標(biāo)后，采摘標(biāo)記的葉片，立刻帶回實(shí)驗(yàn)室測定，測定方法為丙酮提取法[6]。葉綠素浸提液用721-PC分光光度計(jì)測定光密度值，并按Arnon公式計(jì)算葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

所有數(shù)據(jù)均通過Excel 2003進(jìn)行整理，并繪制圖表，方差分析、相關(guān)分析以及其他統(tǒng)計(jì)分析處理均借助于SPSS 17.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 3個(gè)油茶品種光合速率日變化

由圖1可知：3個(gè)油茶品種胞間二氧化體積分?jǐn)?shù)日變化均呈先降低后維持平衡又升高的特點(diǎn)，基本與凈光合速率相反,王春清等[7]發(fā)現(xiàn)1 d中凈光合速率與胞間二氧化碳呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.97，n=13，P＜0.01）。3個(gè)品種的氣孔導(dǎo)度變化趨勢基本一致，7：00-15：00一直維持在較高水平，15：00以后隨著氣溫和光強(qiáng)的降低迅速下降。大氣溫度和光合有效輻射的變化趨勢相似，從早晨逐步上升，13：00達(dá)到高峰,峰值分別為39℃和1800μmol·m-2·s-1，然后緩慢下降。相對濕度的變化則呈V字形，13：00最低，此時(shí)的相對濕度為53%。

3個(gè)油茶品種晴天的凈光合速率隨時(shí)間變化趨勢相似，均呈寬大的單峰型，不存在明顯的“光合午休”現(xiàn)象。從7：00開始，隨著時(shí)間的推移，光合有效輻射逐漸增加，氣溫也逐漸升高，胞間二氧化碳體積分?jǐn)?shù)迅速下降，凈光合速率迅速增加，到9：00凈光合速率達(dá)到全天的最大值，‘華碩’‘華金’‘華鑫’的凈光合速率分別為8.42，9.33和8.97μmol·m-2·s-1；而在9：00以后，光合有效輻射和大氣溫度進(jìn)一步升高，空氣濕度逐漸下降，凈光合速率開始緩慢下降，但下降幅度較小，15：00時(shí)的凈光合速率與9：00相比，分別降低了24.4%，28.2%和19.4%；15：00-19：00，隨著光合有效輻射和氣溫的逐漸降低，葉片氣孔導(dǎo)度逐漸下降，凈光合速率開始迅速下降，19:00凈光合速率分別降為0.97，0.80和2.07μmol·m-2·s-1。除9：00，1 d中同一時(shí)刻‘華鑫’的凈光合速率均高于‘華碩’和‘華金’?！A金’的最大凈光合速率最高，‘華鑫’次之，‘華碩’較低。

圖1 油茶葉片凈光合速率（Pn），胞間二氧化碳體積分?jǐn)?shù)（Ci），氣孔導(dǎo)度（Gs），葉面溫度（T），空氣濕度（HR）和光合有效輻射（PAR）的日變化Figure1 Diurnal variation of net photosynthetic rate （Pn）， intercellular CO2concentration （Ci） ， stomatal conductance （Gs）， leaf temperature （T）， relative humidity （HR） and Photosynthetically active radiation （PAR） of three cultivars of Camellia oleifera

結(jié)合表1可以看出：7：00‘華鑫’和‘華金’的凈光合速率極顯著高于‘華碩’，19：00‘華鑫’的凈光合速率極顯著高于‘華碩’和‘華金’，說明‘華鑫’對弱光的利用率較高。11：00-15：00，3個(gè)品種的凈光合速率沒有顯著差異。在這期間，光合有效輻射和氣溫較高（均在1400μmol·m-2·s-1和35℃以上），而油茶的凈光合速率變化很小，并保持在一個(gè)相當(dāng)高的水平，說明這3個(gè)油茶品種對強(qiáng)光和高溫的適應(yīng)性較強(qiáng)。

表1 凈光合速率日變化方差分析Table1 Comparison of the diurnal variation of net photosynthetic rate

2.2 3個(gè)油茶品種光合參數(shù)的差異

由圖2的光響應(yīng)曲線中可知：在光合有效輻射為0時(shí)，凈光合速率均為負(fù)值；隨著光合有效輻射的升高，凈光合速率逐漸升高，在光合有效輻射為0～200μmol·m-2·s-1時(shí)， 凈光合速率幾乎呈線性增加；隨著光合有效輻射繼續(xù)升高，各品種的凈光合速率增加速率減緩并維持在一定水平；當(dāng)光合有效輻射繼續(xù)升高到一定程度后，各品種的凈光合速率呈現(xiàn)不同程度的下降，這可能是由于光合有效輻射強(qiáng)度過強(qiáng)，多余的光能造成光合速率下降或者引起光抑制[8]。 光合有效輻射達(dá)到 200μmol·m-2·s-1后，3個(gè)品種的凈光合速率為‘華鑫’＞‘華金’＞‘華碩’。

表2可以看出：3個(gè)油茶品種的光合參數(shù)存在差異。最大凈光合速率從大到小的順序?yàn)椤A鑫’＞‘華金’＞‘華碩’，與凈光合速率日均值基本相同。3個(gè)油茶品種中‘華鑫’的表觀量子效率最大，表明其對弱光的利用效率較高。植物的光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)分別代表了光照強(qiáng)度與光合作用關(guān)系的上限和下限的臨界指標(biāo)，反映了葉片對強(qiáng)光和弱光的利用能力。3個(gè)油茶品種的光補(bǔ)償點(diǎn)順序?yàn)椤A金’＞‘華鑫’＞‘華碩’，光飽和點(diǎn)順序?yàn)椤A碩’＞‘華鑫’＞‘華金’。從3個(gè)油茶品種的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)來看，光補(bǔ)償點(diǎn)較低而光飽和點(diǎn)較高，說明其對光照的適應(yīng)性較強(qiáng)，為較耐蔭的喜光樹種。

圖2 3個(gè)品種凈光合速率—光量子通量密度（Pn-PPFD）響應(yīng)曲線Figure2 Responses of the net photosynthetic rate （Pn） to different photosynthetic photon flux densities （PPFD）

表2 3個(gè)油茶品種光合參數(shù)的差異Table2 Some differences of photosynthetic parameters in leaves of three Camellia oleifera cultivars

2.3 3個(gè)油茶品種葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異

光合色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)將直接影響葉綠素對光能的吸收、傳遞以及在PSⅡ和PSⅠ之間分配和轉(zhuǎn)換合成三磷酸腺苷（ATP）和還原性輔酶Ⅱ（NADPH），從而影響植物的光合作用。由表3可以看出，3個(gè)油茶品種光合色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在一定的差異，其中葉綠素a，葉綠素b和總?cè)~綠素均為‘華碩’最高?！A碩’與‘華金’‘華鑫’的葉綠素a和總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的差異均達(dá)到了極顯著水平，而‘華金’和‘華鑫’之間沒有顯著差異；‘華金’與‘華鑫’的葉綠素b之間的差異達(dá)到了顯著水平，而與‘華碩’之間沒有顯著差異。

表3 3個(gè)油茶品種葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)方差分析Table3 Comparison of the chlorophyll content of three Camellia oleifera cultivars

由表4可以看出：凈光合速率與葉綠素a呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與葉綠素b、總?cè)~綠素和葉綠素a/葉綠素b之間相關(guān)性不顯著。葉綠素b和總?cè)~綠素間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，是因?yàn)槿~綠素總量=葉綠素a+葉綠素b，葉綠素a和葉綠素b之間不存在相關(guān)性。

表4 葉綠素和凈光合速率相關(guān)性分析Table4 Correlation of chlorophyll and photosynthetic rate of Camellia oleifera

3 結(jié)論與討論

油茶光合作用日變化有單峰和雙峰2種不同的報(bào)道[9]。我們的測定結(jié)果表明：3個(gè)油茶新品種的光合速率日變化均呈寬大的單峰型，這與陳永忠等[10]的報(bào)道一致。即使光合有效輻射在1200μmol·m-2·s-1以上，氣溫在35℃以上，光合速率也一直維持在較高水平，有利于生成大量有機(jī)物，提高產(chǎn)量，這可能是3個(gè)油茶品種果實(shí)大，豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的原因。從3個(gè)油茶品種的光合日變化可以看出9：00到15：00是1天中光合作用的主要時(shí)段。

光飽和點(diǎn)高、光補(bǔ)償點(diǎn)低的植物對光強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)范圍較大，反之較小。由擬合的3個(gè)油茶品種的光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)結(jié)果可知，它們對光強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)范圍大小為‘華碩’＞‘華鑫’＞‘華金’。光響應(yīng)曲線分析表明：3個(gè)油茶品種的光飽和點(diǎn)高，說明其耐高溫、喜光，栽培時(shí)應(yīng)選擇高溫、強(qiáng)光照地段造林，有利于其光合生產(chǎn)力的提高。

對葉綠素和凈光合速率進(jìn)行了相關(guān)分析，葉綠素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)和凈光合速率之間不存在顯著相關(guān)性，這與駱琴婭等[10]通過試驗(yàn)得出的研究結(jié)果一致，即當(dāng)葉片發(fā)育成熟，葉綠素穩(wěn)定后，光合速率與葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間并沒有明顯的相關(guān)性。但也有研究表明：葉綠素和凈光合速率之間存在顯著相關(guān)性[12-13]，其原因可能是研究分析的生長發(fā)育階段不同，其葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，不一定所有的葉綠素都參與了光合作用的進(jìn)行。至于葉綠素a與凈光合速率之間存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系的原因還需要進(jìn)一步探討。

3個(gè)油茶品種的光合速率日變化均為寬大的單峰型，與雙峰型相比，不存在光合午休現(xiàn)象，即使在中午高溫、高光合有效輻射條件下，凈光合速率一直維持在較高水平，說明它們對光能有較強(qiáng)的吸收能力，葉片的光合作用強(qiáng)，有利于積累較多的有機(jī)物，為花芽分化和果實(shí)后熟階段的油脂轉(zhuǎn)化提供營養(yǎng)，從而提高坐果率和出油率，使油茶穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)?！A碩’具有最低的光補(bǔ)償點(diǎn)和最高的光飽和點(diǎn)，對光強(qiáng)的適應(yīng)范圍最大，并且葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高；‘華鑫’的最大光合速率最高，暗呼吸速率最低、表觀量子效率最高；相比而言，‘華碩’和‘華鑫’的光合特性較強(qiáng)。

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