青花菜新品種湘綠2號、湘綠3號光合特性比較

姚丹燕，吳秋云，龔意輝，黃 科

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學園藝園林學院，湖南 長沙 410128；2.華南農(nóng)業(yè)大學園藝學院，廣東 廣州 510642）

青花菜又叫西蘭花，屬十字花科蕓薹屬，一、二年生草本植物，是甘藍的一個變種。青花菜起源于地中海東部沿岸，盛產(chǎn)于歐美各國，于19 世紀傳入我國。青花菜營養(yǎng)豐富，富含蛋白質(zhì)、糖、脂肪、維生素和胡蘿卜素，其營養(yǎng)成分位居同類蔬菜之首，被譽為“蔬菜皇冠”。據(jù)國內(nèi)外最新研究，青花菜具有保健美容，防癌抗癌，預防高血壓、心臟病、糖尿病，幫助老年人保護視力等突出藥用價值，是世界公認的健康食品，是人類的健康天使，深受消費者的歡迎[1]。因此，近年來全國各省相繼引種栽培，青花菜種植面積不斷擴大，是種植面積較大的珍稀蔬菜之一。

隨著青花菜需求量的增大，增產(chǎn)已成為當今發(fā)展的趨勢，選擇高光合作用的品種是重要途徑之一。植物不同生育時期的光合速率與產(chǎn)量的相關(guān)性是不一樣的[2]，而青花菜生殖生長階段的光合速率對花球的產(chǎn)量影響最大。光合作用酶是植物光合作用中發(fā)揮重要媒介作用的物質(zhì)。有研究表明[3]，硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶的活性與青花菜品種的光合利用率相關(guān)，這2 種酶可以作為比較青花菜不同品種間光合速率與產(chǎn)量關(guān)系的指標。采用生殖生長階段的光合速率不同的原理，以青花菜圣綠品種為對照，以湘綠2 號、湘綠3 號為材料，對這3 種青花菜品種的光合特性進行了比較研究。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 供試材料 供試品種為湘綠2 號、湘綠3號，均為湖南農(nóng)業(yè)大學以自交不親和系雜交而成的青花菜新品種，屬中晚熟類型，從定植至采收80 d左右。對照品種為圣綠。

1.1.2 儀器與試劑 儀器：Li-6400XT 便攜式光合測定儀、分光光度計、分析天平、水浴鍋、漩渦混合器、高速離心機、滴定裝置、烘干箱。

試劑：蔗糖、蒽酮試劑、硫酸、萘胺、考馬斯亮藍、乙醇、鹽酸、磷酸緩沖液、硝酸鉀溶液。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計 采用完全隨機設(shè)計[4]，每個品種3 次重復，共9 個小區(qū)，小區(qū)面積為15 m2，種植于湖南農(nóng)業(yè)大學蔬菜基地，常規(guī)管理。青花菜結(jié)球前期、結(jié)球期、收獲期進行光合速率的測定；結(jié)球期測定硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶的活性；收獲期測定青花菜產(chǎn)量。

1.2.2 光合速率的測定 參考便攜式光合作用系統(tǒng)測定植物凈光合速率的方法，每個青花菜品種重復3 次，分別于2011年9月16日、10月16日、11月16日進行光合速率的測定。記錄這3 個時段光合作用吸收的CO2與呼吸作用釋放的CO2相等時的光照強度。每個時期的光補償點和光飽和點的計算公式如下：

y =－ax＋bx－1.667 8

1.2.3 硝酸還原酶活性的測定 采用對氨基苯磺酸比色法測定硝酸還原酶的活性[5]，每個青花菜品種重復3 次。制作標準曲線。硝酸還原酶的活性計算公式如下：

硝酸還原酶活性＝亞硝酸鈉微克數(shù)（μg）×稀釋倍數(shù)/樣品鮮重（g）×時間（h）

1.2.4 谷氨酰胺合成酶活性的測定 參考Amos等方法[6]，每個青花菜品種重復3 次。稱取植物鮮樣1 g 于研缽中，加3 mL 提取緩沖液，置冰浴上研磨勻漿，轉(zhuǎn)移于離心管中，4℃、15 000 g 離心20 min，取上清液，即粗酶液。在540 nm 處測定OD值，另取粗酶液測定可溶性蛋白質(zhì)的含量，按照考馬斯亮藍的方法，在595 nm 處測定OD 值，計算谷氨酰胺合成酶的活性。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析方法 采用Excel 對數(shù)據(jù)進行整理，用DPS 統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 光合速率

根據(jù)測定不同光強度下的光合速率，制定植物的光響應曲線（圖1、圖2、圖3），在青花菜的結(jié)球前期和結(jié)球旺盛期，圣綠的光補償點和光飽和點都是3 個品種中較低的，結(jié)球前期分別為45.10 μmol/（m2·s）和1 400 μmol/（m2·s），結(jié)球旺盛期分別為46.10 μmol/（m2·s）和1 400 μmol/（m2·s）；湘綠的光補償點和光飽和點是3 個品種中較高的，結(jié)球前期分別為67.1 μmol/（m2·s）和1 600 μmol/（m2·s），結(jié)球旺盛期分別為66.50 μmol/（m2·s） 和1 600 μmol/（m2·s）。在結(jié)球后期，圣綠的光補償點最低，為43.70 μmol/（m2·s）；湘綠2 號的光補償點最高，為68.60 μmol/（m2·s），3 個品種的光飽和點在結(jié)球后期相同。由此可見，在青花菜整個時期，隨著光照強度的增強，光合速率增加，但當光照強度增大一定程度時，光合速率達到飽和，不再增加。在結(jié)球前期，湘綠3 號、湘綠2 號最大光合速率基本相同，圣綠略低；在結(jié)球旺盛期，相同光照條件下湘綠2 號光合速率增加幅度比湘綠3 號、圣綠稍大；在結(jié)球后期，青花菜不同品種光合速率曲線基本相同。總之，青花菜具有較強的耐弱光能力，3 個青花菜品種的光補償點均在20～50 μmol/（m2·s）之間，其中湘綠2 號最高，圣綠最低。

圖1 不同青花菜品種結(jié)球前期光合速率的測定

圖2 不同青花菜品種結(jié)球旺盛期光合速率的測定

圖3 不同青花菜品種結(jié)球后期光合速率的測定

2.2 硝酸還原酶活性

試驗結(jié)果表明，湘綠3 號的硝酸還原酶的活性最高，為10.16 μg/（g·h），其次是圣綠，活性為9.04 μg/（g·h），湘綠2 號最低，活性為8.62 μg/（g·h）。2個新品系的青花菜和對照圣綠之間沒有顯著差異（表1）。

表1 產(chǎn)量形成因素與產(chǎn)量

2.3 谷氨酰胺合成酶活性

如表1 所示，湘綠3 號谷氨酰胺酶活性最高，為1.01 μmol/（mg·h），而湘綠2 號酶活性最低，只有0.83 μmol/（mg·h），對照組圣綠的酶活性為0.88 μmol/（mg·h）。湘綠3 號與湘綠2 號、對照圣綠間的差異都達極顯著性水平，湘綠2 號和對照圣綠間無顯著差異。

2.4 產(chǎn) 量

如表1 所示，湘綠2 號的產(chǎn)量最高，為576.1 kg/667m2；其次是湘綠3 號，為504.2 kg/667m2；對照圣綠的產(chǎn)量最低，為454.8 kg/667m2。湘綠2 號與對照圣綠間的產(chǎn)量差異達到極顯著水平，與湘綠3 號間的產(chǎn)量差異達到顯著水平；湘綠3 號和對照圣綠間產(chǎn)量沒有顯著差異。

3 討論與結(jié)論

3.1 葉片光合速率與產(chǎn)量的關(guān)系

湘綠2 號的產(chǎn)量最高，為576.1 kg/667m2，對照圣綠的產(chǎn)量為454.8 kg/667m2。在青花菜結(jié)球期，湘綠2 號的光合速率最高，為28.03 mol CO2/（m2·s），而對照圣綠的光合速率最低，為27 mol CO2/（m2·s）。試驗結(jié)果表明，青花菜的光合速率對產(chǎn)量的形成有顯著影響，光合速率與產(chǎn)量的關(guān)系呈正相關(guān)（r2=0.954 8），高光合速率是高產(chǎn)品種產(chǎn)量高的直接原因，單位葉面積的凈光合速率與產(chǎn)量呈正相關(guān)，青花菜產(chǎn)量與葉片光合速率具有正相關(guān)性。這一試驗結(jié)果也與杜維廣等[7]研究得到的青花菜葉片光合效率高的品種產(chǎn)量也高的結(jié)論一致。因此，可改善光照條件及栽培條件，提高青花菜的光合速率及光合效率，達到增加產(chǎn)量的目的。

3.2 硝酸還原酶與葉片光合速率的關(guān)系

湘綠3 號硝酸還原酶的活性最高，為10.16 μg/（g·h），光合速率為27.12 mol CO2/（m2·s）。湘綠2 號硝酸還原酶活性最低，只有8.62 μg/（g·h），而它的光合速率卻最高。3 個品種的硝酸還原酶活性無明顯差異，其中湘綠3 號硝酸還原酶活性最高，光合效率也比較高，產(chǎn)量也比圣綠高；湘綠2 號硝酸還原酶活性最低，但光合效率最高，產(chǎn)量也最高。該試驗結(jié)論與前人研究的硝酸還原酶活性與青花菜品種的光合速率呈正相關(guān)的結(jié)論有些差異，需要進一步研究。

硝酸還原酶作為同化過程中重要的調(diào)節(jié)酶和限速酶，在植物氮素代謝過程中起關(guān)鍵作用。湯玉瑋等研究表明，耐肥性弱的品種硝酸還原酶活性總比耐肥性強的品種高。該研究的3 個青花菜品系中，湘綠3 號耐肥性弱對硝態(tài)氮的吸收同化能力強，湘綠2 號耐肥性強對硝態(tài)氮的吸收同化能力弱。硝態(tài)氮的吸收是作物根系氮素吸收的主要形式之一[8]。湘綠3 號硝酸還原酶活力高，對土壤中的氮肥利用率高。可根據(jù)硝酸還原酶活性與葉片光合速率的關(guān)系，正確指導施肥，提高葉片的光合效率，達到增加產(chǎn)量的目的。

3.3 谷氨酰胺合成酶與葉片光合速率的關(guān)系

湘綠2 號的谷氨酰胺合成酶活性最低，為0.83 μmol/（mg·h），光合速率最高，為28.03 mol CO2/（m2·s）；湘綠3 號的谷氨酰胺合成酶活性最高，為1.01 μmol/（mg·h），光合速率為27.12 mol CO2/（m2·s），比對照圣綠的27 mol CO2/（m2·s）略高，說明谷氨酰胺合成酶的活性與青花菜的光合速率沒有一定的相關(guān)關(guān)系。這與前人的研究結(jié)果基本一致[9-10]。谷氨酰胺合成酶主要是參與同化光呼吸及硝酸鹽還原產(chǎn)生的NH4+，谷氨酰胺合成酶的影響因素有很多，其中影響最大的是光。青花菜是典型的喜氮植物，谷氨酰胺合成酶在青花菜氮素營養(yǎng)過程與產(chǎn)量的形成過程中至關(guān)重要。可根據(jù)谷氨酰胺合成酶與光合作用的關(guān)系，正確指導施肥，提高葉片的光合效率，達到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的。

3.4 結(jié) 論

青花菜葉片的光合速率與產(chǎn)量呈正相關(guān)，葉片光合速率高，其產(chǎn)量也高，且沒有午休現(xiàn)象。整個青花菜的發(fā)育過程說明：光飽和點高，利用光照的效率高，產(chǎn)量高。根據(jù)試驗測定結(jié)果，湘綠2 號的補償點、光飽和點和產(chǎn)量高，是高光效的作物，可以推廣種植。農(nóng)民可以通過改善光合條件，根據(jù)不同時期光合酶與光合作用的關(guān)系正確施肥，達到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的目的。

光合作用酶活性的測定結(jié)果表明：湘綠3 號硝酸還原酶活性最高，光合效率也比較高，產(chǎn)量較高，耐肥性弱；湘綠2 號硝酸還原酶活性最低，光合效率最高，產(chǎn)量也最高，耐肥性強。湘綠3 號對硝態(tài)氮的吸收同化能力強，湘綠2 號對硝態(tài)氮的吸收同化能力弱。可根據(jù)光合作用酶活性與葉片光合速率的關(guān)系，正確指導施肥，達到提高光合作用，增加產(chǎn)量的目的。

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