十三個(gè)柑橘品種葉片光合特性研究

邱 霞，葉 霜，熊 博，廖 玲，孫國超，榮 毅，羅近予，代 琳，汪志輝，，*

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，四川 成都 611130； 2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 果蔬研究所，四川 成都 611130)

十三個(gè)柑橘品種葉片光合特性研究

邱 霞1，葉 霜1，熊 博1，廖 玲1，孫國超2，榮 毅1，羅近予1，代 琳1，汪志輝1，2，*

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，四川 成都 611130； 2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 果蔬研究所，四川 成都 611130)

為研究不同柑橘品種光合特性，試驗(yàn)以6類13個(gè)柑橘品種為材料，對(duì)其瞬時(shí)光合作用參數(shù)、光響應(yīng)特性、CO2響應(yīng)特性和光合關(guān)鍵酶活性進(jìn)行了測定與分析。結(jié)果表明，13個(gè)柑橘品種光合生理參數(shù)和光合酶活性存在顯著差異，其光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)分別為11.99～60.00和523.88～1 155.73 μmol·m-2·s-1， CO2補(bǔ)償點(diǎn)和CO2飽和點(diǎn)分別為20.01～72.02和1 364.44～1 811.29 μmol·mol-1，Rubisco、RCA和PEPC活性分別為3.74～5.34、10.97～23.83和5.06～9.39 μ IU。綜合分析不同柑橘光合參數(shù)和光合酶活性得知，合江佛手、黃果柑、巴西酸橙光合能力較強(qiáng)，大雅柑、晚紅血橙和尤力克檸檬次之，愛媛38號(hào)和紅肉琯溪蜜柚相對(duì)較低。在柑橘中檢測到較高活性的C4途徑關(guān)鍵酶PEPC，其與Rubisco比值為0.95～2.26，說明在柑橘中可能存在微量的C4途徑。

柑橘；光合作用；光響應(yīng)；CO2響應(yīng)；光合酶

柑橘是世界第一大類水果，在農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易中占十分重要的地位。中國柑橘產(chǎn)量占世界20%以上，居世界首位，但由于品質(zhì)參差不齊，我國柑橘出口量僅占世界8%[1]，因此篩選優(yōu)良品種、改善和提高果實(shí)品質(zhì)、增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭力仍是我國柑橘產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。果實(shí)品質(zhì)優(yōu)劣與光合作用強(qiáng)弱有密切的關(guān)系[2]，光合能力是產(chǎn)量和品質(zhì)形成的基礎(chǔ)，其干物質(zhì)的積累90%以上來自葉片的光合產(chǎn)物[3]。有關(guān)柑橘光合作用的研究較多，但大多集中在光合速率和光合日變化上[4-6]，且種類和品種較為單一，不能完全體現(xiàn)各品種本身的特性。

植物光合作用對(duì)有效光合輻射(PAR)和胞間CO2濃度(Ci)變化的響應(yīng)是植物生理生化和生態(tài)特性變化的重要指標(biāo)[7-8]，其響應(yīng)特征對(duì)研究柑橘光合能力、光合潛力及生態(tài)適應(yīng)性具有重要意義。核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是光合作用中固定CO2的關(guān)鍵酶，Rubisco活化酶(RCA)是核基因編碼的可溶性葉綠體酶，類似Rubisco的分子伴侶[9]，Rubisco的活化受RCA調(diào)節(jié)[10]，Rubisco和RCA的活性對(duì)植物的光合作用非常重要[11]。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)是C4途徑中最初固定CO2的酶，大量研究表明，PEPC不僅存在于C4植物中，而且廣泛存在于C3植物中[12-14]。Hiratsuka等[15]研究表明，溫州蜜柑中可能有微量C4途徑存在，但其他柑橘中是否存在C4途徑，PEPC活性是否會(huì)影響柑橘光合特性等方面的研究尚未見報(bào)道。

本試驗(yàn)以6類13種具代表性或栽植廣泛的柑橘為材料，在控制有效光照輻射和CO2濃度的條件下，研究不同柑橘品種的瞬時(shí)光合速率、光響應(yīng)特性、CO2響應(yīng)特性和光合關(guān)鍵酶活性，并分析柑橘光合效率的影響因素，為選擇高光效親本、篩選優(yōu)良品種、提高柑橘產(chǎn)量和品質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2016年4月17日—19日在金堂縣柑橘母本園進(jìn)行，供試品種為3年生的巴西酸橙、合江佛手、尤克力檸檬、紅肉琯溪蜜柚、晚紅血橙、沃柑、甘平、口之津32號(hào)、愛媛38號(hào)、春見、不知火、大雅柑和黃果柑(表1)。每個(gè)品種均選擇生長良好、樹勢基本一致的植株3株，選擇樹冠南面一年生枝條第3～5片健康功能葉進(jìn)行光合作用和相關(guān)酶活性的測定。試驗(yàn)地常規(guī)管理，光照良好，土壤為黃壤。

表1 供試柑橘品種分類、名稱及來源

Table 1 Classification， name and source of citrus cultivars for test

分類Classification名稱Cultivars品種來源Sources酸橙C.aurantium(L.)巴西酸橙Brazilsourorange引種Introduction枸櫞類C.medicavar.合江佛手Hejiangbergamot本地種Nativespecies檸檬/檬C.limon(L.)Burm.f.尤力克檸檬Eurekalemon引種Introduction柚C.grandis(L.)Osbeck.紅肉琯溪蜜柚HongrouGuanxipum-melo琯溪蜜柚芽變產(chǎn)生BudmutationofGuanxipummelo甜橙C.sinensis(L.)Osbeck.晚紅血橙Wanhongbloodorange塔羅科血橙株心系變異VariationfromnucellarlineofTaroccobloodorange雜柑類C.reticulataBlanco.沃柑Or坦普爾×丹西紅橘Temple×Dancytangerine甘平Ganping西子香×不知火Nishinoka×Shiranui口之津32號(hào)Kouzhijin32(清見×恩科爾2號(hào))×默科特(Kiyomi×Enkeer.2)×Murcott愛媛38號(hào)EhimeKashi38南香×西子香Nankou×Nishinoka春見Harumi清見椪柑F-2432Kiyomi×F-2432Ponkan不知火Shiranui清見×中野3號(hào)椪柑Kiyomi×No.3NakanoPonkan大雅柑Dayagan清見×新生系3號(hào)椪柑Kiyomi×No.3nucellarlinePonkan黃果柑Huangguogan橘與橙的天然雜交群變異Variationofnaturalhybridizationbetweentangerineandor-ange

1.2 測定方法

1.2.1 瞬時(shí)光合作用參數(shù)測定

瞬時(shí)光合參數(shù)測定于4月17日—19日(晴天)上午8：30—10：30進(jìn)行，采用便攜式光合作用儀(LI-6400XT，USA)測定，CO2壓縮鋼瓶緩釋控制系統(tǒng)內(nèi)CO2含量為400 μmol·mol-1，LED紅藍(lán)光源控制光強(qiáng)為1 200 μmol·m-2·s-1，測定植株葉片凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)，計(jì)算瞬時(shí)水分利用效率(WUE=Pn/Tr)。重復(fù)3 d，每個(gè)品種測定3株樹，每株樹測定3片葉，計(jì)算平均值。

1.2.2 光響應(yīng)曲線的測定

光響應(yīng)曲線測定時(shí)間及儀器同1.2.1節(jié)，光強(qiáng)由高到低依次設(shè)定為2 000、1 800、1 500、1 200、1 000、800、600、400、200、100、50、30、0 μmol·m-2·s-1，CO2含量設(shè)定為400 μmol·mol-1，采用LightCurve2程序自動(dòng)測定，整理數(shù)據(jù)繪制Pn-PAR響應(yīng)曲線，用直角雙曲線的修正模型[7]進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合分析，得到光飽和點(diǎn)(LCP)、光補(bǔ)償點(diǎn)(LSP)、光補(bǔ)償點(diǎn)最大光合速率(LSPn)和表觀量子效率(AQY)等參數(shù)。

1.2.3 CO2響應(yīng)曲線的測定

CO2響應(yīng)曲線測定時(shí)間及儀器同1.2.1節(jié)，樣品室CO2含量依次設(shè)定為400、300、200、100、50、400、400、600、800、1 000、1 200、1 500、2 000 μmol·mol-1，光強(qiáng)設(shè)定為1 200 μmol·m-2·s-1，采用A-Ci Curve2程序自動(dòng)測定，整理數(shù)據(jù)繪制Pn-Ci響應(yīng)曲線，用直角雙曲線的修正模型[7]進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合分析，得到CO2飽和點(diǎn)(CCP)、CO2補(bǔ)償點(diǎn)(CSP)、CO2補(bǔ)償點(diǎn)最大光合速率(CSPn)、羧化效率(CE)、Rubisco最大羧化效率(Vcmax)、RuBP最大再生速率(Jmax)和磷酸丙糖利用率(TPU)等參數(shù)。

1.2.4 Rubisco、RCA和PEPC活性的測定

取1.2.1節(jié)中已測定光合參數(shù)的葉片，立即置于液氮中，帶回實(shí)驗(yàn)室測定Rubisco、RCA和PEPC活性。稱取剪除葉緣和葉脈的葉片材料0.5 g，冰浴研磨，加5 mL的磷酸緩沖液(pH 7.2～7.4，4 ℃預(yù)冷)制成組織勻漿。分別采用植物核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶、植物活化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶ELISA試劑盒(上海博宇生物科技有限公司)測定，根據(jù)說明書分別在預(yù)先包被了Rubisco/RCA/PEPC單克隆抗體的酶標(biāo)包被板上進(jìn)行操作，將提取的樣品與標(biāo)準(zhǔn)品在37 ℃條件下反應(yīng)30 min，洗板，加入酶標(biāo)試劑，37 ℃反應(yīng)30 min，再次洗板，加入顯色液，顯色10 min加入終止液終止反應(yīng)，用酶標(biāo)儀在450 nm處測定吸光值，數(shù)據(jù)均測定3次，取平均值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品Rubisco、RCA和PEPC相對(duì)活性。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用光合計(jì)算軟件以直角雙曲線的修正模型[7]對(duì)光響應(yīng)和CO2響應(yīng)曲線的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用SPSS 19.0軟件以Duncan新復(fù)極差法做P<0.05水平的方差分析，并用Microsoft Excel 2016對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同柑橘品種葉片瞬時(shí)光合作用參數(shù)

由表2可知，13個(gè)柑橘品種間光合作用參數(shù)存在顯著差異，不同柑橘品種的Pn為5.50～9.81 μmol·m-2·s-1，WUE為3.58～6.36 mmol·mol-1，瞬時(shí)水分利用效率(WUE)是凈光合速率與蒸騰速率的比值，它是耦合植物葉片光合與水分生理過程的重要指標(biāo)[16]，一般水分利用效率越高，表明植物同化作用下積累干物質(zhì)的能力越強(qiáng)[17]，合江佛手和黃果柑的Pn和WUE兩項(xiàng)指標(biāo)均較高，其次為大雅柑、巴西酸橙和晚紅血橙，愛媛38號(hào)和紅肉琯溪蜜柚較低。Gs為0.075～0.107 mol·m-2·s-1，巴西酸橙和黃果柑較高；Ci為244.02～264.36 μmol·mol-1，紅肉琯溪蜜柚和愛媛38號(hào)較高，與Pn呈相反規(guī)律；Tr為1.34～1.64 mmol·m-2·s-1，口之津32號(hào)和沃柑較高。

2.2 不同柑橘品種葉片光響應(yīng)曲線

不同柑橘品種光合速率(Pn)對(duì)有效光合輻射(PAR)梯度變化的響應(yīng)關(guān)系如圖1所示，13個(gè)柑橘品種葉片的光響應(yīng)曲線變化速率及最大光合速率均存在較大差異。13個(gè)柑橘品種的Pn均隨著PAR的增強(qiáng)整體呈先快速上升后減緩趨勢，當(dāng)PAR小于500 μmol·m-2·s-1時(shí)，Pn隨著PAR的上升迅速升高，當(dāng)PAR為500～1 200 μmol·m-2·s-1時(shí)，Pn隨著PAR的增強(qiáng)而上升的趨勢減緩，逐漸達(dá)到飽和，但不同柑橘品種的上升速率及光飽和點(diǎn)存在較大差異，當(dāng)PAR大于1 200 μmol·m-2·s-1時(shí)，所有柑橘品種Pn均達(dá)到飽和，Pn保持在較穩(wěn)定水平或呈略下降趨勢。

表2 不同柑橘品種瞬時(shí)光合作用參數(shù)

Table 2 Transient photosynthesis parameters of different citrus cultivars

品種Cultivars凈光合速率Pn/(μmol·m-2·s-1)瞬時(shí)水分利用率WUE/(mmol·mol-1)氣孔導(dǎo)度Gs/(mol·m-2·s-1)胞間CO2濃度Ci/(μmol·mol-1)蒸騰速率Tr/(mmol·m-2·s-1)巴西酸橙Brazilsourorange8.09±0.54c5.22±0.18bc0.107±0.012a253.45±13.83abc1.55±0.05abc合江佛手Hejiangbergamot9.81±0.24a6.36±0.55a0.095±0.002b245.16±6.23c1.54±0.10abc尤力克檸檬Eurekalemon7.73±0.12d5.75±0.22b0.081±0.004de246.33±9.53c1.34±0.01e紅肉琯溪蜜柚HongrouGuanxipum-melo5.62±0.32h3.58±0.21f0.091±0.006bc264.36±12.57a1.57±0.07ab晚紅血橙Wanhongbloodorange8.07±0.37c5.64±0.66bc0.076±0.004e245.25±20.14abcd1.43±0.13bcde沃柑Or6.52±0.31g4.04±0.49ef0.085±0.002cd255.67±17.93abc1.62±0.15a甘平Ganping6.83±0.49f4.32±0.25de0.086±0.002cd260.66±19.72abc1.58±0.12ab口之津32號(hào)Kouzhijin327.34±0.49e4.47±0.13de0.084±0.005cd252.89±12.07abc1.64±0.06a愛媛38號(hào)EhimeKashi385.50±0.81h4.03±0.26ef0.077±0.005e261.88±17.94ab1.36±0.05de春見Harumi6.95±0.64f5.07±0.34c0.075±0.003e244.02±25.12c1.37±0.04de不知火Shiranui6.59±0.50g4.75±0.54d0.075±0.004e244.96±20.65c1.39±0.16cde大雅柑Dayagan8.11±0.70c5.30±0.41bc0.080±0.004de246.85±14.63c1.53±0.14abcd黃果柑Huangguogan9.55±0.45b6.34±0.66a0.103±0.004a250.42±27.00bc1.51±0.13abcd

同列數(shù)據(jù)后無相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Values within a column followed by different lowercase letters indicate the significant difference (P<0.05)， and the same as below.

圖1 不同柑橘品種葉片光合作用的光響應(yīng)曲線Fig.1 Light response curves of leaves photosynthesis in different citrus cultivars

進(jìn)一步分析不同柑橘品種葉片的光飽和點(diǎn)的最大光合速率(maximum photosynthetic rate at light saturation point，LSPn)、光補(bǔ)償點(diǎn)(light compensation point，LCP)、光飽和點(diǎn)(light saturation point，LSP)及表觀量子效率(apparent quantum efficiency，AQY)，存在顯著差異(表3)。本試驗(yàn)測定的LSPn值為CO2濃度控制在400 μmol·m-2·s-1條件下，光強(qiáng)達(dá)到該品種光飽和點(diǎn)時(shí)，葉片的最大光合速率擬合值，在一定程度上能反映該品種的光合能力，不同柑橘的LSPn為6.48～10.74 μmol·m-2·s-1，合江佛手和黃果柑較高，分別為10.74和10.43 μmol·m-2·s-1，愛媛38號(hào)與紅肉琯溪蜜柚LSPn較低，僅6.48和6.74 μmol·m-2·s-1，其他柑橘LSPn均為7～10 μmol·m-2·s-1。LCP和LSP分別體現(xiàn)植物對(duì)弱光和強(qiáng)光的利用能力，可以用來衡量不同柑橘品種的需光程度[3]，不同柑橘的LCP為11.99～60.00 μmol·m-2·s-1，LSP為523.88～1 155.73 μmol·m-2·s-1，差異顯著，沃柑和尤克力檸檬LCP僅11.99、12.00 μmol·m-2·s-1，對(duì)弱光利用率較強(qiáng)；不知火、沃柑、巴西酸橙和大雅柑LSP均超過1 000 μmol·m-2·s-1，對(duì)強(qiáng)光利用率較高，且這幾個(gè)品種的LSP-LCP差值也較大，表明這些品種能利用的光強(qiáng)范圍較廣，光適應(yīng)性較強(qiáng)。AQY可反映植物吸收與轉(zhuǎn)換光能色素蛋白復(fù)合體的多寡、利用弱光能力的強(qiáng)弱[18]。不同柑橘品種的AQY為0.013～0.041，其中合江佛手和沃柑最高，均為0.041。

2.3 不同柑橘品種葉片CO2響應(yīng)曲線

表3 不同柑橘品種葉片光合作用的光響應(yīng)參數(shù)

Table 3 Light response parameters of leaf photosynthesis in different citrus cultivars

品種Cultivars光飽和點(diǎn)光合速率LSPn/(μmol·m-2·s-1)光補(bǔ)償點(diǎn)LCP/(μmol·m-2·s-1)光飽和點(diǎn)LSP/(μmol·m-2·s-1)光飽和點(diǎn)-光補(bǔ)償點(diǎn)LSP-LCP/(μmol·m-2·s-1)表觀量子效率AQY巴西酸橙BrazilSourorange9.58±0.59b33.98±0.73c1130.03±31.79a1096±32.09a0.013±0.002c合江佛手HejiangBergamot10.74±0.35a20.41±0.64e523.88±20.35h503±41.10f0.041±0.003a尤力克檸檬Eurekalemon8.71±0.10cd12.00±0.56f603.79±34.31gh592±29.96ef0.033±0.002ab紅肉琯溪蜜柚HongrouGuanxipummelo6.74±0.55f31.99±1.13c919.78±13.36bc888±106.39b0.015±0.001c晚紅血橙Wanhongbloodorange9.28±0.15bc24.00±1.27e791.94±25.72d768±44.74cd0.037±0.002a沃柑Or7.21±0.45ef11.99±0.57f1139.33±34.76a1127±58.61a0.041±0.002a甘平Ganping8.14±0.56d60.00±0.97a980.05±39.90b920±62.90b0.015±0.001c口之津32號(hào)Kouzhijin328.39±0.83d28.00±1.14d772.05±26.05de744±48.60cd0.033±0.002ab愛媛38號(hào)EhimeKashi386.48±0.38f32.00±1.38c655.91±26.54fg624±30.28e0.027±0.002b春見Harumi7.87±0.25de23.99±0.67e695.69±18.91ef672±45.93de0.035±0.002ab不知火Shiranui8.32±0.14d51.99±0.79b1155.73±34.06a1104±79.02a0.017±0.001c大雅柑Dayagan9.39±0.15bc52.00±0.70b1075.92±22.70a1024±77.73a0.017±0.003c黃果柑Huangguogan10.43±0.71a24.00±1.58e860.00±34.12cd836±47.78bc0.039±0.003a

不同柑橘品種光合速率(Pn)對(duì)胞間CO2濃度(Ci)梯度變化的響應(yīng)關(guān)系如圖2所示，13個(gè)柑橘品種葉片的CO2響應(yīng)曲線變化速率及最大光合速率均存在較大差異，與光響應(yīng)曲線相似。所有柑橘品種的Pn均隨著Ci的增大整體呈先上升后減緩趨勢，但上升速率明顯快于柑橘對(duì)PAR的響應(yīng)。當(dāng)Ci小于800 μmol·mol-1時(shí)，Pn隨著Ci的上升迅速升高；當(dāng)Ci為800～1 400 μmol·mol-1時(shí)，Pn隨著Ci的增大而升高的趨勢減緩；當(dāng)Ci大于1 400 μmol·mol-1時(shí)，保持在較穩(wěn)定水平或以較低速率持續(xù)上升，與光響應(yīng)曲線不同的是，幾乎未出現(xiàn)因CO2濃度過高而受到抑制的現(xiàn)象。

圖2 不同柑橘品種葉片光合作用的CO2響應(yīng)曲線Fig.2 CO2 response curves of leaves photosynthesis in different citrus cultivars

由表4可見，試驗(yàn)測定的CO2飽和點(diǎn)最大光合速率(maximum photosynthetic rate at CO2saturation point，CSPn)值為光強(qiáng)控制在1 200 μmol·m-2·s-1條件下，CO2濃度達(dá)到該品種飽和時(shí)，葉片的最大光合速率擬合值，能一定程度上反映該品種的光合潛力。不同柑橘的CSPn為11.47～32.39 μmol·m-2·s-1，不同品種之間差異顯著，其中巴西酸橙最高，達(dá)32.39 μmol·m-2·s-1；其次是黃果柑和合江佛手，分別為30.25和30.08 μmol·m-2·s-1；紅肉琯溪蜜柚最低，僅11.47 μmol·m-2·s-1。CO2補(bǔ)償點(diǎn)(CO2compensation point，CCP)和CO2飽和點(diǎn)(CO2saturation point，CSP)分別體現(xiàn)植物對(duì)低CO2濃度和高CO2濃度的利用能力，不同柑橘的CCP為20.01～72.02 μmol·mol-1，CSP為1 364.44～1 811.29 μmol·mol-1，品種間存在顯著差異，巴西酸橙、合江佛手和黃果柑的CCP僅20.01、20.01和21.95 μmol·mol-1，可見這3個(gè)品種在低濃度CO2條件下能快速達(dá)到補(bǔ)償點(diǎn)；愛媛38號(hào)和沃柑CSP高達(dá)1 811.29和1 732.17 μmol·mol-1，對(duì)高濃度CO2利用率較強(qiáng)。羧化效率(carboxylation efficiency，CE)是低CO2濃度下，Pn對(duì)CO2濃度響應(yīng)曲線中的初始斜率，其大小反映了植物Rubisco活性，即同化CO2的效率[13, 19]，而最大電子傳遞速率則反映了RuBP最大再生速率(maximum regeneration rate of RuBP，Jmax)的大小[20]。不同柑橘CE為0.013～0.041，合江佛手最高為0.043，其次為巴西酸橙和黃果柑。此外Rubisco最大羧化效率(maximum carboxylation efficiency of Rubisco，Vcmax)、Jmax和磷酸丙糖利用率(utilization rate of triose phosphate，TPU)也是植物光合作用速率的重要指標(biāo)，其對(duì)于加快植株快速積累光合產(chǎn)物而進(jìn)行正常的營養(yǎng)生長和生殖生長具有決定性的作用[21]，不同品種間的Vcmax、Jmax和TPU指標(biāo)均呈現(xiàn)相似規(guī)律，巴西酸橙、合江佛手和黃果柑較高，紅肉琯溪蜜柚最低，與CSPn差異情況相似。

表4 不同柑橘品種葉片光合作用的CO2響應(yīng)參數(shù)

Table 4 CO2response parameters of leaf photosynthesis in different citrus cultivars

品種CultivarsCSPn/(μmol·m-2·s-1)CCP/(μmol·mol-1)CSP/(μmol·mol-1)CEVcmax/(μmol·mol-1)Jmax/(μmol·mol-1)TPU/(μmol·mol-1)巴西酸橙BrazilSourorange32.39±1.05a20.01±1.66f1648.42±52.95cde0.041±0.002ab51.54±3.74a43.53±1.17a11.74±0.39a合江佛手HejiangBergamot30.08±2.64a20.01±1.39f1364.44±47.16h0.043±0.001a47.33±1.51ab38.76±0.71b10.42±0.27b尤力克檸檬Eurekalemon17.86±1.02d44.00±1.36d1467.85±93.76g0.021±0.001cd30.55±2.03d25.80±1.51e6.88±0.53d紅肉琯溪蜜柚HongrouGuanxipumme-lo11.47±0.28f32.00±1.02e1567.98±86.23f0.015±0.002de15.82±0.61f13.93±0.92g3.59±0.19f晚紅血橙Wanhongbloodorange19.50±0.32cd72.02±0.96a1596.50±74.00def0.019±0.002de31.00±0.13d26.62±0.90de7.39±0.28d沃柑Or19.64±1.34cd48.00±1.43d1732.17±72.50b0.019±0.001de31.10±0.81d27.07±1.08de7.34±0.35d甘平Ganping19.07±0.66cd72.01±2.12a1560.25±72.50f0.019±0.001de29.71±1.06d29.71±1.96c7.04±0.32d口之津32號(hào)Kouzhijin3220.82±0.80c64.02±2.15bc1576.59±65.90ef0.021±0.002cd34.45±2.80cd28.88±1.42cd7.93±0.29cd愛媛38號(hào)EhimeKashi3814.13±0.68e67.97±2.01ab1811.29±84.69a0.013±0.001e21.37±0.90e18.76±0.45f5.14±0.53e春見Harumi14.02±0.77e68.00±1.97ab1675.95±80.01bcd0.013±0.001e22.20±1.50e18.78±1.97f5.15±0.46e不知火Shiranui15.54±0.82e59.98±2.12c1655.43±45.08bcde0.015±0.001de24.58±1.22e20.58±2.27f5.66±0.64e大雅柑Dayagan23.49±0.78b31.99±1.34e1563.72±75.09f0.027±0.002c37.32±2.60c30.62±1.05c8.44±0.20c黃果柑Huangguogan30.25±2.15a21.95±1.08f1721.75±50.14bc0.035±0.004b40.08±3.12b38.23±2.02b10.37±0.39b

2.4 不同柑橘品種葉片光合關(guān)鍵酶活性

核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)作為碳同化最主要的酶，是植物光合作用、生長和果實(shí)發(fā)育的限制因子之一[13]。13個(gè)柑橘品種Rubisco活性在3.76～5.34 μ IU，其中合江佛手Rubisco活性最高，達(dá)5.34 μ IU；其次是黃果柑和晚紅血橙，分別為5.15和5.06 μ IU；紅肉琯溪蜜柚活性最低，僅3.76 μ IU。13個(gè)柑橘品種Rubisco活化酶(RCA)活性為10.97～23.83 μ IU，不同柑橘RCA活性與Rubisco活性差異相似，也是合江佛手最高，達(dá)23.83 μ IU；紅肉琯溪蜜柚最低，僅10.97μ IU，與Rubisco活性呈相似規(guī)律。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)是C4光合途徑關(guān)鍵酶，13個(gè)柑橘品種葉片中檢測到較高水平的PEPC，其活性為5.06～9.39 μ IU，PEPC/Rubisco比值為0.95～2.26，其中巴西酸橙PEPC活性最高，達(dá)9.39 μ IU；其次是黃果柑和口之津32號(hào)，分別為9.25和8.88 μ IU；合江佛手和尤克力檸檬較低，僅5.06和5.20 μ IU。

表5 不同柑橘品種葉片光合關(guān)鍵酶活性

Table 5 Activities of photosynthetic key enzymes in leaves of different citrus cultivars

品種CultivarsRubisco/μIURCA/μIUPEPC/μIUPEPC/Rubisco巴西酸橙BrazilSourorange4.15±0.17de15.41±0.68f9.39±0.48a2.26±0.05a合江佛手HejiangBergamot5.34±0.16a23.83±0.45a5.06±0.21e0.95±0.02h尤力克檸檬Eurekalemon4.82±0.16bc17.16±1.69e5.20±0.57e1.08±0.06h紅肉琯溪蜜柚HongrouGuanxipummelo3.76±0.14f10.97±0.88h8.00±0.24c2.13±0.05ab晚紅血橙Wanhongbloodorange5.06±0.19b20.80±0.50c8.21±0.31c1.62±0.05fg沃柑Or4.07±0.19de14.24±0.97g6.77±0.51d1.67±0.02efg甘平Ganping4.37±0.25d17.48±0.88e8.14±0.22c1.86±0.06cd口之津32號(hào)Kouzhijin324.17±0.23de15.59±1.25f8.88±0.60ab2.13±0.03ab愛媛38號(hào)EhimeKashi384.66±0.26c18.70±0.77d7.21±0.21d1.55±0.05g春見Harumi3.99±0.36ef13.81±0.56g7.91±0.27c1.98±0.08bc不知火Shiranui4.17±0.15de14.69±0.90fg7.22±0.43d1.73±0.06def大雅柑Dayagan4.26±0.39de16.79±1.07e8.42±0.32bc1.98±0.07bc黃果柑Huangguogan5.15±0.37ab22.00±1.02b9.25±0.44a1.80±0.08de

3 結(jié)論與討論

本研究是在調(diào)控光合有效輻射和CO2濃度條件下進(jìn)行的，基本保證了外界條件的一致性，但不同柑橘葉片各項(xiàng)光合指標(biāo)仍存在顯著差異，說明柑橘品種間的遺傳差異是導(dǎo)致品種間光合能力差異的重要因素，與前人[4-6]的研究結(jié)果一致。這可能與柑橘在系統(tǒng)發(fā)育過程中形成的與自然條件相適應(yīng)的葉片形態(tài)和功能有關(guān)[3]，不同柑橘品種的葉片大小、形態(tài)和光合關(guān)鍵酶活性均存在明顯差異，因而表現(xiàn)出不同的光合特性。綜合分析不同柑橘的光合指標(biāo)和光合酶活性，合江佛手、黃果柑和巴西酸橙光合能力較強(qiáng)，大雅柑、晚紅血橙和尤力克檸檬次之，愛媛38號(hào)和紅肉琯溪蜜柚相對(duì)較低；雜柑中黃果柑光合能力最強(qiáng)，愛媛38號(hào)相對(duì)較低。

光照和CO2含量是影響柑橘光合作用的重要因子。Pn-PAR響應(yīng)曲線擬合結(jié)果顯示，不同柑橘品種的光補(bǔ)償點(diǎn)為11.99～60.00 μmol·m-2·s-1，光飽和點(diǎn)為523.88～1 155.73 μmol·m-2·s-1，光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)分別代表光照強(qiáng)度與光合作用關(guān)系的上限和下限臨界指標(biāo)，兩者差值代表光能有效利用范圍[18,22]，沃柑、不知火和巴西酸橙的光飽和點(diǎn)與光補(bǔ)償點(diǎn)差值均較大，且光補(bǔ)償點(diǎn)均較高，說明這些品種不易受到光強(qiáng)的限制，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)。CO2是光合作用的原料，Pn-Ci響應(yīng)曲線擬合結(jié)果顯示，不同柑橘的CO2飽和點(diǎn)為1 364.44～1 811.29 μmol·mol-1，而大氣中的CO2濃度約0.03%，遠(yuǎn)低于柑橘的CO2飽和點(diǎn)，成為其光合作用的限制因子。有學(xué)者提出增加CO2濃度可以提高樹體的光合能力[23-24]，Idso等在酸橙試驗(yàn)中證明，當(dāng)CO2濃度提高到1 000 μmol·mol-1時(shí)酸橙凈光合速率提高了200%，且暗呼吸作用下降到原始值的20%，說明高濃度CO2條件下柑橘對(duì)光合產(chǎn)物的消耗減少，有利于光合產(chǎn)物的積累[23]。因此，在1 800 μmol·mol-1范圍內(nèi)適當(dāng)提高CO2濃度，有利于柑橘葉片提高光合速率。

柑橘中可能存在微弱的C4光合途徑。Rubisco處于光合碳還原和光合碳氧化2個(gè)方向相反但又相互連鎖的循環(huán)交叉點(diǎn)上[25]，它對(duì)凈光合速率起著決定性的作用[26]，常被稱為光合速率的限速酶[27]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，多數(shù)柑橘Rubisco和RCA活性與凈光合速率呈正相關(guān)規(guī)律，但愛媛38號(hào)的Rubisco和RCA活性均較高，而光合速率最低，可能與其葉片形態(tài)卷曲，有效光合面積較小有關(guān)。此外，巴西酸橙的Rubisco和RCA活性均較低，但其CSPn和LSPn均較高，可能與其較高的PEPC活性有關(guān)。PEPC是C4途徑關(guān)鍵酶，可介導(dǎo)β羧化反應(yīng)，把CO2固定為OAA，后轉(zhuǎn)變?yōu)樗奶妓醄28]，大大提高了植物光合生產(chǎn)力[29]。C4植物中存在高活性的PEPC，一般為16～18 μ IU[30]，PEPC/Rubisco比值為4左右，而C3植物通常利用Rubisco催化羧化反應(yīng)，PEPC活性較低，為0.3～0.35 μ IU，PEPC/Rubisco比值小于1[31]。13種柑橘PEPC活性為5.20～9.39 μ IU、PEPC/Rubisco比值為0.95～2.26，介于兩個(gè)范圍之間，因此柑橘中可能有微量的C4途徑存在。李合生[30]提出，C3植物CCP大于40 μmol·mol-1，CSPn在10～25 μmol·m-2·s-1，多數(shù)柑橘品種符合上述標(biāo)準(zhǔn)，但PEPC活性最高的巴西酸橙和黃果柑，CCP均僅為20.01 μmol·mol-1，CSPn高達(dá)32.39和30.25 μmol·m-2·s-1，這種較強(qiáng)的光合能力是否是C3途徑和微量C4途徑共同作用的結(jié)果，柑橘中是否存在C4植物結(jié)構(gòu)和C4途徑中間產(chǎn)物，有待進(jìn)一步的論證。

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(責(zé)任編輯 張 韻)

Photosynthetic characteristics of 13 citrus cultivars

QIU Xia1， YE Shuang1， XIONG Bo1， LIAO Ling1， SUN Guochao2, RONG Yi1， LUO Jinyu1， DAI Lin1， WANG Zhihui1，2，*

(1.CollegeofHorticulture，SichuanAgriculturalUniversity，Chengdu611130，China; 2.InstituteofPomologyandOlericulture，SichuanAgriculturalUniversity，Chengdu611130，China)

In order to study the photosynthetic characteristics of different citrus cultivars， 13 citrus varieties of 6 categories were used as test materials， and the instantaneous photosynthesis parameters， response characteristics to light， response characteristics to CO2and photosynthetic key enzyme activities were determined and analyzed. The results showed that there were significant differences in the photosynthetic parameters and photosynthetic enzyme activities among the 13 citrus cultivars. The light compensation point and the light saturation point were between 11.99-60.00 and 523.88-1 155.73μmol·m-2·s-1, respectively; the CO2compensation point and the CO2saturation point were between 20.01-72.02 and 1 364.44-1 811.29 μmol·mol-1, respectively; the Rubisco， RCA and PEPC activity were respectively between 3.74-5.34， 10.97-23.83 and 5.06-9.39 μ IU, respectively. Comprehensive analysis of different citrus photosynthetic physiological parameters and photosynthetic enzyme activity showed that the photosynthetic capacity of Hejiang Bergamot， Huangguogan and Brazil Sour orange was strong; the photosynthetic capacity of Dayagan， Wanhong blood orange and Eureka lemon were the second; the photosynthetic capacity of Ehime Kashi.38 and Hongrou Guanxi pummelo were relatively worst. Higher activity of PEPC was detected in citrus， which is a key enzyme in the C4photosynthetic pathway， and the ratio of PEPC to Rubisco was between 0.95-2.26， indicating that there may be a weak C4photosynthetic pathway in citrus.

citrus; photosynthesis; light response; CO2response; photosynthetic enzymes

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.06.09

2017-02-07

四川省教育廳項(xiàng)目(14CZ0002)；四川省科技廳項(xiàng)目(2016NZ0056)

邱霞(1993—)，女，四川成都人，碩士研究生，從事現(xiàn)代果樹栽培與生理研究。E-mail: qiuxia1526@hotmail.com

*通信作者，汪志輝，E-mail: wangzhihui_siau@126.com

S666

A

1004-1524(2017)06-0917-09