2个杜仲无性系叶绿素荧光参数对比

朱景乐， 杨超伟， 杜红岩， 李芳东， 杜兰英

(1．国家林业局泡桐研究开发中心，河南 郑州 450003； 2.国家林业局杜仲工程技术研究中心，河南 郑州 450003)

2个杜仲无性系叶绿素荧光参数对比

朱景乐1,2， 杨超伟1， 杜红岩1,2， 李芳东1,2， 杜兰英1,2

(1．国家林业局泡桐研究开发中心，河南 郑州 450003； 2.国家林业局杜仲工程技术研究中心，河南 郑州 450003)

为了探寻不同杜仲品种叶片叶绿素荧光参数的差异，并由此揭示不同杜仲品种间光合能力的遗传变异规律，本研究以2个观赏型杜仲无性系‘红叶’杜仲和‘小叶’杜仲的苗木叶片为材料，用便携式调制荧光仪PAM2500测定其叶绿素荧光参数及快速光曲线．结果表明，‘红叶’杜仲初始荧光产量(fo)显著低于‘小叶’杜仲，‘红叶’杜仲可变荧光产量与最大荧光产量之比(fv/fm)、光系统Ⅱ潜在活性(fv/fo)及659 μmol·m-2·s-1光照条件下光关闭时荧光产量(fo)显著高于‘小叶’杜仲；快速光曲线结果说明,‘红叶’杜仲利用光合有效辐射范围为250～1 400 μmol·m-2·s-1，能力高于‘小叶’杜仲，当光合有效辐射在2 000 μmol·m-2·s-1以上时，‘小叶’杜仲光合效率高于‘红叶’杜仲．本研究揭示了这2个无性系叶绿素荧光参数的差异，同时剖析了差异存在原因．

杜仲；无性系；叶绿素荧光；快速光曲线

杜仲(EucommiaulmoidesOliv.)是中国特有的经济树种，也是分布范围最广的胶原植物[1]，‘红叶’杜仲和‘小叶’杜仲是中国林科院经济林研究开发中心选育的优良杜仲无性系，‘小叶’杜仲叶片形态优美，‘红叶’杜仲颜色鲜红，且其有效活性成分均远超其他杜仲无性系[2]，观赏和药用价值均较高，发展前景广阔．关于此2个无性系的报道主要集中在叶片色素含量上[3～5]，目前，尚无其光合特性和叶绿素荧光的报道．光合作用是植物最主要的生理活动，其测定技术目前主要为叶绿素荧光、气体交换和光合放氧3种．其中叶绿素荧光技术由于其测量快速、可靠、灵敏、对样品无损伤等特点，深受到光合领域科研人员的青睐，已逐渐成为植物叶片光合性能测定的主要方法[6,7]．前人曾进行杜仲叶片叶绿素荧光参数的初步研究[8,9]，但研究材料均为杜仲实生苗，不同单株之间差别较大，目前尚无以不同杜仲无性系为材料进行叶绿素荧光参数研究的报道．本研究以‘红叶’杜仲和‘小叶’杜仲2个无性系苗木叶片为研究材料，通过对其幼苗叶片叶绿素荧光的测定，探寻2个杜仲无性系叶片叶绿素荧光参数的差异，揭示不同品种间光合能力的遗传变异规律，以期为其后续生理生化研究及高效栽培技术提供理论依据．

1 材料和方法

1.1试验林概况

试验材料为 ‘红叶’杜仲和‘小叶’杜仲无性系苗木，2011-03播种，2011-07嫁接，2012-12平茬，测定时苗高121～157 cm，地径1.0～1.3 cm．每个无性系随机选择3个生长状况良好的单株，每个单株选择1片朝向东南方位的叶片，位置从顶芽开始第15～20片叶(约生长30 d，位于4/5苗高处)．2013-08-24至2013-08-26上午9:00～11:00，将 ‘红叶’杜仲依次编号为1，3，5；‘小叶’杜仲依次编号为2，4，6，灌透水后用便携式调制荧光仪PAM-2500(德国)进行叶绿素荧光参数测定，每天测定1次，第1天测定，编号顺序为6，5，4，3，2，1，第2天测定，编号次序为1，2，3，4，5，6，第3天测定，编号次序为4，5，6，1，2，3．测定期间气温为32～38 ℃．

1.2杜仲叶片叶绿素荧光参数测定

1.2.1 叶绿素荧光参数确定 叶片暗适应15～20 min后测定初始荧光产量(fo)、最大荧光产量(fm)、可变荧光产量(fv)、PSⅡ最大光化学量子产量(fv/fm)，光系统Ⅱ潜在活性(fv/fo)．

1.2.2 659 μmol·m-2·s-1下荧光参数测定 将光照度设置为659 μmol·m-2·s-1并测定该条件下作用光关闭时的荧光产量(fo’)，作用光打开时的最大荧光产量(fm’)，PSⅡ实际量子产量(yield)，光合电子传递相对速率(etr)，光化学淬灭系数(qp)，非光化学淬灭系数(qn)，连续测定10次，以最后5次数据平均值计算相应参数．

1.2.3 快速光响应曲线测定 测定不同光照强度下的ETR，光照度依次设定为2，52，133，236，407，659，998，1 386，1 973，2 845 μmol·m-2·s-1，每个叶片测定1次，以无性系ETR平均值及其对应的光强度(par)绘制该无性系的快速光响应曲线．

1.3数据处理

使用SPSS16.0和EXCEL 2007软件进数据处理[10]．

2 结果与分析

2.12个无性系的叶绿素荧光参数

‘红叶’杜仲和‘小叶’杜仲的叶绿素荧光参数如图1所示．根据方差分析结果，‘红叶’杜仲最小荧光fo显著低于‘小叶’杜仲，fo在某种程度上与叶绿素存在线性关系，间接说明‘红叶’杜仲的叶绿素含量显著低于‘小叶’杜仲；‘红叶’杜仲fv/fm和fv/fo均高于‘小叶’杜仲，说明‘红叶’杜仲潜在的最大光合能力大于‘小叶’杜仲．

图1 2个无性系杜仲的叶绿素荧光参数Fig.1 Chlorophyll fluorescence parameter of2 Eucommia ulmoides clones

注：1，3，5为‘红叶’杜仲，2，4，6为‘小叶’杜仲．数据标注为相应无性系各叶绿素荧光参数的平均值.下同.

Note：1, 3, 5 stands for Eucommia ulmoides ‘Hongye’, 2, 4, 6 stands for Eucommia ulmoides ‘Xiaoye’. Chlorophyll fluorescence parameter mean value were marked.The same later.

2.2‘红叶’杜仲和‘小叶’杜仲在中等光照条件下的叶绿素荧光参数

在659 μmol·m-2·s-1的光照条件下，‘红叶’杜仲和‘小叶’杜仲的叶绿素荧光参数如表1所示．方差分析结果表明,‘红叶’杜仲fo’略高于‘小叶’杜仲，而其他指标无显著差异，说明了‘红叶’杜仲在中等强度光照适应后全部PSⅡ中心都开放时的荧光强度高于小叶杜仲，而全部PSⅡ中心都关闭时的荧光强度、相对电子传递速率、PSⅡ反应中心在有部分关闭情况下的原初光能捕获效率、PSⅡ反应中心的开放程度、自我保护机制指标则没有显著差异．

表1 659 μmol·m-2·s-1下2个杜仲无性系的叶绿素荧光参数Table 1 Chlorophyll fluorescence parameter of 2 Eucommia ulmoides clones underthe light condition of 659 μmol·m-2·s-1

注：表中数值为平均值±标准差．

Note：Data in the table were mean ±SD.

2.32个无性系的快速光曲线

‘红叶’杜仲和‘小叶’杜仲的快速光曲线由图2所示，整体趋势为ETR随着光照度的增加而增大，为250～1 400 μmol·m-2·s-1，‘红叶’杜仲ETR高于‘小叶’杜仲，而2 000 μmol·m-2·s-1以上，‘小叶’杜仲ETR则超过‘红叶’杜仲，说明‘红叶’杜仲利用中强光的能力高于‘小叶’杜仲，而‘小叶’杜仲则利用强光的能力优于‘红叶’杜仲．

图2 2个无性系杜仲叶绿素荧光快速响应曲线Fig.2 Chlorophyll fluorescence rapid light-responsecurve of 2 Eucommia ulmoides clones

3 讨论

‘红叶’杜仲的fo为0.355，显著低于‘小叶’杜仲的0.397，而fv/fm为0.807，fv/fo为4.180却显著高于‘小叶’杜仲的0.779和3.532．在659 μmol·m-2·s-1的光照条件下，‘红叶’杜仲的fo’为12.467，显著高于小叶的12.300，而ft,ETR,Yield,qP,qN及Fm’则无显著差异．快速光曲线表明说明‘红叶’杜仲利用中强光的能力高于‘小叶’杜仲，而‘小叶’杜仲则利用强光的能力优于‘红叶’杜仲．

光合作用是植物生长发育的基础，但并不是所有的光能都能被植物所利用，到达植物叶片的光能分别以被叶片吸收、转换为热耗散及产生叶绿素荧光3种方式被消耗[11]．朱景乐、彭少兵在[3-5]前期研究中得到，‘小叶’杜仲的叶绿素a含量比‘红叶’杜仲高19.43%，但‘红叶’杜仲类胡萝卜素、花色苷及黄酮含量分别是‘小叶’杜仲的115.80%，184.48%和261.54%．本研究得到‘小叶’杜仲Fo显著高于‘红叶’杜仲，由于Fo与叶绿素含量存在显著的线性关系，可推测‘小叶’杜仲的叶绿素含量高于‘红叶’杜仲，与朱景乐直接检测叶绿素含量得到的结果一致．由于‘小叶’杜仲叶绿素含量高，具备较高的光能利用潜力，所以小叶杜仲的快速光曲线的ERT在1 400 μmol·m-2·s-1之后逐渐高于‘红叶’杜仲．

[1] 李芳东，杜红岩．杜 仲[M]．北京：中国中医药出版社，2001．

[2] 杜红岩，胡文臻，俞 锐．杜仲产业绿皮书：中国杜仲橡胶资源与产业发展报告[M]．北京：社会科学文献出版社，2013．

[3] 朱景乐，杜红岩，李芳东，等．3个杜仲品种叶片性状及活性成分含量分析[J]．东北林业大学学报，2014，42(3)：42-44．

[4] 朱景乐，李芳东，杜红岩，等．三个观赏型杜仲品种叶片色素含量比较[J]．林业科学研究，2014，27(4)：1-4．

[5] 彭少兵,张春贺,任利益，等．紫叶杜仲叶色变异研究[J]．浙江林业科技，2013，33(3)：61-66．

[6] 李 晓，冯 伟，曾晓春．叶绿素荧光分析技术及应用进展[J]．西北植物学报， 2006，26(10)：2186-2196．

[7] 李鹏民，高辉远，RETO J. STRASSEL．快速叶绿素荧光诱导动力学分析在光合作用研究中的应用[J]．植物生理学与分子生物学学报，2005，31(6)：559-566．

[8] 李 蕾，张伟超，郭 婧，等．杜仲四倍体叶绿素荧光参数的日变化研究[J]．安徽农业科学，2012，40(5)：2754-2755．

[9] 买买提库尔班·阿力，段爱国，保尔江·阿布都哈米提．华北地区杜仲叶绿素荧光参数日季节动态变化规律研究[J]．科技信息，2011(14)：380-381．

[10] 张文彤，董 伟．SPSS 统计分析高级教程[M]．北京: 高等教育出版社，2004．

[11] 武维华．植物生理学[M]．第2版.北京：科学出版社，2008．

[12] HARVAUX M，HARVAUX M，KLOPPSTECH K．The protective functions of carotenoid and flavonoid pigments against excess visible radiation at chilling temperature investigated inArabidopsisnpqand it mutants[J]．Planta，2001，213(6)：953-966．

(责任编辑：梁保松)

ComparisonofchlorophyllfluorescenceparametersbetweentwoEucommiaulmoidesclones

ZHU Jing-le1,2， YANG Chao-wei1， DU Hong-yan1,2， LI Fang-dong1,2， DU Lan-ying1,2

(1．Paulownia R&D Centre of China, Chinese Academy of Forestry, Zhengzhou 450003, China； 2．Eucommia Engineering Research Centre of State Forestry Administration，Zhengzhou 450003， China)

In order to explore the differences of chlorophyll fluorescence parameters and to reveal genetic variations of photosynthetic capacities amongEucommiaulmoidesclones, leaves of twoEucommiaulmoidesclones, i.e.Eucommiaulmoides‘Hongye’ andEucommiaulmoides‘Xiaoye’, were tested in this study. Chlorophyll fluorescence parameters and rapid light curves were measured by portable modulated fluorometer (PAM2500). The results suggested the initial fluorescence yield (fo) in leaves of ‘Hongye’ was statistically significantly lower than that in ‘Xiaoye’. Meanwhile, the ratio of variable fluorescence to maximal fluorescence (fv/fm) of ‘Hongye’ was significantly higher than that of ‘Xiaoye’, and so did the potential activity of photosystem II (fv/fo). Fluorescence yield of light off (fo’) at 659 μmol·m-2·s-1of light intensity in leaves of “Hongye” was significantly higher than that in ‘Xiaoye’. Rapid light curves indicated that ‘Hongye’ was more efficient to utilize photosynthetically active radiation ranging from 250 to 1400 μmol·m-2·s-1than ‘xiaoye’, while its photosynthetic efficiency was lower than that of ‘xiaoye’ when photosynthetically active radiation was 2000 μmol·m-2·s-1and above. This study revealed the variations of chlorophyll fluorescence parmeters between the two Eucommia clones and analyzed the reason of the difference simultaneously.

EucommiaulmoidesOliv.；clones；chlorophyll fluorescence；rapid light curve

S 794.9

：A

2014-02-28

国家“十二五”科技支撑计划项目(2012BAD21B0502) ；国家农业科技成果转化资金项目(2012GB24320591)

朱景乐，1982年生，男，河南孟津人，助理研究员，博士研究生，主要从事经济林高产栽培技术研究．

李芳东，1963年生，男，河南太康人，研究员，博士研究生导师．

1000-2340(2014)05-0575-04