红花檵木实生后代优良单株的光合特性及叶绿素荧光特性分析

董佳丽，于晓英，李炎林，盛桢桢，皇甫玉龙（湖南农业大学园艺园林学院，湖南 长沙 410128）



红花檵木实生后代优良单株的光合特性及叶绿素荧光特性分析

董佳丽，于晓英，李炎林，盛桢桢，皇甫玉龙
（湖南农业大学园艺园林学院，湖南 长沙 410128）

摘 要：为了进一步了解红花檵木实生后代优良单株的光合特性，试验通过Li-6400XT便携式光合作用仪对其光合特性及其对光照环境的适应性进行了分析。结果显示：4个优良单株和其母本对照材料的光合特性和叶绿素荧光特性各参数的差异显著；除Y1以外，其他材料的Pn、Gs、Tr、Ci的日变化总体情况均低于其母本材料，尤其是Y4的各项测定数据最低，这可能与Y4单株的叶片非常细小有关；各优良单株及其母株的LCP在 17.01～29.59 µmol/mol之间，是属于较耐荫植物；各优良单株均较其母本CCP值高，特别是Y4的CCP比其母本高22.22 µmol/ mol，这与各优良单株的生长速度慢于其母本的实际情况相吻合。

关键词：红花檵木；实生后代；光合特性；叶绿素荧光特性

红花檵木（Loropetalum chinense var. rubrum Yieh）为金缕梅科（Hamamelidaceae）檵木属（Loropetalum）檵木的变种［1］，花红叶艳，一年多次开花，具有较高的观赏价值，是有多种园林用途的优良彩叶植物［2］。目前，红花檵木的品种选育主要依赖于营养系的选种，品种相对单一。通过有性杂交可以实现基因的重组，改变群体中基因和基因型频率，从而分离筛选出更多的变异类型［3］。为了丰富红花檵木品种类型，笔者在收集、整理檵木属资源的基础上，对自然授粉的红花檵木种子进行实生繁殖，发现了不同于现有红花檵木叶色、叶形、株形的4个优良单株。为进一步了解这几个优良单株的光合特性，试验采用Li-6400XT便携式光合作用仪对其叶片气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）等的日变化以及光响应曲线、CO2响应曲线、叶绿素荧光特性进行检测和分析，以期为优良品种的选育提供参考。

1　材料与方法

1.1供试材料

试验材料来源于湖南农业大学花卉基地红花檵木种质资源圃中自然授粉的“花叶1号”、“花叶2号”的种子播种苗（2009年播种），通过对这些播种实生苗4 a的观察及2代扦插遗传稳定性鉴定，从中筛选出4个花、叶、枝形等有明显外观变异的优良单株，分别编号为Y1、Y2、Y3、Y4；其中，Y1和Y2的母株为“花叶2号”（ H2）， Y3和Y4的母株为“花叶1号”（H1）。

1.2试验方法

1.2.1光合指标日变化测定 2015年9月16日采用Li-6400XT便携式光合作用仪测定植株上部第3～4片叶完整展开后的气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、净光合速率（Pn）和蒸腾速率（Tr）等指标。8：30～16：30每隔2 h测定一次，测定时选取方位一致的叶片，每个观察指标重复测定3次，每株植株测定3片叶。

1.2.2光响应曲线和CO2响应曲线测定 参考李炎林等［4］的测定方法，于2015年9月17～18日上午8：00～11：30采用LI-6400XT便携式光合作用仪红蓝光源叶室，设定固定CO2浓度为400 µmol/mol，在光照强度（PDF）为0～2 000 µmol/（m2·s）范围内设定16个梯度，分别为2 000、1 800、1 600、1 400、1 200、1 000、800、600、400、200、150、100、80、50、20、0 µmol/（m2·s），测定植株上部第3～4片叶完整展开后的相应净光合速率。测定CO2响应曲线时，光照强度设定为各试验材料的光饱和点，CO2浓度在0～1 800 µmol/mol范围内设定15个梯度，分别为1 800、1 600、1 400、1 200、1 000、800、600、400、300、200、150、100、80、50、20 µmol/mol。测定时选取方位一致的叶片，每个观察指标重复测定3次，每株植株测定3片叶。

1.2.3叶绿素荧光特性的测定 2015年10月17日晚21：00～23：00和18日早上8：00～10：00，采用LI-6400XT便携式光合作用仪荧光叶室测定叶绿素荧光特征参数。测定前选取植株上部第3～4片完整展开叶进行标记，并对植株叶片进行20 min以上的暗适应，然后测定初始荧光（Fo）、暗适应最大荧光（Fm）以及暗适应PSII最大光化学效率（Fv/Fm）的值；测定结束后，让植株叶片在自然光下活化20 min，再测定光适应稳态荧光（Fs）、光下最大荧光（Fm’）、光下最小荧光（Fo’），最后计算光化学淬灭系数（qP）、表观电子传递速率（ETR）和非光化学猝灭系数（NPQ）等值。

1.3数据统计分析

测定数据采用Excel 2003进行整理，采用SPSS 19.0进行方差分析。用Walker［5］的方法进行光响应曲线拟合，根据拟合曲线方程计算出最大净光合效率（Pmax）以及净光合速率最大时的光照强度（即为光饱和点，LSP）。将光子通量密度（PFD）在0～200 μmol/（m2·s）范围内对净光合速率（Pn）和光辐射强度（PAR）进行直线回归分析进而得到线性方程，该直线方程的斜率即为表观量子效率（AQY），直线与X轴的交点即为光补偿点（LCP），PAR为零时的Pn值即为暗呼吸速率（Rday）。将CO2浓度在0～200 μmol/mol范围内的测定值进行直线回归分析得到的直线方程的斜率则为羧化效率，直线与X轴的交点为CO2补偿点（CCP），再根据曲线拟合方程求得CO2饱和点（CSP）。

水分利用效率（WUE）=Pn/Tr，气孔限制值（LS）=1-Ci/Ca ［Ca为外界二氧化碳浓度，大约为400±10 µmol/（m2·s）］，每个观测指标重复测定3次［6］。

2　结果与分析

2.1红花檵木实生后代优良单株及其母株的光合指标日变化情况

2.1.1净光合速率（Pn） 植物的净光合速率直接影响着植物生长的速度，还在一定程度上决定着植物的生长力和净生产力状况。而影响净光合速率的环境因子主要有光合有效辐射、气温、水分和CO2浓度等，且这些因子并不是固定不变的，使得植物的净光合速率一直处于变化中，呈现出复杂的变化规律［7］。如图1A所示，红花檵木实生后代优良单株及其母株的净光合速率大体呈双峰型变化趋势，在10：30和14：30左右，出现2个明显峰值，而在12：30时出现了明显的“午休”现象。从测定时间来看，各植株的净光合速率由高到低排列依次为10：30＞8：30＞14：30＞12：30＞16：30；从不同单株来看，Y1植株各时段的净光合速率均明显高于其母本，Y2、Y3和Y4的净光合速率均低于其母本，其中Y4单株的净光合速率最低，最高值也仅为5.35 µmol/（m2·s）。

2.1.2气孔导度（Gs） 气孔是连接植物叶片与外界的气体通道，气孔导度的变化对植物的水分利用和CO2同化有重要意义，蒸腾作用随着气孔导度的增大而增强，反之，随气孔导度的缩小而减弱［8］。由图1B可知，红花檵木实生后代优良单株及其母株的气孔导度日变化与净光合速率日变化的总体变化相似，均呈现双峰型曲线，且分别于10：30和14：30左右出现2次峰值，气孔导度变大，净光合速率也随之增加。从不同单株来看，Y1单株的气孔导度整体上最大，在0.044～0.098 mol/（m2·s）之间，而Y4单株的气孔导度相对最小，最大值也仅为0.056 mol/（m2·s），较同时段的母本——花叶1号小0.03 mol/（m2·s）。

2.1.3胞间CO2浓度（Ci） 胞间CO2浓度反映了外界CO2进入叶细胞的浓度，也是衡量植物叶片光合速率的重要指标之一。如图1C所示，红花檵木实生后代优良单株与其母株胞间CO2浓度均在上午8：30左右就已经达到一天中的最高值。随着植物光合作用的不断加强，空气中CO2浓度逐渐下降，加上气孔的逐渐关闭，植株胞间CO2浓度也随之下降，到12：30 和14：30下降到一天中的最低值，处于208.17～220.49 µmol/mol之间，下午随之气孔导度的增加又逐渐回升。各优良单株其母本材料的胞间CO2浓度日变化在208.17～264.58 µmol/mol之间，除Y4单株的胞间CO2浓度较低外，其他材料的胞间CO2浓度差异不大。

图1　红花檵木实生后代优良单株的光合日变化

2.1.4蒸腾速率（Tr） 影响植物蒸腾速率的因素很多，黄丽化等［9］研究表明，蒸腾速率日变化趋势为随气温的升高而升高，且植物蒸腾速率还与光照强度、气孔开度等呈显著的正相关关系，而气孔的开度受光合有效辐射、空气湿度、胞间CO2浓度、土壤水势等环境因子的影响，所以蒸腾速率的大小也受这些因子的影响［10］。从图1D中可以看出，各供试材料在8：30 和16：30蒸腾速率较低，这是因为此时气温相对较低、光照强度较弱，空气湿度较大，叶片气孔开度较小，由气孔散失到大气中的水分也相应较少。8：30之后，蒸腾速率迅速上升，到达一天中的最大值2.25～2.68 µmol/（m2·s）之间，然后随着高温、强光的影响气孔导度变小，蒸腾速率也逐渐下降。从不同单株来看，除了Y1单株在10：30以后的蒸腾速率稍高于母本H2以外，其他各优良单株的蒸腾速率均低于母本，其中以Y4单株的蒸腾速率最低，最高时也仅为2.25 µmol/（m2·s），最低时低至1.12 µmol/（m2·s）。

2.2红花檵木实生后代优良单株及其母株的光响应曲线参数

红花檵木实生后代各优良单株与其对照母本的光响应曲线各参数间均存在显著差异。如表1所示，各供试材料的LSP在705.35～784.55 µmol/（m2·mol）之间，各优良单株均较其母本小，其中以Y4单株的最小，只有705.35 µmol/（m2·mol），和母本差异显著；Y1、Y2和Y4的LCP分别比其母本低11.75、8.48、0.10 µmol/（m2·mol），而Y3则比母本H1高 2.96 µmol/ （m2·mol）；对于AQY、Rday 和Pnmax 3个指标，只有Y1单株的高于母本，其他单株的均显著低于其母本材料，例如Y3和Y4的Pnmax指标分别比其母株降低4.32、4.25 µmol/（m2·mol）。

2.3红花檵木实生后代优良单株及其母株CO2响应曲线参数

表1　红花檵木优良单株的光响应曲线参数的比较

红花檵木优良单株及对照母株的叶片CO2响应曲线参数均差异显著。如表2所示，各供试材料的CSP在723.59～845.50 µmol/mol之间，Y1与母本H2 的CSP基本一致，Y2的CSP最小，较其母本H2低117.30 µmol/mol，而Y3和Y4的 CSP比其母本H1分别低66.93、53.67 µmol/mol。Y1、Y2和Y3、Y4较其母本H2和H1的CCP分别高3.40、9.60、6.01、22.72 µmol/mol；对于WUE来说，Y2和Y4的WUE较低，分别比其母本低0.61和1.29；而对于LS，除Y3比母本H1高0.01以外，其他优良单株的LS均比其母本低。

表2　红花檵木优良单株的CO2响应曲线及光合参数的比较

2.4红花檵木实生后代优良单株及其母株的叶绿素荧光特性

如表3所示，试验中各优良单株与其对照母本间的各叶绿素荧光特性指标数据均差异显著。如Fv/Fm值在0.768～0.804之间，Y1、Y2与其母本H2的差异显著，Y3和Y4号与其母株H1的差异显著；Y1、Y2 和Y3的ETR值、qP值都低于其母本，而Y4则比其母本分别高0.712和0.029；Y1的Fv/Fo值较母本高0.315，Y2、Y3和Y4的则较母本低；而Y3的NPQ值较母本高0.590，其他优良单株的均低于其对照母株。

表3　红花檵木优良单株叶绿素荧光特性的比较

3　结论与讨论

从光合指标的日变化情况来看，红花檵木实生后代优良单株与其母株的Pn、Gs、Tr、Ci的日变化总体趋势一致，各参数的日变化均较明显，其中Pn和Gs的日变化呈不对称的双峰曲线，存在明显的“午休”现象，这种趋势主要是由午间强光高温所引起。各优良单株材料，除Y1以外，其他材料的Pn、Gs、Tr、Ci的日变化总体情况均低于其母本材料，尤其是Y4的各项测定数据均最低，这可能与其叶片的大小和厚度以及叶片颜色相关，材料Y4的叶片非常细小，最大叶的长宽均只有1.00 mm。

LSP和LCP反映了植物对光照环境的需求，是判断植物耐阳性和耐阴性的重要指标，而不同植物之间或同种植物的不同品种之间的LSP、LCP不同［11］。植物的最大光合速率是在光饱和点时，LSP反映了植物利用强光的能力［12］，LSP高则说明植物在受到强光的刺激时不易发生抑制，即植物的耐阳性强［13］。红花檵木各优良单株及其母本材料的LSP在705.35～800.00 µmol/（m2·mol）之间，是喜阳植物，能很好地利用强光条件。各优良单株的LSP均较其母本小，说明各优良单株的耐阳性较其母本差，其中Y4耐阳性最弱。LCP的高低作为判断植物能否在低光照强度环境中生长的标志，换而言之，可以作为判断植物耐荫程度的标准［14］，LCP越小的植物，其利用弱光的能力越强，耐荫性就越强［15］。试验中各优良单株及其母本的LCP 在 17.01～30.92 µmol/mol之间，是属于较耐荫植物。Y1、Y2和Y4的LCP均比其母本低，说明其耐荫性较其母本强，而Y3的LCP高于其母本，则耐荫性较母本弱。

植物CSP越低，则其利用低浓度CO2的能力较强。除Y1外，Y2、Y3和Y4的CSP值均低于其母本，说明他们利用低浓度CO2的能力比其母本强。植物处于CCP时，净光合速率较高，而光呼吸速率较低，此时有利于干物质的积累。因此，一般具有较低CCP值的植物生长速度快［15］。而各优良单株均较其母本CCP值高，特别是Y4的CCP比其母本高22.22 µmol/ mol，这与各优良单株的生长速度慢于其母本的实际情况相吻合，其中又以Y4号的生长速度最慢。

植物叶片吸收的光能量有3个走向，即光合驱动、热能和叶绿素荧光，通过叶绿素荧光几乎可以探测所有光合作用过程的变化。Fv/Fm反映了PSⅡ原初光能转化率的高低，是光抑制的重要指标，没有遭受任何环境胁迫并经过充分暗适应后植株叶片的Fv/Fm值一般在0.75～0.85之间［16］。试验结果表明，除Y1的Fv/Fm值高于其母本H2外，其他优良单株均低于其母本材料，即表示Y1材料的PSⅡ原初光能转化率较其母本H2高，而其他优良单株材料的较其母本低。NPQ是叶绿体吸收的光能以热的形式耗散出去的部分。在强光环境下，植物若吸收了过量的光能就会受到胁迫，而此时，植物就会通过热耗散的方式使它们的光合结构免遭破坏，NPQ值反映了植物热耗散的能力，是植物进行自我保护机制的体现。除Y3外，其他优良单株的NPQ值均低于其母本，说明除Y3外，其他优良单株的热耗散的能力均不如其母本。

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（责任编辑：成 平）

Photosynthetic and Chlorophyll Fluorescence Characteristics of Superior Individual Plants of Loropetalum chinense var. rubrum Seedlings

DONG Jia-li，YU Xiao-ying，LI Yan-lin，SHENG Zhen-zhen，HUANGFU Yu-long
（College of Horticulture and Landscape， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， PRC）

Abstract：To further understanding the photosynthetic characteristics of superior individual plants of Loropetalum chinense var. rubrum seedlings， this experiment analyzed their photosynthetic characteristics and their adaptability to light environment with the LI-6400XT portable photosynthesis system. The major results were as follows： （1） There were significant differences the indexes of photosynthetic and chlorophyll fluorescence characteristics of 4 superior individual plants and the control materials， their female parents； （2） Except for Y1， the diurnal changes of Pn， Gs， Tr and Ci of other materials were smaller than those of their female parents， especially for Y4 with the smallest data of all indexes， which might because the leaves of Y4 were very thin and small； （3） The LCP values of all superior individual plants and their female parents were between 17.01 and 29.59 µmol/mol， indicating their strong shade-resistance. （4） The CCP values of all superior individual plants were higher than those of their female parents， especially for Y4， whose CCP value was higher than that of its female parent by 22.22 µmol/mol， which was in accordance with the fact that the growth of all superior individual plants was slower than their female parents.

Key words：Loropetalum chinense var. rubrum； seedlings； photosynthetic characteristics； chlorophyll fluorescence characteristics

中图分类号：Q945.11

文献标识码：A

文章编号：1006-060X（2016）03-0007-05

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.03.003

收稿日期：2015-12-23

基金项目：湖南省自然科学基金（04JJ3024）；湖南省高等学校科学研究重点项目（07CY001）

作者简介：董佳丽（1990-），女，湖南株洲市人，硕士研究生，主要从事红花檵木实生选种研究。

通讯作者：于晓英