二倍体与四倍体黄毛草莓的光合特性

徐苏婷， 陈露茜， 李钧敏

(1.上海师范大学生命与环境科学学院，上海 200234； 2.浙江省植物进化生态学与保护重点实验室/台州学院生态研究所，浙江台州 318000)

自1937年Blakeslee和Avery用秋水仙素诱导出多倍体曼陀罗后，全世界掀起多倍体育种热潮，并获得了大量的农作物多倍体新品种[1-2]。多倍体植物往往在叶片形态上有更大的叶型、更深的叶色、更厚的叶片、更发达的气孔和栅栏组织、更丰富的酶物质，其抗病性和抗逆性也往往强于二倍体，品质方面也比二倍体存在更多的优势，近年来成为研究热点[3]。

黄毛草莓(FragarainilgerrensisSchlecht.)为蔷薇科草莓属多年生二倍体草本植物，原产于我国西南地区，主要分布于我国陕西、湖北、四川、云南、湖南、贵州和台湾等省，尼泊尔、锡金、印度东部及越南北部地区也有分布[4]。黄毛草莓花期一般为4—7月，果期为6—8月；果实白色，圆球形，有香味，味淡；种子黄绿色，极小，凹陷；宿存萼片紧贴于果实，具有抗旱、耐高温、抗叶部病害等特点[5-6]。本实验室通过秋水仙素诱导成功的四倍体黄毛草莓在形态上与二倍体黄毛草莓相比，具有叶片变大、变宽、叶片增厚、叶色变深等特点，而目前有关二倍体黄毛草莓与四倍体黄毛草莓光合作用的差异未见报道。本研究通过比较分析二倍体与同源四倍体黄毛草莓叶片的光合指标、叶绿素含量等生理指标，了解二者的光合特性差异及环境因子对光合特性的影响，以期为四倍体黄毛草莓的光合生理研究、倍性育种及高效人工种植技术的制定提供理论依据。

1　材料与方法

1.1　材料

二倍体黄毛草莓，2012年7月采自西藏自治区林芝县色季拉山。2015年春季，将二倍体黄毛草莓种子进行萌发，同时以二倍体黄毛草莓种子经秋水仙素诱变，经流式细胞仪鉴定染色体数量，确定成功获得四倍体黄毛草莓幼苗；2种幼苗均培养于智能温室中，相对湿度为80%，温度白天控制在 20 ℃，晚上控制在15 ℃。

1.2　试验方法

1.2.1光合特性日变化的测定2016年7月上旬07：00—19：00，选取长势相近的二倍体与四倍体黄毛草莓各3株，取其冠层阳面健康成熟、生长部位基本相同的功能叶，采用便携式光合作用测定仪LI-6400分别测定叶片的净光合速率[Pn，μmol/(m2·s)]、蒸腾速率[Tr，mmol/(m2·s)]、气孔导度[Gs，mol/(m2·s)]、胞间CO2浓度[Ci，μmol/mol]等参数；每2 h测定1次，每次测定3张样叶，每张叶片重复记录5个数据组，取平均值。

1.2.2光响应曲线的测定采用自带红蓝光光源的LI-6400测定仪，测定光合有效辐射强度(PAR)分别为1 500、1 200、1 000、800、600、400、200、150、100、30、20、0 μmol/(m2·s) 时的净光合速率；利用直角双曲线修正模型[7]对光响应曲线进行拟合，计算光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、最大净光合速率(Pnmax)、表观量子效率(AQY)、暗呼吸速率(Rd)。

1.2.3相对叶绿素含量的测定取二倍体与四倍体黄毛草莓各3株冠层阳面健康成熟、生长部位基本相同的功能叶，采用SPAD-502叶绿素仪测定相对叶绿素含量，每张叶片从里到外测定3个点，取平均值。

1.3　数据分析

采用Excel 2010、SPSS 18.0软件对试验数据进行统计分析，采用Origin 8.5软件进行辅助作图，采用单因素方差分析比较二倍体和四倍体黄毛草莓光合指标数据间的差异显著性。

2　结果与分析

2.1　不同倍性黄毛草莓光合作用的日变化

2.1.1净光合速率(Pn)由图1可见，自然光照下，黄毛草莓叶片的Pn日变化呈“双峰”曲线；07：00时，由于气温相对较低，光强较弱，净光合速率相对较低；随着气温升高、光合辐射增强，11：00时Pn出现第1个峰，此时四倍体黄毛草莓的Pn值为4.15 μmol/(m2·s)，而二倍体黄毛草莓为 2.89 μmol/(m2·s)；13：00时，Pn出现峰谷，说明黄毛草莓叶片存在光合“午休”现象；后随光合有效辐射、叶片表面温度的下降，17：00时Pn出现第2个峰，此时四倍体黄毛草莓的Pn值为1.86 μmol/(m2·s)，而二倍体黄毛草莓为 1.22 μmol/(m2·s)。

2.1.2胞间CO2浓度(Ci)由图2可见，Ci日变化与Pn日变化的趋势基本相反；07：00时，黄毛草莓的Ci相对较高，四倍体黄毛草莓的Ci值为327.04 μmol/mol，二倍体黄毛草莓为277.78 μmo/mol；11：00时，四倍体黄毛草莓Ci出现最低值，后逐渐增大；13：00时，四倍体黄毛草莓的Ci值上升为326.10 μmol/mol，二倍体黄毛草莓的Ci值上升幅度相对更大，为 341.92 μmol/mol；后逐渐下降。

2.1.3气孔导度(Gs)由图3可见，黄毛草莓气孔导度自09：00时出现谷值后，11：00时出现峰值，此时四倍体黄毛草莓Gs值为0.088 mol/(m2·s)，二倍体黄毛草莓为 0.068 mol/(m2·s)；后逐渐降低。

2.1.4蒸腾速率(Tr)由图4可见，黄毛草莓的Tr日变化呈“单峰”曲线；Tr值在11：00正午时达到峰值，四倍体黄毛草莓的Tr值为3.92 mmol/(m2·s)，二倍体黄毛草莓为 3.38 mmol/(m2·s)；后逐渐降低。

2.2　四倍体与二倍体黄毛草莓的光响应曲线

图5为2种不同倍性黄毛草莓的光响应曲线，对其光响应曲线进行拟合发现，二倍体黄毛草莓的最大净光合速率、光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率分别为3.451、885.6、23.83、0.527 μmol/(m2·s)，表观量子效率为0.024，四倍体黄毛草莓的最大净光合速率、光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率分别为4.223、1 663.6、41.87、1.601 μmol/(m2·s)，表观量子效率为0.051，其中四倍体黄毛草莓的光响应曲线中光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率这3个指标极显著大于二倍体黄毛草莓(P<0.01)。

2.3　相对叶绿素含量

由图6可见，四倍体黄毛草莓的相对叶绿素含量值极显著高于二倍体黄毛草莓(P<0.01)。

3　结论与讨论

光合作用是植物最基本的生命活动，是植物合成有机物质、获得能量的根本源泉[8]。通过研究发现，四倍体黄毛草莓的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)均高于二倍体黄毛草莓，1天中四倍体黄毛草莓的最大净光合速率、气孔导度、蒸腾速率分别为4.15 μmol/(m2·s)、0.088 mol/(m2·s)、3.92 mmol/(m2·s)，分别比二倍体黄毛草莓高43.6%、29.4%、16.0%，与郑思乡等的研究结论[9-10]一致；夏季黄毛草莓叶片的Pn日变化呈“双峰”曲线，并出现光合“午休”现象；四倍体和二倍体黄毛草莓的Tr、Gs规律基本相似，而胞间CO2浓度(Ci)的日变化与Pn相反；中午出现“午休”现象时Ci和Gs同时升高，说明该现象的发生可能是由叶肉阻力、叶肉自身羧化酶活性发生变化等非气孔限制因素造成。

光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、表观量子效率(AQY)及暗呼吸速率(Rd)是植物光响应的重要指标，能够反映植物叶片对弱光和强光的适应能力，有助于判定植物光合作用能力、光合作用效率、光合机构的运转状况及植物受到环境变化的影响程度[11-14]。光饱和点与光补偿点分别代表植物可利用光合有效辐射的上限与下限，体现植物对强光和弱光的利用能力和对光照条件的要求[15]。本研究发现，随着光强的增加，四倍体和二倍体黄毛草莓的净光合速率均明显增大，四倍体黄毛草莓的LSP和LCP明显高于二倍体黄毛草莓，说明同种条件下四倍体黄毛草莓对光环境的适应性较二倍体黄毛草莓强，对光照的适应性也高于二倍体黄毛草莓。另外，四倍体黄毛草莓的Pn、Rd值较二倍体黄毛草莓高，光合产物多、呼吸消耗大，这可保证四倍体黄毛草莓叶片形态上叶型更大、叶色更深、叶片更厚，在生长过程中有更强的活力。

相对叶绿素含量(SPAD)高低直接影响叶片的光合能力，叶绿素含量和组成与光合速率有着密切的联系[16]，而SPAD值与叶片叶绿素含量呈正相关关系，能较好地反应植物叶片叶绿素变化，其值越高，越有利于植物捕获更多光能用于光合作用[17]。本研究发现，四倍体黄毛草莓的相对叶绿素含量远远大于二倍体黄毛草莓，且差异极显著，这说明四倍体黄毛草莓能够捕获更多的光能用于光合作用。

总之，同等条件下四倍体黄毛草莓的光饱和点、光补偿点、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率及相对叶绿素含量均大于二倍体黄毛草莓，四倍体黄毛草莓在栽培过程中对光环境的适应性更强，相应的水分需求更多，更适宜高湿栽培环境。

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