6个澳洲坚果品种光合特性差异分析①

王文林 陈海生 郑树芳 谭秋锦 覃振师 黄锡云 汤秀华

(广西南亚热带农业科学研究所 广西龙州532400)

澳洲坚果（Macadamiaintegrifolia&Macadamia tetraphylla）属山龙眼科（Proteaceae），澳洲坚果属（Macadamia F.Muell）长绿乔木果树［1］，原产澳大利亚昆士兰州东南部沿海地带和新南威尔士州北部、南纬25～31°的沿海亚热带雨林。其果仁含丰富的不饱和脂肪酸［2］，蛋白质和碳水化合物，并富含钙、磷、铁、维生素B1、B2、核黄素、烟酸及10种人体不能合成而必须由食物供给的氨基酸等［3］，具有很高的营养保健价值。我国澳洲坚果的主产地在云南［4］和广西［5］2省，此外，广东、海南、福建、四川［6］、贵州等省区均有少量种植。我国澳洲坚果产业发展历经了引种［7］、鉴定［8-9］、优良品种的大力推广［10-11］和自主选育过程。广东、云南和广西分别选育了‘南亚1号’［12］、‘昌宁1号’［13］和‘桂热1号’［5］等品种。澳洲坚果的选育涉及到适应性驯化［14］、杂交技术［15-16］、果实发育特性和落果率等重要性状机制研究［17-18］。目前，澳洲坚果产业存在的主要问题是缺乏高产优质、适宜我国种植的新品种。因此，采用植物生理学方法筛选鉴定优质种质资源是解决这一问题的有效途径。光合特性分析技术因为其无损、快速和准确的特点被广泛应用于高产品种的选育［19］、逆境响应［20］、栽培措施［21-22］和品质分析［23］中。光合作用作为碳水化合物合成的唯一来源［24］，与澳洲坚果产量密切相关。前人对澳洲坚果叶绿素荧光动力学参数和净光合速率进行研究，发现影响光合作用的主导环境因子为光照强度和湿度［25］。磷胁迫对澳洲坚果幼苗叶片光合特性和荧光参数的影响研究表明，6个澳洲坚果品种耐低磷能力存在显著差异［26］。笔者前期证明干旱导致‘桂热1号’光合活性下降［27］。为了进一步了解这些优良品种的特性，加速高产优质澳洲坚果的选育速度，本研究通过对6个澳洲坚果品种光合特性进行差异分析，筛选产量相关诊断指标，对合理选择与生产区域环境条件相适应的优良品种及科学选育种提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地为广西南亚热带农业科学研究所澳洲坚果种质圃 （E 106°79′84″，N 22°14′34″）。选取2个澳大利亚品种［Own Choice（缩写为OC）、Hinde（H2）］和4个夏威夷品种［Pahala（788）、Kau（344）、Keauhou（246）、Beaumont（695）］7年生、长势一致的澳洲坚果品种袋装嫁接苗为试验材料，选用H2作为统一砧木。在生长期内进行浇水、施肥、喷肥等常规管理。

1.2 方法

1.2.1 项目测定

选择晴天上午8：00～11：00进行测量，采用开放式气路，根据当时环境条件设定参数，大气CO2含 量 （Ca） 为 300 µL/L， 光 强 （PFD） 为 240μmol/（m2·s），叶室温度为30℃，每个品种重复6次。用丙酮法提取测定叶绿素含量；分光光度法测定叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量［27］；Li 6400便携式光合作用系统（LI-COR Inc．USA）测定叶片的品种间净光合速率（Pn）、水分利用率（WUE）、胞间CO2浓度 （Ci）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和气孔阻止值（SLR）［28］。

选择晴天上午7：00～11：00。用PAM 2500型荧光仪测定叶片的荧光诱导动力学参数［28］，包括PSⅡ的潜在活性（Fv/Fo）、暗适应下PSII的最大光化学效（Fv/Fm）、事实光化学效率（ΦPSⅡ）、光合电子传递速率（ETR）、光化学荧光猝灭系数（qP）和非光化学荧光猝灭系数（qN），每个品种重复6次。

1.2.2 统计分析

采用SAS 9.0程序分析，差异显著性使用Duncan多重比较。

2 结果与分析

2.1 6个澳洲坚果品种叶绿素含量差异分析

从表1可看出，6个澳洲坚果品种叶绿素总含量存在极显著性差异，含量最高的是OC，含量最低的是695，二者相差2.39 mg/g。其中，叶绿素a（Chl a）和叶绿素b（Chl b）均存在显著性差异，含量均以OC含量最高，695含量最低。不同澳洲坚果品种叶绿素比值a/b显著性差异不大，比值以OC最大，为2.72；H2最小，为2.11。

表1 6个澳洲坚果品种叶片叶绿素含量

2.2 6个澳洲坚果品种光合特性比较

从表2可以看出，6个澳洲坚果品种光合活性有极显著差异。叶片的净光合速Pn以OC为最高，为 7.58 μmol/（m2·s）， 比 695、 246 分 别 高 出71.5%、54.1%，其余基因型Pn处于中间水平。蒸腾速率 Tr以 788最高，为0.81 μmol/（m2·s），H2、788、OC和246之间的Tr差异显著性较小，与695和344存在极显著性差异。6个澳洲坚果品种间水分利用率WUE差异显著，最高的是695，平均为13 μmol/mol；最低的是788，平均为6.98 μmol/mol。6个品种间气孔导度Gs差异极显著，最高的是OC，平均为93.41 μmol/mol；最低的是344，为60.43 μmol/mol。胞间CO2浓度Ci存在显著差异以695最高，达到 231.8 μL/L，344 最低，为 155.5μL/L。气孔阻止值SLR与Ci呈负相关，695最低，为0.227 3，344最高，为0.481 7。

表2 6个澳洲坚果品种光合特性比较

2.3 6个澳洲坚果品种叶绿素荧光动力学参数差异分析

由表3可以看出，6个澳洲坚果品种PSⅡ的潜在活性（Fv/Fo）存在极显著差异、788最高，暗适应下PSII的最大光化学效率（Fv/Fm）没有差异。事实光化学效率（ΦPSⅡ）和光合电子传递速率（ETR）有着相似的差异规律、788、OC和344最高。光化学荧光猝灭系数（qP）差异显著，788和246最高。非光化学荧光猝灭系数（qN）差异不大，695最低。

表3 6个澳洲坚果叶绿素荧光动力学参数

2.4 6个澳洲坚果品种叶片光合参数相关分析

为了进一步明确6个澳洲坚果品种叶片光合参数之间的关系，在品种评价过程中作为诊断指标，对测定的指标进行了相关分析。从表4可以看出，叶绿素a含量与叶绿素b含量，净光合速率Pn、气孔阻止值SLR、可变荧光Fv，实际光化学效率ΦPSII，电子传递速率ETR和总叶绿素含量高度正相关，相关系数分别为0.996、0.912、0.896、0.878、0.925、0.958和0.997。叶绿素a含量与胞间CO2浓度Ci显著负相关，相关系数-0.897。胞间CO2浓度Ci与气孔阻止值成反比。

3 讨论与结论

3.1 讨论

叶绿素直接参与光合作用中光能的吸收、传递、分配和转化等过程。叶绿素含量的不同必然会引起不同基因型澳洲坚果间光合作用的差异，叶片叶绿素含量高，更有利于捕获更多的光能为光合作用所利用。叶绿素a有利于吸收长波光，叶绿素b有利于吸收短波光。当叶绿素a／b比值减少时，增加植物对蓝紫光的吸收，从而提高其光能利用率［29］。因此，选择叶绿素a/b值较低的基因型，更有利于提高叶片光合活性，为合理安排间种打下良好基础［30］。叶绿素荧光动力学参数反应植物PSII光能利用和传递的能力。本研究表明，788、OC、344有较高的Fv值，说明它们PSⅡ的反应中心活性相对较高，具有较高的电子传递效率。Fv/Fo代表光系统PSⅡ的潜在光化学活性，与有活性的反应中心的数量成正比关系。788、OC的Fv/Fo值明显高于其它基因型，说明788、OC具有较高的PSⅡ潜在光化学活性，有活性的反应中心的数量较多。Fv/Fm表示暗适应PSⅡ最大光化学量子效率，其值越小，说明电子传递活性越小。从表3可以看出，6个澳洲坚果品种Fv/Fm比值差异不显著，表明不同澳洲坚果品种叶片对受光抑制反应程度近似。在外界条件适宜时，不同澳洲坚果品种光合电子由PSⅡ反应中心向原初电子受体QA、QB和质体醌PQ库传递效率相近。事实光化学ΦPSⅡ，反映了PSⅡ反应中心部分关闭情况下的实际原初光能捕获效率，是将捕获的光能转化为生物化学的能力度量。788、OC、344电子传递的量子产额ΦPSⅡ值与695、246、H2存在显著性差异，说明788、OC和344基因型澳洲坚果可充分利用所捕获的光能，具有较高的PSⅡ原初光能转化效率和量子效率。光合电子传递效率ETR，是光合系统吸收光能发生电荷分离产生电子并沿电子传递链向下传递的速率，反映实际光强条件下的表观电子传递效率。不同澳洲坚果品种间的ETR，以788、OC、344为高，与695、246、H2存在显著性差异。qP反映PSⅡ反应中心开放部分的比例，qP值越高，其PSⅡ反应中心开放部分的比例就越高，有利于降低不能进行稳定电荷分离，不能参与光合电子线性传递的PSⅡ反应中心关闭部分的比例，使天线色素所捕获的光能以更高比例用于推动光合电子传递，从而提高电子传递能力。788、OC、246、344的qP值均极显著高于H2、695，说明788、OC、246、344PSⅡ反应中心开放部分的比例高，具有较高的光合电子传递速率。qN表示PSⅡ天线色素吸收的光能不能用于光合电子传递而以热的形式耗散的部分，6个品种之间差异不显著，说明澳洲坚果品种没有受到明显的光抑制，光合效率高。

表4 6 个澳洲坚果品种叶片光合特征参数的相关性分析

光合能力反映了PSII传递的电子在细胞内固定CO2形成碳水化合物的能力。OC的Pn值最高，这与其有较高的气孔导度Gs，蒸腾速率Tr和较低的胞间CO2有关。表明OC品种细胞能高效的将CO2固定为碳水化合物。相反，695因为光合效率低，导致胞间CO2浓度高。可以确定，澳洲坚果OC光合效率最高，主要是其具有最高的叶绿素含量，Pn值和事实光化学效率。695光合效率最低，因为其叶绿素含量最低，导致Pn和事实光化学效率最低。相关分析筛选出叶绿素a含量和实际光化学效率ΦPSII作为便捷快速的产量筛选指标（表4），将有助于澳洲坚果品种的选育。

3.2 结论

澳洲坚果品种OC光合效率最高。澳洲坚果光合特性可有助于筛选高产品种，叶绿素a含量和实际光化学效率ΦPSII可作为澳洲坚果产量评价指标。