不同品种两性花毛葡萄光合性能的研究

(广西壮族自治区农业科学院生物技术研究所， 南宁 530007)

野生毛葡萄(Vitisquinquangularis)原产于中国，是中国葡萄属东亚种群中分布最为广泛的野生种[1]，主要分布于桂西北地区[2-3]。毛葡萄具有酸高、糖低、色素浓、香味独特等特性，是广西本土传统的酿酒原料[2-4]；此外，葡萄籽和葡萄皮中提取的葡萄籽油、白藜芦醇、过氧化物酶等物质可应用于医疗、美容、保健和食品工业等，具有很高的利用价值和潜力[5-8]。近年毛葡萄酒产业的发展使得加工原料需求量不断上升，毛葡萄种植业因此在广西逐渐发展起来。目前广西酿酒毛葡萄主栽品种为野酿2号，栽培品种较为单一，影响产业进一步发展。

广西野生毛葡萄资源丰富，蕴藏量大，20世纪50年代就开始利用野生浆果酿造葡萄酒[9]，自20世纪90年代以来，随着人们对毛葡萄认识的提高，有关毛葡萄的繁育、栽培及生理生态的研究越来越受到重视[2]。但广西当前毛葡萄主栽品种只有野酿2号，品种单一，结构不合理，不能满足生产和市场的需求，急需引进适合广西的新品种或者选育新的毛葡萄品种。研究毛葡萄环境适应性和光合特性，为新品种的选育和配套栽培技术研发提供科技支撑的需求迫切。目前对两性花毛葡萄光合特性的研究报道较少，仅见对部分地区引种的单性花毛葡萄和鲜食葡萄光合特性的研究报道[10-13]。为此，选取了广西自主选育的我国第1个两性花毛葡萄品种野酿2号、待审定品系两性花毛葡萄Y 137以及从云南引种的两性花毛葡萄YN 共3个两性花毛葡萄品种(系)，对其叶片形态、叶片氮素含量、叶绿素相对含量以及叶绿素荧光参数、光合特征参数进行了测定与比较分析，旨在深入了解不同品种(系)毛葡萄对广西生态环境的适应状况及光合性能，为两性花毛葡萄杂交育种选育新品种及引种栽培提供科学参考。

1 材料与方法

1.1试验材料

2015年采集野酿2号、两性花毛葡萄新株系Y 137(野酿2号的芽变株系，待审定品系)、云南两性花毛葡萄株系YN(由云南引进，未审定品系)3个品种(系)枝条，经组织培养扩繁获得组培苗，并培育成营养杯苗，于2016年4月一同定植于南宁市西乡塘区金陵镇试验基地。试验基地地势较平坦，土壤类型为黏性红壤，土层深厚，土壤pH为4.5～6.5，有机质含量2.82%，排灌条件好，植株采用棚架式栽培，田间管理水平佳，植株生长正常。

1.2试验方法

2018年6月分别选取并标定3年生的长势较一致的3个品种(系)植株长势良好的成熟枝条，标定3个枝条及枝条上第6、7、8节位上的叶片，进行相关数据的采集。试验设3个重复。

1.2.1叶片形态指标的测定

参照孔庆山[14]的方法并略为改动，调查性状的取样量及取样。参照王峰[15]等的方法获得叶片面积(LA)及叶形指数(LI)。

LA=叶长×叶宽×0.7；

LI=叶长/叶宽。

1.2.2叶片相对叶绿素含量及氮素含量的测定

利用植物营养测定仪(YF-ZW)测定叶片的叶绿素相对含量(SPAD值)、氮素含量、含水量及叶表温度。

1.2.3叶片叶绿素荧光参数及光合参数的测定

光合参数及叶片叶绿素荧光参数用美国LI-COR公司生产的LI-6400 XT便携式光合系统测定，于2018年5月选取3个晴天进行，重复3次。

光合参数测定时间为09：00—11：00时，测定过程中保持叶片的环境因子适宜且相对稳定，测定净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)。叶片瞬时水分利用效率(WUE)，WUE=Pn/Tr[16]。

叶片暗适应30 min后测暗适应下的荧光参数。用检测光测量初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)，PS Ⅱ最大光化学效率Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm。以生长环境光强为作用光，测定叶片实际生长光强下的稳态荧光值(Fs)、光下最小荧光值(Fo′)、光下最大荧光(Fm′)、光下激发能捕获效率=Fv′/Fm′、光化学猝灭系数qP=(Fm′-Fs)/(Fm′-Fo′)、光合电子传递效率(ETR)、非光化学猝灭系数NPQ=(Fm-Fm′)/Fm′。

1.3数据处理与统计分析

采用SPSS 19.0软件对数据进行单因素方差分析，并用Duncan法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1不同品种(系)叶片形态特征、叶绿素含量及氮素含量的比较

由表1可知，3个不同品种(系)两性花毛葡萄的叶长、叶宽、叶厚及叶形指数间均不存在显著性差异，但叶面积存在显著差异，Y 137的叶面积显著高于野酿2号及YN，说明Y 137叶片的光合面积大于其他2个品种(系)。

由表2可知，3个不同品种(系)两性花毛葡萄叶片含水量及叶表温度之间无显著差异，说明在适应当地高温能力方面，3个品种(系)的适应性差异不大。3个品种(系)叶片SPAD值及氮素含量之间存在差异，YN的SPAD及氮素含量显著高于野酿2号，但YN和Y 137之间、Y 137与野酿2号之间的SPAD及氮素含量无显著差异，说明YN的相对叶绿素含量最高、氮素同化力最强。

表1 不同品种(系)两性花毛葡萄叶片形态指标

品种(系)叶长/cm叶宽/cm叶厚/mm叶片面积/cm2叶形指数野酿2号12.71±0.61aA12.44±0.76aA0.17±0.01aA110.91±11.44aA1.02±0.03aAY13715.07±1.33aA13.93±0.27aA0.20±0.02aA146.92±12.67bA1.08±0.10aAYN13.27±0.40aA11.90±1.16aA0.17±0.03aA110.52±11.41aA1.12±0.11aA

注：a、b、c及A、B、C分别表示p<0.05和p<0.01水平上显著差异。下同。

表2 不同品种(系)两性花毛葡萄叶片叶绿素相对含量及氮素含量比较

品种(系)SPAD氮素含量/(mg·g-1)H2O含量/(×10-3g·cm-2)叶表温度/℃野酿2号38.27±2.23aA12.25±0.78aA0.46±0.08aA24.43±0.56aAY13740.89±1.23abA13.18±0.34abA0.42±0.07aA24.82±0.17aAYN44.41±1.75bA13.96±0.54bA0.40±0.02aA24.51±0.32aA

表3 不同品种(系)两性花毛葡萄光合参数比较

品种(系)Pn/[μmol ·(m2·s)-1]Gs/[mol·(m2·s)-1]Tr/[mmol·(m2·s)-1]Ci/(μmol·mol-1)WUE/[ μmol·(m2·s)-1]野酿2号10.95±0.11bB0.219±0.014cC6.61±0.28cC294.09±4.51bA1.66±0.09bBY1378.17±0.20aA0.189±0.002bB4.71±0.03bB311.40±2.63cB1.73±0.04bBYN7.96±0.32aA0.133±0.005aA3.75±0.01aA284.61±2.20aA2.12±0.08aA

表4 光反应下不同品种(系)两性花毛葡萄叶绿素荧光参数

品种(系)Fo′Fm′FsFv′/Fm′qPETRNPQEQY野酿2号165.27±2.37cB319.5±10.51cC207.05±7.46cC0.48±0.01bB0.73±0.22cB154.07±1.06bB1.85±0.06aA0.352±0.002bBY137143.87±1.45bA285.41±4.89bB192.19±1.91bB0.50±0.01bB0.66±0.17bB143.00±6.43bB2.14±0.08bB0.326±0.015bBYN138.17±3.51aA218.83±2.19aA177.22±3.52aA0.37±0.02aA0.51±0.03aA83.23±10.05aA3.06±0.10cC0.190±0.023aA

2.2不同品种(系)光合特点比较

由表3可知，野酿2号的净光合速率(Pn)极显著高于Y 137和YN，Y 137和YN之间无显著差异，说明野酿2号光合能力较强，在光合能力方面具有一定的品种优势。

3个不同品种(系)气孔导度(Gs)的差异达极显著水平，YN极显著低于Y 137，而Y 137又极显著低于野酿2号；YN的胞间二氧化碳浓度(Ci)显著低于野酿2号但达不到极显著水平，并且YN和野酿2号的Ci值均极显著低于Y 137。YN的蒸腾速率(Tr)极显著低于Y 137，而Y 137又极显著低于YN；YN水分利用效率(WUE)极显著高于另外2个品种。YN的Gs值及Ci值较小、WUE值较大，说明YN在物质的利用转化及抗性方面具有一定的优势。

2.3不同品种(系)叶绿素荧光特点比较

由表4、表5可知，光反应条件下，3个不同品种(系)的两性花毛葡萄中，野酿2号的Fo′、Fm′和Fs值均大于其他2个品系，野酿2号和Y 137的Fv′/Fm′间无显著差异，但两者均极显著高于YN。野酿2号的光化学猝灭系数(qP)、电子传递的量子产额(EQY)以及光合电子传递速率(ETR)较Y 137和YN高，而非光化学猝灭系数(NPQ)较Y 137和YN小，说明野酿2号光合电子传递能力较强,转能效率和量子效率较高，光能利用效率高，并且非辐射能的耗散程度低，能形成更多的光合产物，与光合特性结果相一致。暗反映条件下，3个不同品种(系)的两性花毛葡萄的Fo、Fm、Fv/Fm和Fv间均不存在显著差异，说明在暗反应条件下，3个品种(系)间PSⅡ反应中心的能量捕获效率基本一致，荧光反应存在差异主要是由光反应下各参数的不同引起的。

表5 暗反应下不同品种(系)两性花毛葡萄叶绿素荧光参数

品种(系)FoFmFv/FmFv野酿2号174.38±7.97aA910.08±15.97aA0.808±0.012aA735.70±20.49aAY137173.13±7.97aA894.50±12.22aA0.806±0.011aA721.37±20.03aAYN170.23±7.81aA888.79±13.46aA0.808±0.011aA718.56±20.91aA

3 结论与讨论

3.1了解植物的光合特性，有利于了解植物对光能的利用效率及对生态环境的适应性[17-18]，叶片是植物进行光合作用的主要器官，叶面积的大小在一定程度上表明了植物进行光合作用能力的大小[19]。已有研究表明，牧草[20]、小麦[19]、油蒿[21]等作物的光合能力受叶片面积影响很大，叶片面积越大，光合作用越强，叶片叶绿素含量直接决定叶片光合能力的强弱[22]；植株叶片SPAD值与叶绿素含量呈显著的正相关性，随着SPAD值的增加，叶绿素含量呈上升趋势，叶片光合能力增强[23]。氮素是叶绿素的主要成分，能促进植物叶片叶绿素的合成，延缓叶绿素的降解，增强光合作用[24]；谢华等研究表明，作物叶片含氮量与叶绿素含量有着较强的指数函数关系[25]；在一定条件下，作物叶片含氮量高，其叶绿素含量也高，有利于光合作用的进行，缺氮会影响叶绿素的合成，最终导致产量降低[26]；小麦叶片的CO2固定只与叶片含氮量有关，叶片含氮量增加，CO2同化速率增加[27]；在适宜的范围内，喜树的光合速率随氮素水平提高而提高[28]。本研究中，Y 137的叶面积最大，说明其叶片光合面积大于其他2个品种(系)，而YN的相对叶绿素含量及氮素含量最高，单从叶面积、叶绿素含量及氮素含量上来看，这2个品系的两性花毛葡萄光合能力强于野酿2号。

3.2Pn是表示光合作用强弱的一个重要指标，光合作用强则干物质积累能力强，光合能力强的品种其干物质产量一般较高[29]。气孔是植物水分向外蒸腾、空气中CO2进入细胞的器官，Gs减少，从而使进入叶片的CO2减少，Ci下降，Tr受到一定程度制约，致使Pn下降[30]。研究表明，葡萄[31]、梨[32]、樱桃[33]等[34-36]作物Gs、Ci减小，Tr下降，叶片净光合速率明显降低。本研究中，野酿2号的Ci值虽然较小，但其Pn、Gs及Tr值均极显著高于其他2个品种，说明野酿2号的光合能力最强。

3.3叶绿素荧光动力在光合作用光系统中对光能的吸收、传递、耗散等方面产生作用[37]，可用于测定光系统的潜在活性、PSⅡ原初光能转化效率和PSⅡ实际光化学效率[38]；通过研究植物体内叶绿素荧光特性，可以探测植物光合生理状况及各种外界因子对其的细微影响[39]。研究表明，玉米幼苗叶片的色素含量与各种色素的比例、叶片荧光特性及能量转换有着显著影响[40]。光化学淬灭系数(qP)反映了PSⅡ反应中心的开放程度和原初电子受体的还原状态，电子传递的量子产额(EQY)反应可充分利用所捕获光的能力，光合电子传递速率(ETR)反应转能效率和量子效率，qP、EQY和ETR越高，光合速率越大。非光化学淬灭系数(NPQ)反映了耗散PSⅡ反应中心天线色素吸收过量光能的能力，NPQ愈大，电子传递活性减小，净光合速率降低[41]；肖文娜等研究表明，不同油菜品种的EQY、ETR、qP和NPQ存在较大差异，光能转化利用中占有优势的品种其ETR、EQY、qP值较高，NPQ较低[42]；肖华贵等[43]对甘蓝型油菜黄化突变体的光合特性及叶绿素荧光参数研究中也得到相同的结果。本研究中，野酿2号的qP、EQY、ETR最高，而NPQ最小，说明野酿2号PS Ⅱ反应中心原初电子受体QA库较大，促进了光合电子传递能力的提高，并可充分利用所捕获光能，具有高的转能效率和量子效率，能将PS Ⅱ、PS Ⅰ受激发产生的高能电子经过电子传递链进行高效传递，而非辐射能的耗散程度低，有助于把所捕获的光能较充分地用于光合作用暗反应，促进光合作用快速运行，光能利用效率高，这与本研究中光合参数结果相一致，与前人的研究结果也相一致。同时，暗反映条件下，3个不同品种(系)两性花毛葡萄的Fo、Fm、Fv/Fm和Fv间均不存在显著差异，说明在暗反应条件下，3个品种(系)间的PS Ⅱ反应中心全部开放或完全关闭时，叶绿素(Chl)荧光发射强度以及开放的PS Ⅱ反应中心的能量捕获效率基本一致，荧光反应存在差异可能主要是由光反应下各参数的不同引起的。

此外，研究中还发现，YN的水分利用效率(WUE)显著高于其他2个品种(系)。WUE能准确反映植物叶片的瞬时或短暂反应行为，是一个较为稳定的衡量碳固定和水分消耗比例的指标[16]，通过测定WUE能够选择出低耗水、生产效率高、抗性强的植物新品种[44]。YN的Gs值及Ci值较小、WUE值较大，说明YN在物质的利用转化及抗性方面具有一定的优势。

3.4野酿2号是广西本土选育的中国首个两性花毛葡萄品种，是广西目前的主栽品种[45-46]；Y 137是野酿2号的芽变株系，果实糖含量较野酿2号高，成熟期比野酿2号提早7～10 d[47]；YN是云南的一个两性花毛葡萄株系，其生育期较野酿2号和Y 137短[48-49]。栽培过程中也发现，YN比Y 137生育期短10～20 d，3个品种(系)各具生产和研究的价值和潜力。本研究发现，3个品种(系)都能较好的适应广西当地的生态环境，但三者的光合效率、物质的利用转化及抗性方面各具优势，在生产及研究过程中，可根据不同光合特点研究相应的栽培技术，根据不同的育种目标选择合适的品种(系)作为父母本进行杂交育种研究。