甘藍(lán)型油菜紫葉性狀光合作用特性研究

李淑娟 湯銀華 劉建鴻 肖麗思 朱 浩 李海渤

（韶關(guān)學(xué)院英東農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，廣東韶關(guān) 512005）

花色苷是植物次生代謝產(chǎn)生的一種存在于液泡中的水溶性色素，植物葉片所表現(xiàn)出的紫色或紅色性狀正是由于這一物質(zhì)在植物葉片中的積聚。葉片作為植物光合作用重要的場所，對植物的光合速率具有重要的影響。葉片中的花色苷可以吸收過量的光量子，如果葉片中缺少花色苷，過量的光量子將被葉綠素b所吸收[1]。所以，紫葉性狀可能對植物的光合作用產(chǎn)生一定的影響，從而影響紫葉性狀育種材料的利用。

甘藍(lán)型油菜品系6-1029是華中農(nóng)業(yè)大學(xué)傅廷棟院士發(fā)現(xiàn)的一種天然紫葉突變體，經(jīng)過多年的品系純化及遺傳規(guī)律的驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，這種天然紫葉突變體受一對不完全顯性基因的控制，同時確定造成該紫葉性狀的原因在于花色苷的富集[2]。在此基礎(chǔ)上，以6-1029為紫葉性狀的供體，以綠葉甘藍(lán)型油菜6-1025為輪回親本，經(jīng)過多代的回交后自交構(gòu)建了紫葉性狀的近等基因系（NIL）群體，其系譜關(guān)系為[(6-1029×6-1025)×6-1025]BC11F2，該群體的表現(xiàn)型為紫葉、淺紫葉、綠葉3種葉色。為研究甘藍(lán)型油菜6-1029紫葉性狀對光合作用的影響，本研究以[(6-1029×6-1025)×6-1025]BC11F2為研究對象，分析不同葉色單株光合作用特性的差異，從而為甘藍(lán)型油菜紫葉性狀的利用提供理論參考。

1 研究材料

6-1029，甘藍(lán)型油菜紫葉突變體純系親本；6-1025，甘藍(lán)型油菜綠葉純系親本；NIL群體，[(6-1029×6-1025)×6-1025]BC11F2。

2 研究方法

2.1 單株及葉片選擇 首先，在植株5葉期挑選近等基因系中生長狀況良好、長勢一致的綠葉、淺紫葉、紫葉單株，每種葉色的植株各選取3株參與試驗(yàn)。其次，選取生長發(fā)育良好，基本不存在病蟲害和損傷，葉齡、葉位、葉片取向近乎一致的第2片真葉進(jìn)行光合作用參數(shù)測定。

選好試驗(yàn)材料后，用LI-6400便攜式光合作用儀（LI-COR Inc 美國）進(jìn)行測定，試驗(yàn)過程中盡量保持葉片自然生長狀態(tài)，盡量避免葉片及植株的損傷。

2.2 光合響應(yīng)曲線的測定 溫度設(shè)為環(huán)境溫度；采用紅、藍(lán)人工光源（LI6400-02B LED），設(shè)置光合有效輻射強(qiáng)度梯度，自高到低為 2 000、1 800、1 500、1 000、800、600、400、200、150、100、20 μmol/（m2·s）和 0 μmol/（m2·s）；利用 CO2鋼瓶控制葉室 CO2濃度在 400 μmol/mol；氣壓設(shè)定為 101 kPa；流速設(shè)定為500 μmol/s。測定數(shù)據(jù)為凈光合速率、胞間CO2濃度、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和光合有效輻射等與光合作用特性有關(guān)的參數(shù)。

2.3 數(shù)據(jù)處理及分析

2.3.1 繪制光合作用特性曲線 光響應(yīng)曲線的繪制以光合有效輻射強(qiáng)度（PAR）為橫坐標(biāo)，凈光合速率（Pn）為縱坐標(biāo)；CO2響應(yīng)曲線的繪制以CO2濃度（Ci）為橫坐標(biāo)，凈光合速率（Pn）為縱坐標(biāo)。

2.3.2 計(jì)算光合作用特征參數(shù) 依據(jù)非直角雙曲線模型[3-4]，先通過光響應(yīng)曲線測定數(shù)據(jù)Pn及PAR，再運(yùn)用Photosynthesis WorkBench 程序可計(jì)算得出光飽和點(diǎn) [(Light saturation point，Lsp，μmol/（m2s）]、光補(bǔ)償點(diǎn) [(Light compensation point，Lcp，μmol/（m2s-1）]、最大光量子速率（Pnmax）、光量子效率（AQE）、暗呼吸速率（Rd）、最大光合速率（Amax）等；根據(jù)CO2響應(yīng)曲線測定數(shù)據(jù)Pn及CO2濃度計(jì)算得出最大電子傳遞速率、CO2補(bǔ)償點(diǎn)、光呼吸速率、最大羧化速率等數(shù)據(jù)。

非直角雙曲線模型為：

其中，Pn（I）代表凈光合速率；α代表表觀量子效率；I代表光照強(qiáng)度；Pmax代表最大凈光合速率；θ代表曲角，表示光響應(yīng)曲線彎曲程度，0＜θ≤1；Rd代表暗呼吸速率。

在擬合的光響應(yīng)曲線中,Pn=0時的Q值為光補(bǔ)償點(diǎn)Lcp；Pn=Pmax時的Q值為光飽和點(diǎn)Lsp[5]。

測得數(shù)據(jù)與結(jié)果用SPSS V22進(jìn)行分析與比較。

3 結(jié)果與分析

光響應(yīng)曲線表示了隨著光輻射強(qiáng)度的變化植物凈光合率隨之產(chǎn)生相應(yīng)變化的規(guī)律，對于分析該近等基因系群體中各植株的生理狀態(tài)具有重要意義。在該研究中測定光響應(yīng)曲線可以通過計(jì)算得到光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)、最大凈光合速率、表觀量子效率和暗呼吸速率等，對于反映植物光合作用特性具有重要意義的參數(shù)[6]。

圖1 光響應(yīng)曲線

圖2 光合作用參數(shù)分析

圖1為近等基因系中3種葉色單株的光響應(yīng)曲線。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，光響應(yīng)曲線可分為3個階段，第一階段是0＜PAR≤300 μmol/（m2·s）的時候，三者的凈光合速率隨著PAR的升高而呈現(xiàn)出近似直線的趨勢并迅速增加；第二階段是300 μmol/（m2·s） ＜ PAR ≤ 1 000 μmol/（m2·s）， 隨著PAR的升高，Pn增加趨勢逐漸減緩；第三階段是PAR＞1 000 μmol/（m2·s）的時候，三者植株葉片的凈光合速率在光飽和點(diǎn)時均達(dá)到最大；當(dāng)PAR超過光飽和點(diǎn)后，凈光合速率不再隨著PAR的升高而增加，此時光響應(yīng)曲線呈現(xiàn)出近似水平直線的圖像，同時3種葉色單株均沒有表現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。在三者的光響應(yīng)曲線的對比中（見圖1d）可以發(fā)現(xiàn)，3種葉色單株在PAR＜50 mol/（m2·s）的時候植株葉片的凈光合速率都呈現(xiàn)為負(fù)值，同時在PAR＜250 mol/（m2·s）時凈光合速率近乎相等。此外，在近等基因系的3種葉色單株中，淺紫葉和綠葉單株的光響應(yīng)曲線最為相近，達(dá)到近似吻合的程度；在有效光輻射強(qiáng)度相同的條件下，較之另外2種葉色單株，紫葉單株的凈光合速率明顯較高。

本研究運(yùn)用Photosynthesis WorkBench程序，利用LI-6400系統(tǒng)測得的3種葉色單株的凈光合速率（Pn）和有效光輻射強(qiáng)度（PAR），通過計(jì)算可以獲得各單株的光合作用特性相關(guān)參數(shù)，利用這些參數(shù)數(shù)據(jù)作圖（見圖2）。

采用方差分析之后結(jié)果顯示，3種葉色單株之間的光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)、表觀量子效率和最大光合速率等具有一定的差異但并不顯著，這一結(jié)果說明了在近等基因系中紫葉單株的上述參數(shù)與綠葉單株、淺紫葉單株在本質(zhì)上并沒有差別。

4 討論

從本研究可以看出，甘藍(lán)型油菜紫葉-綠葉近等基因系中單株光合作用效率與紫葉深淺呈正相關(guān)，即紫葉單株的光合作用效率高于淺紫葉單株高于綠葉單株，高于綠葉單株，雖然各個葉色之間光合作用差異沒有達(dá)到顯著水平，但說明甘藍(lán)型油菜中的紫葉性狀不會對光合作用造成負(fù)面影響，因而可以進(jìn)行優(yōu)秀的形態(tài)學(xué)標(biāo)記應(yīng)用于甘藍(lán)型油菜的雜種優(yōu)勢研究中。