海島棉發(fā)育進程中葉綠素含量的變化規(guī)律

胡根海 張金寶 王清連等

摘要選用4個海島棉品種,研究了黃河流域種植條件下,海島棉整個發(fā)育進程中葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素a+b含量和葉綠素a/b值的變化規(guī)律。結果表明,在整個生育期,不同材料的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素a+b含量和葉綠素a/b值的變化規(guī)律相似,葉綠素a含量表現(xiàn)為現(xiàn)蕾期最高,現(xiàn)蕾至花鈴期下降,并達到最低,然后又上升;葉綠素b含量和葉綠素a+b含量表現(xiàn)為整個棉花生育期呈現(xiàn)單峰曲線,峰值出現(xiàn)在花鈴期;葉綠素a/b值的變化規(guī)律為6月18日至7月20日緩慢升高,然后下降,在8月6日花鈴期最低,然后升高。

關鍵詞海島棉;葉綠素含量;發(fā)育進程;變化規(guī)律

中圖分類號S562文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2010)01-0033-02

海島棉(Gossypium barbadense)是紡織工業(yè)紡高檔紗的重要資源,目前我國僅在南疆有少量種植,其產(chǎn)量遠遠不能滿足紡織工業(yè)需要,我國海島棉主要依賴進口。海島棉具有高抗病、生長旺盛、品質優(yōu)良等特性,但是產(chǎn)量較低。目前黃河流域棉區(qū)還未能推廣種植,但實驗田的海島棉卻表現(xiàn)高抗病蟲,植株高大、粗壯,葉大色綠。葉片是植物光合作用的主要器官,葉片中的葉綠體是光合作用最主要的細胞器[1],葉綠素含量是衡量光合作用強弱的重要因素[2,3]。植物葉綠素含量及葉綠素a/b值在一定程度上受環(huán)境條件的影響,同時還受遺傳控制。海島棉葉綠素含量的變化研究將有助于了解海島棉的光合作用機制,為解決海島棉低產(chǎn)和黃河流域的引種馴化提供依據(jù)。海島棉的葉綠素含量已有了一些研究[4-7],但整個發(fā)育進程中葉綠素含量變化未見報道。筆者對4個海島棉品種整個發(fā)育進程的葉綠素變化規(guī)律進行了研究,期望為黃河流域海島棉引種馴化和高產(chǎn)生理研究提供數(shù)據(jù)支撐。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗在河南科技學院棉花研究基地進行。供試材料為4個海島棉品種,分別為新海18、海島棉1號(本實驗室保存)、躍零1號和躍零2號(中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所品種資源室提供)。2009年5月20日進行大田播種,按照常規(guī)大田管理方式管理,在棉花6月18日(5片真葉苗期)、7月4日(現(xiàn)蕾期)、7月20日(始花期)、8月6日(花鈴期)和8月26日(吐絮期)取樣,樣品取自同期棉花相同部位的全展功能葉片。

1.2測定方法

葉綠素含量測定方法采用分光光度計法[8]。稱取剪碎的新鮮棉花葉片共3份,每份0.3g左右,放入試管中,然后向試管中加入10mL浸提液(按丙酮∶乙醇∶水=4.5∶4.5∶1.0),放入暗處提取24h以上,期間搖動數(shù)次,混合均勻直到葉片完全變?yōu)榘咨珵橹?即得到葉綠素的提取液。把提取出來的各樣品葉綠素放入分光光度計中,測出每個樣品分別在663、645nm 2個波段下的OD值,根據(jù)公式求出棉花的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a /b值和總的葉綠素含量。每個樣品重復3次,記下每次測得數(shù)據(jù),結果取3次重復的平均值。

葉綠素含量的計算公式如下:

Ca =12.7A663-2.69A645

Cb=22.9A645-4.68A663

葉綠素含量(mg/g)=(葉綠素的濃度×提取液體積×稀釋倍數(shù))/樣重

2結果與分析

2.1海島棉發(fā)育過程中葉綠素a含量的變化

由圖1可知,海島棉在整個發(fā)育進程中,不同品種葉綠素a含量表現(xiàn)相似的動態(tài),只是含量上有差異,但并未達顯著水平?？傮w變化趨勢是S型曲線,6月18日(苗期)較低,然后開始上升,在7月4日(現(xiàn)蕾初期)達到高峰,接著下降,在8月6日(花鈴期)最低,后期又升高。

2.2海島棉發(fā)育過程中葉綠素b含量的變化

由圖2可知,海島棉葉綠素b含量在整個發(fā)育進程中表現(xiàn)基本一致的變化趨勢, 6月18日(苗期)至7月20日(開花期)葉綠素b含量維持穩(wěn)定,沒有明顯的升降變化;7月20日后開始升高,8月6日(花鈴期)達到高峰,然后下降。品種躍零1號、新海18和海島棉1號在6月18日至7月20日含量非常接近,躍零2號前期低于其他品種;躍零2號、新海18在7月20日至8月6日上升比其他品種迅速,峰值更高,8月6日以后下降更快。

2.3海島棉發(fā)育過程中葉綠素a+b含量的變化

由圖3可知,海島棉葉綠素a+b含量在整個發(fā)育進程中表現(xiàn)基本一致的變化趨勢,6月18日(苗期)至7月20日(開花期)葉綠素a+b含量維持穩(wěn)定,沒有明顯的升降變化,7月20日后開始升高,8月6日(花鈴期)達到高峰,然后下降。品種躍零1號和海島棉1號近似,新海18從7月20日后上升更快,峰值更高,后期下降也快;躍零2號從6月18日至7月20日前期總含量低于其他3個品種。

2.4海島棉發(fā)育過程中葉綠素含量a/b值的變化

從圖4可以看出,在整個發(fā)育進程中,不同品種海島棉的葉綠素含量a/b值表現(xiàn)相似的動態(tài)變化曲線,從6月18日苗期緩慢升高到7月4日達到高峰,然后下降;在8月6日花鈴期最低,然后迅速升高,其中新海18上升得最高。

3結論與討論

葉綠體中的色素包括葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素,葉綠體色素在光合作用過程中不僅擔負著光能吸收與轉化的重要作用,而且在環(huán)境的變化過程中通過動態(tài)地調(diào)節(jié)葉綠體色素之間的比例關系,恰當?shù)胤峙浜秃纳⒐饽?保證光合系統(tǒng)的正常運轉。在正常條件下,葉綠體色素與蛋白質結合在一起,但光照、低溫、高溫等環(huán)境條件的改變可使葉綠體色素變得不穩(wěn)定。因而對其含量及其組成比例與逆境脅迫的關系有不少研究,多數(shù)人認為呈正相關關系,且光合強度與葉綠素含量a/b值關系密切[8,9]。同時,葉綠素的代謝是一個動態(tài)平衡過程,環(huán)境脅迫會打破這種平衡,造成葉綠素含量的變化。通過研究不同材料葉綠素的動態(tài)變化,表明不同材料整個發(fā)育進期中,葉綠素變化有規(guī)律可循,結合材料抗性、產(chǎn)量鑒定,可以通過不同材料葉綠素含量及比值的表現(xiàn)找到育種選擇的生理生化依據(jù)。

通過對4個海島棉品種的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b 含量和葉綠素a/b值分析,不同材料葉綠素a含量有差異;從育種的角度可以選擇整個發(fā)育過程中葉綠素a含量較高的材料,這樣的材料具有較強的光合作用能力,有利于高產(chǎn)[10-12]。葉綠素b表現(xiàn)8月6日花鈴期才出現(xiàn)高峰,如果把葉綠素b作為選擇標準,宜在8月6日前后的花鈴期選擇比較合適。比較葉綠素a、葉綠素b及葉綠素a+b含量的變化曲線,可以看出葉綠素b含量、葉綠素a+b含量變化曲線一致,而與葉綠素a含量有較大差別,可能暗示海島棉葉片中葉綠素b含量占有較大的比例份額,這也許可以解釋海島棉葉片顏色普遍暗綠的原因。較高的葉綠素b含量有利于吸收較多的藍紫光,充分利用折射光,形成較多的有機物,說明海島棉有高產(chǎn)的潛力。從葉綠素a/b值的變化看,6月18日至7月20日大部分材料沒有顯著的升高變化,但總體趨勢還是升高,說明海島棉隨著外界日照的加強葉綠素a合成速度增加的不顯著,導致其含量并未增加較多。8月6~26日葉綠素a/b值的快速升高是由于,一方面葉綠素a合成增加,另一方面葉綠素b發(fā)生降解,這比較難理解,其機理有待進一步研究。

結合海島棉低產(chǎn)的實際,認為海島棉產(chǎn)量較低的原因可能與后期葉綠素b降解有關,還可能與海島棉葉大鈴小、庫源結構不合理有關。建議海島棉新品種選育中注意吐絮期葉綠素b含量,選擇鈴型較大的材料。

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