班克木幼苗的光合色素及葉綠素熒光特性

杜鵬珍，廖紹波，孫 冰，陳 勇，羅水興，陳 雷，黃應鋒

（中國林業(yè)科學研究院 熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州 510520）

班克木幼苗的光合色素及葉綠素熒光特性

杜鵬珍，廖紹波，孫 冰，陳 勇，羅水興，陳 雷，黃應鋒

（中國林業(yè)科學研究院 熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州 510520）

以4個種17個種源班克木的幼苗為材料進行試驗，研究其光合色素含量、葉綠素熒光參數和光響應特征。結果表明：香花班克木的葉綠素a (Chl a) 和類胡蘿卜素 (Car) 含量以及葉綠素a與b的比值 (Chla/Chlb) 最大，其葉綠素與類胡蘿卜素的比值 (Chl/Car)最小，其種源38505的光合色素含量最高；強力班克木和香花班克木PSII的潛在活性 (Fv/Fo)和原初光能轉化效率 (Fv/Fm) 顯著高于其它2個種；強力班克木的PSII中心非環(huán)式電子傳遞量子產額 (AYII)、光合電子傳遞速率 (RETR) 和光化學猝滅系數 (CqP) 均最大；相對電子傳遞速率 (rETR)的光響應曲線擬合結果顯示，強力班克木的最大相對電子傳遞速率 (Pm) 和光量子利用效率 (α) 均顯著高于其它種，且以35224種源為最高，表現出良好的光合生理功能。研究結果為班克木優(yōu)良種質的選育提供了科學依據。

班克木幼苗；種源；光合色素；葉綠素熒光，快速光響應曲線

山龍眼科Proteaceae班克木屬BanksiaL.f.有80余種[1]，多為常綠或半常綠喬木、灌木、匍匐灌木，天然分布于澳大利亞[2-4]。美洲墨西哥以南、非洲南非、東南亞和南亞等地均有班克木的引種栽培歷史，我國云南元江、廣東佛山等地近年來亦開始引種。班克木屬植物葉形清秀，樹形秀美，婀娜多姿，尤其是其色彩豐富的大花序，花色艷麗，瑰麗奪目，觀賞價值極高，是溫帶、亞熱帶地區(qū)的優(yōu)良園林植物[2]。本屬植物的葉、花和球果多數可作為木本切花原材料，與其他鮮切花相比具有花序醒目、花形獨特、瓶插花期較長等優(yōu)點[5]。開發(fā)該屬木本鮮切花可豐富我國花卉市場的品種多樣性，增強我國花卉產品出口創(chuàng)匯能力。

光合色素是植物葉片進行光合作用的物質基礎，其含量的高低反映出葉片的光合能力和植物的生長狀況[6]。葉綠素熒光幾乎可以探測光合作用的所有變化過程，反映了PSII反應中心對激發(fā)能的利用和耗散情況，揭示植物對不同生態(tài)環(huán)境的適應機制，已被普遍用于植物生理等研究領域[7-9]。與表觀性的光合氣體交換參數相比，葉綠素熒光參數更能反映植物對光能的吸收、傳遞和分配等潛在光合特性[10]，其測定已成為快速、準確、低成本、無損傷地獲取植物光合作用定量與定性信息的有效手段，受到國內外科研工作者的高度重視，已應用于青錢柳種源、新西蘭輻射松無性系及3種針葉樹家系等種質材料的選育和引進研究[11-13]。然而，目前有關班克木屬等觀賞花卉樹種的葉綠素熒光技術的報道尚少，為此本研究以引自澳大利亞的班克木屬4個種17個種源為試驗材料，對班克木1年生幼苗的光合色素含量、葉綠素熒光參數及其快速光響應進行測定，以期揭示班克木屬不同種不同種源的光合生理狀況，為班克木優(yōu)良種質的選育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試材料為班克木屬4個種17個種源，其中香花班克木Banksia aemula和狹葉班克木Banksia spinulosa各4個種源，長圓葉班克木Banksia oblongifolia4個種源，強力班克木Banksia robur5個種源。其種子購自澳大利亞CSIRO種子中心。各種源的地理位置及環(huán)境因子見參考文獻[14]。試驗于中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)研究所簡易溫室內 (22°30′N，114°02′E，無溫濕度調控設施) 進行。2012年10月15日播種，播種基質為經高溫滅菌消毒的沙土。幼苗出現第一對真葉時進行移植，育苗基質為經高壓滅菌的混合基質(珍珠巖、蛭石、河沙、樹皮的比例為1∶1∶1∶1，v/v)。試驗采用完全隨機區(qū)組設計，4次重復，每個小區(qū)30株。

1.2 研究方法

1.2.1 光合色素含量的測定

自移植后第10個月，每個小區(qū)隨機抽選一株，自上而下取第3、4片葉，用打孔器取直徑為6 mm的葉圓片5個，置于80%丙酮溶液的試管中，加塞置于暗處7 d，于室溫條件下浸提，待葉片發(fā)白后用UV-9100分光光度計測定波長663 、646 和470 nm處的吸光值(OD)。計算葉綠素a (Chl a)、葉綠素b (Chl b)和類胡蘿卜素(Car)的含量。

1.2.2 葉綠素熒光參數的測定和快速光曲線擬合

利用便攜式調制葉綠素熒光儀PAM-2500 (德國WALZ) 測量葉綠素熒光參數。分別選擇生長健壯、長勢一致、光照均一的班克木植株，每個種源選擇3個標準株，每株選擇3片葉，測定時選擇葉片中部并避開葉片的主脈。首先于黎明前測量整晚暗適應后的基礎熒光 (Fo)、最大熒光 (Fm)，并計算出可變熒光 （Fv）、光系統(tǒng)II (PSII)的潛在光化學活性（Fv/Fo）和PSII的原初光能轉化效率（Fv/Fm）。熒光誘導曲線于上午10:00～11:30進行測定，9次重復，進而計算出穩(wěn)態(tài)熒光參數：PSII中心非環(huán)式電子傳遞量子產額 (YII)、相對電子傳遞速率 (rETR)、光化學熒光猝滅系數 (qP)和非光化學熒光猝滅系數 (qN)。

結束葉綠素熒光參數的測定后，即選取以葉脈為軸的對稱點擬合快速光曲線。在0～2 000 μmol·m-2s-1之間設置17個光強梯度，每個梯度持續(xù)2 s并打開飽和脈沖測量對應的rETR，rETR隨光強的變化曲線即為快速光曲線，重復測定3次。參數擬合采用3次測定的平均值進行，rETR的快速光曲線參數擬合公式如下：

式中：Pm表示無光抑制時的最大潛在相對電子傳遞速率；α為快速光曲線的初始斜率，反映光量子利用效率。

1.2.3 數據分析

試驗數據處理和圖表制作采用Excel 2003、sigmaplot10、statistica6.0，方差分析和Duncan多重比較運用SPSS15.0，曲線擬合及線性回歸采用最小二乘法用statistica6.0軟件進行。

2 結果與分析

2.1 班克木幼苗葉片光合色素含量

班克木幼苗葉片光合色素含量種間比較，除Chl b含量在種間差異不顯著 (P＞0.05)外，其余指標均存在顯著差異(P＜0.05)。強力班克木的Chl a含量和Chl a+b含量均顯著低于長圓葉班克木和狹葉班克木；香花班克木的Car含量和Chl a/b顯著高于長圓葉班克木和強力班克木；長圓葉班克木的Chl/Car顯著高于其它3個種。

種源間比較，除香花班克木和強力班克木的Chl/Car以及狹葉班克木的Chl a/b種內差異不顯著，4種班克木的其他光合色素指標均差異顯著。香花班克木38504種源的Chl a、Chl b、Chl a+b、Car含量及Chl a/b均顯著高于其他3個種源；長圓葉班克木中，35807種源的大多數光合色素指標(Chl a/b除外) 均顯著高于38524種源；狹葉班克木38503種源的Chl a、Chl b、Chl a+b、Car含量及Chl/Car均最大，與36593種源差異不顯著，但均顯著高于其他2個種源；強力班克木5個種源Chl a、Chl b、Chl a+b及Car含量有相似的變異規(guī)律，35224種源的上述指標均最大，顯著高于38199種源，但與其他3個種源均差異不顯著，種源38164的Chl a/b最大，與38177種源差異不顯著，但顯著高于其他3個種源。

表1 班克木屬4個種15個種源幼苗葉片光合色素含量比較 ?Table 1 Comparisons of photosynthetic pigment contents in leaves of four species and 15 provenances of Banksia seedlings

2.2 班克木幼苗葉片葉綠素熒光參數

4種班克木間葉片的Fo、Fm和Fv均存在顯著差異（P＜0.05）。這3個參數均以強力班克木為最高，狹葉班克木均最低，前者較后者分別高17.65%、40.74%和51.35%。種源間比較，香花班克木種源間Fo、Fm和Fv均差異不顯著（P＞0.05）；強力班克木種源間僅Fv值差異顯著，種源38163和38177顯著高于種源38164；長圓葉班克木38198種源的Fo、Fm和Fv值均顯著高于35807種源；狹葉班克木38503種源的3個參數均顯著高于37067種源。

班克木種內與種間Fv/Fm變化和Fv/Fo完全一致，說明其PSII的最大光能轉化效率和最大光能轉化潛力的變化趨勢具有同步性。香花班克木和強力班克木均顯著高于長圓葉班克木和狹葉班克木。種源間比較，香花班克木和強力班克木2個參數在種內差異均不顯著；長圓葉班克木38524和38198種源顯著高于38168種源；狹葉班克木38503種源顯著高于37067和38502種源。

強力班克木的YII顯著高于香花班克木和狹葉班克木，而與長圓葉班克木差異不顯著。種源間比較，香花班克木38162種源顯著高于37858和38505種源；長圓葉班克木38524種源顯著高于35807和38168種源；狹葉班克木37067和36593種源顯著高于其他2個種源；強力班克木38177種源顯著高于其他4個種源。

班克木4個種之間的qN差異均不顯著，而qP差異顯著，強力班克木顯著高于香花班克木。香花班克木的qP以38162種源為最大，與38504種源差異不顯著，但與其他2個種源差異顯著；長圓葉班克木qP在種源間差異均不顯著，其qN以38524種源為最小，與38168種源差異顯著；狹葉班克木37067種源的qP最大；強力班克木38177種源的qP最大，38163種源的qN最小。

2.3 班克木幼苗葉片的光響應特征

班克木屬4個種17個種源相對電子傳遞速率的快速光曲線如圖1～4所示。除長圓葉班克木35807種源的rETR梯度在光強PAR為800

μmol·m-2s-1之后開始呈遞減走勢，班克木大部分種及種源呈現出先顯著上升后穩(wěn)定的大致趨勢。香花班克木種源間比較，種源38504的對應的rETR值最大，其次是38162種源；長圓葉班克木中，種源38198的rETR最大，38168種源的rETR相對最低；狹葉班克木中，38502和38503種源保持了相對較高的rETR；強力班克木中，35224和38163種源對應的rETR最大，而38177種源最小。

表2 班克木屬4個種17個種源幼苗葉綠素熒光參數Table 2 Comparisons of chlorophyll fluorescence parameter in leaves of four species and 17 provenances of Banksia seedlings

圖1 香花班克木葉的快速光曲線Fig.1 Rapid light curves of B. aemula

圖3 狹葉班克木的快速光曲線Fig 3 Rapid light curves of B. spinulosa

圖2 長圓葉班克木的快速光曲線Fig 2 Rapid light curves of B. oblongifolia

圖4 強力班克木的快速光曲線Fig 4 Rapid light curves of B. robur

利用Platt快速光響應模型對快速光曲線參數擬合結果見表3。班克木種間最大相對電子傳遞速率和光量子利用效率差異顯著 (P＜0.05)。強力班克木的Pm和α顯著高于香花班克木和長圓葉班克木。種源間比較，香花班克木種源間α差異均不顯著 (P＞0.05)，而種源38504的Pm顯著高于其余3個種源；長圓葉班克木35807種源的α顯著高于其他3個種源；狹葉班克木中，38502種源的Pm顯著高于其他3個種源，而α差異不顯著；強力班克木中，35224種源的Pm和α均顯著高于38199和38177種源。

表3 班克木4個種17個種源幼苗葉片快速光曲線的擬合參數Table 3 Fitting parameters of fast photo-response curve in leaves of four species and 17 provenances ofBanksia seedlings

3 結論與討論

本研究中，班克木屬種內與種間Chl a和Car含量存在顯著差異，說明其對光能的吸收利用能力不同。Chl b含量越高，植物對青藍光的吸收能力越強，則Chl a/b的值越小，植物的耐蔭能力相應地越強[15-17]。香花班克木的Chl a/b顯著高于其余3個種源，說明該種對弱光的適應性較差，適宜生長在光照充足的環(huán)境中。Car既是光合色素，又是內源抗氧化劑，在細胞內可吸收多余的能量，猝滅活性氧，從而防止膜脂過氧化[18]。4種班克木中香花班克木的Car含量最高，為光化學反應的高效進行提供了良好的物質基礎，說明其葉片內葉肉細胞的光能捕獲和光破壞防御能力最強，

葉綠素熒光動力學理論被廣泛應用于優(yōu)良種質資源的選育等相關研究中[19-20]，包含著光合作用過程的重要信息，可反映植物對生態(tài)環(huán)境的適應能力[21]。本研究結果顯示，不同種班克木葉片的熒光參數Fv/Fm、Fv/Fo、qP和YII等存在顯著差異，這與有關千年桐、蒙古櫟和香樟的研究結論相一致[22-24]，為班克木屬植物光合能力較優(yōu)品種的篩選提供了理論依據。

班克木屬種內及種間葉綠素熒光參數的變化可反映其光合作用的差異和適應能力的強弱。Fv/Fm是指開放的PSII反應中心最大捕獲激發(fā)能的效率，本研究中香花班克木和強力班克木的Fv/Fm值最高，說明其PSII反應中心能量潛在利用效率最好。該參數在一定程度上也可揭示植物PSII受傷害的程度，在非脅迫條件下，植物葉片的Fv/Fm比較恒定，一般在0.80～0.85之間，不受物種和生長條件的影響[25]。班克木葉片的Fv/Fm值均小于0.8，故植株受到一定程度的脅迫，可能是由于班克木對廣州當地氣候條件不適應引起的，高溫高濕易引發(fā)該屬植物感染疫霉病，具體原因及內在機制有待進一步深入研究。

許多研究發(fā)現，較高的光化學猝滅系數(qP)表明PSII的開放程度和電子傳遞活性較高，有利于植物將所捕獲的光能更有效地用于光合作用[21]。YII(實際光化學效率)常用來表示植物光合作用電子傳遞的量子產額，可作為植物葉片光合電子傳遞速率快慢的相對指標[22,26-30]。本研究中強力班克木具有較高的qP和YII值，說明其反應中心開放程度較高且電子傳遞速率較快，便于葉片高效地進行光合作用，實現自身營養(yǎng)成分的積累。

綜上所述，本實驗班克木光合色素含量、葉綠素熒光參數和光響應曲線結果表明，強力班克木和香花班克木的各個參數指標均較好，能量捕獲和電子傳遞效率均較高。因此，從光合生理角度出發(fā)，筆者認為，廣州地區(qū)要引種具有優(yōu)良生理功能的班克木，應優(yōu)先考慮強力班克木和香花班克木，但其長遠引種計劃還有待于今后深入的栽培和造林試驗。

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Photosynthetic pigments and chlorophyll fl uorescent characteristics of 17 provenances ofBanksiaseedlings

DU Peng-zhen, LIAO Shao-bo, SUN Bing, CHEN Yong, LUO Shui-xing, CHEN Lei, HUANG Ying-feng
(Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Guangzhou 510520, Guangdong, China)

The response of photosynthetic characteristics were investigated for seedlings of four species and their 17 provenances in genusBanksiaat aspects of photosynthetic pigments contents, chlorophyll fl uorescence parameters and photo response characteristics.The results show that Chla and Car contents and Chla/Chlb ofBanksia aemulaseedlings were the highest, but their ratio of Chl and Car was the smallest among four species, and contents of all photosynthetic pigments of provenance No. 38505 were the highest in this species; the potential activity of PSII (Fv/Fo) and light conversion eff i ciency (Fv/Fm) ofB. roburandB. aemulawere signif i cantly higher than those of other two species; and actual quantum yield of photosystemII (AYII), electron translation rate(RETR) and the coeff i cient of photochemical fluorescence quenching(CqP) ofB. roburwere the highest. The fitted parameters from rapid light curves showed that the maximum relative electron transfer rate(rETR)and light quantum eff i ciency (α) ofB. roburwere signif i cantly higher than other species, and the provenance No. 35224 performed best with great photosynthetic physiological function. The fi ndings provide scientif i c evidences for selecting and breeding of prior germplasm of genusBanksia.

Banksiaseedling; provenance; photosynthetic pigments; chlorophyll fl uorescence; rapid light curve

S718.43

A

1673-923X(2014)09-0049-06

2014-01-10

國家948引進項目：班克木屬高效防護與鮮切花樹種及培育技術引進（2011-4-40）

杜鵬珍（1989-），女，山西運城人，碩士研究生，主要從事園林植物與觀賞園藝的研究；E-mail：dddupengzhen@sina.com

廖紹波（1957-），男，廣東廣州人，高級工程師，本科，主要從事園林植物方面的研究；E-mail：lshaobo@126.com

[本文編校：謝榮秀]