華南205木薯及其同源四倍體PSⅡ葉綠素?zé)晒鈪?shù)差異分析

宋紅艷 張振文 安飛飛 陳霆 李開綿

摘 要 為研究華南205二倍體木薯及其同源四倍體葉片中光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）葉綠素?zé)晒鈪?shù)的差異，采用調(diào)制式葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)Imaging-Pam對(duì)PSⅡ的葉綠素?zé)晒鈪?shù)進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明：SC205染色體加倍后，葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量均顯著提高；葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fo、ΦPSⅡ、qP和ETR均顯著升高，NPQ降低，F(xiàn)v/Fm并未發(fā)生顯著變化。葉綠素含量及ΦPSⅡ、qP、ETR的上升表明SC205四倍體葉片PSII反應(yīng)中心捕光能力強(qiáng)、光化學(xué)轉(zhuǎn)化效率高，從而提高了葉片的光合速率。

關(guān)鍵詞 木薯；同源四倍體；葉綠素?zé)晒鈪?shù)

中圖分類號(hào) S533 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

植物染色體加倍后常出現(xiàn)粗壯、器官體積變大等新的表型[1-3]。多倍體葉片較二倍體大而厚，葉形也有較大變化。木薯多倍體化后，葉片增厚，葉面有褶皺，葉色深綠[4]，葉片氣孔與二倍體形態(tài)相似，但明顯增大，淀粉及葉綠素含量均顯著高于二倍體[5]。

葉綠素作為葉綠體的重要組成部分，對(duì)光的吸收能力極強(qiáng)，決定著葉片功能持續(xù)期的長(zhǎng)短[6-7]。一定范圍內(nèi)葉綠素含量的多少會(huì)直接影響葉片的光合能力，基于葉綠素含量與光合能力的關(guān)系研發(fā)的葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)作為一種新方法廣泛應(yīng)用于植物光合生理特性的研究中[8-15]。目前，有關(guān)木薯光合生理方面的研究已有不少報(bào)道，包括不同品種不同發(fā)育時(shí)期光合產(chǎn)物的分配、凈光合速率、蒸騰速率和胞間CO2濃度間的關(guān)系[16-19]，外源激素對(duì)木薯光合生理生化的影響[20-22]，不同品種葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)及相關(guān)蛋白表達(dá)水平差異[23]等研究。而利用葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)觀察木薯加倍后熒光參數(shù)的變化報(bào)道較少。安飛飛等[24]對(duì)華南8號(hào)木薯及其同源四倍體葉片蛋白質(zhì)組及葉綠素?zé)晒獠町惙治?，表明加倍后四倍體葉片的熒光參數(shù)較二倍體升高。本研究利用葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)對(duì)華南205及其四倍體葉綠素含量及葉綠素?zé)晒鈪?shù)進(jìn)行分析，探明染色體加倍后光合速率間的差異，為研究木薯光合生理生化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料SC205（華南205）及SC205四倍體來自中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所國(guó)家木薯種質(zhì)資源圃，整個(gè)過程未施任何肥料，田間管理一致。選取植后3個(gè)月的完全展開功能葉開展試驗(yàn)。

1.2 方法

1.2.1 葉綠素提取 參照孔祥生[25]95%乙醇直接提取法提取葉片葉綠素。稱0.1 g葉片并剪碎，加10 mL 95%乙醇，提取至無(wú)綠色為止。分別在663 nm和645 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。按公式計(jì)算葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量。

1.2.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定 采用調(diào)制式葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)（Imaging-Pam）于晴天10 ： 00測(cè)定葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。選取長(zhǎng)勢(shì)一致的植株5株，測(cè)定前將葉片在黑暗下處理20 min以上，用弱光測(cè)定暗適應(yīng)下的初始熒光（Fo），然后給周期性飽和脈沖[6 000 μmol/（m2·s），脈沖時(shí)間0.8 s]，測(cè)得PSⅡ潛在光合效率Fv/Fm，PSⅡ?qū)嶋H光合效率ΦPSⅡ、非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ、光化學(xué)淬滅系數(shù)qP及光合電子傳遞速率ETR。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2003和DPS v7.55軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，差異顯著性分析采用新復(fù)極差法（Duncan）。

2 結(jié)果與分析

2.1 SC205及其四倍體葉片葉綠素含量

由表1可知，SC205染色體加倍后，葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量均顯著高于SC205，且較二倍體分別提高了18.78%、26.70%和19.67%。

2.2 SC205及其四倍體葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)分析

SC205及其四倍體葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)如表2所示，其葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm成像、ΦPSⅡ成像、NPQ/4成像及qP成像如圖1所示。

由表2可知，SC205四倍體葉綠素?zé)晒鈪?shù)中，PSII最大光合效率Fv/Fm較二倍體未出現(xiàn)顯著性差異，F(xiàn)v/Fm反應(yīng)光合系統(tǒng)潛在的光化學(xué)效率，其值一般恒定在0.75～0.85[26]。當(dāng)植物受到光抑制、脅迫或某些基因突變時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)顯著變化。SC205四倍體葉片NPQ/4較二倍體下降，表明此時(shí)四倍體葉片光合作用中用于光耗散的能量低于二倍體。其它熒光參數(shù)Fo、ΦPSⅡ、qP及ETR較二倍體顯著提高。初始熒光Fo與葉綠素濃度有關(guān)[26]，SC205四倍體Fo較二倍體提高了27.44%，這一結(jié)果與其葉片葉綠素含量顯著提高一致。ΦPSⅡ反映PSⅡ反應(yīng)中心的光能捕獲效率，試驗(yàn)中，SC205四倍體ΦPSⅡ較二倍體升高9.17%，表明四倍體PSⅡ反應(yīng)中心光能捕獲效率較高。SC205四倍體葉片光化學(xué)淬滅系數(shù)qP較二倍體高11.04%，表明四倍體光化學(xué)轉(zhuǎn)化效率較高。SC205四倍體葉片電子傳遞速率ETR顯著高于二倍體，為13.74%，說明葉綠素含量較高的SC205四倍體PSⅡ反應(yīng)中心的電子傳遞效率高于二倍體，在對(duì)光能的利用中也占有優(yōu)勢(shì)。

3 討論與結(jié)論

植物體內(nèi)葉綠素?zé)晒獾淖兓c光合作用緊密相連，可以作為光合作用的探針[27]。與二倍體相比，四倍體葉片葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素均顯著升高，這與安飛飛等[24]、施先鋒[28]、張曉曼[29]分別對(duì)木薯、西瓜及小報(bào)春的研究結(jié)果一致。

本研究中，四倍體葉片初始熒光Fo顯著高于二倍體，這與其葉片葉綠素含量的顯著升高相對(duì)應(yīng)。四倍體株系葉片ΦPSⅡ顯著升高，表明葉綠素含量較多時(shí)PSⅡ反應(yīng)中心光能捕獲效率較高，這與陳友根等[30]對(duì)甜瓜的研究結(jié)果相同。四倍體葉片qP顯著高于二倍體，表明其光能轉(zhuǎn)化效率較高，這與杜琳等[31]研究結(jié)果一致。研究表明較低的NPQ值有利于光能的耗散[32]，四倍體葉片NPQ值較二倍體低，說明葉片色素吸收的能量中流向光化學(xué)作用的部分增多，熱和熒光形式的能量較少。研究結(jié)果表明光合電子傳遞的速率與光合效率間存在一定的正相關(guān)[33]，本研究中四倍體葉片ETR也顯著高于二倍體，這與ΦPSⅡ的顯著升高相對(duì)應(yīng)。

SC205四倍體葉片葉綠素含量的升高導(dǎo)致葉片中葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)Fo、ΦPSⅡ、qP和ETR的升高，PSⅡ反應(yīng)中心的捕光能力及光化學(xué)轉(zhuǎn)化效率升高，吸收的光能較少地用于熱耗散，從而提高了四倍體的光合速率。

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