2個杜仲無性系葉綠素?zé)晒鈪?shù)對比

朱景樂， 楊超偉， 杜紅巖， 李芳東， 杜蘭英

(1．國家林業(yè)局泡桐研究開發(fā)中心，河南 鄭州 450003； 2.國家林業(yè)局杜仲工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450003)

2個杜仲無性系葉綠素?zé)晒鈪?shù)對比

朱景樂1,2， 楊超偉1， 杜紅巖1,2， 李芳東1,2， 杜蘭英1,2

(1．國家林業(yè)局泡桐研究開發(fā)中心，河南 鄭州 450003； 2.國家林業(yè)局杜仲工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450003)

為了探尋不同杜仲品種葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的差異，并由此揭示不同杜仲品種間光合能力的遺傳變異規(guī)律，本研究以2個觀賞型杜仲無性系‘紅葉’杜仲和‘小葉’杜仲的苗木葉片為材料，用便攜式調(diào)制熒光儀PAM2500測定其葉綠素?zé)晒鈪?shù)及快速光曲線．結(jié)果表明，‘紅葉’杜仲初始熒光產(chǎn)量(fo)顯著低于‘小葉’杜仲，‘紅葉’杜仲可變熒光產(chǎn)量與最大熒光產(chǎn)量之比(fv/fm)、光系統(tǒng)Ⅱ潛在活性(fv/fo)及659 μmol·m-2·s-1光照條件下光關(guān)閉時熒光產(chǎn)量(fo)顯著高于‘小葉’杜仲；快速光曲線結(jié)果說明,‘紅葉’杜仲利用光合有效輻射范圍為250～1 400 μmol·m-2·s-1，能力高于‘小葉’杜仲，當(dāng)光合有效輻射在2 000 μmol·m-2·s-1以上時，‘小葉’杜仲光合效率高于‘紅葉’杜仲．本研究揭示了這2個無性系葉綠素?zé)晒鈪?shù)的差異，同時剖析了差異存在原因．

杜仲；無性系；葉綠素?zé)晒猓豢焖俟馇€

杜仲(EucommiaulmoidesOliv.)是中國特有的經(jīng)濟樹種，也是分布范圍最廣的膠原植物[1]，‘紅葉’杜仲和‘小葉’杜仲是中國林科院經(jīng)濟林研究開發(fā)中心選育的優(yōu)良杜仲無性系，‘小葉’杜仲葉片形態(tài)優(yōu)美，‘紅葉’杜仲顏色鮮紅，且其有效活性成分均遠超其他杜仲無性系[2]，觀賞和藥用價值均較高，發(fā)展前景廣闊．關(guān)于此2個無性系的報道主要集中在葉片色素含量上[3～5]，目前，尚無其光合特性和葉綠素?zé)晒獾膱蟮溃夂献饔檬侵参镒钪饕纳砘顒?，其測定技術(shù)目前主要為葉綠素?zé)晒?、氣體交換和光合放氧3種．其中葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)由于其測量快速、可靠、靈敏、對樣品無損傷等特點，深受到光合領(lǐng)域科研人員的青睞，已逐漸成為植物葉片光合性能測定的主要方法[6,7]．前人曾進行杜仲葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的初步研究[8,9]，但研究材料均為杜仲實生苗，不同單株之間差別較大，目前尚無以不同杜仲無性系為材料進行葉綠素?zé)晒鈪?shù)研究的報道．本研究以‘紅葉’杜仲和‘小葉’杜仲2個無性系苗木葉片為研究材料，通過對其幼苗葉片葉綠素?zé)晒獾臏y定，探尋2個杜仲無性系葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的差異，揭示不同品種間光合能力的遺傳變異規(guī)律，以期為其后續(xù)生理生化研究及高效栽培技術(shù)提供理論依據(jù)．

1 材料和方法

1.1試驗林概況

試驗材料為 ‘紅葉’杜仲和‘小葉’杜仲無性系苗木，2011-03播種，2011-07嫁接，2012-12平茬，測定時苗高121～157 cm，地徑1.0～1.3 cm．每個無性系隨機選擇3個生長狀況良好的單株，每個單株選擇1片朝向東南方位的葉片，位置從頂芽開始第15～20片葉(約生長30 d，位于4/5苗高處)．2013-08-24至2013-08-26上午9:00～11:00，將 ‘紅葉’杜仲依次編號為1，3，5；‘小葉’杜仲依次編號為2，4，6，灌透水后用便攜式調(diào)制熒光儀PAM-2500(德國)進行葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定，每天測定1次，第1天測定，編號順序為6，5，4，3，2，1，第2天測定，編號次序為1，2，3，4，5，6，第3天測定，編號次序為4，5，6，1，2，3．測定期間氣溫為32～38 ℃．

1.2杜仲葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定

1.2.1 葉綠素?zé)晒鈪?shù)確定 葉片暗適應(yīng)15～20 min后測定初始熒光產(chǎn)量(fo)、最大熒光產(chǎn)量(fm)、可變熒光產(chǎn)量(fv)、PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(fv/fm)，光系統(tǒng)Ⅱ潛在活性(fv/fo)．

1.2.2 659 μmol·m-2·s-1下熒光參數(shù)測定 將光照度設(shè)置為659 μmol·m-2·s-1并測定該條件下作用光關(guān)閉時的熒光產(chǎn)量(fo’)，作用光打開時的最大熒光產(chǎn)量(fm’)，PSⅡ?qū)嶋H量子產(chǎn)量(yield)，光合電子傳遞相對速率(etr)，光化學(xué)淬滅系數(shù)(qp)，非光化學(xué)淬滅系數(shù)(qn)，連續(xù)測定10次，以最后5次數(shù)據(jù)平均值計算相應(yīng)參數(shù)．

1.2.3 快速光響應(yīng)曲線測定 測定不同光照強度下的ETR，光照度依次設(shè)定為2，52，133，236，407，659，998，1 386，1 973，2 845 μmol·m-2·s-1，每個葉片測定1次，以無性系ETR平均值及其對應(yīng)的光強度(par)繪制該無性系的快速光響應(yīng)曲線．

1.3數(shù)據(jù)處理

使用SPSS16.0和EXCEL 2007軟件進數(shù)據(jù)處理[10]．

2 結(jié)果與分析

2.12個無性系的葉綠素?zé)晒鈪?shù)

‘紅葉’杜仲和‘小葉’杜仲的葉綠素?zé)晒鈪?shù)如圖1所示．根據(jù)方差分析結(jié)果，‘紅葉’杜仲最小熒光fo顯著低于‘小葉’杜仲，fo在某種程度上與葉綠素存在線性關(guān)系，間接說明‘紅葉’杜仲的葉綠素含量顯著低于‘小葉’杜仲；‘紅葉’杜仲fv/fm和fv/fo均高于‘小葉’杜仲，說明‘紅葉’杜仲潛在的最大光合能力大于‘小葉’杜仲．

圖1 2個無性系杜仲的葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fig.1 Chlorophyll fluorescence parameter of2 Eucommia ulmoides clones

注：1，3，5為‘紅葉’杜仲，2，4，6為‘小葉’杜仲．?dāng)?shù)據(jù)標注為相應(yīng)無性系各葉綠素?zé)晒鈪?shù)的平均值.下同.

Note：1, 3, 5 stands for Eucommia ulmoides ‘Hongye’, 2, 4, 6 stands for Eucommia ulmoides ‘Xiaoye’. Chlorophyll fluorescence parameter mean value were marked.The same later.

2.2‘紅葉’杜仲和‘小葉’杜仲在中等光照條件下的葉綠素?zé)晒鈪?shù)

在659 μmol·m-2·s-1的光照條件下，‘紅葉’杜仲和‘小葉’杜仲的葉綠素?zé)晒鈪?shù)如表1所示．方差分析結(jié)果表明,‘紅葉’杜仲fo’略高于‘小葉’杜仲，而其他指標無顯著差異，說明了‘紅葉’杜仲在中等強度光照適應(yīng)后全部PSⅡ中心都開放時的熒光強度高于小葉杜仲，而全部PSⅡ中心都關(guān)閉時的熒光強度、相對電子傳遞速率、PSⅡ反應(yīng)中心在有部分關(guān)閉情況下的原初光能捕獲效率、PSⅡ反應(yīng)中心的開放程度、自我保護機制指標則沒有顯著差異．

表1 659 μmol·m-2·s-1下2個杜仲無性系的葉綠素?zé)晒鈪?shù)Table 1 Chlorophyll fluorescence parameter of 2 Eucommia ulmoides clones underthe light condition of 659 μmol·m-2·s-1

注：表中數(shù)值為平均值±標準差．

Note：Data in the table were mean ±SD.

2.32個無性系的快速光曲線

‘紅葉’杜仲和‘小葉’杜仲的快速光曲線由圖2所示，整體趨勢為ETR隨著光照度的增加而增大，為250～1 400 μmol·m-2·s-1，‘紅葉’杜仲ETR高于‘小葉’杜仲，而2 000 μmol·m-2·s-1以上，‘小葉’杜仲ETR則超過‘紅葉’杜仲，說明‘紅葉’杜仲利用中強光的能力高于‘小葉’杜仲，而‘小葉’杜仲則利用強光的能力優(yōu)于‘紅葉’杜仲．

圖2 2個無性系杜仲葉綠素?zé)晒饪焖夙憫?yīng)曲線Fig.2 Chlorophyll fluorescence rapid light-responsecurve of 2 Eucommia ulmoides clones

3 討論

‘紅葉’杜仲的fo為0.355，顯著低于‘小葉’杜仲的0.397，而fv/fm為0.807，fv/fo為4.180卻顯著高于‘小葉’杜仲的0.779和3.532．在659 μmol·m-2·s-1的光照條件下，‘紅葉’杜仲的fo’為12.467，顯著高于小葉的12.300，而ft,ETR,Yield,qP,qN及Fm’則無顯著差異．快速光曲線表明說明‘紅葉’杜仲利用中強光的能力高于‘小葉’杜仲，而‘小葉’杜仲則利用強光的能力優(yōu)于‘紅葉’杜仲．

光合作用是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)，但并不是所有的光能都能被植物所利用，到達植物葉片的光能分別以被葉片吸收、轉(zhuǎn)換為熱耗散及產(chǎn)生葉綠素?zé)晒?種方式被消耗[11]．朱景樂、彭少兵在[3-5]前期研究中得到，‘小葉’杜仲的葉綠素a含量比‘紅葉’杜仲高19.43%，但‘紅葉’杜仲類胡蘿卜素、花色苷及黃酮含量分別是‘小葉’杜仲的115.80%，184.48%和261.54%．本研究得到‘小葉’杜仲Fo顯著高于‘紅葉’杜仲，由于Fo與葉綠素含量存在顯著的線性關(guān)系，可推測‘小葉’杜仲的葉綠素含量高于‘紅葉’杜仲，與朱景樂直接檢測葉綠素含量得到的結(jié)果一致．由于‘小葉’杜仲葉綠素含量高，具備較高的光能利用潛力，所以小葉杜仲的快速光曲線的ERT在1 400 μmol·m-2·s-1之后逐漸高于‘紅葉’杜仲．

[1] 李芳東，杜紅巖．杜 仲[M]．北京：中國中醫(yī)藥出版社，2001．

[2] 杜紅巖，胡文臻，俞 銳．杜仲產(chǎn)業(yè)綠皮書：中國杜仲橡膠資源與產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告[M]．北京：社會科學(xué)文獻出版社，2013．

[3] 朱景樂，杜紅巖，李芳東，等．3個杜仲品種葉片性狀及活性成分含量分析[J]．東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014，42(3)：42-44．

[4] 朱景樂，李芳東，杜紅巖，等．三個觀賞型杜仲品種葉片色素含量比較[J]．林業(yè)科學(xué)研究，2014，27(4)：1-4．

[5] 彭少兵,張春賀,任利益，等．紫葉杜仲葉色變異研究[J]．浙江林業(yè)科技，2013，33(3)：61-66．

[6] 李 曉，馮 偉，曾曉春．葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)及應(yīng)用進展[J]．西北植物學(xué)報， 2006，26(10)：2186-2196．

[7] 李鵬民，高輝遠，RETO J. STRASSEL．快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)分析在光合作用研究中的應(yīng)用[J]．植物生理學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)報，2005，31(6)：559-566．

[8] 李 蕾，張偉超，郭 婧，等．杜仲四倍體葉綠素?zé)晒鈪?shù)的日變化研究[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(5)：2754-2755．

[9] 買買提庫爾班·阿力，段愛國，保爾江·阿布都哈米提．華北地區(qū)杜仲葉綠素?zé)晒鈪?shù)日季節(jié)動態(tài)變化規(guī)律研究[J]．科技信息，2011(14)：380-381．

[10] 張文彤，董 偉．SPSS 統(tǒng)計分析高級教程[M]．北京: 高等教育出版社，2004．

[11] 武維華．植物生理學(xué)[M]．第2版.北京：科學(xué)出版社，2008．

[12] HARVAUX M，HARVAUX M，KLOPPSTECH K．The protective functions of carotenoid and flavonoid pigments against excess visible radiation at chilling temperature investigated inArabidopsisnpqand it mutants[J]．Planta，2001，213(6)：953-966．

(責(zé)任編輯：梁保松)

ComparisonofchlorophyllfluorescenceparametersbetweentwoEucommiaulmoidesclones

ZHU Jing-le1,2， YANG Chao-wei1， DU Hong-yan1,2， LI Fang-dong1,2， DU Lan-ying1,2

(1．Paulownia R&D Centre of China, Chinese Academy of Forestry, Zhengzhou 450003, China； 2．Eucommia Engineering Research Centre of State Forestry Administration，Zhengzhou 450003， China)

In order to explore the differences of chlorophyll fluorescence parameters and to reveal genetic variations of photosynthetic capacities amongEucommiaulmoidesclones, leaves of twoEucommiaulmoidesclones, i.e.Eucommiaulmoides‘Hongye’ andEucommiaulmoides‘Xiaoye’, were tested in this study. Chlorophyll fluorescence parameters and rapid light curves were measured by portable modulated fluorometer (PAM2500). The results suggested the initial fluorescence yield (fo) in leaves of ‘Hongye’ was statistically significantly lower than that in ‘Xiaoye’. Meanwhile, the ratio of variable fluorescence to maximal fluorescence (fv/fm) of ‘Hongye’ was significantly higher than that of ‘Xiaoye’, and so did the potential activity of photosystem II (fv/fo). Fluorescence yield of light off (fo’) at 659 μmol·m-2·s-1of light intensity in leaves of “Hongye” was significantly higher than that in ‘Xiaoye’. Rapid light curves indicated that ‘Hongye’ was more efficient to utilize photosynthetically active radiation ranging from 250 to 1400 μmol·m-2·s-1than ‘xiaoye’, while its photosynthetic efficiency was lower than that of ‘xiaoye’ when photosynthetically active radiation was 2000 μmol·m-2·s-1and above. This study revealed the variations of chlorophyll fluorescence parmeters between the two Eucommia clones and analyzed the reason of the difference simultaneously.

EucommiaulmoidesOliv.；clones；chlorophyll fluorescence；rapid light curve

S 794.9

：A

2014-02-28

國家“十二五”科技支撐計劃項目(2012BAD21B0502) ；國家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項目(2012GB24320591)

朱景樂，1982年生，男，河南孟津人，助理研究員，博士研究生，主要從事經(jīng)濟林高產(chǎn)栽培技術(shù)研究．

李芳東，1963年生，男，河南太康人，研究員，博士研究生導(dǎo)師．

1000-2340(2014)05-0575-04