5個油茶優(yōu)良無性系光合及葉片解剖特征比較分析

廖文婷，王瑞輝，鐘飛霞，李 婷，陳彩霞

（中南林業(yè)科技大學 經(jīng)濟林培育與保護省部共建教育部重點實驗室，湖南 長沙 410004）

5個油茶優(yōu)良無性系光合及葉片解剖特征比較分析

廖文婷，王瑞輝，鐘飛霞，李 婷，陳彩霞

（中南林業(yè)科技大學 經(jīng)濟林培育與保護省部共建教育部重點實驗室，湖南 長沙 410004）

為給進一步篩選高光效、優(yōu)良的油茶無性系提供參考依據(jù)，選擇5個油茶優(yōu)良無性系（‘湘林’系列XL210、XL82、XL190、XL81、XL14）9年生植株，于2013年7月觀測了其光合參數(shù)及葉片解剖特征。結果表明：凈光合速率（Pn）的日變化曲線，XL14呈“單峰型”，其他無性系均為“雙峰型”，不同無性系峰值出現(xiàn)的時間及峰值大小不完全相同，各無性系的Pn日均值從大到小依次為XL14＞XL81＞XL82＞XL210＞XL190，各無性系的單位面積產(chǎn)油量均值都隨Pn值的增大而增大，Pn與葉綠素a、葉綠素（a＋b）和葉綠素a/b之間均存在顯著的正相關關系；5個無性系的葉片解剖特征值之間差異明顯，柵欄組織/葉片厚度、柵欄組織/海綿組織的比值與Pn及單位面積產(chǎn)油量間均呈顯著正相關。

油茶；無性系；光合作用；葉綠素；葉片解剖

光合作用是植物生長發(fā)育的基礎和生產(chǎn)力高低的決定性因素，選育高光效植物是經(jīng)濟林木遺傳育種的重要任務。葉片是植物進行光合作用的主要器官，葉片的解剖結構與植物的光合效率息息相關[1]。目前，我國已經(jīng)選育出了許多油茶高產(chǎn)無性系，對這些無性系的光合及葉片解剖特征進行比較分析，探索其高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的生理基礎，進一步篩選出高光效的優(yōu)良無性系，這是十分必要的。

近年來，國內外學者在植物光合作用和葉片解剖特征的研究方面已取得一些進展。李靜怡等人[2]的研究結果表明，不同倍性毛白楊無性系光合速率存在差異；祁傳磊等人[3]研究證明，不同倍性大青楊葉片解剖結構與凈光合速率和光能利用能力有密切的關系，大青楊的光合能力與其結構變化（葉面積大小、柵欄組織厚度、柵欄組織與海綿組織厚度的比值等）密切相關；劉瑩等人[4]的研究結果表明，小麥葉片內部的解剖結構與其外部光合性能的表現(xiàn)有著直接的關系；曹娟云等人[5]研究認為，高度發(fā)達的柵欄組織可以避免干旱地區(qū)強烈光照對葉肉細胞的灼傷，又可有效利用衍射光進行光合作用，即柵欄組織越厚、柵欄組織與葉厚的比值越大，柵欄組織細胞越小且排列越緊密，則植物利用光能的效率越高。

在油茶的光合和葉片解剖特征研究方面，孔文娟等人[6-7]對小果油茶、攸縣油茶、紅花油茶和普通油茶的光合及生理特性進行了研究；王湘南等人[8]對油茶花芽的解剖特征進行了研究。但是，目前已有的研究主要是針對油茶無性系光合或者器官解剖等某單一方面的，本研究對不同無性系在光合、葉解剖特征及產(chǎn)量三者之間進行全面系統(tǒng)的研究，旨在了解高產(chǎn)油茶的生理特征及其表現(xiàn)規(guī)律，以期為今后油茶的相關研究提供參考依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗地位于湖南省林業(yè)科學院油茶種質資源收集保存庫與新品種試驗基地，地處長沙市天際嶺，東經(jīng) 113°01′、北緯 28°06′，地貌為低山丘陵，海拔高度為80～100 m，坡度為15～20 °，土質為第四紀紅壤，土層厚度為50～100 cm，pH值為4.8。氣候屬亞熱帶季風濕潤氣候，春末夏初多雨，夏秋多旱，暑熱期長。全年無霜期約為275 d，年降雨量為1 422.4 mm，年均相對濕度為80%，年平均氣溫16.8～17.2 ℃，極端最高氣溫為40.6 ℃，極端最低氣溫為－12 ℃。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

供試材料為普通油茶‘湘林’系列5個無性系，其 編 號 分 別 為 XL14、XL81、XL82、XL190、XL210，樹齡為9 a，已進入盛果期。選取生長旺盛，樹冠豐滿，無偏冠，株體大小、土壤和光照條件基本一致的植株作為參試植株，5個參試無性系的基本特征見表1。

表 1 5個參試無性系的基本特征Table 1 Basic characteristics of five clones

根據(jù)參試無性系前3年的平均單位面積產(chǎn)油量，可將5個無性系分為三個等級：高產(chǎn)，即XL14；中產(chǎn)，即XL81與XL82；低產(chǎn)，即XL190和XL210。

2.2 樣品選取與試驗方法

2.2.1 葉片選擇與采樣

每個無性系選擇3株，每株選擇當年生樹冠中上部外圍不同方位的向陽、健康、成熟的葉片12枚，其中4枚用于光合特性的測定，作好標記以確保每次觀測的是同一葉片；其余8枚于晴天上午8：00時采下，分為兩組，每4枚為一組，一組用于葉綠素的測定，另一組用于葉解剖特征的觀測。

2.2.2 試驗方法

光合特性的檢測方法：采用Li-6400型便攜式光合測定系統(tǒng)，于2013年7月9～11日（天氣晴朗）的7：00～19：00連續(xù)觀測3 d，每隔2 h測定1次凈光合速率（Pn），計算3株共12個葉樣的平均值。

葉綠素含量的測定方法：將采集后的葉片立即進行遮光處理并帶回實驗室，測定方法為丙酮提取法[9]。用紫外可見分光光度計分別于663和645 nm兩個波段測定定容后浸提液的光密度值，再分別計算出chla、chlb、chlt和chl(a/b)的值。

葉解剖特征的檢測方法：將所采葉片立即切樣，從葉脈間區(qū)域往上切取若干面積為1.0 cm ×0.5 cm的小塊，投入FAA固定液中固定24 h以上，用乙醇-二甲苯系列脫水透明，采用石蠟切片法切片（切片厚度8～10 μm），番紅-固綠染色，以加拿大中性樹膠封片，制成永久切片[10]。在OLYMPUS-BX51型光學顯微鏡下觀測葉片橫切面、上表皮、下表皮、柵欄組織和海綿組織厚度并拍攝照片，保存數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)用“平均值±標準差”表示，采用Microsoft Excel 2003、DPSV7.05和SPSS20.0等軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

3 結果與分析

3.1 5個油茶無性系光合作用日變化

5個油茶無性系葉片凈光合速率的日變化曲線如圖1 所示。由圖1可知，不同無性系的凈光合速率日變化曲線有“單峰”和“雙峰”兩種不同的類型。XL14的為單峰型，其最高峰出現(xiàn)在下午 13：00 時，峰值為 5.96 μmol·m－2s－1；其余無性系均表現(xiàn)為雙峰型，但峰值出現(xiàn)的時間不完全相同，第一個高峰值均出現(xiàn)在上午9：00時，第二個高峰值出現(xiàn)的時間稍有不同，XL82、XL190和XL210率先在15：00時達到次高峰值，XL81的次高峰值則出現(xiàn)在17：00時。光合日變化曲線的峰型差異是由于不同無性系葉片對光照和溫度的敏感性不同造成的，變化曲線為雙峰型的無性系其葉片對溫度和光強的敏感性高，在高溫和強光下光合作用受到抑制，出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象；變化曲線為單峰型的無性系對光照和溫度具有更強的適應性。

圖 1 5個油茶無性系葉片凈光合速率日變化曲線Fig. 1 Diurnal changes of net photosynthetic rates of fi ve C. oleifera clones leaves

由圖1可知，各無性系凈光合速率Pn日均值的大小順序為：XL14（4.74 μmol·m－2s－1）＞ XL81(4.17 μmol·m－2s－1)＞ XL82(4.10 μmol·m－2s－1)＞XL190（3.14 μmol·m－2s－1） ＞ XL210（3.06 μmol·m－2s－1）。這與無性系前3年的平均單位面積產(chǎn)油量（見表1）的變化趨勢基本一致。其中，XL14的Pn均值最大，且全天變化平穩(wěn)，一天中一直保持較高的Pn值，說明XL14能夠在強光和高溫下進行光合作用，對強光的利用能力強，光合有效利用時間長，有利于光合產(chǎn)物的積累以及果實的生長發(fā)育，因此，XL14前3年的平均單位面積產(chǎn)油量遠遠高于其他參試無性系。

將葉片全天Pn均值看作該無性系當天的凈光合速率Pn，對5個無性系的凈光合速率均值進行方差分析和多重比較，結果見表2。從表2中可以看出，高產(chǎn)無性系（XL14）與中產(chǎn)無性系（XL81、XL82）和低產(chǎn)無性系（XL190、XL210）三者的Pn之間存在顯著差異，但中產(chǎn)無性系XL81和XL82與低產(chǎn)無性系XL190和XL210的Pn之間沒有顯著差異，說明Pn可以作為油茶無性系產(chǎn)量的評價指標。

表 2 5個油茶無性系葉片凈光合速率均值的多重比較結果?Table 2 Multiple comparisons result of average net photosynthetic rates of five C. oleifera clones leaves

3.2 5個油茶無性系的葉綠素含量

表3為5個油茶無性系葉綠素含量的測定結果。從表3中可以看出，葉綠素a（chla）、葉綠素a/b chl（a/b）、葉綠素b（chlb）和葉綠素（a＋b）（chlt）的變化趨勢與其產(chǎn)量的變化趨勢基本一致，即隨著油茶產(chǎn)量的增加而逐漸增大。葉片中的色素含量是反映植物光合能力的指標，chla有利于吸收長波光，chlb有利于吸收短波光，Chl(a/b)值的大小能反映葉片光合活性的強弱[11]?？梢?，chla、chlb、chlt和chl（a/b）值越大，表明其利用的光能越多，光合活性越強，因而產(chǎn)量越高。

對5個無性系光合色素含量進行方差分析和多重比較，結果亦見表3。由表3可知，高產(chǎn)無性系（XL14）與中產(chǎn)無性系（XL81、XL82）和低產(chǎn)無性系（XL190、XL210）的chla、chlb、chlt和chl（a/b）值之間均存在顯著性差異，中產(chǎn)無性系（XL81和XL82）、低產(chǎn)無性系（XL190和XL210）的chla、chlb、chlt和chl（a/b）值之間均沒有顯著性差異。

表4為5個無性系葉片中的葉綠素a（X11）、葉綠素b（X12）、葉綠素（a＋b）（X13）、葉綠素a/b（X14）和凈光合速率（Y1）的相關性分析結果。從表 5中可以看出，Pn與 chla、chlt和 chl（a/b）間均存在顯著的正相關關系，其相關系數(shù)分別為0.895、0.892、0.883，說明葉綠素與葉片光合作用關系密切，葉綠素含量的高低可以直接反映光合作用能力的強弱，在一定范圍內，葉綠素含量越高，光合作用越強[12]，葉綠素含量的多少和葉綠素（a/b）比值的大小對光合速率有直接影響[13]。chlt與chla、chlb之間呈極顯著的正相關性，其相關系數(shù)分別為0.999、0.096，這是因為葉綠素總含量＝葉綠素a＋葉綠素b。

表 3 5個油茶無性系葉綠素質量分數(shù)的方差分析結果Table 3 Variance analysis result of chlorophyll mass fractions of five C. oleifera clones leaves

表 4 葉綠素與凈光合速率的相關性分析結果?Table 4 Correlation analysis result of chlorophyll and net photosynthetic rate

3.3 5個油茶無性系葉片解剖特征的比較分析

光學顯微鏡下5個油茶無性系葉片的解剖特征如圖2所示，其解剖特征值見表5。

圖 2 光學顯微鏡下5個油茶無性系葉片的解剖特征（葉片橫切面）Fig. 2 Anatomical characteristics of fi ve C. oleifera clones leaves under the light microscope (transverse section of leaves)

表 5 5個油茶無性系葉片解剖特征值Table 5 Anatomical characteristic values of five C. oleifera clones leaves

從表5中可以看出，柵欄組織/葉片厚度比值（DCTR）與柵欄組織/海綿組織比值（TRPS）的變化趨勢完全一致，5個油茶無性系由大到小依次為XL14＞XL81＞XL82＞XL210＞XL190，這與5個無性系單位面積平均產(chǎn)油量的大小排序一致。植物葉片各組織結構中，柵欄組織和海綿組織中的葉綠素含量多于其他組織，尤其是柵欄組織；柵欄組織的發(fā)達程度可以用柵欄組織與葉片厚度的比值來表示[14]。因此，葉片中的DCTR或TRPS值越大，則葉片中的葉綠素含量越多，其積累光合產(chǎn)物的能力相應越大，果實的產(chǎn)量也越高。這與王飛權等人[15]對茶樹葉解剖研究得到的結果一致，可以利用柵欄組織的相關指標對茶樹生產(chǎn)力進行初步的鑒定。

從表5中還可以看出：XL81的葉片厚度（133.73 μm）和柵欄組織（49.53 μm）均最大，而上表皮（5.32 μm）和下表皮（3.7 μm）均最薄，表皮較薄的葉片在強光和高溫環(huán)境條件下容易受到灼傷，使得葉片的光合能力受到影響，其DCTR和TRPS值低于XL14；XL190的海綿組織（77.45 μm）最厚，其DCTR與TRPS值也遠遠低于XL14。這一觀測結果說明，葉片的光合活性的強弱是由葉片厚度、上表皮、下表皮、柵欄組織與海綿組織的共同作用決定的，即DCTR和TRPS值的大小變化受到葉片各組織結構的影響。

對5個油茶無性系葉片解剖特征值進行了方差分析和多重比較，結果亦如表5。由表5可知，高產(chǎn)無性系XL14的DCTR和TRPS值均顯著大于中產(chǎn)無性系和低產(chǎn)無性系；中產(chǎn)無性系XL81和XL82的DCTR值之間沒有顯著差異；低產(chǎn)無性系XL190和XL210的TRPS值之間也沒有顯著差異，即按其DCTR和TRPS值可將無性系分為不同的產(chǎn)油量等級，并對其產(chǎn)油量進行初步的鑒定。

3.4 Pn日變化與葉片各解剖結構參數(shù)的相關性分析

表6為凈光合速率（Y2）與葉片厚度（X21）、上表皮厚度（X22）、柵欄組織厚度（X23）、海綿組織厚度（X24）、下表皮厚度（X25）、柵欄組織/海綿組織（X26）和柵欄組織/葉片厚度（X27）的相關性分析結果。從表6中可以看出：Pn與DCTR和TRPS值均呈顯著的正相關性，其相關系數(shù)均為0.9，而與其他組織結構之間的相關性卻不顯著；Pn值隨著單位面積產(chǎn)油量的下降而下降，DCTR和TRPS值隨著單位面積產(chǎn)油量的減少而減少，由此可以推知，Pn值隨著DCTR和TRPS值的減少而減少。這一觀測結果說明，葉片的Pn、DCTR和TRPS和產(chǎn)量三者之間是相互關聯(lián)的正相關關系。DCTR和TRPS之間呈極顯著的正相關性，其相關系數(shù)為1，這是因為DCTR值相當于柵欄組織[14]，由此可以推知，柵欄組織厚度與柵欄組織/海綿組織之比呈極顯著的正相關性。葉片上表皮和下表皮之間呈顯著的正相關性，其相關系數(shù)為0.9，說明葉片上表皮厚度與下表皮厚度密切相關，這是葉片對環(huán)境的適應能力的具體表現(xiàn)。

表 6 葉解剖特征值與凈光合速率的相關性分析結果Table 6 Correlation analysis result of leaf anatomical characteristic values and net photosynthetic rate

4 結論與討論

1）2013年7月的測定結果表明：5個油茶優(yōu)良無性系凈光合速率日變化曲線表現(xiàn)為“單峰”和“雙峰”曲線兩種類型，其中，XL14為單峰型，其余無性系均為雙峰型；5個無性系單位面積產(chǎn)油量均值隨凈光合速率Pn日平均值的增大而增加；高產(chǎn)無性系（XL14）的Pn值顯著大于中產(chǎn)無性系（XL81和XL82）和低產(chǎn)無性系（XL190和XL210），說明Pn值可以作為無性系產(chǎn)量評價的參考指標，這與彭邵峰等人[16]對油茶無性系果實生長期光合特性研究所得的結論一致。高產(chǎn)無性系XL67的Pn值明顯高于中產(chǎn)無性系XL1和低產(chǎn)無性系（CK），即Pn可作為選育高產(chǎn)無性系的一個參考指標。

2）5個油茶優(yōu)良無性系各葉綠素指標與凈光合速率表現(xiàn)出顯著的相關性，其中chla、chlb及chl（a/b）與凈光合速率之間存在顯著的正相關關系，說明光合色素含量高的無性系其光合生理活動也相對活躍些。其原因可能是，7月為油脂轉化高峰期，需要提供大量的有機物，葉片光合作用很強，細胞內葉綠素有且全部用于合成有機物，所以，葉綠素含量能真實地反映光合活躍程度；也可能由于研究分析的環(huán)境條件不同，葉片最適葉綠素含量不同，長期處于強光照或光照時間長的環(huán)境下，葉片的結構會發(fā)生變化以保證能夠合成足夠的葉綠素，從而滿足自身生長發(fā)育的需要。對5個無性系的Pn值及葉綠素含量的分析結果表明：葉綠素含量的高低可以反映Pn的強弱，同時Pn可以作為評價無性系產(chǎn)量的指標，說明在實際生產(chǎn)中可以通過測定葉綠素含量來預估植株或林分產(chǎn)量，這對指導實際生產(chǎn)和選育高產(chǎn)油茶品種都有重要意義。

3）5個油茶優(yōu)良無性系葉片的解剖特征值及其與凈光合速率的相關分析結果顯示：DCTR與TRPS值與產(chǎn)量的關系最為密切，高、中、低產(chǎn)無性系，隨著單位面積產(chǎn)油量均值的增加，DCTR與TRPS的值也顯著增大，即與Pn呈顯著的正相關性，而葉片的其他解剖特征值與Pn沒有顯著的相關性。由此可以說明，從解剖學角度出發(fā)，可以通過測定的葉片DCTR與TRPS值來預測不同無性系的產(chǎn)量，這為高光效油茶的選育提供了理論依據(jù)。

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Comparison of photosynthetic and leaf anatomical characteristics of fi ve superiorCamellia oleiferaclones

LIAO Wen-ting, WANG Rui-hui, ZHONG Fei-xia, LI Ting, CHEN Cai-xia
(The Key Lab of Cultivation and Protection for Nonwood Forest Trees of Education Ministry, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

To provide a reference for further screening superiorCamellia oleiferaclones with high photosynthetic ef fi ciency,nine-year plants from fi ve superiorC. oleiferaclones (‘Xianglin’ series XL210, XL82, XL190, XL81, XL14) were selected,and their leaf anatomical characteristics and photosynthetic parameters were observed and determined in July 2013. The results showed that the diurnal change of net photosynthetic rate (Pn) of XL14 was a unimodal curve, but other clones were bimodal curves. Peak value and occurring time were different among the clones. The order based on diurnal averagePnfrom high to low was XL14, XL81, XL82, XL210, XL190, and average oil production per unit area of all clones were increased withPnrising.Pnhad signi fi cant positive correlations with chlorophyll a, chlorophyll (a＋b) and chlorophyll(a/b). Leaf anatomical characteristics were signi fi cantly different among fi ve clones, ratio of palisade tissue to leaf thickness and ratio of palisade tissue to spongy tissue were signi fi cantly positive correlated withPnand oil production per unit area.

Camellia oleifera; clone; photosynthesis; chlorophyll; leaf anatomy

S601；S794.4 文獻標志碼：A 文章編號：1003—8981(2015)01—0056—06

2014-06-30

教育部高校博士點基金項目“油茶干旱少雨期水分利用規(guī)律研究”（20124321110005）；湖南省研究生科研創(chuàng)新項目“油茶無性系的生理生態(tài)特征研究”（CX2013B361），中南林業(yè)科技大學研究生科技創(chuàng)新項目“油茶無性系的生理生態(tài)特征研究”（CX2013A03）。

廖文婷，碩士研究生。

王瑞輝，教授，博士后，博士研究生導師。E-mail：1440253017@qq.com

廖文婷,王瑞輝,鐘飛霞,等.5個油茶優(yōu)良無性系光合及葉片解剖特征比較分析[J].經(jīng)濟林研究,2015,33(1)：56－61.

[本文編校：伍敏濤]