甘藍(lán)型油菜生殖生長(zhǎng)期葉片和角果光合與產(chǎn)量關(guān)系的研究

王春麗，王周禮，陳　婷，楊建利，陳文杰，穆建新，田建華, 趙小光

穆建新1，田建華1, 趙小光1

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甘藍(lán)型油菜生殖生長(zhǎng)期葉片和角果光合與產(chǎn)量關(guān)系的研究

王春麗1，王周禮1，陳婷2，楊建利1，陳文杰1，穆建新1，田建華1, 趙小光1

穆建新1，田建華1, 趙小光1

(1 陜西省雜交油菜研究中心，陜西楊陵712100; 2 西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，陜西楊陵712100)

以11個(gè)不同適生區(qū)甘藍(lán)型油菜品種為材料，研究了油菜生殖生長(zhǎng)期植株葉片和角果的光合氣體交換參數(shù)、光合色素含量、光合關(guān)鍵酶蛋白含量、主要農(nóng)藝性狀及其與產(chǎn)量的關(guān)系，探討影響葉片(角果)光合效率及單株籽粒產(chǎn)量的主要因子，為油菜高產(chǎn)高光效品種的系統(tǒng)評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。結(jié)果顯示：(1)油菜植株葉片與角果的凈光合速率間相關(guān)性較小，但葉片凈光合速率遠(yuǎn)大于角果。(2)葉片凈光合速率與其葉綠素a+b含量及氣孔導(dǎo)度呈不顯著的正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)較大)，與其光合關(guān)鍵酶PEPC、RuBisCO蛋白含量相關(guān)系數(shù)較小或呈不顯著負(fù)相關(guān)；角果(皮)凈光合速率與其葉綠素a、b含量、類(lèi)胡蘿卜素含量及氣孔導(dǎo)度相關(guān)性較強(qiáng)；光合色素含量是影響葉片、角果凈光合速率的第一主因子。(3)單株葉面積、角果數(shù)及角果表面積與籽粒產(chǎn)量顯著正相關(guān)關(guān)系，是影響籽粒產(chǎn)量的第一主因子；葉片凈光合速率和角粒數(shù)是影響籽粒產(chǎn)量的第二主因子；單株生物學(xué)產(chǎn)量與葉面積呈顯著正相關(guān)關(guān)系，角果表面積、葉面積及葉片凈光合速率是影響生物學(xué)產(chǎn)量的第一、二主要因子。研究表明，油菜高產(chǎn)高光效品種的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)首選單株角果數(shù)、葉片面積，其次選擇葉片凈光合速率、葉片和角果皮的葉綠素含量以及角粒數(shù)。

油菜；光合；光合色素；葉片面積；角果數(shù); 產(chǎn)量

油菜在中國(guó)種植面積大、分布地區(qū)廣，是中國(guó)重要的油料作物。油菜籽油是健康的食用油，約占中國(guó)食用油的40%。近年來(lái)雙低油菜品種被廣泛推廣，其籽粒油中油酸含量提高到50%以上，亞油酸含量20%左右，亞麻酸含量達(dá)8%左右，飽和脂肪酸含量降低至7%以下，芥酸含量一般不超過(guò)5%，硫甙含量一般不高于30 μmol·g-1，油菜籽油已成為營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的優(yōu)質(zhì)食用油。另外，油菜籽油還是優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑油和潛在的生物柴油原料[1-2]，被越來(lái)越多地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。隨著中國(guó)耕地面積減少和對(duì)菜籽油需求的增加，提高油菜籽粒產(chǎn)量是育種及科研工作面臨的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。

前人的研究發(fā)現(xiàn)，油菜初花期、盛花期葉面積系數(shù)與干物質(zhì)積累及產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系，而終花期以后角果表面積系數(shù)與干物質(zhì)積累及產(chǎn)量呈顯著線性正相關(guān)[3]；Müller等[4]根據(jù)冬油菜冠層面積系數(shù)得出了其生長(zhǎng)的“S”型曲線，并根據(jù)此曲線來(lái)預(yù)測(cè)油菜籽粒產(chǎn)量。稻永忍等[5]的研究認(rèn)為，油菜角果發(fā)育所需碳素總量的70%是由角果自身的光合作用供給的，30%是由其它器官轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)的。作者的研究發(fā)現(xiàn)，油菜花期葉面積及葉片光合顯著影響角果數(shù)、角粒數(shù)及籽粒產(chǎn)量，而終花后角果表面積及角果光合顯著影響千粒重、籽粒產(chǎn)量及籽粒含油量[6]。

關(guān)于油菜光合與產(chǎn)量的關(guān)系，梁穎等[7]提出影響油菜經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物學(xué)產(chǎn)量的主導(dǎo)因素是葉片葉綠素含量；周可金等[8]提出，油菜角果葉綠素含量與籽粒產(chǎn)量、含油量之間無(wú)顯著相關(guān)，油菜產(chǎn)量、含油量與角果發(fā)育期間的光能利用率存在一定相關(guān)性。宋稀等[9]報(bào)道，油菜植株每角粒數(shù)、主花序有效角果數(shù)、單株有效角果數(shù)、結(jié)角密度與小區(qū)產(chǎn)量都顯著正相關(guān)；李鳳陽(yáng)[10]的研究結(jié)果顯示，油菜農(nóng)藝性狀對(duì)小區(qū)產(chǎn)量的直接影響由大到小排列順序是分枝位>單株角果數(shù)>千粒重>二次分枝>第一次分枝>主莖角>角果數(shù)>每角果粒數(shù)>根莖粗>株高，且單株有效角果數(shù)與產(chǎn)量負(fù)相關(guān)。以上研究從不同方面考察了油菜植株綠色器官光合或植株農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的關(guān)系。本研究以不同適生區(qū)油菜品種為材料，首先研究了油菜植株初花期后葉片、角果光合差異及其與葉綠素含量、光合關(guān)鍵酶含量、氣孔導(dǎo)度等的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上綜合分析了油菜植株不同光合器官的光合、植株的農(nóng)藝性狀等對(duì)產(chǎn)量的影響，并總結(jié)出影響葉片(角果)光合效率及單株籽粒產(chǎn)量的主要因子，為油菜高產(chǎn)高光效品種的系統(tǒng)評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。

1　材料和方法

1.1試驗(yàn)材料

參試材料包括11個(gè)通過(guò)國(guó)審或省審的油菜品種，分別為‘秦油88’(Q-88)、‘秦優(yōu)10號(hào)’ (Q-10)、‘秦優(yōu)33 ’(Q-33)、‘蓉油8號(hào)’ (R-8)、‘灃油737’ (F-737)、‘雜1012’ (Z-1012)、‘秦優(yōu)7號(hào) ’(Q-7)、‘蓉油11’ (R-11)、‘華油2號(hào)’ (H-2)、‘滬油15’ (H-15)和‘德仲油1號(hào)’ (D-1)，于2014年9月25日種植于陜西省雜交油菜研究中心試驗(yàn)地(陜西楊陵)。每個(gè)品種重復(fù)種植5個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積12 m2(3.0 m×4.0 m)，行距0.4 m，株距0.11 m, 種植密度約1.5萬(wàn)株/hm2。統(tǒng)一施肥，統(tǒng)一耕作管理，記載各品種物候期。

1.2測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1角果和葉片光合指標(biāo)油菜盛花期測(cè)定葉片光合參數(shù)，每品種選取10株，測(cè)定倒一或倒二短柄葉。終花期后2周測(cè)定角果光合參數(shù)，各品種選取10株，測(cè)定主花序倒28～31位朝南角果。光合參數(shù)測(cè)定采用Li-6400便攜式光合測(cè)定儀(USA)。測(cè)定指標(biāo)包括凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr) 等。測(cè)定過(guò)程中采用開(kāi)放式氣路，自然溫度條件，空氣流速 500 μmol·s-1，光照強(qiáng)度設(shè)定為1 200 μmol·m-2·s-1。

1.2.2角果和葉片光合色素及光合酶蛋白含量于盛花期或終花后，在測(cè)定光合參數(shù)的同時(shí)，采用丙酮比色法分別測(cè)定各品種油菜葉片及角果皮葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b及類(lèi)胡蘿卜素含量[11]，并采用ELISA試劑盒檢測(cè)葉片和角果皮中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase，PEPC，EC 4.1.1.31) 和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase，RuBisCO，EC 4.1.1.39)含量。

1.2.3綠色角果表面積和葉面積在盛花期(2015年4月2日前后)，每個(gè)品種隨機(jī)選取20株，用雅欣-1241型葉面積儀測(cè)定每株葉面積，計(jì)算平均值。于終花期后第20天(5月8日)，角果完全伸長(zhǎng)膨大后，每個(gè)品種選取5株，統(tǒng)計(jì)單株總角果數(shù)；每株從上、中、下部均勻采摘角果50枚，沿角果開(kāi)裂線小心剝開(kāi)，輕輕展平角果皮并用雅欣-1241型葉面積儀測(cè)定角果皮面積，換算成單株角果表面積，并計(jì)算平均值。

1.2.4產(chǎn)量指標(biāo)角果蠟黃時(shí)(2015年5月29日)，于收獲前統(tǒng)計(jì)單株角果總數(shù)、每角粒數(shù)。成熟期每小區(qū)收獲1 m2，晾干后分別統(tǒng)計(jì)千粒重、生物學(xué)產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量。

1.3數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及圖表制作采用Excel2010和DPS V7.55分析軟件。

2　結(jié)果與分析

2.1不同油菜品種植株角果和葉片光合氣體交換參數(shù)比較

首先，各品種油菜植株葉片凈光合速率(Pn)分別按照Q-88、Q-10、Q-33、R-8、F-737、Z-1012、Q-7、R-11、H-2、H-15、D-1的順序逐漸減??；葉片氣孔導(dǎo)度(Gs)大于0.90 mol·m-2·s-1的有品種Q-33、Z-1012、R-11、R-8、Q-88、H-15，其余品種均在0.90～0.70 mol·m-2·s-1范圍內(nèi)；葉片蒸騰速率(Tr)大于5.00 mmol·m-2·s-1品種有Z-1012、R-11、R-8、H-15、Q-33、D-1，其余的品種均在4.70 mmol·m-2·s-1左右；葉片胞間CO2濃度(Ci)較大品種有 Q-7、Q-33、Q-88、Q-10，接著依次是F-737、R-8、H-2、D-1、Z-1012、R-11(圖1)。其次，植株角果Pn較大的品種有Q-7、Q-33、D-1，接著依次是品種H-15、Q-88、R-8、R-11、Z-1012、F-737、Q-10及H-2；植株角果Gs大于0.24 mol·m-2s-1的品種有R-11、D-1、Z-1012、Q-33，其余品種均小于0.24 mol·m-2·s-1；植株角果的Tr較大的品種有R-11、D-1、Z-1012、H-15、Q-33，其次是品種Q-7、Q-88、R-8、H-2、Q-10及F-737；植株角果Ci較大的有品種H-2、R-11和Q-88，接著依次是Z-1012、Q-33、R-8、Q-7、D-1、Q-10、H-15(圖1)?？傮w上，植株葉片、角果的Pn分別與Gs、Tr、Ci相關(guān)性不明顯，但Gs與Tr間相關(guān)性明顯。葉片和角果的Pn在品種間變化趨勢(shì)不一致，即葉片Pn較高的植株，其角果Pn不一定高。

另外，參試品種植株葉片凈光合速率在28.04～25.66 μmol·m-2·s-1范圍，氣孔導(dǎo)度大于0.70 mol·m-2·s-1，胞間CO2濃度變化范圍為349～305 μmol·mol-1，蒸騰速率變化范圍在6.01～4.61 mmol·m-2·s-1；而植株角果凈光合速率變化范圍在8.12～13.28 μmol·m-2·s-1，氣孔導(dǎo)度小于0.40 mol·m-2·s-1，胞間CO2濃度變化范圍為334～279 μmol·mol-1，蒸騰速率變化范圍在5.95～2.56 mmol·m-2·s-1。品種R-11、D-1、Q-88、Q-7植株葉片和角果的蒸騰速率差異不顯著，其余品種葉片的蒸騰速率顯著高于角果。品種Q-7、Q-33、Q-10、F-737植株葉片胞間CO2濃度顯著高于角果皮，其余品種葉片與角果皮胞間CO2濃度差異不顯著?？傊?，參試品種植株葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度均遠(yuǎn)高于角果；大部分品種植株的葉片蒸騰速率顯著高于角果，而大部分品種胞間CO2濃度葉片和角果間差異不顯著(圖1)。

2.2不同品種油菜植株角果皮和葉片光合酶蛋白及光合色素含量比較

2.2.1光合酶含量如圖2所示，各參試品種油菜葉片和角果皮磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)蛋白含量范圍分別為0.66～0.37 IU·g-1和0.69～0.47 IU·g-1，而它們的1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(RuBisCO)蛋白含量范圍分別為251.80～148.38 ng·g-1和317.23～187.78 ng·g-1?？偟膩?lái)看，植株角果皮中RuBisCO蛋白含量顯著高于相應(yīng)葉片；除D-1和Q-10外，其余品種角果皮PEPC含量都顯著高于葉片(圖2)。

品種間比較，植株葉片、角果皮中PEPC蛋白含量較高的品種分別有D-1、Q-10、H-15、R-11和H-15、D-1、R-11、R-8，其余品種的葉片和角果皮中PEPC蛋白含量均較低；品種H-15、R-11、Z-1012植株葉片和角果皮中RuBisco酶蛋白含量較高，品種Q-88、F-737、H-2植株葉片和角果皮中的RuBisco酶蛋白含量較低。如圖2所示，分別按照葉片的RuBisCO和PEPC蛋白含量由高到低排列各品種，發(fā)現(xiàn)角果皮中RuBisco、PEPC含量也呈現(xiàn)由高到低的變化趨勢(shì)。顯然，植株葉片的RuBisco或PEPC含量高的，角果皮中的含量相應(yīng)也較高。

2.2.2光合色素含量各參試油菜品種植株葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b及類(lèi)胡蘿卜素含量分別高于1.00、0.26、1.26和0.31 mg·g-1，而角果皮中相應(yīng)含量則分別低于0.26、0.09、0.34及0.10 mg·g-1(表1)。顯然，葉片光合色素含量遠(yuǎn)高于角果皮。在品種間相比較，植株葉片葉綠素a、葉綠素b、a+b及類(lèi)胡蘿卜素含量均按照Q-10、F-737、Q-88、Q-33、Q-7、Z-1012、H-15、R-8、 R-11、D-1、H-2順序依次逐漸減少，進(jìn)一步比對(duì)前面參試品種植株葉片Pn的品種間變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，二者具有較大相似性；同時(shí)，品種D-1植株角果皮葉綠素a、b、a+b、類(lèi)胡蘿卜素含量及角果Pn均較高，品種Q-10、F-737、H-2植株角果皮葉綠素a、b、a+b、類(lèi)胡蘿卜素含量及Pn均較低。根據(jù)以上結(jié)果推斷，油菜植株葉片及角果皮的光合色素含量與其Pn間相關(guān)性較大，光合色素含量低則會(huì)影響光合作用進(jìn)行。

圖中“*”表示葉片和角果皮間差異顯著(P<0.05),柱形圖上不同小寫(xiě)字母表示品種間差異顯著(P<0.05)，下同圖1　不同品種油菜植株的角果和葉片的光合指標(biāo)Comparing between leaves and siliques significant difference (P< 0.05) in photosynthesis indexes was presented as bars with “*”, comparing among tested varieties of oilseed rapes significant difference (P< 0.05) of photosynthesis indexes was indicated as different letters (lowercase) above bars. The same as belowFig. 1　Photosynthesis indexes of siliques and leaves of rape plants of different varieties

圖2　不同品種油菜葉片和角果皮中PEPC及RuBisCO酶蛋白含量Fig. 2　Contents of PEPC and RuBisCO protein in leaves and silique shells of rape plants of different varieties

2.3不同品種油菜植株角果和葉片的光合面積及干物質(zhì)積累的比較

從表2可知，不同油菜品種的單株綠色葉片表面積均大于相應(yīng)角果表面積，二者比值(SS/LS)范圍為0.54～0.98；角粒數(shù)變化范圍為21.18～33.56，千粒重變化范圍3.47～5.75 g，角果數(shù)變化范圍108.22～306.32，單株籽粒產(chǎn)量和生物學(xué)產(chǎn)量分別在16.53～32.37 g、68.57～22.72 g范圍內(nèi)。其中，品種F-737的單株籽粒產(chǎn)量最高，接著依次是品種R-8、R-11、Q-10、Q-7、Q-88、H-15、Q-33、D-1、Z-1012，而品種H-2單株籽粒產(chǎn)量最低。各品種按照單株籽粒產(chǎn)量由高到低的排列，植株葉面積、角果數(shù)、角果表面積、生物學(xué)產(chǎn)量呈現(xiàn)由高到低的變化趨勢(shì)，但角粒數(shù)、千粒重及每角果表面積并未表現(xiàn)出明顯增大或減小的變化趨勢(shì)?？偨Y(jié)產(chǎn)量因子品種間變化規(guī)律，油菜單株籽粒產(chǎn)量和生物學(xué)產(chǎn)量的高低與角果數(shù)、葉片面積及角果表面積相關(guān)性較大，與角粒數(shù)、千粒重等相關(guān)性較小。

2.4油菜角果、葉片光合作用的主要影響因子分析

2.4.1角果、葉片凈光合速率與其它光合生理參數(shù)的相關(guān)分析油菜葉片、角果的凈光合速率與其它光合生理參數(shù)相關(guān)分析結(jié)果(表3)表明，葉片凈光合速率與葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b及類(lèi)胡蘿卜素含量的相關(guān)系數(shù)分別為0.148、0.211、0.376、0.022，與氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、胞間二氧化碳濃度相關(guān)系數(shù)是0.446、0.189、0.128，與PEPC、RuBisCO蛋白含量的相關(guān)系數(shù)分別為0.270和-0.394；而角果凈光合速率與角果皮、葉綠素a、b、a+b及類(lèi)胡蘿卜素的相關(guān)系數(shù)分別是0.413、0.371、0.476、0.414，與氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、胞間二氧化碳濃度相關(guān)系數(shù)是0.321、0.466、-0.207，與PEPC和RuBisCO蛋白含量的相關(guān)系數(shù)是-0.250和0.202，但以上相關(guān)系數(shù)均未達(dá)到顯著水平(表3)。顯然，葉片、角果的凈光合速率均與其葉綠素a+b含量及氣孔導(dǎo)度有較大正相關(guān)性，且角果凈光合速率還與葉綠素a、b和類(lèi)胡蘿卜素含量、蒸騰速率間相關(guān)系數(shù)較大，而葉片和角果的光合效率與光合酶PEPC、RuBisCO蛋白含量呈負(fù)相關(guān)或相關(guān)系數(shù)較小。

表1　不同品種油菜葉片和角果皮光合色素含量

注：光合色素含量按照樣品鮮重計(jì)算；表中同列不同小寫(xiě)字母表示品種間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Photosynthetic pigment content was calculated by fresh weight of the samples; in table values followed by different letters (lowercase) indicated significant difference (P<0.05) comparing among tested varieties of oilseed rape. The same as below.

表2　不同品種油菜單株葉片、角果表面積及干物質(zhì)積累

2.4.2凈光合速率對(duì)其它光合生理參數(shù)的主成分分析首先，對(duì)葉片凈光合速率及其影響因子進(jìn)行主成分分析 (表4)，得到的回歸方程擬合度為86.1%，相關(guān)系數(shù)為0.958，P值大于0.096，相關(guān)性不顯著。其中，前4個(gè)主成分貢獻(xiàn)率依次是51.40%、22.51%、14.35%和7.66%，累積貢獻(xiàn)率95.91%。第一主成分包括葉片葉綠素a、b、a+b及類(lèi)胡蘿卜素含量；第二主成分為葉片氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，第三主成分胞間CO2濃度，第四主成分分別為葉片RuBisCO、PEPC蛋白含量，與前面結(jié)果的分析基本一致。其次，角果皮凈光合速率及其影響因子的主成分結(jié)果顯示，回歸方程擬合度為61.2%，相關(guān)系數(shù)0.782，P值大于0.05，相關(guān)性也不顯著。

表3　葉片、角果凈光合速率與其影響因子的相關(guān)系數(shù)

注：相關(guān)系數(shù)臨界值分別為r=0.602(a=0.05,)和r=0.735(a=0.01)。*、**分別表示相關(guān)系數(shù)在0.05、0.01水平顯著；下同

Note: Critical values of correlation coefficient arer=0.602(a=0.05)andr=0.735(a=0.01)，respectively 。The * or ** respectively indicated that the correlation coefficient is significant at 0.05 or 0.01 level, respectively. The same as below

其中，影響角果皮Pn的前3個(gè)主成分貢獻(xiàn)率依次是64.58%、19.22%、12.04%，累積貢獻(xiàn)率為95.84%。第一主成分包括角果皮葉綠素a、b、a+b及類(lèi)胡蘿卜素含量、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，第二主成分包括RuBisCO酶含量和胞間CO2濃度，第三主成分是角果皮PEPC蛋白含量(表4)。以上結(jié)果說(shuō)明，油菜植株葉片和角果皮光合速率受到光合色素、氣孔導(dǎo)度、光合相關(guān)酶蛋白等諸多因素影響，其中的光合色素含量是最主要影響因素，其次是氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率。

2.5油菜單株產(chǎn)量的影響因子分析

2.5.1生物學(xué)產(chǎn)量相關(guān)分析結(jié)果表明，油菜單株生物學(xué)產(chǎn)量與單株葉面積相關(guān)系數(shù)為0.851，大于P<0.01臨界值0.735，但與角果表面積、角果凈光合速率及葉片凈光合速率相關(guān)系數(shù)分別是0.554、-0.143、-0.074，后三者均未達(dá)到0.05顯著水平。進(jìn)一步對(duì)單株生物學(xué)產(chǎn)量及其相關(guān)因子進(jìn)行主成分分析(表5)，回歸方程擬合度達(dá)82.2%，相關(guān)系數(shù)0.907，P值為0.005，達(dá)顯著水平。其中，前3個(gè)主成分貢獻(xiàn)率依次是38.04%、35.88%、17.05%，累積貢獻(xiàn)率90.96%。影響植株生物學(xué)產(chǎn)量的第一、二主成分包括單株葉面積、葉片凈光合速率及單株角果表面積；第三主成分為角果凈光合速率。即單株葉面積、葉片凈光合速率、角果表面積決定單株生物學(xué)產(chǎn)量70%以上。

表4　葉片和角果皮光合效率影響因子的主成分回歸分析

2.5.2籽粒產(chǎn)量籽粒產(chǎn)量與其主要影響因子的相關(guān)性分析(表6)顯示，葉片與角果凈光合速率間相關(guān)系數(shù)較小(0.131)，即植株葉片、角果光合效率的高低不一致。單株籽粒產(chǎn)量與單株葉面積、單株角果數(shù)、角果表面積的相關(guān)系數(shù)分別為0.724、0.915、0.791，均達(dá)到顯著水平，而與其余指標(biāo)相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值較小且不顯著，即單株葉片面積、角果數(shù)及角果表面積與籽粒產(chǎn)量顯著正相關(guān)；同時(shí)，從表6還發(fā)現(xiàn)單株葉面積與角果數(shù)、葉片凈光合速率與角粒數(shù)分別顯著正相關(guān)，即葉片凈光合速率及葉片對(duì)CO2的固定顯著影響結(jié)角和座粒；千粒重與角果數(shù)、角果表面積顯著負(fù)相關(guān)，角粒數(shù)與角果數(shù)、角果表面積的相關(guān)系數(shù)分別為-0.330、-0.391，可見(jiàn)隨著角果數(shù)的增加，千粒重顯著降低，角粒數(shù)也有減小趨勢(shì)。另外，角果凈光合速率與角果數(shù)、千粒重及籽粒產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)均小于0.100，與角粒數(shù)的相關(guān)系數(shù)是0.339，即角果光合效率對(duì)座粒和角粒數(shù)有一定影響。

表5　生物學(xué)產(chǎn)量影響因子的主成分回歸分析

進(jìn)一步對(duì)籽粒產(chǎn)量及其影響因子進(jìn)行主成分分析(表7)表明，回歸方程擬合度達(dá)83.2%，相關(guān)系數(shù)0.912，P值0.050，達(dá)顯著水平。其中，前4個(gè)主成分貢獻(xiàn)率依次是43.49%、26.51%、17.32%、10.50%，累積貢獻(xiàn)率97.81%。第一主成分包括葉面積、角果數(shù)及角果表面積，決定了約43%的籽粒產(chǎn)量；第二主成分包括葉片凈光合速率和角粒數(shù)，決定了約26%的籽粒產(chǎn)量；第三、四主成分包括角果凈光合速率和千粒重，決定了約27%的籽粒產(chǎn)量。此結(jié)果與以上相關(guān)性分析結(jié)果基本一致。

表6　葉片和角果光合和單株籽粒產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)

注：相關(guān)系數(shù)臨界值分別為r=0.602(a=0.05,)和r=0.735(a=0.01)

Note: Critical values of correlation coefficient arer=0.602(a=0.05,)andr=0.735(a=0.01)，respectively

表7　籽粒產(chǎn)量的主成分回歸分析

3　討　論

油菜干物質(zhì)的生產(chǎn)依賴于冠層對(duì)光照的吸收和利用效率，其籽粒的90%～95%來(lái)自光合產(chǎn)物，相同的光照條件下，葉片的光合效率高于角果[12-14]。油菜植株開(kāi)花前葉片和綠色莖桿是主要光合器官，開(kāi)花后葉面積指數(shù)迅速降低，角果膨大伸長(zhǎng)、表面積逐漸增加[15]。終花后2周，角果固定的CO2就超過(guò)了葉片[12]。本研究考察了不同品種油菜植株的葉片和角果光合特征，發(fā)現(xiàn)盛花期葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于終花后角果的同類(lèi)指標(biāo)，并且盛花期葉片光合面積大于終花后綠色角果表面積，因此推斷，花期葉片固定CO2的量超過(guò)終花后的綠色角果。雖然油菜植株葉片和角果具有相同的遺傳基因，但二者組織分化不同，其光合情況差異很大。如本研究結(jié)果顯示，葉片光合色素含量、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度遠(yuǎn)高于角果皮；各品種植株葉片和角果的光合效率間相關(guān)系數(shù)較小，葉片凈光合速率較高的植株，其角果光合效率不一定高。

植物PEPC不僅是C4循環(huán)光合固碳的關(guān)鍵酶之一，而且還參與植物體內(nèi)多個(gè)代謝過(guò)程。將玉米 PEPC 基因轉(zhuǎn)入水稻，雖不能提高水稻的光合速率，但減少了干旱脅迫下光合速率的下降[16]。在重度干旱脅迫下, PEPC基因過(guò)表達(dá)增強(qiáng)了干旱脅迫下水稻抵御強(qiáng)光脅迫的能力[17]。Bandyopadhyay 等[18]將完整的玉米PEPC基因整合進(jìn)秈稻中，觀察到在高溫下轉(zhuǎn)基因秈稻的光合速率得到了提高，但是產(chǎn)量并沒(méi)有變化。另外，PEPC也是控制植物種子中蛋白質(zhì)和脂肪酸合成的關(guān)鍵酶之一[19]，抑制其活性可以提高植物體中脂肪酸的含量[20]。陳錦清等[21]用反義PEPC基因轉(zhuǎn)化油菜，籽粒含油量比對(duì)照最高增加15%以上，且油脂含量與蛋白質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)，據(jù)此認(rèn)為底物競(jìng)爭(zhēng)調(diào)控籽粒蛋白質(zhì)和油脂比率。植物RuBisCO是調(diào)節(jié)光合和光呼吸的另一關(guān)鍵酶，屬于別構(gòu)酶，光照、Mg2+濃度、pH值、NADPH、RuBisCO活化酶等都可參與其活性的調(diào)節(jié)；植物RuBisCO也是一種重要的儲(chǔ)藏蛋白，占植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)的50%左右[22-23]。本研究中，植株葉片和角果皮PEPC、RuBisCO酶蛋白含量與凈光合速率呈負(fù)相關(guān)或相關(guān)系數(shù)較小；植株葉片的光合效率遠(yuǎn)高于角果，但參試的所有品種角果皮中RuBisco酶、及大部分品種角果皮PEPC酶蛋白含量顯著高于葉片。推測(cè)油菜體內(nèi)只有部分PEPC、RuBisCO被活化并參與了光合暗反應(yīng)，而葉片、角果凈光合速率的高低取決于組織中被活化的PEPC、RuBisCO酶的量。本研究中，植株葉片RuBisCO、PEPC蛋白含量高的品種，其植株角果皮中的含量也有升高的趨勢(shì)，可能是由于葉片和角果基因相同。

植物的光合效率與組織中葉綠素含量密切相關(guān)，前人對(duì)59 個(gè)水稻品種的研究發(fā)現(xiàn)劍葉總?cè)~綠素及葉綠素a、b 含量與其凈光合速率正相關(guān)性顯著或接近顯著水平[24]，對(duì)冬小麥研究發(fā)現(xiàn)同一季節(jié)內(nèi)葉片葉綠素含量與光合速率呈顯著正相關(guān)[25]。氣孔導(dǎo)度是影響植物光合的另一主要因子，外施甲醇/乙醇能提高油菜葉片光合效率的同時(shí)，氣孔導(dǎo)度也顯著增大[26]。本研究發(fā)現(xiàn)，油菜植株葉片、角果凈光合速率與其光合色素含量相關(guān)性較明顯，其中葉綠素a+b與凈光合速率存在不顯著正相關(guān)，葉片、角果的葉綠素a、b、a+b及類(lèi)胡蘿卜素含量是影響凈光合速率的第一主因子；且光合色素含量對(duì)光合效率的影響大于PEPC、RuBisCO含量，顯然光合色素(葉綠素)含量在葉片、角果光合作用中意義重大。本研究還發(fā)現(xiàn)，角果氣孔導(dǎo)度遠(yuǎn)小于葉片，角果、葉片的氣孔導(dǎo)度均與其凈光合速率間相關(guān)系數(shù)較大，角果的蒸騰速率與其凈光合速率間相關(guān)系數(shù)較大，氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率是影響葉片、角果凈光合速率的第一、二主因子。可見(jiàn)，氣孔因子及光合組織的蒸騰對(duì)油菜葉片、角果光合作用有一定影響，今后相關(guān)研究有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

油菜光合速率及光合產(chǎn)物的分配對(duì)產(chǎn)量影響很大，花期葉片是植株固定CO2的主要器官，其光合的產(chǎn)物儲(chǔ)存于莖桿，是植株生長(zhǎng)、開(kāi)花、分枝、座果及幼角、幼粒生長(zhǎng)發(fā)育的主要營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。結(jié)角、座粒和籽粒灌漿期同化產(chǎn)物的供應(yīng)決定了植株有效角果的形成，而植株有效角果數(shù)是影響籽粒產(chǎn)量的主要因子，同時(shí)這一時(shí)期的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)也決定了座粒及幼粒的生長(zhǎng)[9,14,15,27]。與前人的研究結(jié)果一致，本研究發(fā)現(xiàn)，品種間比較，隨著單株籽粒產(chǎn)量由高到低，植株的生物學(xué)產(chǎn)量、單株角果數(shù)、葉片面積及角果表面積也表現(xiàn)出降低趨勢(shì)，但角粒數(shù)、千粒重并未表現(xiàn)出明顯增大或減小的變化趨勢(shì)；植株葉片面積、角果數(shù)及角果表面積與籽粒產(chǎn)量顯著正相關(guān)，葉片凈光合速率與角粒數(shù)相關(guān)性顯著；植株葉片面積、角果數(shù)、葉片凈光合速率及角粒數(shù)分別是影響籽粒產(chǎn)量的第一、二主因子；角果表面積、葉片凈光合速率及葉面積是影響生物學(xué)產(chǎn)量的第一、二主因子。總之，葉面積、角果數(shù)(或角果表面積)、葉片凈光合速率及角粒數(shù)與籽粒產(chǎn)量及生物學(xué)產(chǎn)量緊密相關(guān)。

終花后角果是光合作用和利用同化產(chǎn)物的主要器官，角果的光合產(chǎn)物主要供應(yīng)角果及籽粒的生長(zhǎng)發(fā)育；從籽粒灌漿直至成熟，籽粒是干物質(zhì)積累的主要器官[27]。本研究發(fā)現(xiàn)，植株角果數(shù)、角果的光合面積分別與千粒重顯著負(fù)相關(guān)，與角粒數(shù)呈不顯著負(fù)相關(guān)，這可能是由于角果數(shù)越多(角果表面積越大)，同化產(chǎn)物的分配到每個(gè)角果及籽粒的越少，影響了角果座粒及籽粒生長(zhǎng)，使角粒數(shù)及千粒重減少。本研究還發(fā)現(xiàn)，角果凈光合速率與角粒數(shù)為不顯著正相關(guān)，說(shuō)明提高角果光合效率，有利于角果座粒和籽粒發(fā)育。

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(編輯:裴阿衛(wèi))

Relationship between Yield and Photosynthesis of Leaf and Silique of DifferentBrassicanapusL. Varieties during Reproduction Period

WANG Chunli1, WANG Zhouli1, CHEN Ting2, YANG Jianli1,>CHEN Wenjie1, MU Jianxin1, TIAN Jianhua1, ZHAO Xiaoguang1

(1 Hybrid Rapeseed Research Center of Shaanxi Province, Yangling, Shaanxi 712100, China; 2 College of Agronomy, Northwest A&F University; Yangling, Shaanxi 712100，China)

Taking 11BrassicanapusL. varieties of different suitable areas as material, we examined the photosynthetic gas exchange parameters, photosynthetic pigment contents and key enzyme protein contents in leaf and silique of plants during reproductive growth period, also investigated agronomic characters, relationship between yield and photosynthesis of the plants; The study aimed to explore main factors affecting photosynthetic efficiency of leaves (siliques) and seeds yield per plant, thus elaborating a theory evidence to systematically assess rape variety with high yield and high photosynthesis efficiency. Results showed that: (1) Net photosynthesis efficiency was hardly correlative among leaves and siliques, and net photosynthesis efficiency of leaves was far higher than that of siliques. (2) Net photosynthetic efficiency of leaves not significantly positive-correlated with chlorophyll a+b and carotenoid contents(correlation coefficients were higher), and, not significantly negative-correlated with PEPC, RuBisCO protein content of leaves, or the correlation coefficients among net photosynthetic efficiency and PEPC, RuBisCO protein contents were lower. Correlation coefficients of net photosynthetic efficiency and chlorophyll a, b, carotenoid contents, photosynthetic stomatal conductance of silique (shell) were higher. Photosynthesis pigment contents were first principal factor influenced photosynthesis efficiency of leaves and silique. (3) Leaf area, silique number and silique surface area significantly correlated with seeds yield of rape plant. These indexes were attributed to first principal factors influenced the seeds yield; similarly, net photosynthetic efficiency of leaves and seed number per silique were attributed to second principal factor influenced the seed yield. Significantly, leaf area and biological yield was correlated, the silique surface area, leaf surface area and leaf net photosynthetic efficiency were statistically attributed to primary or second principal factors influenced biological production of a rape plant. Thus leaf area and silique number per plant are primary indexes, and leaf net photosynthesis efficiency, chlorophyll content of leaves and silique shell, and, seed number per silique are second indexes in assessing rape variety with high light efficiency and high yield.

oilseed rape; photosynthesis; photosynthesis pigments; leaves area; siliques number; yield

1000-4025(2016)07-1417-10

10.7606/j.issn.1000-4025.2016.07.1417

2015-10-20;修改稿收到日期:2016-07-06

陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃(2014JM2-3023)

王春麗(1969-)，女，博士，主要從事植物生理生化研究。E-mail: chliwang262@163.com

Q945.79

A