幾個(gè)不同花色檵木株系光合生理特性比較

， ，， ，炎林，

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) a.園藝學(xué)院；b.湖南省中亞熱帶優(yōu)質(zhì)花木繁育與利用工程技術(shù)研究中心；c.教育學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

檵 木Loropetalum chinense系金縷梅科Hamamelidaceae，其變種為紅花檵木Loropetalum chinensevar.rubrum，又名紅檵木和紅桎木，為常綠灌木或小喬木，其嫩枝呈淡紅色。紅花檵木在春季新葉初發(fā)時(shí)其花紅葉紅，具有很高的觀賞價(jià)值。一年開花3 ～4 次，玫紅色、淺粉色、淡紫色、深紫紅色花的紅花檵木在園林綠化配置中的應(yīng)用最為常見[1-3]。在不同綠化類型和配置方式形成的微域小環(huán)境中，光照和溫度會(huì)有一定的差別，尤其是光照對(duì)檵木屬植物的生長(zhǎng)和光合利用均有重大影響；同時(shí)，相關(guān)學(xué)者對(duì)檵木屬植物光合特性的研究結(jié)果表明，不同種類和品種對(duì)光的適應(yīng)性也有較大的差別。陳曉林等[4]對(duì)不同品種紅花檵木遇高溫返青現(xiàn)象進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其凈光合速率日變化曲線呈不對(duì)稱的雙峰曲線，且表現(xiàn)出明顯的光合“午休”現(xiàn)象。黃欣等[5]測(cè)定了不同光照處理下紅花檵木的色素含量，他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，8月隨著光照強(qiáng)度的減弱，其色素含量下降，花色苷含量上升，而11月其變化趨勢(shì)與8月測(cè)定的結(jié)果截然相反。董佳麗等[6]對(duì)紅花檵木實(shí)生后代優(yōu)良單株的光合特性及葉綠素?zé)晒膺M(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，優(yōu)良單株與母本間各參數(shù)均存在顯著差異。費(fèi)芳等[7]的研究結(jié)果表明，隨著光照時(shí)間的增加，紅花檵木葉片的質(zhì)體色素含量總體呈上升趨勢(shì)，而其花色素苷含量呈下降趨勢(shì)，光照越強(qiáng)則花色素苷含量越高，質(zhì)體色素含量越低；反之，光照越弱，花色素苷含量越低，質(zhì)體色素含量越高。為給檵木屬植物品種的選育、栽培及在園林上的合理配植、科學(xué)養(yǎng)護(hù)提供參考依據(jù)，以幾個(gè)不同花色檵木株系為試材，對(duì)其光響應(yīng)曲線、葉綠素?zé)晒馓匦院凸夂仙睾窟M(jìn)行了測(cè)定，比較分析了幾個(gè)不同花色檵木株系的光合生理特性、葉綠素含量及其對(duì)光強(qiáng)的適應(yīng)范圍，現(xiàn)將研究結(jié)果分析報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地與試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于湖南省長(zhǎng)沙市湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)花卉基地。屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫為17.5 ℃，年平均最高氣溫為21 ℃，年平均最低氣溫為14 ℃。

試驗(yàn)材料來(lái)自于‘花葉檵木1號(hào)’和‘花葉檵木2號(hào)’自然授粉結(jié)實(shí)的實(shí)生苗后代，在形態(tài)特征觀測(cè)和分子標(biāo)記的基礎(chǔ)上篩選的幾個(gè)優(yōu)良單株，扦插繁殖得到其無(wú)性系，并根據(jù)其花色將這幾個(gè)株系進(jìn)行編號(hào)?；ㄈ~1號(hào)后代：H1，花為玫紅色，葉也為玫紅色；H2，花為淺粉色，葉為紫紅色；H3，花為粉色，葉為深玫瑰色?；ㄈ~2號(hào)后代：H4，花為白色，葉為綠色。以園林應(yīng)用與生產(chǎn)中常見品種 ‘密枝玫紅’（編號(hào)為M）及‘大葉紅’（編號(hào)為D）作為對(duì)照。

1.2 方 法

2019年11月中旬測(cè)定光響應(yīng)曲線。選擇晴朗無(wú)風(fēng)天，每株測(cè)定3 片葉，選擇中上部位同一水平、成熟無(wú)病蟲害的葉片進(jìn)行測(cè)定。12月測(cè)定光合色素含量。

1.2.1 光合色素的提取及其含量的測(cè)定

每株選取3 片同一水平健康成熟的葉片為樣品，將采集的不同檵木株系的葉樣擦凈其表面污物，去掉葉梗、葉脈，將其剪成長(zhǎng)細(xì)條狀，用天平秤取0.2 g 試材置于50 mL 的試管中，加入95%的酒精用作提取液，定容至30 mL，封口后冷藏，暗處浸泡提取24 h 后，搖勻取清液，準(zhǔn)確移取，置于光徑為1.0 cm 的比色皿中，以紫外分光光度計(jì)測(cè)定其吸光度，再根據(jù)所提取的溶液分別在663、645 和470 nm 處的吸光度，按照Amon[8]公式計(jì)算葉綠素a（Chlorophyll a）、葉綠素b（Chlorophyll b）及類胡蘿卜素（Carotenoids）的含量：

上列各式中：A663、A645與A470分別表示波長(zhǎng)在663、645 和470 nm 處的吸光度；Chl a、Chl b、Chl總分別表示葉綠素a、葉綠素b 和葉綠素的總含量，Car 表示類胡蘿卜素的含量；V為提取溶液的體積，W為葉片樣品的質(zhì)量。

1.2.2 光響應(yīng)曲線的測(cè)定

采用LI-6400XT 便攜式光合儀進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定時(shí)間為8:00—11:30 時(shí)，測(cè)定時(shí)大氣溫度為20 ～25 ℃，以大氣作為 CO2源，制作空氣緩沖瓶以保持CO2濃度的相對(duì)穩(wěn)定，流速為500 μmol·s-1，在0 ～1 800 μmol·m-2s-1的光照強(qiáng)度（PDF）范圍內(nèi)設(shè)定12 個(gè)梯度，其分別為1 800、1 500、1 200、1 000、800、500、200、100、80、50、20、0 μmol·m-2s-1，每片葉讀取5 個(gè)瞬時(shí)凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）等參數(shù)。采用葉子飄[9]光合計(jì)算軟件來(lái)擬合其光響應(yīng)曲線，計(jì)算出表觀量子斜率（α）、最大凈光合速率（Pnmax）、光飽和點(diǎn)（Lsp）、光補(bǔ)償點(diǎn)（Lcp）、暗呼吸速率（Rd）。

1.2.3 葉綠素?zé)晒獾臏y(cè)定

采用FluorPen FP 110 手持式葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)定葉綠素?zé)晒庵?，每株系各選取3 片同一水平的葉片，將葉片表面擦凈，用葉片夾將其夾住暗適應(yīng)15 min 后，測(cè)定初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、可 變 熒 光（Fv）、PSII有效光化學(xué)量子效率（Fv/Fm）、PSII的潛在光化學(xué)活性（Fv/Fo）、熒光瞬變初始斜率（Mo）等葉綠素?zé)晒鈪?shù)，然后用葉片夾夾住20 min 后測(cè)定非化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）和光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用SPSS 22 進(jìn)行方差分析，采用Duncan 法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 幾個(gè)不同花色株系葉片光合色素含量的比較

植物進(jìn)行光合作用的色素主要是葉片中的葉綠素，葉綠素是光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量的變化會(huì)影響植物對(duì)光能的吸收[10]。環(huán)境溫度、濕度、光照等因素也會(huì)影響葉片光合色素含量的變化，葉綠素含量與太陽(yáng)光的吸收程度有直接關(guān)系；隨著葉片中葉綠素含量的增加，光合作用也會(huì)增強(qiáng)[2]。幾個(gè)不同花色株系葉片的葉色各不相同，其葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、葉綠素a+葉綠素b和綠素a/葉綠素b、類胡蘿卜素/葉綠素的含量和比值與葉片色彩均有顯著相關(guān)性。幾個(gè)不同花色株系葉片的光合色素含量見表1。由表1可知，與葉片D 相比，葉片H1、H2、H3、H4 各光合色素的含量或比值均高于葉片D，而D 的類胡蘿卜素/葉綠素之值高于其他優(yōu)良株系葉片；葉片各光合色素的含量或比值，對(duì)照葉片M 高于H2、H3、H4，其中H1 為玫瑰紅色葉片，其葉綠素a 和葉綠素b 的含量均較高，比D 和M 分別高0.49 和0.04 mg·g-1，葉片H1 與H3 的葉色較為相近，但其各光合色素的含量或比值均高于H3。

表1 幾個(gè)不同花色株系葉片的光合色素含量比較?Table1 Comparison of photosynthetic pigment content in leaves of several different flower color lines

2.2 幾個(gè)不同花色株系葉片光響應(yīng)參數(shù)的比較

幾個(gè)不同花色檵木株系葉片光響應(yīng)曲線的變化趨勢(shì)整體較為一致（圖1），在較低的光強(qiáng)范圍內(nèi)（0 ～800 μmol·m-2s-1），Pn隨光強(qiáng)的增加而顯著增大；而當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到一定范圍（800 ～1 200 μmol·m-2s-1）后，Pn隨光強(qiáng)的增加而緩慢增加，直至接近飽和或達(dá)到飽和狀態(tài)；當(dāng)光照強(qiáng)度超過一定范圍（1 200 ～2 000 μmol·m-2s-1）時(shí)，Pn值幾乎不變，維持在飽和狀態(tài)中。當(dāng)各個(gè)株系葉片的光合作用均達(dá)到飽和水平時(shí)，不同檵木株系與對(duì)照葉片的Pn值從大到小依次為：H4 ＞H2 ＞D ＞H3 ＞H1；H4 ＞M ＞H2 ＞H3 ＞H1。

圖1 不同花色株系與對(duì)照葉片光響應(yīng)曲線的擬合結(jié)果Fig.1 Light response curves of leaves in different flower color lines and control

幾個(gè)不同花色株系葉片光響應(yīng)參數(shù)的測(cè)定結(jié)果見表2。從表2中可以看出，不同花色檵木株系及其對(duì)照葉片的光響應(yīng)曲線各參數(shù)間均存在顯著差異。不同花色株系及其對(duì)照葉片的光飽和點(diǎn)（Lsp）均在1 500 μmol·m-2s-1以上，H1、H2、H3的Lsp 值均高于對(duì)照D 和H4 而低于對(duì)照M，其中以H2 與M 間的差距最小，H2 也是各株系葉片中光飽和點(diǎn)最高的，說(shuō)明它對(duì)高光強(qiáng)的利用能力強(qiáng)，光合能力最大，而H4 葉片的Lsp 值最低；所有株系葉片的Lsp 值均高于對(duì)照D 和H4，H1、H2 和H3 均高于對(duì)照D，其中H4 的光補(bǔ)償點(diǎn)（Lcp）最低（為7.675 6 μmol·m-2s-1），說(shuō)明H4 耐陰能力強(qiáng)，對(duì)弱光的利用能力顯著強(qiáng)于其他檵木株系，其中H1 的Lcp 值最高，為11.504 4 μmol·m-2s-1，說(shuō)明H1 對(duì)弱光利用能力最弱。表觀量子效率（AQY）值為0.040 9 ～0.077 2 mol·mol-1，其中H4（綠色葉）顯著高于其他幾個(gè)株系葉片，其AQY 值最高，H3 的AQY 值卻低于其對(duì)照，不同花色株系及其對(duì)照葉片的AQY 值由大到小順序?yàn)椋篐4 ＞D ＞H1 ＞M ＞H2 ＞H3。

Pnmax能反映植物的光合潛能，Pnmax值越大，說(shuō)明植物葉片的光合潛能越高，在有效的光照下合成的光合產(chǎn)物越多[11]。葉片H1、H2 與H3 的Pnmax值均低于對(duì)照葉片M 和H4，其中H4 的Pnmax值 最 高， 為15.653 2 μmol·m-2s-1， 比H1、H2、H3 分別高7.066 6、4.096 3、6.949 7 μmol·m-2s-1，H4 為綠色葉，其Pnmax顯著高于其他花色株系葉片的。

暗呼吸速率（Rd）能夠反映不同株系消耗光合產(chǎn)物的速率，幾個(gè)不同花色株系與對(duì)照之間Rd值的差異均極顯著，其Rd值為-0.139 9 ～0.718 3 μmol·m-2；幾個(gè)株系中，H4 為綠葉白花，其Rd值最高，達(dá)到0.571 8 μmol·m-2，說(shuō)明其維持自身生命活動(dòng)所消耗的有機(jī)物量大；Rd值最低的是H3（深玫瑰色葉），其表現(xiàn)出較強(qiáng)的有機(jī)物積累能力[12]。

表2 幾個(gè)不同花色株系葉片光響應(yīng)參數(shù)的比較Table2 Comparison of light response curve parameters of leaves in several different flower color lines

2.3 幾個(gè)不同花色株系葉片的葉綠素?zé)晒馓匦?/h3>

已有研究結(jié)果表明，植物的葉綠素含量與其葉綠素?zé)晒馓匦悦芮邢嚓P(guān)，其含量的變化往往伴隨著葉片熒光特性的改變[13]。在相同條件下，不同花色株系葉片的初始熒光和最大熒光值如圖2所示，其各個(gè)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定結(jié)果見表3。由圖2可知，對(duì)照H4 的初始熒光（Fo）值最高，H1和D 的Fo值均最低，表明H4 綠葉的PSII活性較高，F(xiàn)o值與葉片中葉綠素含量有關(guān)。與其他幾個(gè)株系葉片相比，H4 具有相對(duì)較高的最大熒光（Fm）值，且H4 和其他幾個(gè)株系葉片間的差異均顯著。由表3可知，各株系與其對(duì)照D、M 和H4 之間各葉綠素?zé)晒鈪?shù)值的差異均顯著。如熒光瞬變初始斜率（Mo），H2、H3 均高于其對(duì)照，而H1 則顯著低于其對(duì)照，Mo值與葉綠素含量呈負(fù)相關(guān)；幾個(gè)株系的PSII有效光化學(xué)量子效率（Fv/Fm）均為0.73 ～0.78，其中H2 淺粉色花的Fv/Fm值最低，顯著低于其他株系，H1 玫紅花的Fv/Fm值最高，說(shuō)明H1 具有較高的潛在光化學(xué)活性；H2、H3、H4、H1 的Fv/Fo和Fv/Fm之值與葉綠素含量均呈正相關(guān)。非化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ），H1、H2、H3都低于其對(duì)照，綠葉白花H4 的NPQ 值較高，其他株系的均低于其對(duì)照M；H2 的光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）比對(duì)照D 高0.01，H1、H3 的qP值均低于對(duì)照，而所有株系的qP值均高于其對(duì)照M。

圖2 不同花色株系葉片的初始熒光和最大熒光值Fig.2 Initial fluorescence (Fo) and maximum fluorescence (Fm) of different flower color lines

表3 幾個(gè)不同花色株系葉綠素?zé)晒馓匦缘谋容^Table3 Comparison of chlorophyll fluorescence characteristics of several different flower color lines

3 討 論

植物體中葉綠素含量越高，越有利于陰生植物在弱光條件下有效地吸收光能，同時(shí)葉綠素含量的變化會(huì)引起植物葉片顏色的改變[14]。不同花色株系與其對(duì)照之間其葉綠素含量均存在顯著差異，這一結(jié)果與陳曉林等[4]的研究結(jié)果較為接近。類胡蘿卜素既可作為光合色素，又是植物的內(nèi)源抗氧化劑[2]。類胡蘿卜素能夠使葉片更有效地利用漫射光中的藍(lán)紫光，提高其光合效能[15]。葉綠素a、葉綠素b 和類胡蘿卜素含量，H1 玫紅花的均最高，H3 粉色花的最低；而葉綠素a/葉綠素b 和類胡蘿卜素/葉綠素之值，H1 玫紅花的均最低，H3 粉色花的最高。這一結(jié)果說(shuō)明，H1 玫紅花利用光能的潛力最強(qiáng)，進(jìn)行光合作用的能力最強(qiáng)，幾個(gè)不同花色株系間類胡蘿卜素的含量差異較小。因此，玫紅花H1 對(duì)光能利用效率更強(qiáng)。

植物的光合能力取決于本身的遺傳特性，不同物種、不同品種間其光合能力均存在較大差異[16]。植物的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)均為評(píng)估其光適應(yīng)性的重要指標(biāo)。植物的光飽和點(diǎn)越高且光補(bǔ)償點(diǎn)越低，則表示其對(duì)光的適應(yīng)范圍較大，反映其對(duì)光的適應(yīng)性較強(qiáng)[17]。植物的光合能力在一定程度上取決于物種的遺傳特性，光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)的高低可以衡量植物對(duì)強(qiáng)光或弱光的利用能力[18]。本研究結(jié)果表明：幾個(gè)檵木株系間其Pn、Lcp、Lsp等光合參數(shù)的差異均顯著，幾個(gè)檵木株系及其對(duì)照的Lsp 值 為2 024.2391 ～1 507.336 μmol·m-2s-1，而其Lcp 值為-3.937 0 ～11.504 4 μmol·m-2s-1，說(shuō)明其均屬于陽(yáng)性植物，在幾個(gè)不同花色檵木株系中，淺粉色花H2 的光適應(yīng)范圍明顯高于其他花色株系的。H4 的Pnmax、AQY、Rd值均最高，而其Lcp、Lsp 值均最低?？傮w看來(lái)，H4 白花對(duì)光環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，不僅能充分利用弱光，而且對(duì)強(qiáng)光的忍受能力也相對(duì)較強(qiáng)，在園林綠化配置時(shí)可根據(jù)景觀效果靈活應(yīng)用[19]，在引種及品種選育中更為合適。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)能夠反映植物在光合作用過程中對(duì)光吸收、耗散和分配等方面的內(nèi)在聯(lián)系和變化。Fo是暗反應(yīng)下的初始熒光，反映的是植物葉片的光合中心光系統(tǒng)PSⅡ在完全開放狀態(tài)下的熒光產(chǎn)量，與植物葉片的葉綠素濃度有關(guān)[20]。H1玫紅花的Fv/Fo值最高，說(shuō)明其PSⅡ的潛在光化學(xué)活性最大；H1 的NPQ 值最小，說(shuō)明其葉片對(duì)光照的利用能力較強(qiáng)，光合作用的效率也比較高；同時(shí)，H1 的Fv/Fm值最大，說(shuō)明其具有高效捕獲光能。Fm值可反映通過PSⅡ的電子傳遞情況[21]。H4 白花的Fm值明顯高于其他花色株系，表明其的PSII電子傳遞狀況好于其他花色株系，其葉片吸收和傳遞光能的能力均較強(qiáng)[22]。

4 結(jié) 論

研究中發(fā)現(xiàn)，幾個(gè)不同花色檵木株系與其對(duì)照D、M 及H4 雖是同屬同科的植物，但葉片的光合色素含量、光合作用參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)都存在著顯著的差異，綜合比較幾個(gè)不同花色株系的光合作用特性可發(fā)現(xiàn)，玫紅花H1 和白色花H4的光合能力均較強(qiáng)。因此，在進(jìn)行品種選育時(shí)，Lsp、Pn和Lcp 值均可作為有效的參考依據(jù)，應(yīng)當(dāng)選育Lsp 和Pn均較高而Lcp 較低的品種，這樣可以有效地利用光照資源，產(chǎn)生更多的有機(jī)物。因此，不論在園林配置中還是在規(guī)范化栽培時(shí)，都應(yīng)根據(jù)檵木的光合特性適當(dāng)調(diào)整管理措施。

本研究只測(cè)取了檵木株系在冬季的光合色素含量，缺乏對(duì)其整個(gè)生命周期的系統(tǒng)研究。因此，今后應(yīng)進(jìn)一步研究不同檵木株系在強(qiáng)光或低溫脅迫下的表現(xiàn)，從而為檵木品種的選育及其應(yīng)用范圍的拓展提供參考依據(jù)。