17個建蘭品種光合特性分析

周 杰，楊鈺明，蘭琳英，徐艷芳，鄭清冬，謝泰祥，艾 葉*

(1.福建農林大學園林學院，福建 福州 350002；2.福建農林大學金山學院，福建 福州 350002)

建蘭(Cymbidium ensifolium)為蘭科(Orchidaceae)蘭屬(Cymbidium)地生蘭，主要分布于我國福建、臺灣、浙江、安徽、江西、海南和廣東等地，因在福建省栽培早、分布多，故稱為建蘭[1]。建蘭株型姿態(tài)優(yōu)雅、花香淡雅、寓意高潔，在觀賞、文化和經濟方面都有著較高的價值，受到眾多文人雅士喜愛。建蘭種植歷史悠久，種質資源豐富，品種繁多[1—3]。野生建蘭耐蔭蔽，不耐強光直射，一般生長在海拔600～1800 m的溝谷、疏林、灌木和草叢等郁閉度較高的環(huán)境中[1]。

光合作用是植物長期適應自然環(huán)境的生物過程，可將太陽輻射轉化為植物體生長、發(fā)育和繁育過程中所需的物質和能量[4]。光合特性能反映環(huán)境因素對植物光合代謝的影響[5]，植物間的生長、產量、品質、抗逆性等方面存在不同程度的差異性，一定程度上是由植物間光合特性的差異所造成[6—8]。國內外學者對水稻[9]、白菜[10]和蘋果[11]等植物的光合作用效率及機制有著較詳盡的研究，而對蘭科植物的光合特性研究相對較少。沈宗根等[12]對美花石斛(Dendrobium loddigesii)、春石斛(D.nobile)和鐵皮石斛(D.candidum)的葉綠素含量、葉綠素熒光和光合作用參數進行測定分析，發(fā)現三種石斛的光補償點、光飽和點較低，且葉綠素a/b低于2.2，具有陰生植物的生理特性。王瑩博等[13]測定了白及(Rhizoma bletillae)在高溫、干旱、高溫干旱下葉片葉綠素熒光和光合作用參數的變化情況，表明高溫和干旱脅迫會影響白及葉片光合參數。

建蘭品種繁多，且不同品種間的生長習性差異較大，但目前對建蘭品種間的光合特性研究較少，不利于建蘭種質資源保護、栽培以及開發(fā)利用。本研究以國內常見的17個建蘭品種為材料，測定和分析建蘭品種的光合色素以及葉綠素熒光相關參數，為建蘭良種選育及栽培管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

以福建農林大學金山校區(qū)森林蘭苑國蘭種質資源圃(119°18′E，26°05′N)栽培多年的 17 個建蘭品種為材料(表1，圖1)。每品種選取3株長勢一致、無病蟲害的健康植株。

1.2 方法

1.2.1 光合色素含量測定

在每株葉片的中上部隨機選取3個小圓片(直徑1 cm)，避開葉脈，每品種共9個小圓片。參照沈偉其[14]的方法測定，將無水乙醇和丙酮等量配制成葉綠素提取液[15]，小圓片剪成寬1 mm細絲，放入含20 mL提取液的容器中，置于陰暗環(huán)境24 h，溫室保持在 25 ℃，搖晃容器至葉細絲發(fā)白后，分別于470 nm、645 nm和663 nm下測定吸光度值(ABS)。用Arnon運算公式計算提取液的葉綠素含量，包括葉綠素a (Chla)、葉綠素b (Chlb)、總葉綠素(Chl)和類胡蘿卜素(Car)。

1.2.2 葉綠素熒光參數測定

每株自葉尖下6 cm處隨機剪取3片新鮮葉片，每品種取9片。將剪取的葉片暗處理15 min后，轉至捷克FluorCam開放式葉綠素熒光儀中，測定每片葉的葉綠素熒光參數，包括最大熒光產量(Fm)、初始熒光(Fo)、最大光量子效率(Fv/Fm)、Kautsky誘導效應最大熒光(Fp)、光適應穩(wěn)態(tài)熒光產量(Ft_Lss)和穩(wěn)態(tài)光適應光化學淬滅系數(Qp)，各項數據測定 3次。

1.3 數據分析

數據運用Microsoft Excel 2019軟件進行統計和圖表制作，采用IBM SPSS Statistics 25.0軟件進行方差和相關性分析。

表1 建蘭品種Table 1 Different varieties of Cymbidium ensifolium

圖1 部分建蘭品種植株形態(tài)Fig.1 Plant morphology of some Cymbidium ensifolium cultivars

2 結果與分析

2.1 不同建蘭品種葉片光合色素含量差異

17個建蘭品種中，葉綠素a和葉綠素a+b含量最高的品種為‘鐵骨素’，皆顯著高于其他品種；其次為‘閩南黃蝶’、逸紅雙嬌’； 葉綠素a和葉綠素 a+b含量最低的品種為‘綠光登’和‘錦旗’。葉綠素b含量最高的為‘鐵骨素’、‘閩南黃蝶’和‘逸紅雙嬌’；‘玉女素’、‘市長紅’、‘大寶島’、‘鐵骨素’、‘雁蕩素’、‘大鳳素’、‘天蛾素’、‘逸紅雙嬌’等的葉綠素a/b均較高；類胡蘿卜素含量最高的是‘逸虹雙嬌’和‘鐵骨素’，分別為 2.795 mg·g-1和 2.536 mg·g-1，‘錦旗’最低，僅 0.546 mg·g-1(表 2)。

表2 建蘭不同品種葉片的光合色素含量Table 2 Photosynthetic pigment content of different varieties of Cymbidium ensifolium

2.2 不同建蘭品種葉片葉綠素熒光參數差異

17個建蘭品種的葉綠素熒光參數存在差異。其中，Fo值最高的是‘大鳳素’，為429.12；其次是‘雁蕩素’和‘閩南黃蝶’，分別為 407.32和394.91；‘天荷’和‘逸紅雙嬌’最低，分別為167.27和 159.43。Fm值最高的品種是‘鐵骨素’(Fm=923.00)；其次為‘雁蕩素’和‘大鳳素’，分別為 892.22和 889.92；‘逸紅雙嬌’最低(Fm=258.45)。Fp值較高的品種有‘鐵骨素’(Fp=828.35)、‘雁蕩素’(Fp=828.07)、‘大寶島’(Fp=811.43)和‘閩南黃蝶’(Fp=804.64)；其次‘大鳳素’和‘玉女素’，分別788.43和781.70；最低的是‘逸紅雙嬌’(Fp=240.31)?！}南黃蝶’的光適應穩(wěn)態(tài)熒光產量(Ft_Lss)最高，達419.85；其次為‘玉女素’和‘雁蕩素’，分別為 355.96和346.18；‘天荷’和‘逸紅雙嬌’最低，分別為151.53和146.89。17個建蘭品種的Fv/Fm值均低于0.75，范圍為0.25～0.63，Fv/Fm值最大的是‘鐵骨素 ’(Fv/Fm=0.63)； 其 次 為 ‘ 玉 女素’(Fv/Fm=0.60)、‘天蛾素’(Fv/Fm=0.60)、‘綠光 登 ’(Fv/Fm=0.59)和 ‘ 金 咀 連 城素’(Fv/Fm=0.59)；‘四季素’最低為(Fv/Fm=0.25)(表 3)。

表3 17個建蘭品種葉片的葉綠素熒光參數Table 3 The chlorophyll fluorescence parameters of leaves of 17 varieties of Cymbidium ensifolium

17個建蘭品種中，NPQ值最高的是‘鐵骨素’，為0.48；其次為‘大寶島’(NPQ=0.43)；‘四季素’最低，僅為 0.04。各品種的 Qp值分布區(qū)間在0.24～0.47，其中‘逸紅雙嬌’和‘天荷’最高，分別為0.47和0.45；‘玉女素’最低，為0.26。

2.3 建蘭葉片光合色素及葉綠素熒光參數的相關性分析

對建蘭各個品種的光合色素和葉綠素熒光參數作相關性分析(表 4)。在葉綠素熒光參數中除了 Qp與 Fo、Fm、Fp、Ft_Lss、Fv/Fm、NPQ 呈負相關外，其余葉綠素熒光參數間皆呈正相關。其中，葉綠素熒光參數 Fo、Fm、Fp、Ft_Lss間呈極顯著正相關；Fm、Fp都與Fv/Fm呈極顯著正相關；Fv/Fm與 Ft_Lss、NPQ呈顯著正相關。在光合色素參數中，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素 a+b、葉綠素 a/b和類胡蘿卜素含量間均呈極顯著正相關。光合色素和葉綠素熒光參數間相關性不顯著。

3 結論與討論

在相同栽培環(huán)境下，17個建蘭品種的光合色素和葉綠素熒光參數存在著不同程度的差異，表明這些建蘭品種間光合特性存在差異，與黃佩璐等[6]在建蘭、張艷艷等[7]在兜蘭和Tsai等[8]在水稻上的研究結果相似，也驗證了不同品種間的光合特性差異是由植物遺傳基因所導致的[16—17]。葉綠素含量直接影響植物光合效率[18—19]。類胡蘿卜素作為植物生理功能中重要的色素分子，決定植物根、莖、葉、花和果實等器官的色彩，同時在植物光合作用中具有防光破壞和捕獲光能的作用[20—21]。本研究中，‘鐵骨素’、‘逸紅雙嬌’和‘閩南黃蝶’葉綠素a、葉綠素 b、葉綠素 a+b和類胡蘿卜素含量均高于其他建蘭品種，結合這三個品種的生長狀況以及葉片色彩豐度優(yōu)于其他品種，表明這三個品種有較強的吸收光能的能力，并有較良好的防御光破壞的能力。從建蘭不同品種的相關性分析結果可知，葉綠素熒光參數與光合色素含量間無顯著相關性，與宋楊等[5]對越橘和楊娟等[22]對枸杞的研究中發(fā)現部分光合色素與葉綠素熒光參數間存在顯著或極顯著正相關的結論有所不同，其機制還有待探索。

表4 17個建蘭品種光合色素和葉綠素熒光參數相關性分析Table 4 Correlation analysis of photosynthetic pigments and chlorophyll fluorescence parameters of 17 varieties of Cymbidium ensifolium

植物的光合機理與外界環(huán)境間的聯系能通過葉綠素熒光參數來表現，且葉綠素熒光測定技術具備易操作、無損傷、速度快和可靠性高等特點[23]，被廣泛應用于植物光合機理、植物脅迫生理、水生植物光合作用等研究[11,18,24]。Fv/Fm作為PS Ⅱ原初光能轉化效率的指示參數反映植物受到光抑制的程度，在良好生境下其數值穩(wěn)定在 0.75～0.85，但遭受光抑制時Fv/Fm值會驟減[25—26]。然而，17個建蘭品種的Fv/Fm值皆低于0.75，僅為0.25～0.63，結合部分品種植株瘦小和葉片泛黃等表征，表明這些建蘭品種受到不同程度的光抑制，或為栽培處遮陰效果較差導致。非光化學猝滅系數NPQ能使植物耗散過剩的熱量，防御光破壞從而對植物光合作用起到保護[27]。本研究中，建蘭‘鐵骨素’的最大熒光產量(Fm)、Kautsky誘導效應最大熒光(Fp)、PS Ⅱ原初光能轉化效率(Fv/Fm)和穩(wěn)態(tài)非光化熒光淬滅系數(NPQ)均高于其他品種，且光合色素含量高，表明‘鐵骨素’具有最優(yōu)良的光合生理特性。本研究僅對建蘭不同品種的光合色素和葉綠素熒光參數進行分析，今后應結合建蘭實際生長情況進行驗證實驗，為建蘭品種的篩選、開發(fā)和利用提供理論基礎。