高光合速率與高葉綠素含量薄殼山核桃種質(zhì)篩選

陳軍　蔡金峰

摘要：以25個薄殼山核桃品種或優(yōu)良無性系為研究對象，測定了5月中旬、7月中旬、9月中旬葉片的葉綠素含量、光響應(yīng)曲線，結(jié)果表明，薄殼山核桃葉片的葉綠素含量、最大凈光合速率（Pnmax）在25個種質(zhì)材料間和3個時期間均存在顯著性差異，且存在一定的變異性，葉綠素含量高于均值的種質(zhì)有18個，單葉Pnmax高于均值的種質(zhì)有12個;葉綠素含量與Pnmax呈極顯著正相關(guān)（r=0.83**）。聚類分析將25份材料聚為3大類，篩選出A1、A2、A3屬于高光合性能種質(zhì)，表現(xiàn)為生育前期和中期的最大凈光合速率、葉綠素含量較高，生育后期下降緩慢，可以作為高光效育種種質(zhì)。

關(guān)鍵詞：薄殼山核桃;光合速率;葉綠素含量;種質(zhì)資源

中圖分類號： S664.102文獻標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2021）19-0164-04

據(jù)不完全統(tǒng)計，截至目前，國內(nèi)江蘇、安徽、浙江、云南等地相繼從美國引進近百個薄殼山核桃[Carya illinoinensis （Wangenh.） K. Koch]品種，引進品種的生長、生產(chǎn)、抗逆性能及適生區(qū)存在較大差異，所以需要對引進品種進行生長的適應(yīng)性測定與評價，方可推廣應(yīng)用。研究、比較植物不同種質(zhì)的光合能力差異，篩選出高光效種質(zhì)，為高產(chǎn)育種和栽培提供技術(shù)指導(dǎo)，對引種及提高種質(zhì)抗脅迫栽培也具有重要意義。徐德聰?shù)然诠夂虾腿~綠素?zé)晒鈹?shù)據(jù)研究比較了湖南地區(qū)不同品種薄殼山核桃，選育出“金華1號”和“M9-8”2個優(yōu)良品種^[1-2];湯文華等的研究表明6個薄殼山核桃品種的光合性能存在一定差異，“Western”的光合性能最優(yōu)，表現(xiàn)為光合效率高、光適應(yīng)范圍廣，推廣應(yīng)用潛力較大^[3];李建等的研究表明，6個供試薄殼山核桃品種在自然條件下的光合生理特性存在差異，其中“ML7”的光能利用效率最高，各熒光參數(shù)較高，光合性能最好^[4];凌驊等通過葉片的葉綠素?zé)晒夂凸夂仙韰?shù)比較研究了5個薄殼山核桃品種間的差異^[5]。前人的研究缺少對大量種質(zhì)進行光合特性的差異性研究和評價，所以急需對更大范圍的薄殼山核桃種質(zhì)的光合特性進行比較研究來滿足國內(nèi)日益增長的種植需求。本研究分別測定了25個薄殼山核桃種質(zhì)材料在5月中旬、7月中旬、9月中旬的葉綠素含量、光響應(yīng)曲線，研究葉綠素含量和最大凈光合速率在種質(zhì)間的差異性及指標(biāo)間的相關(guān)性，基于聚類分析最終篩選出高光合效率和高葉綠素含量的材料，為高光效育種打下基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1材料

供試的25個薄殼山核桃品種或優(yōu)良無性系如表1所示，均是從全國不同種質(zhì)資源庫中獲取的經(jīng)專家鑒定的種條，于2018年3月嫁接在南京林業(yè)大學(xué)白馬基地，進行正常的水肥管理。

1.2葉綠素含量測定

采用乙醇浸提法測定。2020年5月中旬、7月中旬、9月中旬選取每個薄殼山核桃種質(zhì)長勢一致嫁接苗的中上部功能葉，洗凈擦干，去中脈后剪碎混勻，取0.1 g，加入15 mL無水乙醇浸提24 h，然后在645、663 nm下測定吸光度，得到D_{645 nm}和D_{663 nm}，總?cè)~綠素含量計算公式為：總?cè)~綠素含量=（20.21×D_{645 nm}+8.02×D_{663 nm}）V/m。其中，V為提取液體積，為15 mL;m為材料鮮質(zhì)量，為0.1 g。

1.3最大凈光合速率（P_nmax）

分別于5月中旬、7月中旬、9月中旬09：30―11：30，采用CIRAS-3便攜式光合熒光測定系統(tǒng)的LED紅藍光源葉室進行測定，設(shè)置光照度梯度：2 000、1 600、1 200、1 000、800、600、400、300、200、150、100、50、25、0 μmol/（m²·s），溫度為自然環(huán)境溫度，空氣流量設(shè)為500 μmol/s，CO₂濃度設(shè)為 400 μmol/（m²·s）。每個薄殼山核桃種質(zhì)挑選長勢一致的苗木完全展開葉，重復(fù)3次。儀器自動記錄每個光照度的凈光合速率（Pn），并依據(jù)葉子飄機理模型進行擬合，得出相應(yīng)的Pnmax。

1.4統(tǒng)計分析

利用Excel 2010和DPS 7.04軟件對田間測試數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同生育期25個材料的葉綠素含量差異分析

如表1所示，25個材料在5月、7月和9月的葉綠素含量總體呈“升高—降低”的變化趨勢。25個材料葉綠素含量均值在3個月間存在顯著性差異（P<0.05），其中7月的葉綠素含量均值顯著高于5月的和9月的（P<0.05），5月的葉綠素含量又顯著高于9月的（P<0.05）。3個月的葉綠素含量均值在25個材料之間也存在明顯不同，且變異系數(shù)在6.88%～9.37%，其中5月的葉綠素含量最高的種質(zhì)A1比最低種質(zhì)A25高出41.75%，7月的葉綠素含量最高的種質(zhì)A2比最低種質(zhì)A24高出35.66%，9月的葉綠素含量最高的種質(zhì)A1比最低種質(zhì)A24高出44.92%，表現(xiàn)出一定的變異性。3個月的25個材料葉綠素含量均值為3.233 mg/g，其中高于均值的材料有18個，其含量由高到低編號分別為A1、A2、A4、A3、A10、A6、A7、A5、A9、A8、A11、A12、A16、A14、A13、A15、A17、A18。

2.2不同生育期25個材料的最大凈光合速率（Pnmax）差異分析

由表2可知，25個材料在5月、7月和9月的P_nmax總體呈“升高—降低”的變化趨勢。25個材料P_nmax均值在3個月間存在極顯著差異（P<0.01），其中7月的P_nmax均值極顯著高于5月的和9月的（P<0.01），5月的P_nmax又極顯著高于9月的（P<0.01）。3個月的P_nmax均值在25個材料間也存在明顯不同，且變異系數(shù)在8.74%～10.26%，其中5月的P_nmax最高的種質(zhì)A2比最低種質(zhì)A24高出4908%，7月的P_nmax最高的種質(zhì)A1比最低種質(zhì)A23高出39.82%，9月的P_nmax最高的種質(zhì)A2比最低種質(zhì)A24高出40.76%，表現(xiàn)出一定的變異性。3個月的25個材料P_nmax均值為10.522 μmol/（m2·s），其中高于均值的材料有11個，其P_nmax由高到低編號分別為A2、A1、A3、A5、A4、A6、A7、A8、A9、A10、A11。

2.3相關(guān)性分析

由表3可知，同一生育期（5月、7月、9月）葉綠素含量與最大凈光合速率（P_nmax）均呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。不同時期相關(guān)性有所不同，5月的相關(guān)系數(shù)與7月的基本相等，均高于9月的，結(jié)合表1和表2，進入9月份葉綠素含量和P_nmax均有不同程度的降低，但兩者的降低程度不完全同步，造成兩者的相關(guān)性降低。

2.4聚類分析

基于葉綠素含量和P_nmax對25個材料進行聚類分析，可以聚為3大類（圖1）：第1大類包含A1、

3結(jié)論與討論

基因型是造成不同種質(zhì)間生理生態(tài)學(xué)特性差異的重要因素，不同種質(zhì)間的植物光合能力存在明顯差異。葉綠素含量的高低直接影響葉片光合作用的強弱^[10]。魏書奎等的研究表明，同一時期、同一種核桃的葉綠素含量高低與光合性能的強弱相匹配，? 二者呈正相關(guān)關(guān)系^[6]。本研究也得到了一致的表4各類群的葉綠素含量和最大凈光合速率均值

類群材料編號葉綠素含量（mg/g）Pnmax[μmol/（m2·s）]5月7月9月5月7月9月1A1、A2、A33.4723.5803.41712.58915.6488.5592-1A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A113.3903.3913.30811.05614.4787.8542-2A12、A14、A16、A13、A15、A17、A18、A20、A19、A21、A223.2493.2823.17910.35212.4107.2973A23、A24、A252.6222.7742.4499.14211.4726.383

結(jié)論，即相同生育期內(nèi)不同薄殼山核桃種質(zhì)的葉綠素含量和最大凈光合速率均存在較大差異，且2個指標(biāo)存在顯著的正相關(guān)性。其原因在于薄殼山核桃葉片的葉綠素含量高低會直接影響到其光合作用中光的吸收、傳遞與利用，最終影響到整株光合速率^[7]。

通過對木本植物光合作用的研究，可為選育和鑒定優(yōu)良品種、豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)^[8]。在比較了解材料間的光合能力差異的基礎(chǔ)上，采用聚類將25個材料分成3大類：第1大類包含A1、A2、A3這3個材料，表現(xiàn)為最大凈光合速率、葉綠素含量在5月、7月和9月均較高，可作為高光效育種的親本材料，為高光效育種提供種質(zhì)資源;而第3大類包含A23、A24、A25這3個材料，表現(xiàn)為葉綠素含量、P_nmax均低，可以作為低光效的親本構(gòu)建遺傳群體，研究定位葉綠素合成、光合生理的數(shù)量性狀位點。P_nmax反映了植物利用光能的最大潛力，P_nmax較高的植物可以較多地利用葉片吸收的光能，減少強光或飽和光對光合機構(gòu)的光破壞^[9]。第1大類中A1、A2、A3具有較高的P_nmax，說明這3個材料具有較高的光能利用能力，能較好地適應(yīng)中午和夏季的強光環(huán)境，減少高光環(huán)境對光合機構(gòu)的光破壞，這在一年中的速生期是難能可貴的。

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基金項目：江蘇省林業(yè)科技創(chuàng)新與推廣項目（編號：LYKJ[2018]05-2）。

作者簡介：陳軍（1982―），男，江蘇泰州人，博士研究生，主要從事薄殼山核桃等經(jīng)濟林培育研究。E-mail：763502609@qq.com。