60Co-γ輻射對茭白葉片光合特性和熒光參數的影響

范菁，黃建中，徐潔，石敏，郭得平（.浙江大學農業與生物技術學院，杭州，30058；.長江大學園藝園林學院）

60Co-γ輻射對茭白葉片光合特性和熒光參數的影響

范菁1，黃建中1，徐潔2，石敏1，郭得平1
（1.浙江大學農業與生物技術學院，杭州，310058；2.長江大學園藝園林學院）

分別以50，75和100 Gy劑量水平的60Co-γ射線對3葉期的茭白（Zizania latifolia）幼苗進行輻射處理，通過測定其葉綠素含量、光合氣體交換指標和葉綠素熒光參數來探討γ射線輻射對茭白植株光合和熒光生理特性的影響。試驗結果表明，75 Gy劑量處理茭白的葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量降低顯著；不同劑量的γ射線輻射處理抑制了茭白葉片的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率，其中75 Gy劑量處理降低最為顯著；同時，各處理葉片的實際光化學效率（ΦPSⅡ）、光化學淬滅系數（qP）和表觀光合電子傳遞速率（ETR）也降低，總體上表現為處理劑量越大降低越多，而非光化學淬滅系數（NPQ）有所升高，最大光化學量子產量（Fv/Fm）變化不大。

茭白；60Co-γ射線；光合特性；熒光參數

誘變育種可使基因突變率提高千倍以上，極大地提高了人們定向創造和篩選變異的可能性[1，2]。篩選出的突變體不但能夠直接用于育種，還可加快植物遺傳和細胞生理生化的分析速度，誘變育種成為常規育種技術的一種有力補充手段[3]。γ射線作為一種誘變育種輻射源，是創造植物突變體最有效的誘變因子，具有操作簡單、快捷以及突變頻率高等優點[4～7]。

葉綠素熒光參數是植物光化學反應的指示物，葉綠素熒光分析技術利用植物體內葉綠素作為天然探針，探測植物光合生理狀況及各種外界因子對植物光合作用的影響，可以快速、無損傷地測定植物有機體內光合機構的功能。葉片進行光合作用過程中，該技術在測定光系統對光能的吸收、傳遞、耗散、分配等方面有獨特的作用[8]。因此，多種逆境因子對植物光合作用的影響可以通過葉綠素熒光曲線及其參數的變化反映出來[9]。誘變處理作為一種逆境因子會對植株的光合性能產生一定影響，而通過測定植株的葉綠素熒光參數的變化，我們可以很好地鑒定出植株在這種脅迫環境下所表現出的適應性[3]。

本試驗用不同劑量的60Co-γ射線對茭白（Zizania latifolia）幼苗進行輻射處理，通過測定輻射后茭白植株的光合特性指標和葉綠素熒光參數等的變化，研究茭白植株對不同劑量的誘變處理所產生的輻射生物學效應，為研究60Co-γ射線輻射對茭白光合生理特性的影響機制提供理論依據，對茭白的輻射誘變育種具有一定的指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試茭白品種為浙茭2號，苗齡為3葉期。于2010年3月25日在浙江大學核農所輻照中心用不同劑量的60Co-γ射線進行輻射處理，輻射劑量分別為50，75，100和125 Gy，以未經輻射處理的浙茭2號幼苗為對照。對照及輻照后植株均種植于盆內（40 cm×30 cm），每個處理100～150株苗，3周后對其進行葉綠素含量、光合氣體交換指標和熒光參數的測定。

1.2 試驗方法

①葉綠素含量的測定 葉綠素含量的測定采用丙酮提取法，參考韓錦峰[10]的方法進行。

②光合氣體交換指標的測定 凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間二氧化碳濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）等參數用Li-6400便攜式光合儀（美國LI-COR公司）測定，內置紅藍光源光強設定為1 000 μmol·m-2·s-1。于晴天9：00～11：00或15：00～ 17：00進行測定，測定時取倒二葉，重復6株。

③葉綠素熒光參數的測定 最大光化學量子產量（Fv/Fm）、表觀光合電子傳遞速率（ETR）、實際光化學效率（ΦPSⅡ）、光化學淬滅系數（qP）和非光化學淬滅系數（NPQ）等參數用M-Series Imaging-PAM熒光成像系統（德國WALZ公司）測定，測定前植株葉片先暗適應30 min。Kinetics測定時光合有效輻射（PAR）設置為110 μmol/m-2·s-1，20 s 1個脈沖，得到ETR、ΦPS II、qP和NPQ值。選定整個葉面積AOI（Area of Interest）測定Fv/Fm，計算平均值；測定ETR-PAR光曲線時由低到高分別設置10個光強，每個光強照射20 s，得到不同光強下的ETR值。測定時取倒二葉，6次重復。

1.3 數據分析

采用Excel與DPS軟件進行數據的統計分析，用新復極差法（Duncan）對數據進行方差分析和差異顯著性檢驗（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同劑量的60Co-γ射線輻射處理對茭白葉片葉綠素含量的影響

圖1為不同輻射劑量的γ射線對茭白葉片葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量的影響。可見經60Co-γ射線輻射處理3周后，75 Gy劑量處理茭白的葉片葉綠素a含量顯著小于對照，其余幾個劑量處理與對照差異不顯著。葉綠素b和總葉綠素含量與葉綠素a的規律相似，只有75 Gy劑量處理與對照差異顯著，說明茭白對75 Gy劑量的60Co-γ射線輻射較為敏感。

2.2 不同劑量的60Co-γ射線輻射處理對茭白葉片光合氣體交換指標的影響

由圖2可以看出，經60Co-γ射線輻照，茭白葉片的凈光合速率（Pn）呈降低趨勢，其中75 Gy劑量處理的Pn最低，與對照的差異達到顯著水平；各處理的氣孔導度（Gs）都有顯著降低，其中75 Gy劑量處理降低最多，與對照和50 Gy劑量處理都達顯著水平；從胞間CO2濃度（Ci）來看，各處理也有所降低，其中50 Gy和100 Gy劑量處理與對照差異都達顯著水平，而75Gy劑量處理的Ci高于50Gy和100Gy劑量處理，可能是由于其凈光合速率過低導致了胞間CO2含量的積累所致；與對照相比，各處理的蒸騰速率（Tr）也顯著降低，其中75 Gy劑量處理降低最顯著，與其氣孔導度降低有關。該結果表明，60Co-γ射線輻照降低了茭白葉片的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率。

圖1 不同γ輻射劑量對茭白葉片葉綠素含量的影響

圖2 不同γ輻射劑量對茭白葉片光合氣體交換指標的影響

2.3 不同劑量的60Co-γ射線輻射處理對茭白葉綠素熒光參數的影響

從圖3我們可以看出，60Co-γ射線輻照降低了茭白的實際光化學效率（ΦPSⅡ）和光化學淬滅系數（qP），且輻射劑量越高，ΦPSⅡ值和qP值越低，其中75 Gy和100 Gy劑量處理與對照差異顯著；從表觀光合電子傳遞速率（ETR）來看，不同γ輻射劑量均降低了茭白的ETR值，其中100 Gy劑量處理降低最多，與對照達顯著水平；與對照相比，100 Gy劑量處理的非光化學淬滅系數（NPQ）升高顯著，其他劑量處理與對照沒有顯著差異，說明在100 Gy輻照劑量下的茭白葉片吸收的光能較多地用于熱耗散，導致用于光化學電子傳遞的份額相應地減少，因此光能利用率降低。

圖3 不同γ輻射劑量對茭白葉片葉綠素熒光參數的影響

從最大光化學量子產量（Fv/Fm）來看（圖4），100 Gy劑量處理的茭白Fv/Fm值最低，但各處理與對照都無顯著差異，表明60Co-γ射線輻照降低了茭白的光能轉換效率，100 Gy劑量處理的ΦPSⅡ、qP和ETR值也都低，說明其原初光化學活性受到抑制。

由圖5我們可以看出，在同樣的光合有效輻射條件下，對照的表觀光合電子傳遞速率最高，100 Gy劑量處理的最低，其最大表觀光合電子傳遞速率也最低，且其表觀光合電子傳遞速率在較低的光強下達到飽和，表明其不能經受較高的光照強度，在相同的光強下也無法保持較高的電子傳遞速率，光能利用效率低。此結果表明，60Co-γ射線輻照抑制了茭白的光能利用率，其中100 Gy劑量處理對其影響最大。

圖4 不同γ輻射劑量對茭白Fv/Fm的影響

圖5 不同γ輻射劑量ETR-PAR響應曲線比較

3 結論與討論

本研究表明，75 Gy的輻照劑量顯著降低了茭白葉片葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量。不同劑量的γ射線輻照處理降低了茭白葉片的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率，其中75 Gy劑量處理降低顯著。同時，60Co-γ射線輻照對茭白的各項熒光指標影響也較大，各處理的ΦPSⅡ、qP和ETR值都有所降低，其中ΦPSⅡ和qP值隨著輻射劑量的增大而降低，100 Gy劑量處理顯著提高了茭白的NPQ值，而其他處理對其影響不大，除100 Gy劑量處理的Fv/Fm值略有降低外，其他處理的Fv/Fm值與對照差別不大。以上結果說明，60Co-γ射線輻照處理對茭白的光合特性和熒光參數有抑制作用，這與在蕎麥突變體上的研究結果較為一致[11]。研究結果還表明，各項熒光參數與輻射劑量有一定的相關性，其中100 Gy的高劑量對茭白的熒光生理特性影響最大，致使其光合能力降低，光合效率下降。

光合氣體交換指標與熒光參數也有一定的相關性。經60Co-γ射線輻照后，茭白的ΦPSⅡ、qP、ETR都有所下降，說明其PSⅡ反應中心的能量捕獲效率降低，光化學活性受到抑制，故導致其光合能力減弱，凈光合速率降低，同時，凈光合速率的降低也與氣孔導度的降低有關。而與熒光參數指標不同的是，75 Gy劑量處理茭白凈光合速率低于最高劑量，由于其在低氣孔導度下胞間CO2濃度較高，故非氣孔限制導致其Pn降低，原因可能是輻射導致其葉肉細胞中活性氧的過量積累限制了羧化效率和CO2同化量，致使其凈光合速率在低氣孔導度條件下降低[12]；另一方面，75 Gy劑量處理的茭白的葉綠素含量也最低，且一定程度上影響了其凈光合速率，原因可能是葉綠素的含量降低或產生脫鎂葉綠素，致使其葉綠體類囊體膜上的光系統反應中心的色素和聚光色素的組成比例發生改變，從而影響其光合能力[3]。

總之，葉綠素熒光參數的測定是研究茭白在輻射脅迫下的生物學效應的有效手段，本試驗結果也為茭白的誘變育種與其光合和熒光特性間建立了一定的聯系，從而為茭白的輻射誘變育種提供了一定的理論依據。

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Effects of60Co-γ Ray Irradiation on Photosynthetic Characteristics and Chlorophyll Fluorescence Parameters in Leaves ofZizania latifolia

FAN Jing1,HUANG Jianzhong1,XU Jie2,SHI Min1,GUO Deping1
(1.College of Agriculture and Biotechnology,Zhejiang University,Hangzhou 310058; 2.College of Gardening and Landscape,Changjiang University)

The three-leaf stage seedlings ofZizania latifoliawere irradiated by60Co-γ rays of 50,75,and 100 Gy to examine the effects of-γ ray irradiation on chlorophyll content,photosynthetic gas exchange and chlorophyll fluorescence parameters.The results showed that 75 Gy treatment causing significant decreases in chlorophyll a,chlorophyll b and total chlorophyll contents.The photosynthetic gas exchange parameters Pn,Gs,Ci and Tr were inhibited after irradiation by60Co-γ ray of different dosages,and 75 Gy treatment decreased the most.The chlorophyll fluorescence parameters ΦPSⅡ, qP,ETR were decreased,and NPQ were increased to some extent,but Fv/Fm changed little when the dosage increased.

Zizania latifolia;60Co-γ irradiation;Photosynthesis;Chlorophyll fluorescence parameters

10.3865/j.issn.1001-3547.2011.16.015

公益性行業（農業）科研專項經費項目“水生蔬菜產業技術體系研究與示范”（200903017-03）

范菁（1986-），女，碩士，主要從事蔬菜生理學研究，電話：0571-88982796，E-mail：20916053@zju.edu.cn

郭得平，通信作者，E-mail：dpguo@zju.edu.cn

2011-07-11