青花菜新品種湘綠2號(hào)、湘綠3號(hào)光合特性比較

姚丹燕，吳秋云，龔意輝，黃 科

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，廣東 廣州 510642）

青花菜又叫西蘭花，屬十字花科蕓薹屬，一、二年生草本植物，是甘藍(lán)的一個(gè)變種。青花菜起源于地中海東部沿岸，盛產(chǎn)于歐美各國，于19 世紀(jì)傳入我國。青花菜營養(yǎng)豐富，富含蛋白質(zhì)、糖、脂肪、維生素和胡蘿卜素，其營養(yǎng)成分位居同類蔬菜之首，被譽(yù)為“蔬菜皇冠”。據(jù)國內(nèi)外最新研究，青花菜具有保健美容，防癌抗癌，預(yù)防高血壓、心臟病、糖尿病，幫助老年人保護(hù)視力等突出藥用價(jià)值，是世界公認(rèn)的健康食品，是人類的健康天使，深受消費(fèi)者的歡迎[1]。因此，近年來全國各省相繼引種栽培，青花菜種植面積不斷擴(kuò)大，是種植面積較大的珍稀蔬菜之一。

隨著青花菜需求量的增大，增產(chǎn)已成為當(dāng)今發(fā)展的趨勢(shì)，選擇高光合作用的品種是重要途徑之一。植物不同生育時(shí)期的光合速率與產(chǎn)量的相關(guān)性是不一樣的[2]，而青花菜生殖生長階段的光合速率對(duì)花球的產(chǎn)量影響最大。光合作用酶是植物光合作用中發(fā)揮重要媒介作用的物質(zhì)。有研究表明[3]，硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶的活性與青花菜品種的光合利用率相關(guān)，這2 種酶可以作為比較青花菜不同品種間光合速率與產(chǎn)量關(guān)系的指標(biāo)。采用生殖生長階段的光合速率不同的原理，以青花菜圣綠品種為對(duì)照，以湘綠2 號(hào)、湘綠3 號(hào)為材料，對(duì)這3 種青花菜品種的光合特性進(jìn)行了比較研究。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 供試材料 供試品種為湘綠2 號(hào)、湘綠3號(hào)，均為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)以自交不親和系雜交而成的青花菜新品種，屬中晚熟類型，從定植至采收80 d左右。對(duì)照品種為圣綠。

1.1.2 儀器與試劑 儀器：Li-6400XT 便攜式光合測(cè)定儀、分光光度計(jì)、分析天平、水浴鍋、漩渦混合器、高速離心機(jī)、滴定裝置、烘干箱。

試劑：蔗糖、蒽酮試劑、硫酸、萘胺、考馬斯亮藍(lán)、乙醇、鹽酸、磷酸緩沖液、硝酸鉀溶液。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)[4]，每個(gè)品種3 次重復(fù)，共9 個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為15 m2，種植于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜基地，常規(guī)管理。青花菜結(jié)球前期、結(jié)球期、收獲期進(jìn)行光合速率的測(cè)定；結(jié)球期測(cè)定硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶的活性；收獲期測(cè)定青花菜產(chǎn)量。

1.2.2 光合速率的測(cè)定 參考便攜式光合作用系統(tǒng)測(cè)定植物凈光合速率的方法，每個(gè)青花菜品種重復(fù)3 次，分別于2011年9月16日、10月16日、11月16日進(jìn)行光合速率的測(cè)定。記錄這3 個(gè)時(shí)段光合作用吸收的CO2與呼吸作用釋放的CO2相等時(shí)的光照強(qiáng)度。每個(gè)時(shí)期的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)的計(jì)算公式如下：

y =－ax＋bx－1.667 8

1.2.3 硝酸還原酶活性的測(cè)定 采用對(duì)氨基苯磺酸比色法測(cè)定硝酸還原酶的活性[5]，每個(gè)青花菜品種重復(fù)3 次。制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。硝酸還原酶的活性計(jì)算公式如下：

硝酸還原酶活性＝亞硝酸鈉微克數(shù)（μg）×稀釋倍數(shù)/樣品鮮重（g）×?xí)r間（h）

1.2.4 谷氨酰胺合成酶活性的測(cè)定 參考Amos等方法[6]，每個(gè)青花菜品種重復(fù)3 次。稱取植物鮮樣1 g 于研缽中，加3 mL 提取緩沖液，置冰浴上研磨勻漿，轉(zhuǎn)移于離心管中，4℃、15 000 g 離心20 min，取上清液，即粗酶液。在540 nm 處測(cè)定OD值，另取粗酶液測(cè)定可溶性蛋白質(zhì)的含量，按照考馬斯亮藍(lán)的方法，在595 nm 處測(cè)定OD 值，計(jì)算谷氨酰胺合成酶的活性。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析方法 采用Excel 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，用DPS 統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 光合速率

根據(jù)測(cè)定不同光強(qiáng)度下的光合速率，制定植物的光響應(yīng)曲線（圖1、圖2、圖3），在青花菜的結(jié)球前期和結(jié)球旺盛期，圣綠的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)都是3 個(gè)品種中較低的，結(jié)球前期分別為45.10 μmol/（m2·s）和1 400 μmol/（m2·s），結(jié)球旺盛期分別為46.10 μmol/（m2·s）和1 400 μmol/（m2·s）；湘綠的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)是3 個(gè)品種中較高的，結(jié)球前期分別為67.1 μmol/（m2·s）和1 600 μmol/（m2·s），結(jié)球旺盛期分別為66.50 μmol/（m2·s） 和1 600 μmol/（m2·s）。在結(jié)球后期，圣綠的光補(bǔ)償點(diǎn)最低，為43.70 μmol/（m2·s）；湘綠2 號(hào)的光補(bǔ)償點(diǎn)最高，為68.60 μmol/（m2·s），3 個(gè)品種的光飽和點(diǎn)在結(jié)球后期相同。由此可見，在青花菜整個(gè)時(shí)期，隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，光合速率增加，但當(dāng)光照強(qiáng)度增大一定程度時(shí)，光合速率達(dá)到飽和，不再增加。在結(jié)球前期，湘綠3 號(hào)、湘綠2 號(hào)最大光合速率基本相同，圣綠略低；在結(jié)球旺盛期，相同光照條件下湘綠2 號(hào)光合速率增加幅度比湘綠3 號(hào)、圣綠稍大；在結(jié)球后期，青花菜不同品種光合速率曲線基本相同。總之，青花菜具有較強(qiáng)的耐弱光能力，3 個(gè)青花菜品種的光補(bǔ)償點(diǎn)均在20～50 μmol/（m2·s）之間，其中湘綠2 號(hào)最高，圣綠最低。

圖1 不同青花菜品種結(jié)球前期光合速率的測(cè)定

圖2 不同青花菜品種結(jié)球旺盛期光合速率的測(cè)定

圖3 不同青花菜品種結(jié)球后期光合速率的測(cè)定

2.2 硝酸還原酶活性

試驗(yàn)結(jié)果表明，湘綠3 號(hào)的硝酸還原酶的活性最高，為10.16 μg/（g·h），其次是圣綠，活性為9.04 μg/（g·h），湘綠2 號(hào)最低，活性為8.62 μg/（g·h）。2個(gè)新品系的青花菜和對(duì)照圣綠之間沒有顯著差異（表1）。

表1 產(chǎn)量形成因素與產(chǎn)量

2.3 谷氨酰胺合成酶活性

如表1 所示，湘綠3 號(hào)谷氨酰胺酶活性最高，為1.01 μmol/（mg·h），而湘綠2 號(hào)酶活性最低，只有0.83 μmol/（mg·h），對(duì)照組圣綠的酶活性為0.88 μmol/（mg·h）。湘綠3 號(hào)與湘綠2 號(hào)、對(duì)照圣綠間的差異都達(dá)極顯著性水平，湘綠2 號(hào)和對(duì)照圣綠間無顯著差異。

2.4 產(chǎn) 量

如表1 所示，湘綠2 號(hào)的產(chǎn)量最高，為576.1 kg/667m2；其次是湘綠3 號(hào)，為504.2 kg/667m2；對(duì)照圣綠的產(chǎn)量最低，為454.8 kg/667m2。湘綠2 號(hào)與對(duì)照圣綠間的產(chǎn)量差異達(dá)到極顯著水平，與湘綠3 號(hào)間的產(chǎn)量差異達(dá)到顯著水平；湘綠3 號(hào)和對(duì)照圣綠間產(chǎn)量沒有顯著差異。

3 討論與結(jié)論

3.1 葉片光合速率與產(chǎn)量的關(guān)系

湘綠2 號(hào)的產(chǎn)量最高，為576.1 kg/667m2，對(duì)照圣綠的產(chǎn)量為454.8 kg/667m2。在青花菜結(jié)球期，湘綠2 號(hào)的光合速率最高，為28.03 mol CO2/（m2·s），而對(duì)照圣綠的光合速率最低，為27 mol CO2/（m2·s）。試驗(yàn)結(jié)果表明，青花菜的光合速率對(duì)產(chǎn)量的形成有顯著影響，光合速率與產(chǎn)量的關(guān)系呈正相關(guān)（r2=0.954 8），高光合速率是高產(chǎn)品種產(chǎn)量高的直接原因，單位葉面積的凈光合速率與產(chǎn)量呈正相關(guān)，青花菜產(chǎn)量與葉片光合速率具有正相關(guān)性。這一試驗(yàn)結(jié)果也與杜維廣等[7]研究得到的青花菜葉片光合效率高的品種產(chǎn)量也高的結(jié)論一致。因此，可改善光照條件及栽培條件，提高青花菜的光合速率及光合效率，達(dá)到增加產(chǎn)量的目的。

3.2 硝酸還原酶與葉片光合速率的關(guān)系

湘綠3 號(hào)硝酸還原酶的活性最高，為10.16 μg/（g·h），光合速率為27.12 mol CO2/（m2·s）。湘綠2 號(hào)硝酸還原酶活性最低，只有8.62 μg/（g·h），而它的光合速率卻最高。3 個(gè)品種的硝酸還原酶活性無明顯差異，其中湘綠3 號(hào)硝酸還原酶活性最高，光合效率也比較高，產(chǎn)量也比圣綠高；湘綠2 號(hào)硝酸還原酶活性最低，但光合效率最高，產(chǎn)量也最高。該試驗(yàn)結(jié)論與前人研究的硝酸還原酶活性與青花菜品種的光合速率呈正相關(guān)的結(jié)論有些差異，需要進(jìn)一步研究。

硝酸還原酶作為同化過程中重要的調(diào)節(jié)酶和限速酶，在植物氮素代謝過程中起關(guān)鍵作用。湯玉瑋等研究表明，耐肥性弱的品種硝酸還原酶活性總比耐肥性強(qiáng)的品種高。該研究的3 個(gè)青花菜品系中，湘綠3 號(hào)耐肥性弱對(duì)硝態(tài)氮的吸收同化能力強(qiáng)，湘綠2 號(hào)耐肥性強(qiáng)對(duì)硝態(tài)氮的吸收同化能力弱。硝態(tài)氮的吸收是作物根系氮素吸收的主要形式之一[8]。湘綠3 號(hào)硝酸還原酶活力高，對(duì)土壤中的氮肥利用率高。可根據(jù)硝酸還原酶活性與葉片光合速率的關(guān)系，正確指導(dǎo)施肥，提高葉片的光合效率，達(dá)到增加產(chǎn)量的目的。

3.3 谷氨酰胺合成酶與葉片光合速率的關(guān)系

湘綠2 號(hào)的谷氨酰胺合成酶活性最低，為0.83 μmol/（mg·h），光合速率最高，為28.03 mol CO2/（m2·s）；湘綠3 號(hào)的谷氨酰胺合成酶活性最高，為1.01 μmol/（mg·h），光合速率為27.12 mol CO2/（m2·s），比對(duì)照圣綠的27 mol CO2/（m2·s）略高，說明谷氨酰胺合成酶的活性與青花菜的光合速率沒有一定的相關(guān)關(guān)系。這與前人的研究結(jié)果基本一致[9-10]。谷氨酰胺合成酶主要是參與同化光呼吸及硝酸鹽還原產(chǎn)生的NH4+，谷氨酰胺合成酶的影響因素有很多，其中影響最大的是光。青花菜是典型的喜氮植物，谷氨酰胺合成酶在青花菜氮素營養(yǎng)過程與產(chǎn)量的形成過程中至關(guān)重要。可根據(jù)谷氨酰胺合成酶與光合作用的關(guān)系，正確指導(dǎo)施肥，提高葉片的光合效率，達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的。

3.4 結(jié) 論

青花菜葉片的光合速率與產(chǎn)量呈正相關(guān)，葉片光合速率高，其產(chǎn)量也高，且沒有午休現(xiàn)象。整個(gè)青花菜的發(fā)育過程說明：光飽和點(diǎn)高，利用光照的效率高，產(chǎn)量高。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果，湘綠2 號(hào)的補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)和產(chǎn)量高，是高光效的作物，可以推廣種植。農(nóng)民可以通過改善光合條件，根據(jù)不同時(shí)期光合酶與光合作用的關(guān)系正確施肥，達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的目的。

光合作用酶活性的測(cè)定結(jié)果表明：湘綠3 號(hào)硝酸還原酶活性最高，光合效率也比較高，產(chǎn)量較高，耐肥性弱；湘綠2 號(hào)硝酸還原酶活性最低，光合效率最高，產(chǎn)量也最高，耐肥性強(qiáng)。湘綠3 號(hào)對(duì)硝態(tài)氮的吸收同化能力強(qiáng)，湘綠2 號(hào)對(duì)硝態(tài)氮的吸收同化能力弱。可根據(jù)光合作用酶活性與葉片光合速率的關(guān)系，正確指導(dǎo)施肥，達(dá)到提高光合作用，增加產(chǎn)量的目的。

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