華南205木薯及其同源四倍體PSⅡ葉綠素熒光參數差異分析

宋紅艷 張振文 安飛飛 陳霆 李開綿

摘 要 為研究華南205二倍體木薯及其同源四倍體葉片中光系統Ⅱ（PSⅡ）葉綠素熒光參數的差異，采用調制式葉綠素熒光成像系統Imaging-Pam對PSⅡ的葉綠素熒光參數進行測定。結果表明：SC205染色體加倍后，葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量均顯著提高；葉綠素熒光參數Fo、ΦPSⅡ、qP和ETR均顯著升高，NPQ降低，Fv/Fm并未發生顯著變化。葉綠素含量及ΦPSⅡ、qP、ETR的上升表明SC205四倍體葉片PSII反應中心捕光能力強、光化學轉化效率高，從而提高了葉片的光合速率。

關鍵詞 木薯；同源四倍體；葉綠素熒光參數

中圖分類號 S533 文獻標識碼 A

植物染色體加倍后常出現粗壯、器官體積變大等新的表型[1-3]。多倍體葉片較二倍體大而厚，葉形也有較大變化。木薯多倍體化后，葉片增厚，葉面有褶皺，葉色深綠[4]，葉片氣孔與二倍體形態相似，但明顯增大，淀粉及葉綠素含量均顯著高于二倍體[5]。

葉綠素作為葉綠體的重要組成部分，對光的吸收能力極強，決定著葉片功能持續期的長短[6-7]。一定范圍內葉綠素含量的多少會直接影響葉片的光合能力，基于葉綠素含量與光合能力的關系研發的葉綠素熒光技術作為一種新方法廣泛應用于植物光合生理特性的研究中[8-15]。目前，有關木薯光合生理方面的研究已有不少報道，包括不同品種不同發育時期光合產物的分配、凈光合速率、蒸騰速率和胞間CO2濃度間的關系[16-19]，外源激素對木薯光合生理生化的影響[20-22]，不同品種葉綠素含量、葉綠素熒光參數及相關蛋白表達水平差異[23]等研究。而利用葉綠素熒光技術觀察木薯加倍后熒光參數的變化報道較少。安飛飛等[24]對華南8號木薯及其同源四倍體葉片蛋白質組及葉綠素熒光差異分析，表明加倍后四倍體葉片的熒光參數較二倍體升高。本研究利用葉綠素熒光技術對華南205及其四倍體葉綠素含量及葉綠素熒光參數進行分析，探明染色體加倍后光合速率間的差異，為研究木薯光合生理生化提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料SC205（華南205）及SC205四倍體來自中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所國家木薯種質資源圃，整個過程未施任何肥料，田間管理一致。選取植后3個月的完全展開功能葉開展試驗。

1.2 方法

1.2.1 葉綠素提取 參照孔祥生[25]95%乙醇直接提取法提取葉片葉綠素。稱0.1 g葉片并剪碎，加10 mL 95%乙醇，提取至無綠色為止。分別在663 nm和645 nm波長處測定吸光度。按公式計算葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量。

1.2.2 葉綠素熒光參數測定 采用調制式葉綠素熒光成像系統（Imaging-Pam）于晴天10 ： 00測定葉片的葉綠素熒光參數。選取長勢一致的植株5株，測定前將葉片在黑暗下處理20 min以上，用弱光測定暗適應下的初始熒光（Fo），然后給周期性飽和脈沖[6 000 μmol/（m2·s），脈沖時間0.8 s]，測得PSⅡ潛在光合效率Fv/Fm，PSⅡ實際光合效率ΦPSⅡ、非光化學淬滅系數NPQ、光化學淬滅系數qP及光合電子傳遞速率ETR。

1.3 數據統計分析

采用Excel 2003和DPS v7.55軟件對數據進行分析，差異顯著性分析采用新復極差法（Duncan）。

2 結果與分析

2.1 SC205及其四倍體葉片葉綠素含量

由表1可知，SC205染色體加倍后，葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量均顯著高于SC205，且較二倍體分別提高了18.78%、26.70%和19.67%。

2.2 SC205及其四倍體葉片葉綠素熒光參數分析

SC205及其四倍體葉片葉綠素熒光參數如表2所示，其葉綠素熒光參數Fv/Fm成像、ΦPSⅡ成像、NPQ/4成像及qP成像如圖1所示。

由表2可知，SC205四倍體葉綠素熒光參數中，PSII最大光合效率Fv/Fm較二倍體未出現顯著性差異，Fv/Fm反應光合系統潛在的光化學效率，其值一般恒定在0.75～0.85[26]。當植物受到光抑制、脅迫或某些基因突變時，才會出現顯著變化。SC205四倍體葉片NPQ/4較二倍體下降，表明此時四倍體葉片光合作用中用于光耗散的能量低于二倍體。其它熒光參數Fo、ΦPSⅡ、qP及ETR較二倍體顯著提高。初始熒光Fo與葉綠素濃度有關[26]，SC205四倍體Fo較二倍體提高了27.44%，這一結果與其葉片葉綠素含量顯著提高一致。ΦPSⅡ反映PSⅡ反應中心的光能捕獲效率，試驗中，SC205四倍體ΦPSⅡ較二倍體升高9.17%，表明四倍體PSⅡ反應中心光能捕獲效率較高。SC205四倍體葉片光化學淬滅系數qP較二倍體高11.04%，表明四倍體光化學轉化效率較高。SC205四倍體葉片電子傳遞速率ETR顯著高于二倍體，為13.74%，說明葉綠素含量較高的SC205四倍體PSⅡ反應中心的電子傳遞效率高于二倍體，在對光能的利用中也占有優勢。

3 討論與結論

植物體內葉綠素熒光的變化與光合作用緊密相連，可以作為光合作用的探針[27]。與二倍體相比，四倍體葉片葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素均顯著升高，這與安飛飛等[24]、施先鋒[28]、張曉曼[29]分別對木薯、西瓜及小報春的研究結果一致。

本研究中，四倍體葉片初始熒光Fo顯著高于二倍體，這與其葉片葉綠素含量的顯著升高相對應。四倍體株系葉片ΦPSⅡ顯著升高，表明葉綠素含量較多時PSⅡ反應中心光能捕獲效率較高，這與陳友根等[30]對甜瓜的研究結果相同。四倍體葉片qP顯著高于二倍體，表明其光能轉化效率較高，這與杜琳等[31]研究結果一致。研究表明較低的NPQ值有利于光能的耗散[32]，四倍體葉片NPQ值較二倍體低，說明葉片色素吸收的能量中流向光化學作用的部分增多，熱和熒光形式的能量較少。研究結果表明光合電子傳遞的速率與光合效率間存在一定的正相關[33]，本研究中四倍體葉片ETR也顯著高于二倍體，這與ΦPSⅡ的顯著升高相對應。

SC205四倍體葉片葉綠素含量的升高導致葉片中葉綠素熒光動力學參數Fo、ΦPSⅡ、qP和ETR的升高，PSⅡ反應中心的捕光能力及光化學轉化效率升高，吸收的光能較少地用于熱耗散，從而提高了四倍體的光合速率。

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