5個油茶優良無性系光合及葉片解剖特征比較分析

廖文婷，王瑞輝，鐘飛霞，李 婷，陳彩霞

（中南林業科技大學 經濟林培育與保護省部共建教育部重點實驗室，湖南 長沙 410004）

5個油茶優良無性系光合及葉片解剖特征比較分析

廖文婷，王瑞輝，鐘飛霞，李 婷，陳彩霞

（中南林業科技大學 經濟林培育與保護省部共建教育部重點實驗室，湖南 長沙 410004）

為給進一步篩選高光效、優良的油茶無性系提供參考依據，選擇5個油茶優良無性系（‘湘林’系列XL210、XL82、XL190、XL81、XL14）9年生植株，于2013年7月觀測了其光合參數及葉片解剖特征。結果表明：凈光合速率（Pn）的日變化曲線，XL14呈“單峰型”，其他無性系均為“雙峰型”，不同無性系峰值出現的時間及峰值大小不完全相同，各無性系的Pn日均值從大到小依次為XL14＞XL81＞XL82＞XL210＞XL190，各無性系的單位面積產油量均值都隨Pn值的增大而增大，Pn與葉綠素a、葉綠素（a＋b）和葉綠素a/b之間均存在顯著的正相關關系；5個無性系的葉片解剖特征值之間差異明顯，柵欄組織/葉片厚度、柵欄組織/海綿組織的比值與Pn及單位面積產油量間均呈顯著正相關。

油茶；無性系；光合作用；葉綠素；葉片解剖

光合作用是植物生長發育的基礎和生產力高低的決定性因素，選育高光效植物是經濟林木遺傳育種的重要任務。葉片是植物進行光合作用的主要器官，葉片的解剖結構與植物的光合效率息息相關[1]。目前，我國已經選育出了許多油茶高產無性系，對這些無性系的光合及葉片解剖特征進行比較分析，探索其高產穩產的生理基礎，進一步篩選出高光效的優良無性系，這是十分必要的。

近年來，國內外學者在植物光合作用和葉片解剖特征的研究方面已取得一些進展。李靜怡等人[2]的研究結果表明，不同倍性毛白楊無性系光合速率存在差異；祁傳磊等人[3]研究證明，不同倍性大青楊葉片解剖結構與凈光合速率和光能利用能力有密切的關系，大青楊的光合能力與其結構變化（葉面積大小、柵欄組織厚度、柵欄組織與海綿組織厚度的比值等）密切相關；劉瑩等人[4]的研究結果表明，小麥葉片內部的解剖結構與其外部光合性能的表現有著直接的關系；曹娟云等人[5]研究認為，高度發達的柵欄組織可以避免干旱地區強烈光照對葉肉細胞的灼傷，又可有效利用衍射光進行光合作用，即柵欄組織越厚、柵欄組織與葉厚的比值越大，柵欄組織細胞越小且排列越緊密，則植物利用光能的效率越高。

在油茶的光合和葉片解剖特征研究方面，孔文娟等人[6-7]對小果油茶、攸縣油茶、紅花油茶和普通油茶的光合及生理特性進行了研究；王湘南等人[8]對油茶花芽的解剖特征進行了研究。但是，目前已有的研究主要是針對油茶無性系光合或者器官解剖等某單一方面的，本研究對不同無性系在光合、葉解剖特征及產量三者之間進行全面系統的研究，旨在了解高產油茶的生理特征及其表現規律，以期為今后油茶的相關研究提供參考依據。

1 試驗地概況

試驗地位于湖南省林業科學院油茶種質資源收集保存庫與新品種試驗基地，地處長沙市天際嶺，東經 113°01′、北緯 28°06′，地貌為低山丘陵，海拔高度為80～100 m，坡度為15～20 °，土質為第四紀紅壤，土層厚度為50～100 cm，pH值為4.8。氣候屬亞熱帶季風濕潤氣候，春末夏初多雨，夏秋多旱，暑熱期長。全年無霜期約為275 d，年降雨量為1 422.4 mm，年均相對濕度為80%，年平均氣溫16.8～17.2 ℃，極端最高氣溫為40.6 ℃，極端最低氣溫為－12 ℃。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

供試材料為普通油茶‘湘林’系列5個無性系，其 編 號 分 別 為 XL14、XL81、XL82、XL190、XL210，樹齡為9 a，已進入盛果期。選取生長旺盛，樹冠豐滿，無偏冠，株體大小、土壤和光照條件基本一致的植株作為參試植株，5個參試無性系的基本特征見表1。

表 1 5個參試無性系的基本特征Table 1 Basic characteristics of five clones

根據參試無性系前3年的平均單位面積產油量，可將5個無性系分為三個等級：高產，即XL14；中產，即XL81與XL82；低產，即XL190和XL210。

2.2 樣品選取與試驗方法

2.2.1 葉片選擇與采樣

每個無性系選擇3株，每株選擇當年生樹冠中上部外圍不同方位的向陽、健康、成熟的葉片12枚，其中4枚用于光合特性的測定，作好標記以確保每次觀測的是同一葉片；其余8枚于晴天上午8：00時采下，分為兩組，每4枚為一組，一組用于葉綠素的測定，另一組用于葉解剖特征的觀測。

2.2.2 試驗方法

光合特性的檢測方法：采用Li-6400型便攜式光合測定系統，于2013年7月9～11日（天氣晴朗）的7：00～19：00連續觀測3 d，每隔2 h測定1次凈光合速率（Pn），計算3株共12個葉樣的平均值。

葉綠素含量的測定方法：將采集后的葉片立即進行遮光處理并帶回實驗室，測定方法為丙酮提取法[9]。用紫外可見分光光度計分別于663和645 nm兩個波段測定定容后浸提液的光密度值，再分別計算出chla、chlb、chlt和chl(a/b)的值。

葉解剖特征的檢測方法：將所采葉片立即切樣，從葉脈間區域往上切取若干面積為1.0 cm ×0.5 cm的小塊，投入FAA固定液中固定24 h以上，用乙醇-二甲苯系列脫水透明，采用石蠟切片法切片（切片厚度8～10 μm），番紅-固綠染色，以加拿大中性樹膠封片，制成永久切片[10]。在OLYMPUS-BX51型光學顯微鏡下觀測葉片橫切面、上表皮、下表皮、柵欄組織和海綿組織厚度并拍攝照片，保存數據。

2.3 數據處理與分析

試驗數據用“平均值±標準差”表示，采用Microsoft Excel 2003、DPSV7.05和SPSS20.0等軟件對數據進行統計分析。

3 結果與分析

3.1 5個油茶無性系光合作用日變化

5個油茶無性系葉片凈光合速率的日變化曲線如圖1 所示。由圖1可知，不同無性系的凈光合速率日變化曲線有“單峰”和“雙峰”兩種不同的類型。XL14的為單峰型，其最高峰出現在下午 13：00 時，峰值為 5.96 μmol·m－2s－1；其余無性系均表現為雙峰型，但峰值出現的時間不完全相同，第一個高峰值均出現在上午9：00時，第二個高峰值出現的時間稍有不同，XL82、XL190和XL210率先在15：00時達到次高峰值，XL81的次高峰值則出現在17：00時。光合日變化曲線的峰型差異是由于不同無性系葉片對光照和溫度的敏感性不同造成的，變化曲線為雙峰型的無性系其葉片對溫度和光強的敏感性高，在高溫和強光下光合作用受到抑制，出現“午休”現象；變化曲線為單峰型的無性系對光照和溫度具有更強的適應性。

圖 1 5個油茶無性系葉片凈光合速率日變化曲線Fig. 1 Diurnal changes of net photosynthetic rates of fi ve C. oleifera clones leaves

由圖1可知，各無性系凈光合速率Pn日均值的大小順序為：XL14（4.74 μmol·m－2s－1）＞ XL81(4.17 μmol·m－2s－1)＞ XL82(4.10 μmol·m－2s－1)＞XL190（3.14 μmol·m－2s－1） ＞ XL210（3.06 μmol·m－2s－1）。這與無性系前3年的平均單位面積產油量（見表1）的變化趨勢基本一致。其中，XL14的Pn均值最大，且全天變化平穩，一天中一直保持較高的Pn值，說明XL14能夠在強光和高溫下進行光合作用，對強光的利用能力強，光合有效利用時間長，有利于光合產物的積累以及果實的生長發育，因此，XL14前3年的平均單位面積產油量遠遠高于其他參試無性系。

將葉片全天Pn均值看作該無性系當天的凈光合速率Pn，對5個無性系的凈光合速率均值進行方差分析和多重比較，結果見表2。從表2中可以看出，高產無性系（XL14）與中產無性系（XL81、XL82）和低產無性系（XL190、XL210）三者的Pn之間存在顯著差異，但中產無性系XL81和XL82與低產無性系XL190和XL210的Pn之間沒有顯著差異，說明Pn可以作為油茶無性系產量的評價指標。

表 2 5個油茶無性系葉片凈光合速率均值的多重比較結果?Table 2 Multiple comparisons result of average net photosynthetic rates of five C. oleifera clones leaves

3.2 5個油茶無性系的葉綠素含量

表3為5個油茶無性系葉綠素含量的測定結果。從表3中可以看出，葉綠素a（chla）、葉綠素a/b chl（a/b）、葉綠素b（chlb）和葉綠素（a＋b）（chlt）的變化趨勢與其產量的變化趨勢基本一致，即隨著油茶產量的增加而逐漸增大。葉片中的色素含量是反映植物光合能力的指標，chla有利于吸收長波光，chlb有利于吸收短波光，Chl(a/b)值的大小能反映葉片光合活性的強弱[11]。可見，chla、chlb、chlt和chl（a/b）值越大，表明其利用的光能越多，光合活性越強，因而產量越高。

對5個無性系光合色素含量進行方差分析和多重比較，結果亦見表3。由表3可知，高產無性系（XL14）與中產無性系（XL81、XL82）和低產無性系（XL190、XL210）的chla、chlb、chlt和chl（a/b）值之間均存在顯著性差異，中產無性系（XL81和XL82）、低產無性系（XL190和XL210）的chla、chlb、chlt和chl（a/b）值之間均沒有顯著性差異。

表4為5個無性系葉片中的葉綠素a（X11）、葉綠素b（X12）、葉綠素（a＋b）（X13）、葉綠素a/b（X14）和凈光合速率（Y1）的相關性分析結果。從表 5中可以看出，Pn與 chla、chlt和 chl（a/b）間均存在顯著的正相關關系，其相關系數分別為0.895、0.892、0.883，說明葉綠素與葉片光合作用關系密切，葉綠素含量的高低可以直接反映光合作用能力的強弱，在一定范圍內，葉綠素含量越高，光合作用越強[12]，葉綠素含量的多少和葉綠素（a/b）比值的大小對光合速率有直接影響[13]。chlt與chla、chlb之間呈極顯著的正相關性，其相關系數分別為0.999、0.096，這是因為葉綠素總含量＝葉綠素a＋葉綠素b。

表 3 5個油茶無性系葉綠素質量分數的方差分析結果Table 3 Variance analysis result of chlorophyll mass fractions of five C. oleifera clones leaves

表 4 葉綠素與凈光合速率的相關性分析結果?Table 4 Correlation analysis result of chlorophyll and net photosynthetic rate

3.3 5個油茶無性系葉片解剖特征的比較分析

光學顯微鏡下5個油茶無性系葉片的解剖特征如圖2所示，其解剖特征值見表5。

圖 2 光學顯微鏡下5個油茶無性系葉片的解剖特征（葉片橫切面）Fig. 2 Anatomical characteristics of fi ve C. oleifera clones leaves under the light microscope (transverse section of leaves)

表 5 5個油茶無性系葉片解剖特征值Table 5 Anatomical characteristic values of five C. oleifera clones leaves

從表5中可以看出，柵欄組織/葉片厚度比值（DCTR）與柵欄組織/海綿組織比值（TRPS）的變化趨勢完全一致，5個油茶無性系由大到小依次為XL14＞XL81＞XL82＞XL210＞XL190，這與5個無性系單位面積平均產油量的大小排序一致。植物葉片各組織結構中，柵欄組織和海綿組織中的葉綠素含量多于其他組織，尤其是柵欄組織；柵欄組織的發達程度可以用柵欄組織與葉片厚度的比值來表示[14]。因此，葉片中的DCTR或TRPS值越大，則葉片中的葉綠素含量越多，其積累光合產物的能力相應越大，果實的產量也越高。這與王飛權等人[15]對茶樹葉解剖研究得到的結果一致，可以利用柵欄組織的相關指標對茶樹生產力進行初步的鑒定。

從表5中還可以看出：XL81的葉片厚度（133.73 μm）和柵欄組織（49.53 μm）均最大，而上表皮（5.32 μm）和下表皮（3.7 μm）均最薄，表皮較薄的葉片在強光和高溫環境條件下容易受到灼傷，使得葉片的光合能力受到影響，其DCTR和TRPS值低于XL14；XL190的海綿組織（77.45 μm）最厚，其DCTR與TRPS值也遠遠低于XL14。這一觀測結果說明，葉片的光合活性的強弱是由葉片厚度、上表皮、下表皮、柵欄組織與海綿組織的共同作用決定的，即DCTR和TRPS值的大小變化受到葉片各組織結構的影響。

對5個油茶無性系葉片解剖特征值進行了方差分析和多重比較，結果亦如表5。由表5可知，高產無性系XL14的DCTR和TRPS值均顯著大于中產無性系和低產無性系；中產無性系XL81和XL82的DCTR值之間沒有顯著差異；低產無性系XL190和XL210的TRPS值之間也沒有顯著差異，即按其DCTR和TRPS值可將無性系分為不同的產油量等級，并對其產油量進行初步的鑒定。

3.4 Pn日變化與葉片各解剖結構參數的相關性分析

表6為凈光合速率（Y2）與葉片厚度（X21）、上表皮厚度（X22）、柵欄組織厚度（X23）、海綿組織厚度（X24）、下表皮厚度（X25）、柵欄組織/海綿組織（X26）和柵欄組織/葉片厚度（X27）的相關性分析結果。從表6中可以看出：Pn與DCTR和TRPS值均呈顯著的正相關性，其相關系數均為0.9，而與其他組織結構之間的相關性卻不顯著；Pn值隨著單位面積產油量的下降而下降，DCTR和TRPS值隨著單位面積產油量的減少而減少，由此可以推知，Pn值隨著DCTR和TRPS值的減少而減少。這一觀測結果說明，葉片的Pn、DCTR和TRPS和產量三者之間是相互關聯的正相關關系。DCTR和TRPS之間呈極顯著的正相關性，其相關系數為1，這是因為DCTR值相當于柵欄組織[14]，由此可以推知，柵欄組織厚度與柵欄組織/海綿組織之比呈極顯著的正相關性。葉片上表皮和下表皮之間呈顯著的正相關性，其相關系數為0.9，說明葉片上表皮厚度與下表皮厚度密切相關，這是葉片對環境的適應能力的具體表現。

表 6 葉解剖特征值與凈光合速率的相關性分析結果Table 6 Correlation analysis result of leaf anatomical characteristic values and net photosynthetic rate

4 結論與討論

1）2013年7月的測定結果表明：5個油茶優良無性系凈光合速率日變化曲線表現為“單峰”和“雙峰”曲線兩種類型，其中，XL14為單峰型，其余無性系均為雙峰型；5個無性系單位面積產油量均值隨凈光合速率Pn日平均值的增大而增加；高產無性系（XL14）的Pn值顯著大于中產無性系（XL81和XL82）和低產無性系（XL190和XL210），說明Pn值可以作為無性系產量評價的參考指標，這與彭邵峰等人[16]對油茶無性系果實生長期光合特性研究所得的結論一致。高產無性系XL67的Pn值明顯高于中產無性系XL1和低產無性系（CK），即Pn可作為選育高產無性系的一個參考指標。

2）5個油茶優良無性系各葉綠素指標與凈光合速率表現出顯著的相關性，其中chla、chlb及chl（a/b）與凈光合速率之間存在顯著的正相關關系，說明光合色素含量高的無性系其光合生理活動也相對活躍些。其原因可能是，7月為油脂轉化高峰期，需要提供大量的有機物，葉片光合作用很強，細胞內葉綠素有且全部用于合成有機物，所以，葉綠素含量能真實地反映光合活躍程度；也可能由于研究分析的環境條件不同，葉片最適葉綠素含量不同，長期處于強光照或光照時間長的環境下，葉片的結構會發生變化以保證能夠合成足夠的葉綠素，從而滿足自身生長發育的需要。對5個無性系的Pn值及葉綠素含量的分析結果表明：葉綠素含量的高低可以反映Pn的強弱，同時Pn可以作為評價無性系產量的指標，說明在實際生產中可以通過測定葉綠素含量來預估植株或林分產量，這對指導實際生產和選育高產油茶品種都有重要意義。

3）5個油茶優良無性系葉片的解剖特征值及其與凈光合速率的相關分析結果顯示：DCTR與TRPS值與產量的關系最為密切，高、中、低產無性系，隨著單位面積產油量均值的增加，DCTR與TRPS的值也顯著增大，即與Pn呈顯著的正相關性，而葉片的其他解剖特征值與Pn沒有顯著的相關性。由此可以說明，從解剖學角度出發，可以通過測定的葉片DCTR與TRPS值來預測不同無性系的產量，這為高光效油茶的選育提供了理論依據。

[1]潘瑞熾.植物生理學[M].北京：高等教育出版社,2008：58.

[2]李靜怡,張志毅.三倍體毛白楊無性系光合特性的研究[J].北京林業大學學報,2000,22(6)：12－15.

[3]祁傳磊,靳春蓮,李開隆,等.不同倍性大青楊的光合特性及葉片解剖結構比較[J].植物生理學通訊, 2010,46(9)：917－922.

[4]劉 瑩.不同年代冬小麥品種旗葉解剖結構及光合速率日變化的研究[J].華北農學報,2002,17(z1)：66－70.

[5]曹娟云,歐陽永日,鄭宏春,等.干旱脅迫下棗樹葉片解剖學結構變化研究[J].江蘇農業科學,2008,56(3)：161－162.

[6]孔文娟,劉學錄,姚小華,等.4個油茶物種的光合特性研究[J].西南大學學報,2013,35(1)：16－22.

[7]黃義松,牛德奎,趙中華,等.3個油茶優良無性系光合作用及光合特性研究[J].江西農業大學學報,2007,29(2)：209－214.

[8]王湘南,蔣麗娟,陳永忠,等.油茶花芽分化的形態解剖學特征觀測[J].中南林業科技大學學報,2011,31(8)：22－27.

[9]張志良,瞿偉菁.植物生理學實驗指導[J].第3版.北京：高等教育出版社,2003：62－70.

[10]陳 昕,徐宜鳳,張振英.干旱脅迫下石灰花楸幼苗葉片的解剖結構和光合生理響應[J].西北植物學報，2012,32(1)：111－116.

[11]秦 景,董雯怡,賀康寧.鹽脅迫對沙棘幼苗生長與光合生理特征的影響[J].生態環境學報,2009,18(3)：1031－1036.

[12]熊年康,方寶昌,陳祥平,等.油茶閩優1等11個優良家系選育的研究[J].福建林業科技,1989,58(2)：14－19.

[13]胡哲森,李榮生.油茶不同葉齡葉片生理生化指標差異的研究[J].林業科技開發,2000,14(1)：30－31.

[14]束際林.茶樹抗寒性葉結構鑒定和篩選[J].中國茶葉,1992,14(3)： 20 － 21.

[15]王飛權,吳淑娥,馮 花,等.部分武夷名叢葉片解剖結構特性研究[J].中國農學通報,2013,29(4)：130－135.

[16]彭邵峰,王 瑞,陳永忠,等.油茶無性系果實生長期光合特性研究[J].西北林學院學報,2012,27(1)：28－34.

Comparison of photosynthetic and leaf anatomical characteristics of fi ve superiorCamellia oleiferaclones

LIAO Wen-ting, WANG Rui-hui, ZHONG Fei-xia, LI Ting, CHEN Cai-xia
(The Key Lab of Cultivation and Protection for Nonwood Forest Trees of Education Ministry, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

To provide a reference for further screening superiorCamellia oleiferaclones with high photosynthetic ef fi ciency,nine-year plants from fi ve superiorC. oleiferaclones (‘Xianglin’ series XL210, XL82, XL190, XL81, XL14) were selected,and their leaf anatomical characteristics and photosynthetic parameters were observed and determined in July 2013. The results showed that the diurnal change of net photosynthetic rate (Pn) of XL14 was a unimodal curve, but other clones were bimodal curves. Peak value and occurring time were different among the clones. The order based on diurnal averagePnfrom high to low was XL14, XL81, XL82, XL210, XL190, and average oil production per unit area of all clones were increased withPnrising.Pnhad signi fi cant positive correlations with chlorophyll a, chlorophyll (a＋b) and chlorophyll(a/b). Leaf anatomical characteristics were signi fi cantly different among fi ve clones, ratio of palisade tissue to leaf thickness and ratio of palisade tissue to spongy tissue were signi fi cantly positive correlated withPnand oil production per unit area.

Camellia oleifera; clone; photosynthesis; chlorophyll; leaf anatomy

S601；S794.4 文獻標志碼：A 文章編號：1003—8981(2015)01—0056—06

2014-06-30

教育部高校博士點基金項目“油茶干旱少雨期水分利用規律研究”（20124321110005）；湖南省研究生科研創新項目“油茶無性系的生理生態特征研究”（CX2013B361），中南林業科技大學研究生科技創新項目“油茶無性系的生理生態特征研究”（CX2013A03）。

廖文婷，碩士研究生。

王瑞輝，教授，博士后，博士研究生導師。E-mail：1440253017@qq.com

廖文婷,王瑞輝,鐘飛霞,等.5個油茶優良無性系光合及葉片解剖特征比較分析[J].經濟林研究,2015,33(1)：56－61.

[本文編校：伍敏濤]