銀絲竹3種顏色葉片光合特性研究

賴金莉，李欣欣，陳凌艷，榮俊冬，鄭郁善, *

1.福建農林大學園林學院，福建 福州 350002；2.福建農林大學林學院，福建 福州 350002

銀絲竹（Bambusa multiplexcv.Silverstrip）是禾本科（Gramineae）簕竹屬（Bambusa）孝順竹（Bambusa multiplex）的一個變種，與原變種主要區別在于其綠色的竿、籜鞘、葉片上間有黃白色縱條紋，而這種縱條紋的出現是由于銀絲竹葉綠素生物合成受阻導致葉綠體無法正常發育，這種非正常發育的葉片異常美麗，為庭院中栽培的觀賞品種，應用十分廣泛，宜于庭園中孤植、群植，可作為劃分空間的高籬或植于寬闊的庭園綠地（陳松河，2009；陳凌艷，2017）。銀絲竹作為一種觀賞價值極高的園林植物，具有很好的發展前景，但是目前有關銀絲竹的研究卻鮮有報道，其主要集中在對其抗寒性的研究方面（徐俊，2010；黃程前等，2013；滕召勇，2013），而對其不同葉色的光合生理研究尚未見報道。

在長期的外界選擇壓力下，植物葉片在進化過程中具有很強的變異性，為適應多變的外界環境（水分、溫度和光照），易形成多種不同適應類型的葉片，充分體現著植物對環境變化的適應（Klich，2000）。植物生理生態特性與植物各器官特性有緊密聯系，尤其是葉片的光合作用（程建峰等，2012）。光合作用是植物生長及其他代謝活動的生理基礎，不同的光合特性往往是植物在生長過程產生差異的直接原因之一（張虎等，2017），其機制包括光合色素、光系統、電子傳遞系統和 CO2還原途徑（Ashraf et al.，2013）。而植物在進行光合作用時，其光合色素對光能的吸收和利用起著重要的作用，在一定范圍內，葉綠素含量越多，光合越強（潘瑞熾，2012）。已有的研究主要集中在光合特性與生態環境因子之間的關系研究（程業森等，2017；習玉森等，2016；徐祥增等，2017；李征珍等，2017；陳延松等，2017；李彩斌等，2017），極少涉及葉片自身特性與光合作用的關系研究（王海珍等，2014）。鑒于此，選擇以銀絲竹為試驗材料，研究其全綠葉、花葉和全白葉3種不同顏色葉片與光合特性的關系，旨在了解銀絲竹的光合生產力，并為其種植管理提供理論基礎和參考依據。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為3盆1年生銀絲竹盆栽苗。試驗地在福建農林大學竹類研究所苗圃內，地處經度119°23′E，緯度 26°10′N，四季常青，陽光充足，雨量充沛，霜少無雪，夏長冬短，氣溫適宜，溫暖濕潤，無霜期達326 d。年平均日照數為1700～1980 h；年平均降水量為 900～2100 mm；年平均氣溫為20～25 ℃，屬典型的亞熱帶季風氣候。盆栽苗購買于2017年5月12日并保持盆栽原狀栽于福建農林大學竹類研究所苗圃內，正常供水1個月緩苗至定苗，于2017年6月15日開始進行試驗。每盆銀絲竹挑選中上部長勢較好的全綠葉、花葉（深綠葉片間有白或黃綠色條紋的葉片）和全白葉（如圖 1）進行實驗。

1.2 測定方法

1.2.1 葉綠素含量的測定采用丙酮混合法提取

葉綠素含量測定參照李合生（2000）的方法，略有改動：分別取銀絲竹全綠、花葉和全白葉新鮮葉片若干，洗凈葉片表面的污漬，剪碎（去掉中脈），各稱取0.25 g，每種葉色各稱取3份，浸入25 mL丙酮與無水乙醇的混合液（體積比 1∶1）中浸提48 h至葉片完全變白，以丙酮和無水乙醇混合液為空白對照，在波長分別為470、663、645 nm處測定光密度（optical density，OD）值，每份樣品測3次，取平均值，并計算葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素含量。

1.2.2 光合光響應的測定

利用Li-6400便攜式光合作用測定系統（Li-cor 6400，USA）測定光合-光響應曲線。先預實驗確定銀絲竹不同葉片的光飽和點，將待測葉片在光飽和點處對應的光強下誘導30 min，再利用Li-6400-02B LED紅藍光源提供不同強度的光合有效輻射（PAR，Photosynthetically active radiation），光合有效輻射設定為 0、20、40、60、80、100、125、150、200、400、600、800、1200、1600、1800、2000 μmol·m-2·s-1，測定時用 CO2鋼瓶將參比室的 CO2濃度穩定在(400±0.5) μmol·mol-1，氣體流速 Flow 值設為(500±0.5) mmol·s-1，設置每次改變光強后最短穩定時間為180 s，最長穩定時間為300 s。測定凈光合速率 Pn（μmol·m-2·s-1）、氣孔導度 Gs（μmol·mol-1）、胞間 CO2濃度 Ci（μmol·mol-1）、蒸騰速率 Tr（μmol·m-2·s-1），并計算植物水分利用瞬時效率WUE=Pn/Tr。

1.2.3 CO2響應曲線的測定

利用Li-6400-02B LED紅藍光源控制光強在光飽和點處，安裝CO2鋼瓶注入系統提供CO2，控制CO2濃度在 0～1800 μmol·mol-1，設置梯度為 0、50、100、150、200、300、400、600、800、1000、1200、1400、1600、1800 μmol·mol-1，氣體流速 Flow 值設為(500±0.5) mmol·s-1，設置每次改變光強后最短穩定時間為180 s，最長穩定時間為300 s。

圖1 銀絲竹3種不同顏色葉片Fig.1 Three different color leaves of B. multiplex cv silverstripe

1.3 數據處理

利用 Excel 2007對試驗數據進行整理，采用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析并對銀絲竹不同葉色的光合參數進行了差異性分析。利用Origin 8.5軟件繪制了銀絲竹的光響應和CO2響應曲線。

式（1）中，Pn為凈光合速率；α是光響應曲線的初始斜率；β為修正系數；γ為一個與光強無關的系數；Rd為暗呼吸；

式（2）中，Ci為胞間CO2濃度；a是CO2響應曲線的初始羧化效率；b和c為系數（單位為mol·μmol-1）；Rp為光呼吸速率，由于光下暗呼吸很弱，可以將光下葉片向空氣中釋放CO2的速率近似看作光呼吸速率（蔡時青等，2000）。

2 結果與分析

2.1 光合色素含量測定結果

由表1可知，銀絲竹全綠葉、花葉和全白葉之間光合色素含量差異顯著，并且全綠葉的葉綠素 a（Chl a）、葉綠素b（Chl b）、總葉綠素（Chl a+b）和類胡蘿卜素（Car）含量顯著高于花葉和全白葉（P＜0.05），全白葉的Chl a、Chl b、Chl a+b和Car含量顯著低于全綠葉和花葉（P＜0.05），而全綠葉各色素含量分別比花葉高36.84%、58.78%、42.47%、22.75%，全綠葉分別比全白葉高98.45%、98.45%、98.45%、98.36%，而3種葉片的葉綠素a/b（Chl a/b）和總葉綠素/類胡蘿卜素（Chl a+b/Car）的比值差異不顯著（P＞0.05）。

表1 銀絲竹不同顏色葉片光合色素含量的變化Table1 Variation of photosynthetic pigment content of B. multiplex cv. Silverstrip

2.2 光響應曲線及參數測定結果

光響應曲線反映了植物的光合速率隨光合有效輻射的變化規律。如圖2所示，銀絲竹全綠葉和花葉的Pn隨著PAR的增大，由負值慢慢變大直至最大值，隨后，Pn呈逐漸下降趨勢，即在達到光飽和點（LSP）后不再上升，甚至出現下降的趨勢，此時出現了光抑制現象。全綠葉片在低光強（PAR≤200 μmol·m-2·s-1）下存在一個快速光響應階段，即 Pn隨著PAR的增大而迅速上升；而花葉的Pn較低，整體上隨PAR變化而變化的幅度較平緩。

圖2 銀絲竹不同顏色葉片的光響應曲線Fig.2 Light response curves among different leaf color

光響應曲線擬合結果顯示（表2），銀絲竹全綠葉的初始量子效率（α）、最大凈光合速率（Pnmax）和暗呼吸速率（Rd）分別為0.077、8.960和0.957，均高于花葉，且全綠葉與花葉初始量子效率（α）、最大凈光合速率（Pnmax）存在顯著差異（P＜0.05），而暗呼吸速率（Rd）差異性不顯著（P＞0.05）。花葉的LSP和光補償點（LCP）高于全綠葉，但是差異不顯著（P＞0.05）。全白葉片測不出光合-光響應曲線，故不予分析。

2.3 氣體交換參數測定結果

圖3表明，隨著光強的增加，銀絲竹葉片的Gs逐漸增大，從而引起Tr的增大，但Ci隨著氣孔張開以及光合速率的加快而迅速下降，在PAR≥500 μmol·m-2·s-1時趨于平穩，而 WUE 的變化趨勢和 Ci剛好相反，隨著PAR的增大，WUE逐漸增大直至平穩甚至呈下降趨勢。其中，Gs、Tr和WUE均表現為全綠葉＞花葉＞全白葉，而3種葉片的Ci的大小關系則剛好相反。

表2 不同顏色葉片光合-光響應曲線特征參數Table2 Feature parameters of light response for different leaf color

2.4 CO2響應曲線測定結果

CO2響應曲線反映了植物光合速率隨著 CO2濃度變化的規律。銀絲竹全綠葉和花葉的Pn值都隨著CO2濃度的增加而增大并達到最大值（圖4），Pn都在低 CO2濃度下快速提高，而后緩慢上升。全綠葉Pn在整個過程中的增幅較大，而花葉的變化幅度則較小。

圖4 銀絲竹不同顏色葉片凈光合速率對CO2濃度的響應Fig.4 Response of net photosynthetic rate of different leaf color of B. multiplex cv. Silverstripto air CO2 concentration

圖3 銀絲竹不同顏色葉片的氣孔導度、胞間CO2、蒸騰速率及水分利用效率對光強的響應Fig.3 Response of Gs, Ci, Tr and WUE to light in different leaf color

表3 不同顏色葉片CO2響應曲線模擬的光合參數Table3 Photosynthesis parameters of CO2 response curve for different leaf color

根據擬合結果（表3），銀絲竹全綠葉和花葉的初始羧化效率、光合能力和CO2補償點存在顯著差異（P＜0.05），CO2飽和點和光呼吸速率差異不顯著（P＞0.05）。在銀絲竹不同顏色的葉片中，全綠葉片具有較高的 CO2飽和點（1518.864 μmol·mol-1），但其 CO2補償點卻較低（90.562 μmol·mol-1）；花葉片具有較高的 CO2補償點（223.651 μmol·mol-1）和較低的 CO2飽和點（1420.903 μmol·mol-1）。全白葉片測不出CO2響應曲線，故不予分析。

3 討論

許慶全（2017）等在研究墨蘭（Cymbidium sinense）“達摩”葉藝品系時發現，葉片黃色區域中葉綠素 a、葉綠素 b、總葉綠素、類胡蘿卜素含量均大幅減少，總葉綠素含量減少導致葉片黃化。在本研究中，銀絲竹的葉綠素 a、葉綠素 b、總葉綠素、類胡蘿卜素含量表現為：全綠葉＞花葉＞全白葉，這與陳凌艷等（2017）對銀絲竹的測定結果類似。光合色素（如葉綠素和類胡蘿卜素）可以利用太陽能固定二氧化碳，在植物光合作用的光反應中起關鍵作用（Singh et al.，2016），其中葉綠素含量越高，越有利于植物在低光照條件下有效吸收光能，有利于光合作用的進行，增加有機物的積累（吳志莊等，2017），而葉綠素含量的減少會導致葉片衰老和光合速率的不可逆降低（楊富軍等，2013），同時，葉片中葉綠素含量的變化也會改變葉片的顏色（Li et al.，2017）。本研究中，銀絲竹全白葉葉綠素含量顯著低于全綠葉和花葉，由此可以推測銀絲竹全白葉的存在是由于葉片中葉綠素含量太少而導致，這與王嘯晨等（2012）對菲黃竹（Sasa auricoma）的研究結果類似，從而進一步導致其光合作用減弱。

光合作用是評價植物生長狀況的重要指標，因為它與植物的光合生產力直接相關（Jumrani et al.，2017）。光響應參數能較好地反映植物的光合能力、光能利用率及光抑制水平等特性（王海珍等，2014）。銀絲竹的全綠葉和花葉的Pn隨著PAR的增大而增加，當PAR超過某一數值后，Pn便不再增加且有下降的趨勢，此時便出現了光飽和現象。銀絲竹全綠葉和花葉對高光強的反應不一樣，全綠葉在高光強下仍然保持較高的凈光合速率，且在相同的PAR下，全綠葉的Pn明顯高于花葉，可以說明全綠葉受到的光抑制較小，光合效率更高。LCP、LSP、Pnmax和α是反映植物光響應特征的重要參數（Xia et al.，2011），其中，LCP與LSP反映了植物對光照條件的適應性（Deng et al.，2003），Pnmax和α則是表征植物光合作用產生光抑制的特征參數（王海珍等，2014）。銀絲竹全綠葉的Pnmax和α顯著高于花葉，而LCP和LSP卻明顯低于花葉，表明銀絲全綠葉光合活性高于花葉，且受光抑制的程度也較小，通過提高Pnmax增強葉片的光能利用率，使銀絲竹在南方地區夏秋季高溫、強光的環境下仍能保持較高的光合活性。提高銀絲竹對干物質的積累和物質產量的形成以及增強其對逆境環境的抵抗能力，有利于其在南方夏秋季高溫干旱的環境中正常生長。LCP能夠反映植物對弱光的適應能力，LSP能夠反映植物對強光的適應能力（李迎春等，2011；吳志莊等，2013），銀絲竹全綠葉片的 LCP較高，而花葉的LSP較高，因此花葉利用強光的能力比全綠葉片高，而利用弱光的能力較差，這也是銀絲竹花葉在夏季多于其他兩種葉色，而在春季少于全綠葉的原因，這與孫艷（2014）對竹種的生態適應性的研究結果一致：銀絲竹葉綠素含量在春季最高，在夏季最低，而葉綠素的含量決定了葉片的顏色（潘瑞熾，2012）。

植物氣孔作為光合作用和呼吸作用與外界氣體交換的通道，影響著植物的蒸騰、光合和呼吸等一系列過程。本試驗中，銀絲竹的3種葉色的葉片Gs都隨著PAR的增加而增大，在低PAR條件下，其增幅較大，表明銀絲竹3種葉色的葉片在弱光環境下隨著PAR的增加，將作為光合反應底物的CO2迅速消耗，這也是銀絲竹胞間CO2先在低光照強度下迅速下降的原因。此時植物為了補充反應底物進而提高植物葉片與大氣間的氣體交換速率，加快了植物的蒸騰速率，此時水分利用效率也增加。

植物碳同化受核酮糖-1, 5-二磷酸羧化酶（Rubisco）活性和1, 5-二磷酸核酮糖（RuBP）再生速率的限制，而 1, 5-二磷酸核酮糖（RuBP）再生與光合電子傳遞速率直接關聯（黃紅英等，2009；王海珍等，2014）。一般認為 CO2響應曲線中初始羧化效率（CE）與核酮糖-1, 5-二磷酸羧化酶（Rubisco）活性呈正相關（Deng et al.，2003）。葉片的羧化效率（CE）越高，說明光合作用對 CO2的利用越充分（董曉穎等，2005）。本試驗中，全綠葉片的初始羧化效率（CE））顯著高于花葉，說明全綠葉片具有較強的光合電子傳遞能力和核酮糖-1, 5-二磷酸羧化酶（Rubisco）活性，故對 CO2的利用較花葉更充分，可以推測全綠葉片光合活性更高與充分利用CO2有光。本研究只是從光合生理層面對銀絲竹不同葉色作了對比，陳凌艷等（2017）已經從葉綠體結構差異上研究了銀絲竹葉片變色的機理，今后的研究方向可以轉向轉錄組甚至基因來探索其葉片變色的機理。

4 結論

較花葉而言，全綠葉無論是從光響應曲線還是CO2響應曲線上看，都具有更高的光合能力，這跟全綠葉中葉綠素含量高有一定的關系。就園林觀賞竹類而言，葉片大部分都是綠色的，而花葉品種較少，本研究中發現花葉利用強光的能力比全綠葉高，故在人工溫室育苗過程中可以通過提高光強來培育更多的銀絲竹花葉品種。

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