5個種源白花泡桐光合特性比較

董必珍 呂成群 黃寶靈 李昆龍 毛碧輝 陳振飛 任涵

摘要 [目的]以河南種源為對照，探討4種廣西地區白花泡桐葉片光合色素及光合特性的差異。[方法]運用乙醇-丙酮浸提法測定不同種源葉片葉綠素含量，利用LI-6400光合測定儀測定不同種源白花泡桐的光合特性指標并進行相關性分析。[結果]田林、南丹、河南、鹿寨和上思這5個種源白花泡桐葉片的葉綠素a/b（Chla/b）、凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）和水分利用效率（WUE）種間差異不明顯，但其中河南種與廣西種差異顯著 （P<0.05），表明河南種源是具有較高光合生產潛力的白花泡桐種源。相關性分析表明，5個白花泡桐葉綠素含量和光合生理指標均呈顯著相關，說明白花泡桐葉片葉綠素含量與光合作用之間有直接聯系；Pn與Tr、Gs呈極顯著正相關（P<0.01），體現三者有較好的系統響應特征；Tr、Gs與WUE均呈極顯著負相關（P<0.01），說明作為影響WUE的因子Tr、Gs與之有極密切的聯系。[結論]河南種源較廣西各種源而言具有更加優良的光合特性，為廣西區內白花泡桐人工林種源種植篩選提供了依據。

關鍵詞 白花泡桐；葉綠素；光合特性

中圖分類號 S718.45 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）17-0111-03

Abstract [Objective]The differences of photosynthetic pigments and photosynthetic characteristics of Paulownia fortunei in 4 kinds of Guangxi areas were compared with Henan provenance.[Method]The content of chlorophyll in different provenances was determined by ethanolacetone extraction.The photosynthetic characteristics of P.fortunei in different sources were measured by LI6400 photosynthetic apparatus.[Result] There were significant differences（P<0.05）in the ratio of chlorophyll a to chlorophyll b（Chla/b），net photosynthetic rate（Pn），transpiration rate（Tr），stomatal conductance（Gs），water use sufficiency（WUE）among Henan and Guangxi.But in four strains of Guangxi of P.forunei stains，there were no significant differences.Comprehensive comparision showed that Henan strain was the P. fortunei varieties with high photosynthetic potential.Correlation analysis among photosynthetic parameters showed that there were significant correlations between Ct，Chla/b and Pn，Tr，Gs，WUE；significantly positive correlations between Pn and Tr，Gs（P<0.01）；significantly negative correlations between Tr and WUE，Gs and WUE（P<0.01）.The results indicated that the chlorophyll content in the leaves have directly relation with photosynthesis and it was characteristic of Pn and Tr，Gs to have better cooperative response and Tr，Gs and WUE had a very close relationship.[Conclusion] The Henan provenance has better photosynthetic characteristics than the various sources in Guangxi，which provides a basis for the selection of the plant source of P.fortunei plantation in Guangxi.

Key words Paulownia fortunei；Cholorophyll；Photosynthesis

白花泡桐（Paulownia fortunei）屬玄參科、泡桐屬喬木；樹冠呈圓錐形，主干筆直，樹皮為灰褐色，是我國重要的樹種之一[1]；生于低海拔山坡、林中、山谷及荒地，分布于我國大部分省份，野生或栽培，具有較高的觀賞價值、藥用價值、經濟價值以及生態價值。

葉綠素是植物光合作用的主要參與者，其含量是評估植物生物量、生產量和健康程度的生理指標[2-4]。葉綠素吸收光的能力與葉表葉綠素濃度有密切關系，葉綠素在單位面積中分布的濃度直接影響葉片的光合能力[5]，其含量在一定程度上反映植物同化物質的能力。一般認為，葉綠素含量高有利于植物光合作用，對于基粒數及基粒片層數目的增加有相當大的作用[6]。光合作用是植物將太陽能轉化為化學能的過程，既是植物體內最重要的化學反應[7]，又是植物生長發育的基礎和植物體內碳素的重要來源，是影響植物生長和農作物產量的重要指標[8]，也是品種選育過程中的重要指標之一[9]。種源間光合特性的差異反映了不同種源光合能力的高低[10]，因此，對林木光合特性進行研究，有助于了解林木生長發育規律，可為林木栽培撫育、引種、抗逆種子篩選和早期選擇等提供理論依據。筆者以5個種源的白花泡桐葉片為試驗材料，通過對不同白花泡桐種源光合速率差異進行研究，為選擇適合在廣西南寧地區生長的種源提供科學的參考依據，并為其育種[11]的早期選擇提供借鑒與參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西壯族自治區南寧市江南區蘇圩鎮廣西綠桐林業科技有限公司試驗基地，地理位置為108°03′21.03″E、22°34′32.71″ N，海拔130 m，氣壓100 kPa；位于北回歸線以南，屬亞熱帶季風氣候的少雨高溫氣候區；夏熱冬暖，無霜期長，炎熱干燥，雨量少，年平均氣溫21.4 ℃，年降水量1 213 mm，大部分集中在6—9月份，干濕季節分明，蒸發量較大，是春旱發生頻率較高的地區。試驗地設在立地條件一致的林地內，地形平緩，坡度約15°，土層較深，為赤紅壤，表土層較薄，肥力中下，造林前為種過甘蔗、木薯等農作物的旱坡地。

1.2 材料

在廣西各地（田林、南丹、鹿寨、上思）采集白花泡桐種源作為研究材料，以處于河南的國家泡桐研究中心選育的優良白花泡桐9501為對照。

1.3 方法

1.3.1 葉綠素含量測定。葉綠素含量的測定采用浸提法，均勻稱取不同種源樣木，每棵樣木選取生長部位相同、大小一致、完全展開且受光方向基本一致的3張葉片，材料0.2 g，放入試管中，量取10 mL混合液（蒸餾水∶乙醇∶丙酮=1.0∶4.5∶4.5）于試管中，開始浸提，直到植物組織變白。取上清液用可見分光光度計測定663、645 nm處的吸光值，用混合液（80%丙酮與無水乙醇等體積混合）作為對照。

葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）和葉綠素總量（Ct）計算公式如下：

Chla=（12.21A663-2.81A645）V×n/Wf

Chlb=（20.13A645-5.03A663）V×n/Wf

Ct=20.29A645+8.05A663

式中，Chla為葉綠素a含量（mg/g）；Chlb為葉綠素含量（mg/g）；Ct為葉綠素總量（mg/g）；V為提取液體積（mL）；n為稀釋倍數；Wf為樣品鮮重（g）。

1.3.2 光合作用測定。選擇1個區組，于2016年8月某個晴天09：30—10：30，從不同種源的植株中選取樣木，每個種源選取3棵樣木，選擇生長部位相同、大小一致、完全展開且受光方向一致的3張葉片，用LI-6400光合測定儀測定光合作用指標，包括凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、水分利用率（WUE）、氣孔導度（Gs）。

1.4 數據分析

用SPSS 17.0統計包（美國）對數據進行單因素方差分析；用最小顯著差數法（LSD）對植物進行種間多重比較和相關分析；用Graphpad科學繪圖軟件包（美國）制圖。

2 結果與分析

2.1 葉綠素含量

由表1可知，5個種源的白花泡桐葉片Chla、Chlb、Ct無顯著差異，Chla/b有顯著差異，其中河南種的Chla/b最高，達1.83，說明在相同的環境下，種源間的補光能力不同。從表1還可看出，5個種源葉片Chla均大于Chlb。

2.2 光合作用指標

2.2.1

凈光合速率（Pn）。為了比較不同種源的光合作用差異，根據光合作用日變化的規律，上午是白花泡桐有機物合成的最佳時間，選擇測定09：30—10：30時5個種源的白花泡桐的凈光合速率，并比較它們之間的差異。5個種源的白花泡桐葉片Pn存在明顯差異（圖1），5種白花泡桐的Pn從大到小依次為河南、上思、田林、鹿寨、南丹，各種源Pn為20.81～30.86 μmol/（m2·s），其中河南種源Pn顯著高于田林、南丹和鹿寨種源。

2.2.2 蒸騰速率（Tr）。蒸騰速率（Tr）的大小反映植物吸收和運輸能力的強弱，與植物凈光合速率（Pn）高度相關。一般認為，光合速率高，Tr也較高[12]。植物Tr受光照強度、CO2濃度、溫度等多因素綜合影響，Tr的變化是環境因素與植物生理因素綜合作用的結果。在09：30—10：30，5個種源白花泡桐葉片的Tr存在明顯差異（圖2），5種白花泡桐葉片的Tr從大到小依次為河南、上思、南丹、田林、鹿寨，Tr為3.82～5.84 mmol/（m2·s），其中河南、上思顯著高于其他3個種源。

2.2.3 水分利用率（WUE）。水分利用率（WUE）即為單位水量通過葉片蒸騰散失時所形成有機物的量，取決于光合速率與Tr的比值，是WUE的理論值[13]。根據LI-6400光合測定儀測定參數，計算出葉片水分利用效率（WUE=Pn/Tr）[14]。5種白花泡桐葉片WUE由大到小依次為鹿寨、田林、南丹、上思、河南，WUE為3.70～12.83 mmol/（m2·s），其中鹿寨顯著高于其他種源，田林與南丹間的WUE差異不顯著，而河南的WUE較低（圖3）。

2.2.4 氣孔導度（Gs）。光合作用一般受到環境因素的影響，其光合和蒸騰的大小還受到Gs的影響[15]。氣孔是植物與外界環境進行氣體交換的必需通道，用于控制葉片和大氣之間CO2及水分的擴散和傳導。因此，它將葉綠體中的CO2維持在某一適宜的水平，光合組織即能以最高的利用效率吸收機能同化CO2[13]。通常認為隨著葉片水分的散失和葉片水勢的下降，氣孔開度會隨之減少，氣孔阻力增大，CO2進入葉片受阻，光合作用下降，同時氣孔阻力的增加也減少葉片水分的散失，阻礙水分虧缺進一步發生。5種白花泡桐葉片Gs由大到小依次為河南、上思、南丹、田林、鹿寨，Gs為0.05～0.29 mmol/（m2·s），其中河南顯著高于其他種源，而鹿寨的Gs較低（圖4）。

源葉片光合特征參數的相關分析結果見表2。其中Pn與Tr、Gs均呈極顯著正相關，而與WUE相關性不顯著；Tr與Gs呈極顯著正相關；WUE與Tr、Gs呈極顯著負相關。由表2可以看出Chla與Gs呈顯著正相關；Chlb、Ct均與Pn呈顯著負相關，且與Tr呈極顯著負相關；Ct與Chla呈極顯著負相關，而與Chlb呈極顯著正相關；Chla/b與Chla呈極顯著正相關，但與Chlb、Ct呈極顯著負相關；Chla/b與光合速率、Tr均呈極顯著正相關，且與Gs呈顯著正相關。

3 討論與結論

植物葉綠素是體現植物光合特性的重要指標，而Chla/b是衡量植物耐陰性的重要指標，Chlb增加有利于植物吸收藍紫光，從而適合于在暗處生長，因而Chla/b越小，表明其耐陰性越強，陽性植物Chla/b通常大于等于3.0或者2.3[16]，該試驗中的白花泡桐為陽性植物而Chla/b均小于2.0，可能是適應原產地生長環境而形成各自生理特性的白花泡桐，種植時間為2016年3月，而測定時間為2016年8月，林齡小，且處于環境適應期，故不符合常規陽生植物規律。

關于植物葉綠素含量與各光合作用特征數值關系的報道有許多，但由于所用器材儀器及測試方法的不同而所得結論不同。有些研究者認為植物光合色素含量與光合作用同化能力、生長發育特性和營養狀況具有緊密聯系[17]。另外一些研究認為不同植物種類之間的葉綠素含量與Pn不呈相關性，及種類之間葉綠素含量的多少是不能反映光合速率快慢的[18]。該試驗結果表明，5個種源白花泡桐葉片Ct及Chla/b呈顯著性差異，且Ct及Chla/b與Pn、Tr、Gs呈顯著相關。說明白花泡桐葉片的葉綠素含量與光合作用之間有相關性。相同的條件下，不同植物的光合作用能力不同，同一植物不同種源地的光合作用能力也不同，這是由遺傳特性所決定的[19]。南丹種源葉片較河南種源而言，葉綠素含量較高，但前者的Pn、Tr及Gs是遠小于后者的，由此可見，植物自身生理生化因素對其生長是尤為重要的。

植物葉片對于光能的吸收、傳遞還有利用不僅取決于植物的遺傳因素[20]，而且在很大程度上取決于各個環境因子的綜合作用。該試驗中，5個種源白花泡桐的差異不是特別顯著，說明同一環境對不同種源綜合作用程度相似。但河南種源的光合速率、Tr及Gs平均值均高于其他種源，但WUE低于其他種源，說明該種源的光合能力較強，對吸收光能和水分的利用較低。除此之外，該試驗中5個種源的Pn與Tr、Gs均呈極顯著正相關，Tr與Gs呈極顯著正相關，但WUE與Tr、Gs呈極顯著負相關，這與鄭淑霞等[20]、陳香波等[21]研究結果較為一致。這體現了Pn與Tr、Gs有較好的協同響應的特征，且說明Tr作為影響WUE的因子與兩者有著極密切的關系。該試驗中5個種源的WUE雖有差異卻不明顯，這說明氣孔的調節作用是不明顯的。

該試驗中，由于各種源長期適應原產地生長環境而形成了各自的生理特性，廣西4個白花泡桐種源間光合特性表現出的差異不明顯，但均與河南種源表現出顯著差異，且各種源光合色素與光合特征值也表現出相關性。由于光合特性較易受到各環境因素的影響，因而試驗數據需要根據不同環境的變化而進行不斷的充實，光合特性的測定在輔助篩選白花泡桐種源品種中的應用還有待進一步研究。

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