6個(gè)澳洲堅(jiān)果品種光合特性差異分析①

王文林 陳海生 鄭樹(shù)芳 譚秋錦 覃振師 黃錫云 湯秀華

(廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所 廣西龍州532400)

澳洲堅(jiān)果（Macadamiaintegrifolia&Macadamia tetraphylla）屬山龍眼科（Proteaceae），澳洲堅(jiān)果屬（Macadamia F.Muell）長(zhǎng)綠喬木果樹(shù)［1］，原產(chǎn)澳大利亞昆士蘭州東南部沿海地帶和新南威爾士州北部、南緯25～31°的沿海亞熱帶雨林。其果仁含豐富的不飽和脂肪酸［2］，蛋白質(zhì)和碳水化合物，并富含鈣、磷、鐵、維生素B1、B2、核黃素、煙酸及10種人體不能合成而必須由食物供給的氨基酸等［3］，具有很高的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值。我國(guó)澳洲堅(jiān)果的主產(chǎn)地在云南［4］和廣西［5］2省，此外，廣東、海南、福建、四川［6］、貴州等省區(qū)均有少量種植。我國(guó)澳洲堅(jiān)果產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷經(jīng)了引種［7］、鑒定［8-9］、優(yōu)良品種的大力推廣［10-11］和自主選育過(guò)程。廣東、云南和廣西分別選育了‘南亞1號(hào)’［12］、‘昌寧1號(hào)’［13］和‘桂熱1號(hào)’［5］等品種。澳洲堅(jiān)果的選育涉及到適應(yīng)性馴化［14］、雜交技術(shù)［15-16］、果實(shí)發(fā)育特性和落果率等重要性狀機(jī)制研究［17-18］。目前，澳洲堅(jiān)果產(chǎn)業(yè)存在的主要問(wèn)題是缺乏高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、適宜我國(guó)種植的新品種。因此，采用植物生理學(xué)方法篩選鑒定優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源是解決這一問(wèn)題的有效途徑。光合特性分析技術(shù)因?yàn)槠錈o(wú)損、快速和準(zhǔn)確的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于高產(chǎn)品種的選育［19］、逆境響應(yīng)［20］、栽培措施［21-22］和品質(zhì)分析［23］中。光合作用作為碳水化合物合成的唯一來(lái)源［24］，與澳洲堅(jiān)果產(chǎn)量密切相關(guān)。前人對(duì)澳洲堅(jiān)果葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)和凈光合速率進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)影響光合作用的主導(dǎo)環(huán)境因子為光照強(qiáng)度和濕度［25］。磷脅迫對(duì)澳洲堅(jiān)果幼苗葉片光合特性和熒光參數(shù)的影響研究表明，6個(gè)澳洲堅(jiān)果品種耐低磷能力存在顯著差異［26］。筆者前期證明干旱導(dǎo)致‘桂熱1號(hào)’光合活性下降［27］。為了進(jìn)一步了解這些優(yōu)良品種的特性，加速高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)澳洲堅(jiān)果的選育速度，本研究通過(guò)對(duì)6個(gè)澳洲堅(jiān)果品種光合特性進(jìn)行差異分析，篩選產(chǎn)量相關(guān)診斷指標(biāo)，對(duì)合理選擇與生產(chǎn)區(qū)域環(huán)境條件相適應(yīng)的優(yōu)良品種及科學(xué)選育種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)地為廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所澳洲堅(jiān)果種質(zhì)圃 （E 106°79′84″，N 22°14′34″）。選取2個(gè)澳大利亞品種［Own Choice（縮寫為OC）、Hinde（H2）］和4個(gè)夏威夷品種［Pahala（788）、Kau（344）、Keauhou（246）、Beaumont（695）］7年生、長(zhǎng)勢(shì)一致的澳洲堅(jiān)果品種袋裝嫁接苗為試驗(yàn)材料，選用H2作為統(tǒng)一砧木。在生長(zhǎng)期內(nèi)進(jìn)行澆水、施肥、噴肥等常規(guī)管理。

1.2 方法

1.2.1 項(xiàng)目測(cè)定

選擇晴天上午8：00～11：00進(jìn)行測(cè)量，采用開(kāi)放式氣路，根據(jù)當(dāng)時(shí)環(huán)境條件設(shè)定參數(shù)，大氣CO2含 量 （Ca） 為 300 μL/L， 光 強(qiáng) （PFD） 為 240μmol/（m2·s），葉室溫度為30℃，每個(gè)品種重復(fù)6次。用丙酮法提取測(cè)定葉綠素含量；分光光度法測(cè)定葉片葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量［27］；Li 6400便攜式光合作用系統(tǒng)（LI-COR Inc．USA）測(cè)定葉片的品種間凈光合速率（Pn）、水分利用率（WUE）、胞間CO2濃度 （Ci）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和氣孔阻止值（SLR）［28］。

選擇晴天上午7：00～11：00。用PAM 2500型熒光儀測(cè)定葉片的熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)參數(shù)［28］，包括PSⅡ的潛在活性（Fv/Fo）、暗適應(yīng)下PSII的最大光化學(xué)效（Fv/Fm）、事實(shí)光化學(xué)效率（ΦPSⅡ）、光合電子傳遞速率（ETR）、光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)（qP）和非光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)（qN），每個(gè)品種重復(fù)6次。

1.2.2 統(tǒng)計(jì)分析

采用SAS 9.0程序分析，差異顯著性使用Duncan多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 6個(gè)澳洲堅(jiān)果品種葉綠素含量差異分析

從表1可看出，6個(gè)澳洲堅(jiān)果品種葉綠素總含量存在極顯著性差異，含量最高的是OC，含量最低的是695，二者相差2.39 mg/g。其中，葉綠素a（Chl a）和葉綠素b（Chl b）均存在顯著性差異，含量均以O(shè)C含量最高，695含量最低。不同澳洲堅(jiān)果品種葉綠素比值a/b顯著性差異不大，比值以O(shè)C最大，為2.72；H2最小，為2.11。

表1 6個(gè)澳洲堅(jiān)果品種葉片葉綠素含量

2.2 6個(gè)澳洲堅(jiān)果品種光合特性比較

從表2可以看出，6個(gè)澳洲堅(jiān)果品種光合活性有極顯著差異。葉片的凈光合速Pn以O(shè)C為最高，為 7.58 μmol/（m2·s）， 比 695、 246 分 別 高 出71.5%、54.1%，其余基因型Pn處于中間水平。蒸騰速率 Tr以 788最高，為0.81 μmol/（m2·s），H2、788、OC和246之間的Tr差異顯著性較小，與695和344存在極顯著性差異。6個(gè)澳洲堅(jiān)果品種間水分利用率WUE差異顯著，最高的是695，平均為13 μmol/mol；最低的是788，平均為6.98 μmol/mol。6個(gè)品種間氣孔導(dǎo)度Gs差異極顯著，最高的是OC，平均為93.41 μmol/mol；最低的是344，為60.43 μmol/mol。胞間CO2濃度Ci存在顯著差異以695最高，達(dá)到 231.8 μL/L，344 最低，為 155.5μL/L。氣孔阻止值SLR與Ci呈負(fù)相關(guān)，695最低，為0.227 3，344最高，為0.481 7。

表2 6個(gè)澳洲堅(jiān)果品種光合特性比較

2.3 6個(gè)澳洲堅(jiān)果品種葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)差異分析

由表3可以看出，6個(gè)澳洲堅(jiān)果品種PSⅡ的潛在活性（Fv/Fo）存在極顯著差異、788最高，暗適應(yīng)下PSII的最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）沒(méi)有差異。事實(shí)光化學(xué)效率（ΦPSⅡ）和光合電子傳遞速率（ETR）有著相似的差異規(guī)律、788、OC和344最高。光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)（qP）差異顯著，788和246最高。非光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)（qN）差異不大，695最低。

表3 6個(gè)澳洲堅(jiān)果葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)

2.4 6個(gè)澳洲堅(jiān)果品種葉片光合參數(shù)相關(guān)分析

為了進(jìn)一步明確6個(gè)澳洲堅(jiān)果品種葉片光合參數(shù)之間的關(guān)系，在品種評(píng)價(jià)過(guò)程中作為診斷指標(biāo)，對(duì)測(cè)定的指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)分析。從表4可以看出，葉綠素a含量與葉綠素b含量，凈光合速率Pn、氣孔阻止值SLR、可變熒光Fv，實(shí)際光化學(xué)效率ΦPSII，電子傳遞速率ETR和總?cè)~綠素含量高度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.996、0.912、0.896、0.878、0.925、0.958和0.997。葉綠素a含量與胞間CO2濃度Ci顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)-0.897。胞間CO2濃度Ci與氣孔阻止值成反比。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

葉綠素直接參與光合作用中光能的吸收、傳遞、分配和轉(zhuǎn)化等過(guò)程。葉綠素含量的不同必然會(huì)引起不同基因型澳洲堅(jiān)果間光合作用的差異，葉片葉綠素含量高，更有利于捕獲更多的光能為光合作用所利用。葉綠素a有利于吸收長(zhǎng)波光，葉綠素b有利于吸收短波光。當(dāng)葉綠素a／b比值減少時(shí)，增加植物對(duì)藍(lán)紫光的吸收，從而提高其光能利用率［29］。因此，選擇葉綠素a/b值較低的基因型，更有利于提高葉片光合活性，為合理安排間種打下良好基礎(chǔ)［30］。葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)反應(yīng)植物PSII光能利用和傳遞的能力。本研究表明，788、OC、344有較高的Fv值，說(shuō)明它們PSⅡ的反應(yīng)中心活性相對(duì)較高，具有較高的電子傳遞效率。Fv/Fo代表光系統(tǒng)PSⅡ的潛在光化學(xué)活性，與有活性的反應(yīng)中心的數(shù)量成正比關(guān)系。788、OC的Fv/Fo值明顯高于其它基因型，說(shuō)明788、OC具有較高的PSⅡ潛在光化學(xué)活性，有活性的反應(yīng)中心的數(shù)量較多。Fv/Fm表示暗適應(yīng)PSⅡ最大光化學(xué)量子效率，其值越小，說(shuō)明電子傳遞活性越小。從表3可以看出，6個(gè)澳洲堅(jiān)果品種Fv/Fm比值差異不顯著，表明不同澳洲堅(jiān)果品種葉片對(duì)受光抑制反應(yīng)程度近似。在外界條件適宜時(shí)，不同澳洲堅(jiān)果品種光合電子由PSⅡ反應(yīng)中心向原初電子受體QA、QB和質(zhì)體醌PQ庫(kù)傳遞效率相近。事實(shí)光化學(xué)ΦPSⅡ，反映了PSⅡ反應(yīng)中心部分關(guān)閉情況下的實(shí)際原初光能捕獲效率，是將捕獲的光能轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)的能力度量。788、OC、344電子傳遞的量子產(chǎn)額ΦPSⅡ值與695、246、H2存在顯著性差異，說(shuō)明788、OC和344基因型澳洲堅(jiān)果可充分利用所捕獲的光能，具有較高的PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率和量子效率。光合電子傳遞效率ETR，是光合系統(tǒng)吸收光能發(fā)生電荷分離產(chǎn)生電子并沿電子傳遞鏈向下傳遞的速率，反映實(shí)際光強(qiáng)條件下的表觀電子傳遞效率。不同澳洲堅(jiān)果品種間的ETR，以788、OC、344為高，與695、246、H2存在顯著性差異。qP反映PSⅡ反應(yīng)中心開(kāi)放部分的比例，qP值越高，其PSⅡ反應(yīng)中心開(kāi)放部分的比例就越高，有利于降低不能進(jìn)行穩(wěn)定電荷分離，不能參與光合電子線性傳遞的PSⅡ反應(yīng)中心關(guān)閉部分的比例，使天線色素所捕獲的光能以更高比例用于推動(dòng)光合電子傳遞，從而提高電子傳遞能力。788、OC、246、344的qP值均極顯著高于H2、695，說(shuō)明788、OC、246、344PSⅡ反應(yīng)中心開(kāi)放部分的比例高，具有較高的光合電子傳遞速率。qN表示PSⅡ天線色素吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散的部分，6個(gè)品種之間差異不顯著，說(shuō)明澳洲堅(jiān)果品種沒(méi)有受到明顯的光抑制，光合效率高。

表4 6 個(gè)澳洲堅(jiān)果品種葉片光合特征參數(shù)的相關(guān)性分析

光合能力反映了PSII傳遞的電子在細(xì)胞內(nèi)固定CO2形成碳水化合物的能力。OC的Pn值最高，這與其有較高的氣孔導(dǎo)度Gs，蒸騰速率Tr和較低的胞間CO2有關(guān)。表明OC品種細(xì)胞能高效的將CO2固定為碳水化合物。相反，695因?yàn)楣夂闲实停瑢?dǎo)致胞間CO2濃度高。可以確定，澳洲堅(jiān)果OC光合效率最高，主要是其具有最高的葉綠素含量，Pn值和事實(shí)光化學(xué)效率。695光合效率最低，因?yàn)槠淙~綠素含量最低，導(dǎo)致Pn和事實(shí)光化學(xué)效率最低。相關(guān)分析篩選出葉綠素a含量和實(shí)際光化學(xué)效率ΦPSII作為便捷快速的產(chǎn)量篩選指標(biāo)（表4），將有助于澳洲堅(jiān)果品種的選育。

3.2 結(jié)論

澳洲堅(jiān)果品種OC光合效率最高。澳洲堅(jiān)果光合特性可有助于篩選高產(chǎn)品種，葉綠素a含量和實(shí)際光化學(xué)效率ΦPSII可作為澳洲堅(jiān)果產(chǎn)量評(píng)價(jià)指標(biāo)。