韓志強(qiáng)，袁德義，李承想，朱周俊，張旭輝

（中南林業(yè)科技大學(xué)a.經(jīng)濟(jì)林育種與栽培國家林業(yè)局重點實驗室；b.經(jīng)濟(jì)林培育與保護(hù)省部共建教育部重點實驗室；c.經(jīng)濟(jì)林培育與利用湖南省2011協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410004）

攸縣油茶與大果油茶‘華碩’及其F1代優(yōu)株的光合特性

韓志強(qiáng)a-c，袁德義a-c，李承想a-c，朱周俊a-c，張旭輝a-c

（中南林業(yè)科技大學(xué)a.經(jīng)濟(jì)林育種與栽培國家林業(yè)局重點實驗室；b.經(jīng)濟(jì)林培育與保護(hù)省部共建教育部重點實驗室；c.經(jīng)濟(jì)林培育與利用湖南省2011協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410004）

為給培育油茶新品種提供理論依據(jù)，采用LI-6400便攜式光合測定系統(tǒng)，對‘華碩’、攸縣油茶及其F1代優(yōu)株的光合生理指標(biāo)及葉綠素含量進(jìn)行測定。結(jié)果表明：（1）F1代優(yōu)株葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量分別為0.821 5、0.324 7、0.151 7 mg·g－1，低于‘華碩’，顯著高于攸縣油茶；（2）F1代優(yōu)株的光補(bǔ)償點最低，僅為45.53 μmol·m－2s－1，三者對光強(qiáng)適應(yīng)范圍由大到小依次為‘華碩’、F1代優(yōu)株、攸縣油茶，F(xiàn)1代優(yōu)株表觀量子效率最大，達(dá)到0.053 μmol·s－1；（3）F1代優(yōu)株與親本的凈光合速率均呈寬大的單峰型，不存在光合午休現(xiàn)象，同一時刻F1代優(yōu)株的凈光合速率均高于攸縣油茶和‘華碩’。F1代優(yōu)株對光的利用效率最高，表現(xiàn)出較高的光合效能，光合作用能力最強(qiáng)，說明F1代優(yōu)株很可能是高產(chǎn)種質(zhì)資源。

油茶；葉綠素含量；光合特性

油茶Camellia oleifera是中國主要的木本油料樹種之一，其在全國的栽培面積占木本油料樹種的80%以上，栽培歷史已有2 300多年。長期以來，油茶籽產(chǎn)量低，品質(zhì)差，生產(chǎn)上對油茶良種的需求迫切。為獲得穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的油茶優(yōu)良新品種，促進(jìn)油茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，眾多林業(yè)育種學(xué)家通過多年的常規(guī)育種、生理育種以及生物技術(shù)育種工作，選育出‘湘林’系列、‘三華’系列（‘華碩’、‘華金’、‘華鑫’）等多個良種。就目前林業(yè)育種的發(fā)展趨勢而言，育種工作者逐漸開始關(guān)注高光效生理育種，不同油茶品種在遺傳因素的影響下，光合作用差異很大[1]，而光合作用與果實的發(fā)育及油脂轉(zhuǎn)化有直接關(guān)系，因此光合效率直接影響到茶油的產(chǎn)量和質(zhì)量。目前，對油茶雜交親本及子代的光合作用的研究報道較少[2-3]，而主要集中在不同品種之間需光特點和光合特性等方面。筆者以野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)的攸縣油茶Camellia yuhsienensisHu最優(yōu)單株為母本、大果油茶良種‘華碩’Camellia oleifera‘Huashuo’單株為父本，進(jìn)行種間雜交得到F1代最優(yōu)單株。通過對親本與雜種F1代葉片的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和光合生理特性等指標(biāo)的對比分析，旨在揭示親子之間光合作用的差異，為選育油茶優(yōu)良新品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為野外調(diào)查攸縣油茶最優(yōu)單株與大果油茶‘華碩’以及兩者的雜種F1代2年生最優(yōu)單株。親本與F1代油茶單株種植于中南林業(yè)科技大學(xué)生科樓A座樓頂露天試驗區(qū)內(nèi)，并進(jìn)行常規(guī)的水肥管理。葉片的光合生理特性和葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)等生理生化指標(biāo)的測定均選擇長勢一致的健康植株，對由內(nèi)向外第2～4片大小基本一致、長勢旺盛的小葉的中部進(jìn)行測定。

1.2 試驗方法

1.2.1 光合色素含量的測定

葉綠素、類胡蘿卜素含量參考李合生的方法[4]進(jìn)行測定。

1.2.2 凈光合速率（Pn）的光響應(yīng)曲線

使用美國Li-COR公司生產(chǎn)的Li-6400便攜式光合儀，于8月20和21日（晴天）9:00～11:00進(jìn)行光響應(yīng)曲線測定。選擇紅藍(lán)光源調(diào)控葉室光合有效福射（PAR），考慮到植物對弱光到強(qiáng)光的不敏感性，其梯度設(shè)定為0、20、40、60、80、100、200、400、700、1 000、1 300、1 600、1 900、2 200、2 500 μmol·m－2s－1。凈光合速率的測定重復(fù)3次，由擬合光響應(yīng)曲線求得光補(bǔ)償點（LCP）、光飽和點（LSP）、暗呼吸速率（Rd）及表觀量子效率（AQY）。

1.2.3 光合速率日變化的測定

使用美國Li-COR公司生產(chǎn)的Li-6400便攜式光合儀，于8月30日（晴天）晴天6:00～19:00在自然條件下每隔2 h測量1次固定葉片的光合速率，每次3個重復(fù)，每重復(fù)記錄5個觀測值。由儀器直接測得凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2體積分?jǐn)?shù)（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs）等參數(shù)，同時測定大氣溫度（T）、葉室光合有效輻射（PAR）和相對濕度（Hr）。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2003和SPSS13.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本與F1代葉綠素含量比較

親本與F1代葉綠素(a+b)含量在0.956 4～1.287 6 mg/g之間，數(shù)值均偏小，可見油茶對于弱光有較強(qiáng)的利用能力（見表1）；攸縣油茶與F1代葉片中的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量均低于‘華碩’，而葉綠素a/b的值高于‘華碩’，但在P＝0.05的水平上沒有達(dá)到顯著性差異，說明‘華碩’利用環(huán)境中的有限光能進(jìn)行光合作用的能力比攸縣油茶與F1代優(yōu)株強(qiáng)，這可能是由于類胡蘿卜素消除了植物體內(nèi)的活性氧自由基，葉綠素吸收的過多光能被消耗，從而避免光氧化產(chǎn)生的傷害，同時類胡蘿卜素吸收了紫外線輻射，減少紫外線輻射對植物的破壞，這也解釋了攸縣油茶和F1代優(yōu)株比‘華碩’長勢相對較弱的現(xiàn)象。

2.2 親本與F1代光響應(yīng)特征

2.2.1 光響應(yīng)參數(shù)比較

LSP較高而LCP較低的植物對光照環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，反之，對光照環(huán)境的適應(yīng)性較弱[5]。親本與F1代光響應(yīng)參數(shù)見表2。由表2可知，F(xiàn)1代的LCP較親本低，且與兩者在P＝0.05水平上差異達(dá)到了顯著水平，證明F1代利用弱光進(jìn)行有機(jī)物質(zhì)的積累和耐陰能力最強(qiáng)。F1代的LSP顯著高于攸縣油茶，而低于‘華碩’，說明F1代對光照環(huán)境的適應(yīng)性在‘華碩’與攸縣油茶之間，‘華碩’最強(qiáng)，可利用光的范圍最廣，F(xiàn)1代次之。親本與F1代中，F(xiàn)1代LSP較高而LCP相對較低，說明其對光照環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，可利用光的范圍較廣。親本與F1代按照Rd由大到小的順序排列依次為：攸縣油茶、F1代、‘華碩’，可知攸縣油茶呼吸作用最強(qiáng)，F(xiàn)1代次之，‘華碩’最弱。植物葉片光能利用效率可用AQY來衡量，AQY值與植物對光能的利用能力成正相關(guān)[6]。從表2可以看出，‘華碩’與F1代的AQY值較大，在P＝0.05水平上差異并未達(dá)到顯著水平，攸縣油茶AQY值最小，說明攸縣油茶對光的利用率最低，F(xiàn)1代最高，此結(jié)論與LCP與LSP的討論結(jié)果基本一致。

表 1 親本與F1代光合色素含量的比較?Table 1 Comparison of photosynthetic pigment contents in parents and F1 hybrids mg/g

表 2 親本與F1代光響應(yīng)參數(shù)的比較Table 2 Comparison of light-response parameters of parents and F1 hybrids

2.2.2 親本與F1代光響應(yīng)曲線比較

親本與子代的光響應(yīng)曲線如圖1所示。由圖1可知：親本與子代的光響應(yīng)曲線趨勢基本一致，當(dāng)PAR由0逐漸升高時，凈光合速率依次升高。當(dāng)PAR為 0～ 200 μmol·m－2s－1時，凈光合速率接近于呈線性增加，親本與F1代凈光合速率的AQY隨著PAR的升高而減小，隨PAR的升高，凈光合速率升高并維持在一定水平。而當(dāng)PAR繼續(xù)升高到大于1 900 μmol·m－2s－1時，親本與F1代的凈光合速率有不同幅度的減小，這可能是由于PAR強(qiáng)度過高，引起光抑制的原因[7]，當(dāng)光強(qiáng)為1 500 μmol·m－2s－1左右時光抑制作用非常顯著。PAR達(dá)到 100 μmol·m－2s－1后，F(xiàn)1代光合作用累積凈光合產(chǎn)物最多，攸縣油茶次之，‘華碩’最少。

2.3 親本與F1代光合作用日變化

2.3.1 光合有效輻射（PAR）、大氣溫度（T）和相對濕度（Hr）日變化

通過對試驗地PAR、T、Hr的日變化進(jìn)行測定（見圖2～4）可知：在光合作用測定的時間段內(nèi)，PAR平均達(dá)到 1 057.14 μmol·m－2s－1，T平均達(dá)到35.71 ℃，Hr平均達(dá)到59.43%。PAR和T均呈單峰變化曲線，PAR的峰值出現(xiàn)在13:00左右，達(dá)到1 790 μmol·m－2s－1，T的峰值出現(xiàn)在13:00左右，達(dá)到38.5 ℃。而Hr的日變化曲線則呈V字形，在13:00時最低，此時的Hr達(dá)到50%。在測定的時間段內(nèi)，PAR和T的曲線變化規(guī)律相似，PAR和T均是在7:00最低，而后升高，達(dá)到最大值后又下降。T和Hr在整個變化過程中比較平緩，PAR的日變化則比較劇烈。

圖1 親本與其子代的光響應(yīng)曲線Fig. 1 Light-response curves of photosynthesis of parentsand F1 hybrids

圖 2 光合有效輻射的日變化Fig. 2 Diurnal change of photosynthetically active radiation (PAR)

圖 3 大氣溫度的日變化Fig. 3 Diurnal change of atmosphere temperature (T)

圖 4 相對濕度的日變化Fig. 4 Diurnal change of relative humidity (Hr)

2.3.2 親本與F1代凈光合速率（Pn） 日變化

植物Pn日變化有單峰型、雙峰型和多變型3種類型。親本與F1代Pn日變化曲線如圖5所示。由圖5可知，隨時間的變化，親本與F1子代的Pn呈現(xiàn)相似的趨勢，即單峰型，并沒有明顯的“光合午休”現(xiàn)象存在，且Pn分別在9:00左右出現(xiàn)峰值，‘F1代’、‘華碩’和‘攸縣油茶’的Pn分別為8.95、8.33、8.90 μmol·m－2s－1。在Pn日變化進(jìn)程中，親本與F1代按照Pn由大到小的順序依次為F1代、攸縣油茶、‘華碩’，說明F1代優(yōu)株表現(xiàn)出較高的光合效能，光合作用能力為三者最強(qiáng)。

圖 5 親本與子代凈光合速率的日變化Fig. 5 Diurnal change of net photosynthetic rate (Pn) of parents and F1 hybrids

2.3.3 親本與F1代胞間CO2體積分?jǐn)?shù)（Ci）日變化

親本與F1代Ci日變化曲線如圖6所示。由圖6可以看出，F(xiàn)1代優(yōu)株與‘華碩’的Ci日變化曲線趨勢基本一致，均在7:00～10:00呈下降趨勢，在10:00達(dá)到最低，在10:00～13:00呈上升趨勢，13:00～17:00之間呈下降趨勢，17:00之后Ci值直線上升；攸縣油茶Ci日變化曲線則在8:00～13:00之間呈持續(xù)下降的趨勢，13:00時降至最低，250 μL·L－1。此后在15:00時又出現(xiàn)小高峰，Ci值達(dá)到265 μL·L－1，17:00之后急劇增高。

圖 6 親本與子代胞間CO2體積分?jǐn)?shù)的日變化Fig. 6 Diurnal change of intercellular CO2 volume fraction(Ci) of parents and F1 hybrids

2.3.4 親本與F1代氣孔導(dǎo)度（Gs）日變化

圖 7 親本與子代氣孔導(dǎo)度的日變化Fig. 7 Diurnal change of stomatal conductance (Gs) of parents and F1 hybrids

CO2通過氣孔進(jìn)入植物體[7]，水蒸氣同樣通過氣孔逸出植物體[8]，因此，植物的光合作用和蒸騰作用受Gs的直接影響。親本和F1代優(yōu)株氣孔導(dǎo)度日變化如圖7所示。由圖7可以看出，攸縣油茶與F1代優(yōu)株氣孔導(dǎo)度呈現(xiàn)“降－升－降”的趨勢，F(xiàn)1代Gs在13:00時最高，達(dá)到 170 μmol·m－2s－1；而攸縣油茶Gs在 15:00時最高，達(dá)到 173 μmol·m－2s－1?！A碩’Gs在7:00～15:00之間的曲線趨勢較平穩(wěn)，并沒有明顯的變化；然而在15:00之后，華碩與F1代優(yōu)株Gs基本一致。

3 結(jié)論與討論

3.1 親本與F1代光合色素和凈光合速率的關(guān)系

本研究中發(fā)現(xiàn)，攸縣油茶、‘華碩’、F1代優(yōu)株的葉綠素（a+b）的含量有著顯著差異，按葉綠素（a+b）的含量由高到低的順序排列依次為‘華碩’、F1代、攸縣油茶，按照凈光合速率值由大到小的順序排列依次為F1代、攸縣油茶、‘華碩’。由此可知：油茶親本與F1子代葉綠素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)和凈光合速率之間并沒有顯著的相關(guān)性，其原因可能是不同生長發(fā)育階段葉片的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，并不能確定葉綠素是否全部參與了光合作用。同時相關(guān)研究也表明：兩者之間呈正相關(guān)性，對于單位質(zhì)量的葉片而言，較低的葉綠素a和葉綠素b含量的比值和較高的葉綠素含量說明光系統(tǒng)Ⅱ捕光復(fù)合體（LHCⅡ）在葉綠體中的含量相對較多，這有利于植株充分利用生長環(huán)境中的有限光能[9]。

3.2 親本與F1代光合特性及其對光照的生態(tài)適應(yīng)

3.2.1 親本與子代光合特性的對比

油茶光合作用日變化有單峰和雙峰2種不同的報道[10-11]。本研究中結(jié)果表明：攸縣油茶、‘華碩’、F1代優(yōu)株的凈光合速率日變化趨勢呈單峰型，不存在明顯的光合午休現(xiàn)象，在較高的大氣溫度和葉室光合有效輻射條件下，凈光合速率一直較高，證明它們光吸收能力較強(qiáng)，同時葉片的光合作用也較強(qiáng)，這與陳永忠等[12]的報道一致。而整個光合作用測定期間，同一時刻F1代優(yōu)株的凈光合速率均高于攸縣油茶和‘華碩’，可能由于F1代優(yōu)株表觀量子效率較大，對光的利用率最高，同時暗呼吸速率較低，相比而言，F(xiàn)1代的光合特性較強(qiáng)，說明F1代優(yōu)良單株很可能是比較高產(chǎn)的種質(zhì)資源。

3.2.2 親本與子代對光強(qiáng)的適應(yīng)性

以光補(bǔ)償點和光飽和點作為植物對光適應(yīng)能力的評價指標(biāo)，植物利用弱光能力可通過指標(biāo)“光補(bǔ)償點”反映，植物對弱光的利用能力越強(qiáng)，表明光補(bǔ)償點越低。光飽和點反映了植物利用強(qiáng)光的能力，植物的耐光性越強(qiáng)，說明光飽和點越高，同時也表明光飽和點高的植物在強(qiáng)光刺激下不易發(fā)生光抑制現(xiàn)象[13]。由擬合光飽和點、光補(bǔ)償點結(jié)果可知，F(xiàn)1代優(yōu)株的光補(bǔ)償點最低，證明F1代優(yōu)株利用弱光進(jìn)行有機(jī)物質(zhì)積累與耐陰能力最強(qiáng)。F1代優(yōu)株對光照環(huán)境的適應(yīng)性在‘華碩’與攸縣油茶之間，‘華碩’最強(qiáng)，可利用光的范圍最廣，攸縣油茶最弱。鑒于F1代優(yōu)株對光照環(huán)境的適應(yīng)規(guī)律，為增加其光合產(chǎn)物積累，在夏季日常管理中需要對其進(jìn)行遮陰處理。同時，為獲得高產(chǎn)的油茶新品種，還需進(jìn)一步研究F1代單株光合產(chǎn)物的運輸與分配特性。

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Photosynthetic characteristics ofCamellia yuhsienensis, HuC. oleifera‘Huashuo’ and superior individuals in theirF1hybrids

HAN Zhi-qianga-c, YUAN De-yia-c, LI Cheng-xianga-c, ZHU Zhou-juna-c, ZHANG Xu-huia-c
(a. The Key Lab of Non-wood Forest Products of State Forestry Administration; b. The Key Lab of Cultivation and Protection for Non-Wood Forest Trees of Education Ministry; c. 2011 Cooperative Innovation Center of Cultivation and Utilization for Non-Wood Forest Trees of Hunan Province, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, China)

In order to provide a theoretical basis for breeding new varieties ofCamellia oleifera, the photosynthetic indexes and chlorophyll content ofC. yuhsienensisHu,C. oleifera‘Huashuo’, and superior individuals inF1hybrids were determined by using the LI-6400 Portable Photosynthesis System. The results showed that: (1) Chlorophyll a,chlorophyll b and carotenoid contents of superior individuals inF1hybrids were 0.821 5, 0.324 7 and 0.151 7 mg·g－1, lower than those ofC. oleifera‘Huashuo’, and signi fi cantly higher than those ofC. yuhsienensisHu. (2) The light compensation point of superior individuals inF1hybrids were the lowest, only 45.53 μmol·m－2s－1, and the order based on adaptation range of light intensity from big to small wasC. oleifera‘Huashuo’, superior individuals inF1hybrids,C. yuhsienensisHu. Apparent quantum yield of superior individuals inF1Hybrids was the largest, and reached 0.053 μmol·s－1. (3)The diurnal change curves of net photosynthetic rates of all three cultivars showed wide single peak type, the midday depression phenomenon of photosynthesis did not occur, net photosynthetic rate of superior individuals inF1hybrids was higher thanC. yuhsienensisHu andC. oleifera‘Huashuo’ at the same time. The light energy utilization ef fi ciency of superior individuals inF1hybrids was highest, it showed higher photosynthetic ef fi ciency, photosynthetic ability was the strongest, and it was likely to be a good germplasm resource with high yield.

Camellia oleifera; chlorophyll content; photosynthetic characteristics

S601；S794.4

A

1003—8981(2015)02—0009—05

2014-12-20

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項（201504705）；中南林業(yè)科技大學(xué)研究生科技創(chuàng)新基金資助項目（CX2014B21）。

韓志強(qiáng)，碩士研究生。

袁德義，教授，博士，博士生導(dǎo)師。E-mail：yuan-deyi@126.com

韓志強(qiáng),袁德義,李承想,等.攸縣油茶與大果油茶‘華碩’及其F1代優(yōu)株的光合特性[J].經(jīng)濟(jì)林研究,2015,33(2):9－13.

10.14067/j.cnki.1003-8981.2015.02.002

http: //qks.csuft.edu.cn

[本文編校：聞 麗]