楊揚

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040)

焦宏彬

(北京星河園林)

劉洋 王歡 何淼

(東北林業(yè)大學)

UV-B輻射對神農香菊光合作用的影響1)

楊揚

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040)

焦宏彬

(北京星河園林)

劉洋 王歡 何淼

(東北林業(yè)大學)

以神農香菊無性系‘S1401’、‘S1407’為研究材料，研究了UV-B處理對神農香菊凈光合速率、葉綠素質量分數、二磷酸核酮糖羧化酶(RuBPCase)活性的影響。結果表明：隨著UV-B處理時間的增加，神農香菊的凈光合速率呈現先升高后降低的趨勢；神農香菊葉片內的葉綠素a、葉綠素b質量分數顯著下降，對類胡蘿卜素質量分數的影響較小，且規(guī)律性不強；在UV-B脅迫條件下，神農香菊RuBPCase羧化酶的活性降低，且隨著輻射時間延長表現出先升后降的變化趨勢。

神農香菊；UV-B；光合作用；凈光合速率；葉綠素；RuBPCase酶

We studied the effect of UV-B on photosynthesis on net photosynthetic rate, chlorophyll content and RuBPCase activity inDendranthemaindicumvar.aromaticum. With the increase of UV-B treatment time, the net photosynthetic rate ofD.indicumvar.aromaticumfirstly increased and then decreased. Under UV-B radiation, the content of chlorophyll a and chlorophyll b ofD.indicumvar.aromaticumpresented the reducing trend, and the carotenoid content varied subtly. Under UV-B stress, RuBPCase carboxylase activity decreased, and showed a trend of lift and down with the prolonged radiation time.

近年來，現代城市工業(yè)快速發(fā)展，大量的氯氟烴、有機鹵素和氧化氮等物質不加節(jié)制的排放到大氣中，造成平流層臭氧(O3)的破壞，這己經成為人類面臨的嚴峻的環(huán)境問題。全球臭氧觀測表明，近10 a全球臭氧層平均減少了2%～3%，而且這一過程仍在不斷加劇[1]。據估計，按照目前的發(fā)展速度，到2075年臭氧層將會減少40%[2]，到達地球表面的UV-B輻射強度也逐漸加大。

神農香菊(Dendranthemaindicumvar.aromaticum)是野菊(Dendranthemaindicum)的一個新變種，分布于高海拔的陽光充足地，由于當地獨特的氣候使其具有罕見的香氣，具有平肝明目、清熱解毒、散風降壓的功效。但神農香菊在引種栽培后其香氣減弱，甚至喪失，猜測可能與高海拔的高紫外輻射有關，本研究擬通過對神農香菊進行不同時間的UV-B輻射處理，分析UV-B處理對神農香菊的光合作用的影響，以期為神農香菊致香機理和UV-B輻射對植物影響的研究做出理論支持，為其進一步深入研究打下基礎。

1 材料與方法

在苗圃中培育的神農香菊無性系‘S1401’、‘S1407’，到2個月時植株生長健壯，分別取長度、粗細一致的莖尖以細沙進行扦插，培養(yǎng)兩周待生根后換土上盆，置于溫室中備用。

扦插的神農香菊‘S1401’、‘S1407’在溫室培養(yǎng)，待植株長到成熟一致，采用UV-B紫外燈(南京華強電子有限公司生產，40 W，峰值為310 nm)進行輻照處理。試驗設定輻射時間分別為0、1、3、5、7 d，每組處理幼苗40株。UV-B輻射強度通過調整紫外燈距幼苗冠層的高度，以UV340B型紫外線輻照計(由深圳欣寶瑞儀器有限公司生產的)測定并維持輻射強度為600 μW·cm-2，使植株頂端第3片葉UV-B輻射強度維持在設定劑量，輻射時間為06:00—18:00，其他管理均按常規(guī)方法進行。

隨機選取健壯植株第3片成熟葉測定光合參數、葉綠素質量分數和RuBPCase酶活性。

植株凈光合速率測定方法：使用美國生產的Li-6400光合測定儀，在育苗室內采用專用內置紅藍光源控制葉室內部光強為1 000 μmol·m-2·s-1，溫度控制為30 ℃，設定系統(tǒng)內氣流速度為500 μmol·s-1，CO2摩爾分數為400 μmol·mol-1。選擇生長健壯的植株，隨機選取該植物向陽面的第3片完全功能葉進行測量，每次3個重復，重復記錄5個觀測值，取其平均值作為該時刻的測定值。讀取葉片瞬時凈光合速率(Pn)值。

植株葉綠素質量分數測定方法：稱取剪碎的新鮮樣品0.2 g，共3份，分別放入研缽中，加少量石英砂和碳酸鈣粉及2～3 mL 95%乙醇，研成均漿，再加乙醇10 mL，繼續(xù)研磨至組織變白。靜置3～5 min。取濾紙1張，置漏斗中，用乙醇濕潤，沿玻棒把提取液倒入漏斗中，過濾到25 mL棕色容量瓶中，用少量乙醇沖洗研缽、研棒及殘渣數次，最后連同殘渣一起倒入漏斗中。用滴管吸取乙醇，將濾紙上的葉綠體色素全部洗入容量瓶中。直至濾紙和殘渣中無綠色為止。最后用乙醇定容至25 mL，搖勻。把葉綠體色素提取液倒入光徑1 cm的比色杯內。以95%乙醇為空白，在波長665、649 nm下測定吸光度。

植株RuBPCase酶活性測定方法：粗酶液提取和活性測定方法參照李合生[3]的分光光度法，根據公式計算RuBPCase酶活力。

數據處理方法：用Excel2007軟件對所有試驗數據進行初步處理，采用SPSS 19.0軟件進行數據處理和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 UV-B處理對凈光合速率的影響

神農香菊‘S1401’和‘S1407’分別以600 μW·cm-2的UV-B強度輻射0、1、3、5、7 d，然后每天09:00—11:00進行凈光合速率的測定。由表1可見，UV-B處理后神農香菊的凈光合速率均呈現先升高后降低的趨勢，神農香菊‘S1401’和‘S1407’的對照組凈光合速率分別為11.97、13.18 μmol·m-2·s-1，處理1 d后‘S1401’和‘S1407’的凈光合速率分別上升1.84、2.89 μmol·m-2·s-1，第3天開始下降并低于對照，‘S1407’到第5天降為最低為7.93 μmol·m-2·s-1，‘S1401’到第7天降到最低,為7.85 μmol·m-2·s-1，均顯著低于對照。

表1 UV-B處理對神農香菊色素質量分數、凈光合速率和RuBPCase酶活性的影響

注：表中數據為均值±標準誤；同列不同大寫字母表示‘S1401’各處理間差異顯著(P<0.05)，同列不同小寫字母表示‘S1407’各處理間差異顯著(P<0.05)。

2.2 UV-B處理對葉綠素質量分數的影響

葉綠素是光合生物的生命線，沒有它們，植物便無法實現光能的吸收和轉化，因此，綠色植物葉綠素質量分數已經被看做是衡量增強UV-B輻射對植物造成的傷害的一個重要指標[4]。由表1可看出，長時間UV-B輻射會導致神農香菊葉片內的葉綠素a和葉綠素b質量分數顯著下降。除了處理第1天的葉綠素a質量分數出現了小幅的上升，其余處理組的葉綠素a質量分數都隨著UV-B輻射時間的延長，質量分數逐漸下降。此外，兩個株系神農香菊葉片內的葉綠素a質量分數在脅迫初期雖然有不同程度的增加，但是與對照組相比較，‘S1401’、‘S1407’與對照組相比并無顯著性差異；隨著UV-B脅迫時間延長，‘S1401’、‘S1407’處理第3天，脅迫組的葉綠素a質量分數顯著低于對照組，到第7天降至最低，‘S1401’為7.62 mg·g-1，‘S1407’為6.79 mg·g-1。

在脅迫第7天，神農香菊‘S1401’、‘S1407’葉綠素b質量分數下降到最低值，分別為2.51、2.36 mg·g-1，顯著低于對照組，但是并不像葉綠素a變化規(guī)律那么明顯。兩個株系相比較可發(fā)現，UV-B處理對‘S1401’葉綠素造成的影響要強于對‘S1407’的影響，葉綠素a神農香菊‘S1401’相比對照下降2.67 mg·g-1，‘S1407’下降1.88 mg·g-1；葉綠素b神農香菊‘S1401’相比對照下降0.75 mg·g-1，‘S1407’下降0.52 mg·g-1，相比之下，‘S1407’降幅更大。

UV-B脅迫對神農香菊葉綠素a/葉綠素b的影響規(guī)律并不明顯，對葉綠素(a+b)質量分數的影響規(guī)律明顯，‘S1401’、‘S1407’葉綠素(a+b)質量分數都隨著輻射時間的延長而顯著降低，‘S1401’由對照的13.55 mg·g-1降至第7天的10.13 mg·g-1，降幅較大；‘S1407’由對照的11.55 mg·g-1降至第7天的9.15 mg·g-1，降幅較小。UV-B輻射對神農香菊葉片類胡蘿卜素質量分數的影響較小，且規(guī)律性不強。

2.3 UV-B處理對RuBPCase酶活性的影響

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(RuBPCase)是光合作用暗反應中同化作用的關鍵酶，它對凈光合速率的大小起著決定性作用，植物羧化酶活性受到多種環(huán)境因子的影響，如溫度、光照、逆境脅迫等對RuBP羧化酶活性均有影響[4]。由表1可知，在UV-B脅迫條件下，RuBP羧化酶的活性降低，且隨著UV-B輻射時間延長表現出先升后降的變化趨勢。在正常條件下,‘S1401’羧化酶活性為0.66 μmol·mL-1·min-1，明顯高于‘S1407’的0.31 μmol·mL-1·min-1，處理第1天‘S1401’的羧化酶活性升高不顯著，增幅0.06 μmol·mL-1·min-1，‘S1407’顯著高于對照，增幅高達0.44 μmol·mL-1·min-1；處理第3天‘S1401’的羧化酶活性顯著降低，降至0.07 μmol·mL-1·min-1，‘S1407’基本保持恒定，說明‘S1401’對UV-B脅迫表現更敏感，耐受能力較弱；處理第5天、第7天，‘S1401’的羧化酶活性有小幅度上升，但仍顯著低于對照，‘S1407’則在第5天顯著降低，至第7天降至最低，為0.02 μmol·mL-1·min-1，羧化酶基本失活。

3 結論與討論

增強UV-B輻射可顯著影響神農香菊的凈光合速率，抑制植物生長，降低光合色素質量分數和RuBPCase酶活性。正常情況下，葉綠素吸收的光能主要通過光合電子傳遞、葉綠素熒光發(fā)射和熱耗散3種途徑來消耗[5]。這3種途徑之間關系密切，電子傳遞和熱耗散的變化會引起熒光發(fā)射發(fā)生相應的變化，因此，可通過對熒光的檢測來研究光合作用和熱耗散的變化情況。

UV-B輻射導致神農香菊凈光合速率降低，這與王龍飛[6]的研究一致。根據Farquhar et al.[7]提出的判斷依據，只有凈光合速率和氣孔導度的降低伴隨了胞間CO2摩爾分數(Ci)的降低，可以推測氣孔導度降低是光合速率降低的主要原因；相反，如果Pn的降低伴隨Ci的增高，則可以推測光合速率降低的主要因素是非氣孔因素，即葉肉細胞光合活性的降低。這一點還需要進一步的研究。

衡量UV-B輻射對植物傷害的另一個重要指標是植物色素質量分數，主要包括葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素。UV-B輻射會導致神農香菊葉片內的葉綠素a和葉綠素b質量分數顯著下降，這與前人研究結果一致[8-10]，但文中未發(fā)現對類胡蘿卜素質量分數的顯著變化。此外，UV-B輻射還通過限制核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶(RuBPCase)活性而影響光合速率，文中研究發(fā)現，UV-B輻射導致RuBPCase羧化酶的活性降低，這與前人研究結果相同[11-13]。

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Effects of UV-B on Photosynthesis inDendranthemaindicumvar.aromaticum//

Yang Yang

(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China);

Jiao Hongbin

(Beijing Star-river Landscape Engineering Corporation);

Liu Yang, Wang Huan, He Miao

(Northeast Forestry University)//Journal of Northeast Forestry University，2017,45(1)：30-32.

Dendranthemaindicumvar.aromaticum; UV-B; Photosynthesis; Net photosynthetic rate; Chlorophyll; RuBPCase enzyme

楊揚，女，1982年7月生，東北林業(yè)大學園林學院，講師。E-mail：55965296@qq.com。

何淼，東北林業(yè)大學園林學院，副教授。E-mail：hemiao_xu@126.com。

2016年9月29日。

S682.1+1;Q945.1

1)黑龍江省自然科學基金面上項目(C2015058)。

責任編輯：任 俐。