徐蘇婷， 陳露茜， 李鈞敏

(1.上海師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，上海 200234； 2.浙江省植物進(jìn)化生態(tài)學(xué)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/臺(tái)州學(xué)院生態(tài)研究所，浙江臺(tái)州 318000)

自1937年Blakeslee和Avery用秋水仙素誘導(dǎo)出多倍體曼陀羅后，全世界掀起多倍體育種熱潮，并獲得了大量的農(nóng)作物多倍體新品種[1-2]。多倍體植物往往在葉片形態(tài)上有更大的葉型、更深的葉色、更厚的葉片、更發(fā)達(dá)的氣孔和柵欄組織、更豐富的酶物質(zhì)，其抗病性和抗逆性也往往強(qiáng)于二倍體，品質(zhì)方面也比二倍體存在更多的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)成為研究熱點(diǎn)[3]。

黃毛草莓(FragarainilgerrensisSchlecht.)為薔薇科草莓屬多年生二倍體草本植物，原產(chǎn)于我國(guó)西南地區(qū)，主要分布于我國(guó)陜西、湖北、四川、云南、湖南、貴州和臺(tái)灣等省，尼泊爾、錫金、印度東部及越南北部地區(qū)也有分布[4]。黃毛草莓花期一般為4—7月，果期為6—8月；果實(shí)白色，圓球形，有香味，味淡；種子黃綠色，極小，凹陷；宿存萼片緊貼于果實(shí)，具有抗旱、耐高溫、抗葉部病害等特點(diǎn)[5-6]。本實(shí)驗(yàn)室通過(guò)秋水仙素誘導(dǎo)成功的四倍體黃毛草莓在形態(tài)上與二倍體黃毛草莓相比，具有葉片變大、變寬、葉片增厚、葉色變深等特點(diǎn)，而目前有關(guān)二倍體黃毛草莓與四倍體黃毛草莓光合作用的差異未見(jiàn)報(bào)道。本研究通過(guò)比較分析二倍體與同源四倍體黃毛草莓葉片的光合指標(biāo)、葉綠素含量等生理指標(biāo)，了解二者的光合特性差異及環(huán)境因子對(duì)光合特性的影響，以期為四倍體黃毛草莓的光合生理研究、倍性育種及高效人工種植技術(shù)的制定提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　材料

二倍體黃毛草莓，2012年7月采自西藏自治區(qū)林芝縣色季拉山。2015年春季，將二倍體黃毛草莓種子進(jìn)行萌發(fā)，同時(shí)以二倍體黃毛草莓種子經(jīng)秋水仙素誘變，經(jīng)流式細(xì)胞儀鑒定染色體數(shù)量，確定成功獲得四倍體黃毛草莓幼苗；2種幼苗均培養(yǎng)于智能溫室中，相對(duì)濕度為80%，溫度白天控制在 20 ℃，晚上控制在15 ℃。

1.2　試驗(yàn)方法

1.2.1光合特性日變化的測(cè)定2016年7月上旬07：00—19：00，選取長(zhǎng)勢(shì)相近的二倍體與四倍體黃毛草莓各3株，取其冠層陽(yáng)面健康成熟、生長(zhǎng)部位基本相同的功能葉，采用便攜式光合作用測(cè)定儀LI-6400分別測(cè)定葉片的凈光合速率[Pn，μmol/(m2·s)]、蒸騰速率[Tr，mmol/(m2·s)]、氣孔導(dǎo)度[Gs，mol/(m2·s)]、胞間CO2濃度[Ci，μmol/mol]等參數(shù)；每2 h測(cè)定1次，每次測(cè)定3張樣葉，每張葉片重復(fù)記錄5個(gè)數(shù)據(jù)組，取平均值。

1.2.2光響應(yīng)曲線(xiàn)的測(cè)定采用自帶紅藍(lán)光光源的LI-6400測(cè)定儀，測(cè)定光合有效輻射強(qiáng)度(PAR)分別為1 500、1 200、1 000、800、600、400、200、150、100、30、20、0 μmol/(m2·s) 時(shí)的凈光合速率；利用直角雙曲線(xiàn)修正模型[7]對(duì)光響應(yīng)曲線(xiàn)進(jìn)行擬合，計(jì)算光飽和點(diǎn)(LSP)、光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)、最大凈光合速率(Pnmax)、表觀量子效率(AQY)、暗呼吸速率(Rd)。

1.2.3相對(duì)葉綠素含量的測(cè)定取二倍體與四倍體黃毛草莓各3株冠層陽(yáng)面健康成熟、生長(zhǎng)部位基本相同的功能葉，采用SPAD-502葉綠素儀測(cè)定相對(duì)葉綠素含量，每張葉片從里到外測(cè)定3個(gè)點(diǎn)，取平均值。

1.3　數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010、SPSS 18.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin 8.5軟件進(jìn)行輔助作圖，采用單因素方差分析比較二倍體和四倍體黃毛草莓光合指標(biāo)數(shù)據(jù)間的差異顯著性。

2　結(jié)果與分析

2.1　不同倍性黃毛草莓光合作用的日變化

2.1.1凈光合速率(Pn)由圖1可見(jiàn)，自然光照下，黃毛草莓葉片的Pn日變化呈“雙峰”曲線(xiàn)；07：00時(shí)，由于氣溫相對(duì)較低，光強(qiáng)較弱，凈光合速率相對(duì)較低；隨著氣溫升高、光合輻射增強(qiáng)，11：00時(shí)Pn出現(xiàn)第1個(gè)峰，此時(shí)四倍體黃毛草莓的Pn值為4.15 μmol/(m2·s)，而二倍體黃毛草莓為 2.89 μmol/(m2·s)；13：00時(shí)，Pn出現(xiàn)峰谷，說(shuō)明黃毛草莓葉片存在光合“午休”現(xiàn)象；后隨光合有效輻射、葉片表面溫度的下降，17：00時(shí)Pn出現(xiàn)第2個(gè)峰，此時(shí)四倍體黃毛草莓的Pn值為1.86 μmol/(m2·s)，而二倍體黃毛草莓為 1.22 μmol/(m2·s)。

2.1.2胞間CO2濃度(Ci)由圖2可見(jiàn)，Ci日變化與Pn日變化的趨勢(shì)基本相反；07：00時(shí)，黃毛草莓的Ci相對(duì)較高，四倍體黃毛草莓的Ci值為327.04 μmol/mol，二倍體黃毛草莓為277.78 μmo/mol；11：00時(shí)，四倍體黃毛草莓Ci出現(xiàn)最低值，后逐漸增大；13：00時(shí)，四倍體黃毛草莓的Ci值上升為326.10 μmol/mol，二倍體黃毛草莓的Ci值上升幅度相對(duì)更大，為 341.92 μmol/mol；后逐漸下降。

2.1.3氣孔導(dǎo)度(Gs)由圖3可見(jiàn)，黃毛草莓氣孔導(dǎo)度自09：00時(shí)出現(xiàn)谷值后，11：00時(shí)出現(xiàn)峰值，此時(shí)四倍體黃毛草莓Gs值為0.088 mol/(m2·s)，二倍體黃毛草莓為 0.068 mol/(m2·s)；后逐漸降低。

2.1.4蒸騰速率(Tr)由圖4可見(jiàn)，黃毛草莓的Tr日變化呈“單峰”曲線(xiàn)；Tr值在11：00正午時(shí)達(dá)到峰值，四倍體黃毛草莓的Tr值為3.92 mmol/(m2·s)，二倍體黃毛草莓為 3.38 mmol/(m2·s)；后逐漸降低。

2.2　四倍體與二倍體黃毛草莓的光響應(yīng)曲線(xiàn)

圖5為2種不同倍性黃毛草莓的光響應(yīng)曲線(xiàn)，對(duì)其光響應(yīng)曲線(xiàn)進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn)，二倍體黃毛草莓的最大凈光合速率、光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)、暗呼吸速率分別為3.451、885.6、23.83、0.527 μmol/(m2·s)，表觀量子效率為0.024，四倍體黃毛草莓的最大凈光合速率、光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)、暗呼吸速率分別為4.223、1 663.6、41.87、1.601 μmol/(m2·s)，表觀量子效率為0.051，其中四倍體黃毛草莓的光響應(yīng)曲線(xiàn)中光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)、暗呼吸速率這3個(gè)指標(biāo)極顯著大于二倍體黃毛草莓(P<0.01)。

2.3　相對(duì)葉綠素含量

由圖6可見(jiàn)，四倍體黃毛草莓的相對(duì)葉綠素含量值極顯著高于二倍體黃毛草莓(P<0.01)。

3　結(jié)論與討論

光合作用是植物最基本的生命活動(dòng)，是植物合成有機(jī)物質(zhì)、獲得能量的根本源泉[8]。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，四倍體黃毛草莓的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)均高于二倍體黃毛草莓，1天中四倍體黃毛草莓的最大凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率分別為4.15 μmol/(m2·s)、0.088 mol/(m2·s)、3.92 mmol/(m2·s)，分別比二倍體黃毛草莓高43.6%、29.4%、16.0%，與鄭思鄉(xiāng)等的研究結(jié)論[9-10]一致；夏季黃毛草莓葉片的Pn日變化呈“雙峰”曲線(xiàn)，并出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象；四倍體和二倍體黃毛草莓的Tr、Gs規(guī)律基本相似，而胞間CO2濃度(Ci)的日變化與Pn相反；中午出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象時(shí)Ci和Gs同時(shí)升高，說(shuō)明該現(xiàn)象的發(fā)生可能是由葉肉阻力、葉肉自身羧化酶活性發(fā)生變化等非氣孔限制因素造成。

光飽和點(diǎn)(LSP)、光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)、表觀量子效率(AQY)及暗呼吸速率(Rd)是植物光響應(yīng)的重要指標(biāo)，能夠反映植物葉片對(duì)弱光和強(qiáng)光的適應(yīng)能力，有助于判定植物光合作用能力、光合作用效率、光合機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況及植物受到環(huán)境變化的影響程度[11-14]。光飽和點(diǎn)與光補(bǔ)償點(diǎn)分別代表植物可利用光合有效輻射的上限與下限，體現(xiàn)植物對(duì)強(qiáng)光和弱光的利用能力和對(duì)光照條件的要求[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著光強(qiáng)的增加，四倍體和二倍體黃毛草莓的凈光合速率均明顯增大，四倍體黃毛草莓的LSP和LCP明顯高于二倍體黃毛草莓，說(shuō)明同種條件下四倍體黃毛草莓對(duì)光環(huán)境的適應(yīng)性較二倍體黃毛草莓強(qiáng)，對(duì)光照的適應(yīng)性也高于二倍體黃毛草莓。另外，四倍體黃毛草莓的Pn、Rd值較二倍體黃毛草莓高，光合產(chǎn)物多、呼吸消耗大，這可保證四倍體黃毛草莓葉片形態(tài)上葉型更大、葉色更深、葉片更厚，在生長(zhǎng)過(guò)程中有更強(qiáng)的活力。

相對(duì)葉綠素含量(SPAD)高低直接影響葉片的光合能力，葉綠素含量和組成與光合速率有著密切的聯(lián)系[16]，而SPAD值與葉片葉綠素含量呈正相關(guān)關(guān)系，能較好地反應(yīng)植物葉片葉綠素變化，其值越高，越有利于植物捕獲更多光能用于光合作用[17]。本研究發(fā)現(xiàn)，四倍體黃毛草莓的相對(duì)葉綠素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二倍體黃毛草莓，且差異極顯著，這說(shuō)明四倍體黃毛草莓能夠捕獲更多的光能用于光合作用。

總之，同等條件下四倍體黃毛草莓的光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率及相對(duì)葉綠素含量均大于二倍體黃毛草莓，四倍體黃毛草莓在栽培過(guò)程中對(duì)光環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)，相應(yīng)的水分需求更多，更適宜高濕栽培環(huán)境。

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