青花菜新品种湘绿2号、湘绿3号光合特性比较

姚丹燕，吴秋云，龚意辉，黄 科

（1.湖南农业大学园艺园林学院，湖南 长沙 410128；2.华南农业大学园艺学院，广东 广州 510642）

青花菜又叫西兰花，属十字花科芸薹属，一、二年生草本植物，是甘蓝的一个变种。青花菜起源于地中海东部沿岸，盛产于欧美各国，于19 世纪传入我国。青花菜营养丰富，富含蛋白质、糖、脂肪、维生素和胡萝卜素，其营养成分位居同类蔬菜之首，被誉为“蔬菜皇冠”。据国内外最新研究，青花菜具有保健美容，防癌抗癌，预防高血压、心脏病、糖尿病，帮助老年人保护视力等突出药用价值，是世界公认的健康食品，是人类的健康天使，深受消费者的欢迎[1]。因此，近年来全国各省相继引种栽培，青花菜种植面积不断扩大，是种植面积较大的珍稀蔬菜之一。

随着青花菜需求量的增大，增产已成为当今发展的趋势，选择高光合作用的品种是重要途径之一。植物不同生育时期的光合速率与产量的相关性是不一样的[2]，而青花菜生殖生长阶段的光合速率对花球的产量影响最大。光合作用酶是植物光合作用中发挥重要媒介作用的物质。有研究表明[3]，硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的活性与青花菜品种的光合利用率相关，这2 种酶可以作为比较青花菜不同品种间光合速率与产量关系的指标。采用生殖生长阶段的光合速率不同的原理，以青花菜圣绿品种为对照，以湘绿2 号、湘绿3 号为材料，对这3 种青花菜品种的光合特性进行了比较研究。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 供试材料 供试品种为湘绿2 号、湘绿3号，均为湖南农业大学以自交不亲和系杂交而成的青花菜新品种，属中晚熟类型，从定植至采收80 d左右。对照品种为圣绿。

1.1.2 仪器与试剂 仪器：Li-6400XT 便携式光合测定仪、分光光度计、分析天平、水浴锅、漩涡混合器、高速离心机、滴定装置、烘干箱。

试剂：蔗糖、蒽酮试剂、硫酸、萘胺、考马斯亮蓝、乙醇、盐酸、磷酸缓冲液、硝酸钾溶液。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计 采用完全随机设计[4]，每个品种3 次重复，共9 个小区，小区面积为15 m2，种植于湖南农业大学蔬菜基地，常规管理。青花菜结球前期、结球期、收获期进行光合速率的测定；结球期测定硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶的活性；收获期测定青花菜产量。

1.2.2 光合速率的测定 参考便携式光合作用系统测定植物净光合速率的方法，每个青花菜品种重复3 次，分别于2011年9月16日、10月16日、11月16日进行光合速率的测定。记录这3 个时段光合作用吸收的CO2与呼吸作用释放的CO2相等时的光照强度。每个时期的光补偿点和光饱和点的计算公式如下：

y =－ax＋bx－1.667 8

1.2.3 硝酸还原酶活性的测定 采用对氨基苯磺酸比色法测定硝酸还原酶的活性[5]，每个青花菜品种重复3 次。制作标准曲线。硝酸还原酶的活性计算公式如下：

硝酸还原酶活性＝亚硝酸钠微克数（μg）×稀释倍数/样品鲜重（g）×时间（h）

1.2.4 谷氨酰胺合成酶活性的测定 参考Amos等方法[6]，每个青花菜品种重复3 次。称取植物鲜样1 g 于研钵中，加3 mL 提取缓冲液，置冰浴上研磨匀浆，转移于离心管中，4℃、15 000 g 离心20 min，取上清液，即粗酶液。在540 nm 处测定OD值，另取粗酶液测定可溶性蛋白质的含量，按照考马斯亮蓝的方法，在595 nm 处测定OD 值，计算谷氨酰胺合成酶的活性。

1.2.5 数据分析方法 采用Excel 对数据进行整理，用DPS 统计分析软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 光合速率

根据测定不同光强度下的光合速率，制定植物的光响应曲线（图1、图2、图3），在青花菜的结球前期和结球旺盛期，圣绿的光补偿点和光饱和点都是3 个品种中较低的，结球前期分别为45.10 μmol/（m2·s）和1 400 μmol/（m2·s），结球旺盛期分别为46.10 μmol/（m2·s）和1 400 μmol/（m2·s）；湘绿的光补偿点和光饱和点是3 个品种中较高的，结球前期分别为67.1 μmol/（m2·s）和1 600 μmol/（m2·s），结球旺盛期分别为66.50 μmol/（m2·s） 和1 600 μmol/（m2·s）。在结球后期，圣绿的光补偿点最低，为43.70 μmol/（m2·s）；湘绿2 号的光补偿点最高，为68.60 μmol/（m2·s），3 个品种的光饱和点在结球后期相同。由此可见，在青花菜整个时期，随着光照强度的增强，光合速率增加，但当光照强度增大一定程度时，光合速率达到饱和，不再增加。在结球前期，湘绿3 号、湘绿2 号最大光合速率基本相同，圣绿略低；在结球旺盛期，相同光照条件下湘绿2 号光合速率增加幅度比湘绿3 号、圣绿稍大；在结球后期，青花菜不同品种光合速率曲线基本相同。总之，青花菜具有较强的耐弱光能力，3 个青花菜品种的光补偿点均在20～50 μmol/（m2·s）之间，其中湘绿2 号最高，圣绿最低。

图1 不同青花菜品种结球前期光合速率的测定

图2 不同青花菜品种结球旺盛期光合速率的测定

图3 不同青花菜品种结球后期光合速率的测定

2.2 硝酸还原酶活性

试验结果表明，湘绿3 号的硝酸还原酶的活性最高，为10.16 μg/（g·h），其次是圣绿，活性为9.04 μg/（g·h），湘绿2 号最低，活性为8.62 μg/（g·h）。2个新品系的青花菜和对照圣绿之间没有显著差异（表1）。

表1 产量形成因素与产量

2.3 谷氨酰胺合成酶活性

如表1 所示，湘绿3 号谷氨酰胺酶活性最高，为1.01 μmol/（mg·h），而湘绿2 号酶活性最低，只有0.83 μmol/（mg·h），对照组圣绿的酶活性为0.88 μmol/（mg·h）。湘绿3 号与湘绿2 号、对照圣绿间的差异都达极显著性水平，湘绿2 号和对照圣绿间无显著差异。

2.4 产 量

如表1 所示，湘绿2 号的产量最高，为576.1 kg/667m2；其次是湘绿3 号，为504.2 kg/667m2；对照圣绿的产量最低，为454.8 kg/667m2。湘绿2 号与对照圣绿间的产量差异达到极显著水平，与湘绿3 号间的产量差异达到显著水平；湘绿3 号和对照圣绿间产量没有显著差异。

3 讨论与结论

3.1 叶片光合速率与产量的关系

湘绿2 号的产量最高，为576.1 kg/667m2，对照圣绿的产量为454.8 kg/667m2。在青花菜结球期，湘绿2 号的光合速率最高，为28.03 mol CO2/（m2·s），而对照圣绿的光合速率最低，为27 mol CO2/（m2·s）。试验结果表明，青花菜的光合速率对产量的形成有显著影响，光合速率与产量的关系呈正相关（r2=0.954 8），高光合速率是高产品种产量高的直接原因，单位叶面积的净光合速率与产量呈正相关，青花菜产量与叶片光合速率具有正相关性。这一试验结果也与杜维广等[7]研究得到的青花菜叶片光合效率高的品种产量也高的结论一致。因此，可改善光照条件及栽培条件，提高青花菜的光合速率及光合效率，达到增加产量的目的。

3.2 硝酸还原酶与叶片光合速率的关系

湘绿3 号硝酸还原酶的活性最高，为10.16 μg/（g·h），光合速率为27.12 mol CO2/（m2·s）。湘绿2 号硝酸还原酶活性最低，只有8.62 μg/（g·h），而它的光合速率却最高。3 个品种的硝酸还原酶活性无明显差异，其中湘绿3 号硝酸还原酶活性最高，光合效率也比较高，产量也比圣绿高；湘绿2 号硝酸还原酶活性最低，但光合效率最高，产量也最高。该试验结论与前人研究的硝酸还原酶活性与青花菜品种的光合速率呈正相关的结论有些差异，需要进一步研究。

硝酸还原酶作为同化过程中重要的调节酶和限速酶，在植物氮素代谢过程中起关键作用。汤玉玮等研究表明，耐肥性弱的品种硝酸还原酶活性总比耐肥性强的品种高。该研究的3 个青花菜品系中，湘绿3 号耐肥性弱对硝态氮的吸收同化能力强，湘绿2 号耐肥性强对硝态氮的吸收同化能力弱。硝态氮的吸收是作物根系氮素吸收的主要形式之一[8]。湘绿3 号硝酸还原酶活力高，对土壤中的氮肥利用率高。可根据硝酸还原酶活性与叶片光合速率的关系，正确指导施肥，提高叶片的光合效率，达到增加产量的目的。

3.3 谷氨酰胺合成酶与叶片光合速率的关系

湘绿2 号的谷氨酰胺合成酶活性最低，为0.83 μmol/（mg·h），光合速率最高，为28.03 mol CO2/（m2·s）；湘绿3 号的谷氨酰胺合成酶活性最高，为1.01 μmol/（mg·h），光合速率为27.12 mol CO2/（m2·s），比对照圣绿的27 mol CO2/（m2·s）略高，说明谷氨酰胺合成酶的活性与青花菜的光合速率没有一定的相关关系。这与前人的研究结果基本一致[9-10]。谷氨酰胺合成酶主要是参与同化光呼吸及硝酸盐还原产生的NH4+，谷氨酰胺合成酶的影响因素有很多，其中影响最大的是光。青花菜是典型的喜氮植物，谷氨酰胺合成酶在青花菜氮素营养过程与产量的形成过程中至关重要。可根据谷氨酰胺合成酶与光合作用的关系，正确指导施肥，提高叶片的光合效率，达到高产优质的目的。

3.4 结 论

青花菜叶片的光合速率与产量呈正相关，叶片光合速率高，其产量也高，且没有午休现象。整个青花菜的发育过程说明：光饱和点高，利用光照的效率高，产量高。根据试验测定结果，湘绿2 号的补偿点、光饱和点和产量高，是高光效的作物，可以推广种植。农民可以通过改善光合条件，根据不同时期光合酶与光合作用的关系正确施肥，达到高产、优质的目的。

光合作用酶活性的测定结果表明：湘绿3 号硝酸还原酶活性最高，光合效率也比较高，产量较高，耐肥性弱；湘绿2 号硝酸还原酶活性最低，光合效率最高，产量也最高，耐肥性强。湘绿3 号对硝态氮的吸收同化能力强，湘绿2 号对硝态氮的吸收同化能力弱。可根据光合作用酶活性与叶片光合速率的关系，正确指导施肥，达到提高光合作用，增加产量的目的。

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