华南205木薯及其同源四倍体PSⅡ叶绿素荧光参数差异分析

宋红艳 张振文 安飞飞 陈霆 李开绵

摘 要 为研究华南205二倍体木薯及其同源四倍体叶片中光系统Ⅱ（PSⅡ）叶绿素荧光参数的差异，采用调制式叶绿素荧光成像系统Imaging-Pam对PSⅡ的叶绿素荧光参数进行测定。结果表明：SC205染色体加倍后，叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量均显著提高；叶绿素荧光参数Fo、ΦPSⅡ、qP和ETR均显著升高，NPQ降低，Fv/Fm并未发生显著变化。叶绿素含量及ΦPSⅡ、qP、ETR的上升表明SC205四倍体叶片PSII反应中心捕光能力强、光化学转化效率高，从而提高了叶片的光合速率。

关键词 木薯；同源四倍体；叶绿素荧光参数

中图分类号 S533 文献标识码 A

植物染色体加倍后常出现粗壮、器官体积变大等新的表型[1-3]。多倍体叶片较二倍体大而厚，叶形也有较大变化。木薯多倍体化后，叶片增厚，叶面有褶皱，叶色深绿[4]，叶片气孔与二倍体形态相似，但明显增大，淀粉及叶绿素含量均显著高于二倍体[5]。

叶绿素作为叶绿体的重要组成部分，对光的吸收能力极强，决定着叶片功能持续期的长短[6-7]。一定范围内叶绿素含量的多少会直接影响叶片的光合能力，基于叶绿素含量与光合能力的关系研发的叶绿素荧光技术作为一种新方法广泛应用于植物光合生理特性的研究中[8-15]。目前，有关木薯光合生理方面的研究已有不少报道，包括不同品种不同发育时期光合产物的分配、净光合速率、蒸腾速率和胞间CO2浓度间的关系[16-19]，外源激素对木薯光合生理生化的影响[20-22]，不同品种叶绿素含量、叶绿素荧光参数及相关蛋白表达水平差异[23]等研究。而利用叶绿素荧光技术观察木薯加倍后荧光参数的变化报道较少。安飞飞等[24]对华南8号木薯及其同源四倍体叶片蛋白质组及叶绿素荧光差异分析，表明加倍后四倍体叶片的荧光参数较二倍体升高。本研究利用叶绿素荧光技术对华南205及其四倍体叶绿素含量及叶绿素荧光参数进行分析，探明染色体加倍后光合速率间的差异，为研究木薯光合生理生化提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料SC205（华南205）及SC205四倍体来自中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所国家木薯种质资源圃，整个过程未施任何肥料，田间管理一致。选取植后3个月的完全展开功能叶开展试验。

1.2 方法

1.2.1 叶绿素提取 参照孔祥生[25]95%乙醇直接提取法提取叶片叶绿素。称0.1 g叶片并剪碎，加10 mL 95%乙醇，提取至无绿色为止。分别在663 nm和645 nm波长处测定吸光度。按公式计算叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量。

1.2.2 叶绿素荧光参数测定 采用调制式叶绿素荧光成像系统（Imaging-Pam）于晴天10 ： 00测定叶片的叶绿素荧光参数。选取长势一致的植株5株，测定前将叶片在黑暗下处理20 min以上，用弱光测定暗适应下的初始荧光（Fo），然后给周期性饱和脉冲[6 000 μmol/（m2·s），脉冲时间0.8 s]，测得PSⅡ潜在光合效率Fv/Fm，PSⅡ实际光合效率ΦPSⅡ、非光化学淬灭系数NPQ、光化学淬灭系数qP及光合电子传递速率ETR。

1.3 数据统计分析

采用Excel 2003和DPS v7.55软件对数据进行分析，差异显著性分析采用新复极差法（Duncan）。

2 结果与分析

2.1 SC205及其四倍体叶片叶绿素含量

由表1可知，SC205染色体加倍后，叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量均显著高于SC205，且较二倍体分别提高了18.78%、26.70%和19.67%。

2.2 SC205及其四倍体叶片叶绿素荧光参数分析

SC205及其四倍体叶片叶绿素荧光参数如表2所示，其叶绿素荧光参数Fv/Fm成像、ΦPSⅡ成像、NPQ/4成像及qP成像如图1所示。

由表2可知，SC205四倍体叶绿素荧光参数中，PSII最大光合效率Fv/Fm较二倍体未出现显著性差异，Fv/Fm反应光合系统潜在的光化学效率，其值一般恒定在0.75～0.85[26]。当植物受到光抑制、胁迫或某些基因突变时，才会出现显著变化。SC205四倍体叶片NPQ/4较二倍体下降，表明此时四倍体叶片光合作用中用于光耗散的能量低于二倍体。其它荧光参数Fo、ΦPSⅡ、qP及ETR较二倍体显著提高。初始荧光Fo与叶绿素浓度有关[26]，SC205四倍体Fo较二倍体提高了27.44%，这一结果与其叶片叶绿素含量显著提高一致。ΦPSⅡ反映PSⅡ反应中心的光能捕获效率，试验中，SC205四倍体ΦPSⅡ较二倍体升高9.17%，表明四倍体PSⅡ反应中心光能捕获效率较高。SC205四倍体叶片光化学淬灭系数qP较二倍体高11.04%，表明四倍体光化学转化效率较高。SC205四倍体叶片电子传递速率ETR显著高于二倍体，为13.74%，说明叶绿素含量较高的SC205四倍体PSⅡ反应中心的电子传递效率高于二倍体，在对光能的利用中也占有优势。

3 讨论与结论

植物体内叶绿素荧光的变化与光合作用紧密相连，可以作为光合作用的探针[27]。与二倍体相比，四倍体叶片叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素均显著升高，这与安飞飞等[24]、施先锋[28]、张晓曼[29]分别对木薯、西瓜及小报春的研究结果一致。

本研究中，四倍体叶片初始荧光Fo显著高于二倍体，这与其叶片叶绿素含量的显著升高相对应。四倍体株系叶片ΦPSⅡ显著升高，表明叶绿素含量较多时PSⅡ反应中心光能捕获效率较高，这与陈友根等[30]对甜瓜的研究结果相同。四倍体叶片qP显著高于二倍体，表明其光能转化效率较高，这与杜琳等[31]研究结果一致。研究表明较低的NPQ值有利于光能的耗散[32]，四倍体叶片NPQ值较二倍体低，说明叶片色素吸收的能量中流向光化学作用的部分增多，热和荧光形式的能量较少。研究结果表明光合电子传递的速率与光合效率间存在一定的正相关[33]，本研究中四倍体叶片ETR也显著高于二倍体，这与ΦPSⅡ的显著升高相对应。

SC205四倍体叶片叶绿素含量的升高导致叶片中叶绿素荧光动力学参数Fo、ΦPSⅡ、qP和ETR的升高，PSⅡ反应中心的捕光能力及光化学转化效率升高，吸收的光能较少地用于热耗散，从而提高了四倍体的光合速率。

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