攸县油茶与大果油茶‘华硕’及其F1代优株的光合特性

韩志强，袁德义，李承想，朱周俊，张旭辉

（中南林业科技大学a.经济林育种与栽培国家林业局重点实验室；b.经济林培育与保护省部共建教育部重点实验室；c.经济林培育与利用湖南省2011协同创新中心，湖南 长沙 410004）

攸县油茶与大果油茶‘华硕’及其F1代优株的光合特性

韩志强a-c，袁德义a-c，李承想a-c，朱周俊a-c，张旭辉a-c

（中南林业科技大学a.经济林育种与栽培国家林业局重点实验室；b.经济林培育与保护省部共建教育部重点实验室；c.经济林培育与利用湖南省2011协同创新中心，湖南 长沙 410004）

为给培育油茶新品种提供理论依据，采用LI-6400便携式光合测定系统，对‘华硕’、攸县油茶及其F1代优株的光合生理指标及叶绿素含量进行测定。结果表明：（1）F1代优株叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别为0.821 5、0.324 7、0.151 7 mg·g－1，低于‘华硕’，显著高于攸县油茶；（2）F1代优株的光补偿点最低，仅为45.53 μmol·m－2s－1，三者对光强适应范围由大到小依次为‘华硕’、F1代优株、攸县油茶，F1代优株表观量子效率最大，达到0.053 μmol·s－1；（3）F1代优株与亲本的净光合速率均呈宽大的单峰型，不存在光合午休现象，同一时刻F1代优株的净光合速率均高于攸县油茶和‘华硕’。F1代优株对光的利用效率最高，表现出较高的光合效能，光合作用能力最强，说明F1代优株很可能是高产种质资源。

油茶；叶绿素含量；光合特性

油茶Camellia oleifera是中国主要的木本油料树种之一，其在全国的栽培面积占木本油料树种的80%以上，栽培历史已有2 300多年。长期以来，油茶籽产量低，品质差，生产上对油茶良种的需求迫切。为获得稳产高产的油茶优良新品种，促进油茶产业的发展，众多林业育种学家通过多年的常规育种、生理育种以及生物技术育种工作，选育出‘湘林’系列、‘三华’系列（‘华硕’、‘华金’、‘华鑫’）等多个良种。就目前林业育种的发展趋势而言，育种工作者逐渐开始关注高光效生理育种，不同油茶品种在遗传因素的影响下，光合作用差异很大[1]，而光合作用与果实的发育及油脂转化有直接关系，因此光合效率直接影响到茶油的产量和质量。目前，对油茶杂交亲本及子代的光合作用的研究报道较少[2-3]，而主要集中在不同品种之间需光特点和光合特性等方面。笔者以野外调查发现的攸县油茶Camellia yuhsienensisHu最优单株为母本、大果油茶良种‘华硕’Camellia oleifera‘Huashuo’单株为父本，进行种间杂交得到F1代最优单株。通过对亲本与杂种F1代叶片的叶绿素质量分数和光合生理特性等指标的对比分析，旨在揭示亲子之间光合作用的差异，为选育油茶优良新品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为野外调查攸县油茶最优单株与大果油茶‘华硕’以及两者的杂种F1代2年生最优单株。亲本与F1代油茶单株种植于中南林业科技大学生科楼A座楼顶露天试验区内，并进行常规的水肥管理。叶片的光合生理特性和叶绿素质量分数等生理生化指标的测定均选择长势一致的健康植株，对由内向外第2～4片大小基本一致、长势旺盛的小叶的中部进行测定。

1.2 试验方法

1.2.1 光合色素含量的测定

叶绿素、类胡萝卜素含量参考李合生的方法[4]进行测定。

1.2.2 净光合速率（Pn）的光响应曲线

使用美国Li-COR公司生产的Li-6400便携式光合仪，于8月20和21日（晴天）9:00～11:00进行光响应曲线测定。选择红蓝光源调控叶室光合有效福射（PAR），考虑到植物对弱光到强光的不敏感性，其梯度设定为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。净光合速率的测定重复3次，由拟合光响应曲线求得光补偿点（LCP）、光饱和点（LSP）、暗呼吸速率（Rd）及表观量子效率（AQY）。

1.2.3 光合速率日变化的测定

使用美国Li-COR公司生产的Li-6400便携式光合仪，于8月30日（晴天）晴天6:00～19:00在自然条件下每隔2 h测量1次固定叶片的光合速率，每次3个重复，每重复记录5个观测值。由仪器直接测得净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO2体积分数（Ci）、气孔导度（Gs）等参数，同时测定大气温度（T）、叶室光合有效辐射（PAR）和相对湿度（Hr）。

1.2.4 数据处理

采用Excel2003和SPSS13.0软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 亲本与F1代叶绿素含量比较

亲本与F1代叶绿素(a+b)含量在0.956 4～1.287 6 mg/g之间，数值均偏小，可见油茶对于弱光有较强的利用能力（见表1）；攸县油茶与F1代叶片中的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均低于‘华硕’，而叶绿素a/b的值高于‘华硕’，但在P＝0.05的水平上没有达到显著性差异，说明‘华硕’利用环境中的有限光能进行光合作用的能力比攸县油茶与F1代优株强，这可能是由于类胡萝卜素消除了植物体内的活性氧自由基，叶绿素吸收的过多光能被消耗，从而避免光氧化产生的伤害，同时类胡萝卜素吸收了紫外线辐射，减少紫外线辐射对植物的破坏，这也解释了攸县油茶和F1代优株比‘华硕’长势相对较弱的现象。

2.2 亲本与F1代光响应特征

2.2.1 光响应参数比较

LSP较高而LCP较低的植物对光照环境的适应性较强，反之，对光照环境的适应性较弱[5]。亲本与F1代光响应参数见表2。由表2可知，F1代的LCP较亲本低，且与两者在P＝0.05水平上差异达到了显著水平，证明F1代利用弱光进行有机物质的积累和耐阴能力最强。F1代的LSP显著高于攸县油茶，而低于‘华硕’，说明F1代对光照环境的适应性在‘华硕’与攸县油茶之间，‘华硕’最强，可利用光的范围最广，F1代次之。亲本与F1代中，F1代LSP较高而LCP相对较低，说明其对光照环境的适应性较强，可利用光的范围较广。亲本与F1代按照Rd由大到小的顺序排列依次为：攸县油茶、F1代、‘华硕’，可知攸县油茶呼吸作用最强，F1代次之，‘华硕’最弱。植物叶片光能利用效率可用AQY来衡量，AQY值与植物对光能的利用能力成正相关[6]。从表2可以看出，‘华硕’与F1代的AQY值较大，在P＝0.05水平上差异并未达到显著水平，攸县油茶AQY值最小，说明攸县油茶对光的利用率最低，F1代最高，此结论与LCP与LSP的讨论结果基本一致。

表 1 亲本与F1代光合色素含量的比较†Table 1 Comparison of photosynthetic pigment contents in parents and F1 hybrids mg/g

表 2 亲本与F1代光响应参数的比较Table 2 Comparison of light-response parameters of parents and F1 hybrids

2.2.2 亲本与F1代光响应曲线比较

亲本与子代的光响应曲线如图1所示。由图1可知：亲本与子代的光响应曲线趋势基本一致，当PAR由0逐渐升高时，净光合速率依次升高。当PAR为 0～ 200 μmol·m－2s－1时，净光合速率接近于呈线性增加，亲本与F1代净光合速率的AQY随着PAR的升高而减小，随PAR的升高，净光合速率升高并维持在一定水平。而当PAR继续升高到大于1 900 μmol·m－2s－1时，亲本与F1代的净光合速率有不同幅度的减小，这可能是由于PAR强度过高，引起光抑制的原因[7]，当光强为1 500 μmol·m－2s－1左右时光抑制作用非常显著。PAR达到 100 μmol·m－2s－1后，F1代光合作用累积净光合产物最多，攸县油茶次之，‘华硕’最少。

2.3 亲本与F1代光合作用日变化

2.3.1 光合有效辐射（PAR）、大气温度（T）和相对湿度（Hr）日变化

通过对试验地PAR、T、Hr的日变化进行测定（见图2～4）可知：在光合作用测定的时间段内，PAR平均达到 1 057.14 μmol·m－2s－1，T平均达到35.71 ℃，Hr平均达到59.43%。PAR和T均呈单峰变化曲线，PAR的峰值出现在13:00左右，达到1 790 μmol·m－2s－1，T的峰值出现在13:00左右，达到38.5 ℃。而Hr的日变化曲线则呈V字形，在13:00时最低，此时的Hr达到50%。在测定的时间段内，PAR和T的曲线变化规律相似，PAR和T均是在7:00最低，而后升高，达到最大值后又下降。T和Hr在整个变化过程中比较平缓，PAR的日变化则比较剧烈。

图1 亲本与其子代的光响应曲线Fig. 1 Light-response curves of photosynthesis of parentsand F1 hybrids

图 2 光合有效辐射的日变化Fig. 2 Diurnal change of photosynthetically active radiation (PAR)

图 3 大气温度的日变化Fig. 3 Diurnal change of atmosphere temperature (T)

图 4 相对湿度的日变化Fig. 4 Diurnal change of relative humidity (Hr)

2.3.2 亲本与F1代净光合速率（Pn） 日变化

植物Pn日变化有单峰型、双峰型和多变型3种类型。亲本与F1代Pn日变化曲线如图5所示。由图5可知，随时间的变化，亲本与F1子代的Pn呈现相似的趋势，即单峰型，并没有明显的“光合午休”现象存在，且Pn分别在9:00左右出现峰值，‘F1代’、‘华硕’和‘攸县油茶’的Pn分别为8.95、8.33、8.90 μmol·m－2s－1。在Pn日变化进程中，亲本与F1代按照Pn由大到小的顺序依次为F1代、攸县油茶、‘华硕’，说明F1代优株表现出较高的光合效能，光合作用能力为三者最强。

图 5 亲本与子代净光合速率的日变化Fig. 5 Diurnal change of net photosynthetic rate (Pn) of parents and F1 hybrids

2.3.3 亲本与F1代胞间CO2体积分数（Ci）日变化

亲本与F1代Ci日变化曲线如图6所示。由图6可以看出，F1代优株与‘华硕’的Ci日变化曲线趋势基本一致，均在7:00～10:00呈下降趋势，在10:00达到最低，在10:00～13:00呈上升趋势，13:00～17:00之间呈下降趋势，17:00之后Ci值直线上升；攸县油茶Ci日变化曲线则在8:00～13:00之间呈持续下降的趋势，13:00时降至最低，250 μL·L－1。此后在15:00时又出现小高峰，Ci值达到265 μL·L－1，17:00之后急剧增高。

图 6 亲本与子代胞间CO2体积分数的日变化Fig. 6 Diurnal change of intercellular CO2 volume fraction(Ci) of parents and F1 hybrids

2.3.4 亲本与F1代气孔导度（Gs）日变化

图 7 亲本与子代气孔导度的日变化Fig. 7 Diurnal change of stomatal conductance (Gs) of parents and F1 hybrids

CO2通过气孔进入植物体[7]，水蒸气同样通过气孔逸出植物体[8]，因此，植物的光合作用和蒸腾作用受Gs的直接影响。亲本和F1代优株气孔导度日变化如图7所示。由图7可以看出，攸县油茶与F1代优株气孔导度呈现“降－升－降”的趋势，F1代Gs在13:00时最高，达到 170 μmol·m－2s－1；而攸县油茶Gs在 15:00时最高，达到 173 μmol·m－2s－1。‘华硕’Gs在7:00～15:00之间的曲线趋势较平稳，并没有明显的变化；然而在15:00之后，华硕与F1代优株Gs基本一致。

3 结论与讨论

3.1 亲本与F1代光合色素和净光合速率的关系

本研究中发现，攸县油茶、‘华硕’、F1代优株的叶绿素（a+b）的含量有着显著差异，按叶绿素（a+b）的含量由高到低的顺序排列依次为‘华硕’、F1代、攸县油茶，按照净光合速率值由大到小的顺序排列依次为F1代、攸县油茶、‘华硕’。由此可知：油茶亲本与F1子代叶绿素总质量分数和净光合速率之间并没有显著的相关性，其原因可能是不同生长发育阶段叶片的叶绿素质量分数不同，并不能确定叶绿素是否全部参与了光合作用。同时相关研究也表明：两者之间呈正相关性，对于单位质量的叶片而言，较低的叶绿素a和叶绿素b含量的比值和较高的叶绿素含量说明光系统Ⅱ捕光复合体（LHCⅡ）在叶绿体中的含量相对较多，这有利于植株充分利用生长环境中的有限光能[9]。

3.2 亲本与F1代光合特性及其对光照的生态适应

3.2.1 亲本与子代光合特性的对比

油茶光合作用日变化有单峰和双峰2种不同的报道[10-11]。本研究中结果表明：攸县油茶、‘华硕’、F1代优株的净光合速率日变化趋势呈单峰型，不存在明显的光合午休现象，在较高的大气温度和叶室光合有效辐射条件下，净光合速率一直较高，证明它们光吸收能力较强，同时叶片的光合作用也较强，这与陈永忠等[12]的报道一致。而整个光合作用测定期间，同一时刻F1代优株的净光合速率均高于攸县油茶和‘华硕’，可能由于F1代优株表观量子效率较大，对光的利用率最高，同时暗呼吸速率较低，相比而言，F1代的光合特性较强，说明F1代优良单株很可能是比较高产的种质资源。

3.2.2 亲本与子代对光强的适应性

以光补偿点和光饱和点作为植物对光适应能力的评价指标，植物利用弱光能力可通过指标“光补偿点”反映，植物对弱光的利用能力越强，表明光补偿点越低。光饱和点反映了植物利用强光的能力，植物的耐光性越强，说明光饱和点越高，同时也表明光饱和点高的植物在强光刺激下不易发生光抑制现象[13]。由拟合光饱和点、光补偿点结果可知，F1代优株的光补偿点最低，证明F1代优株利用弱光进行有机物质积累与耐阴能力最强。F1代优株对光照环境的适应性在‘华硕’与攸县油茶之间，‘华硕’最强，可利用光的范围最广，攸县油茶最弱。鉴于F1代优株对光照环境的适应规律，为增加其光合产物积累，在夏季日常管理中需要对其进行遮阴处理。同时，为获得高产的油茶新品种，还需进一步研究F1代单株光合产物的运输与分配特性。

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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

国家林业公益性行业科研专项（201504705）；中南林业科技大学研究生科技创新基金资助项目（CX2014B21）。

韩志强，硕士研究生。

袁德义，教授，博士，博士生导师。E-mail：yuan-deyi@126.com

韩志强,袁德义,李承想,等.攸县油茶与大果油茶‘华硕’及其F1代优株的光合特性[J].经济林研究,2015,33(2):9－13.

10.14067/j.cnki.1003-8981.2015.02.002

http: //qks.csuft.edu.cn

[本文编校：闻 丽]