竹节树无性系叶片生长特性与叶绿素荧光*

黄东兵彭莉霞曾振宇黄小丹罗 中石茗馨

（1.广东生态工程职业学院，广东 广州 510520；2.广东如春园林设计有限公司，广东 广州510530）

竹节树无性系叶片生长特性与叶绿素荧光*

黄东兵1彭莉霞1曾振宇2黄小丹1罗 中1石茗馨1

（1.广东生态工程职业学院，广东 广州 510520；2.广东如春园林设计有限公司，广东 广州510530）

对优选的6个竹节树（Carallia brachiata）无性系叶片性状（叶片干质量、叶面积、比叶重）、叶绿素相对含量和叶绿素荧光参数进行测定，并作单因素方差分析和聚类分析。结果表明：竹节树不同无性系叶片的干质量和叶面积差异不显著，叶绿素相对含量具有显著的差异性，不同无性系具有不同的光能吸收和利用能力；不同的无性系其叶绿素荧光的部分参数（Fo、Fv/Fm、Fv/Fo、ФPSⅡ、ETR）差异显著；竹节树无性系C-15植株与其他无性系相比具有较高水平的实际光化学效率（ΦPSⅡ）值，而非化学猝灭系数（qN）较低，同时具有较高的表观电子传递速率（ETR），表明竹节树无性系C-15有较高的光呼吸；相关分析表明，叶片生长较好的无性系其叶绿素相对含量较高，同时也具有较高的PSⅡ光化学效率；无性系C-15号具有较高的叶绿素相对含量及较强的光化学特性，可进行大力推广研发。

竹节树；叶片性状；叶绿素相对含量；叶绿素荧光

竹节树（Carallia brachiata）属红树科（Rhizophoraceae）常绿小乔木，是山地雨林、常绿季雨林森林群落的常见树种，主要分布在我国东南部的广东省、海南省及广西省，是我国特有树种[1-2]。竹节树因其树形优美，枝叶繁茂，远观如巨大绿伞，被作为绿化树种来引种驯化。竹节树根系发达，抗风力强，对土壤要求不高，容易成活，在材用、食用、药用方面也具有很大潜力[3-5]。近年来，竹节树虽广泛应用于绿化工程，但对其生理生态特性还认识较浅，这也是繁殖育苗需首要考虑的关键因素。在国内对竹节树的研究上仅在原生地范围内对引种嫁接繁育的方面有所涉及，而对光合生理特性研究较少[6-7]；梁惠凌等[8]对同科同属的锯叶竹节树（C.diplopetala）幼龄和成龄植株的光合特性进行研究表明，锯叶竹节树的光合能力较强，对环境的适应范围较广，幼树对强光的适应性较差；田雪琴等[6]用不同栽培基质和激素栽培竹节树，结果表明不同基质间竹节树幼苗地径、叶片叶绿素b含量和质膜透性有显著差异。

为了促进竹节树在全国范围园林规划中的推广应用，首要工作是扩大优质种源，其中筛选优良种质是关键。近几年，国内外各育种单位扩大了竹节树种质资源的收集范围并发掘其优良基因，旨在寻找高遗传特性的基因种。植物的光合能力对物种的引种栽培具有重要的指导意义，光合能力是植物生物产量的基础，叶绿素作为植物光合作用必不可少的光催化剂，其含量和比值常作为植物适应环境的重要评价因子[9]；叶绿素荧光与光合作用反应过程紧密相关，叶绿素荧光技术是一种快速、灵敏、无损伤的技术，是光合作用的探针[10]。为了明确同一生长区域不同无性系之间光合生理的差异，本文以通过前期筛选的6个竹节树优良无性系为研究材料，对其叶片的性状（叶面积、比叶重）、叶绿素含量和叶绿素荧光特性进行测定，通过比较分析，旨在筛选竹节树优良单株，为竹节树的引种栽培及园林应用提供材料及科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于广东生态工程职业学院资源收集圃内进行，研究地位于113°22′3.19′′E，23°11′ 46.90′′N，平均海拔约200 m，属于亚热带季风气候，全年雨热同期，雨量充沛，夏季长，霜期短，年平均气温20～22 ℃，年平均降雨量1 982.7 mm。土壤以红壤为主，pH为5。

1.2 试验材料

选取6个竹节树优良无性系4 a生嫁接植株，平均株高2.5 m，胸径30 cm，冠幅2.06 m×2.58 m，每个无性系选择3株长势优良的植株。

1.3 研究方法

从每个无性系中选取3株植株，从东、南、西、北4个方位分别选取植株中部外侧相同高度、无病虫害的4～5片成熟叶片进行叶片生长性状、叶绿素相对含量和叶绿素荧光参数的测定。采用Am300叶面积仪扫描叶面积，然后将叶片置于烘箱内烘干至恒重，用电子天平称取叶片干质量，并计算比叶重。采用便携式叶绿素测定仪（CCM-200）测定叶绿素相对含量（CCI），每片叶片测定3次，取平均值。

于2017年5月选择晴朗天气用便携式调制叶绿素荧光仪(LI-6400F,USA)进行测定。测量时用暗适应夹先对叶片进行黑暗处理20 min后测定叶片初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、可变荧光（Fv）、PSⅡ的非环式电子传递的量子效率(ΦPSⅡ)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ的潜在活性(Fv/Fo)、光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(qN)和表观电子传递速率（ETR）。

1.4 数据分析

所有数据采用Microsoft excel 2010整理，采用SPSS 19.0进行数据分析，平均值之间的比较采用单因素方差分析( One-way ANOVA)，并采用LSD法进行多重比较，叶绿素荧光参数间采用Pearson相关分析法，聚类分析采用最短距离和欧式距离聚类法。

2 结果与分析

2.1 竹节树叶片生长性状及叶绿素相对含量的差异性分析

如表1所示，竹节树无性系间叶片干质量、叶面积、比叶重的差异均不显著，而叶绿素相对含量具有极显著差异（P＜0.01）。由表1可知，无性系C-15叶绿素相对含量最大，与无性系C-8具有差异但未达显著水平，与其余植株差异显著，无性系C-25、C-26的叶绿素相对含量最低，这表明不同的无性系在吸收和利用光能方面差异较大。

表1 竹节树无性系植株间叶片生长性状和叶绿素相对含量的差异

2.2 竹节树无性系叶绿素荧光参数的差异性对比

叶绿素荧光参数是PSⅡ反应中心最大光能转换效率的反映指标，方差分析结果表明（表2），6个竹节树无性系间叶绿素荧光参数除Fo、Fv/Fm、Fv/Fo、ФPSⅡ、ETR达到了显著差异（P＜0.05）外，其余叶绿素荧光参数均无显著性差异。

竹节树的Fo以无性系C-15最大，最小为无性系C-25，其余无性系之间有差异但未达到显著水平。Fm表示最大荧光，是PSⅡ反应中心处于完全关闭的荧光产量；Fv=Fm-Fo，为可变荧光，反映了原初稳态受体（QA）的还原情况；6个无性系中这两个参数均无显著差异。Fv/Fm表示PSⅡ最大光化学量子产量，反映PSⅡ反应中心内禀光能转换效率。在不受光抑制的情况下，Fv/Fm一般介于0.75～0.85之间，其参数的大小和变化特征往往用于判断和推测植物对环境因子的抗性，当值低于0.75，则表明植物受光抑制的程度大，不利于植株的生长[11]。由表2可知，竹节树无性系植株的Fv /Fm均大于0.75，说明无性系植株在试验期间PSⅡ系统光能转换效率正常，且无性系C-15和C-26的值显著大于其他无性系（P＜0.05），说明这两者有较强的抗高光强能力。Fv/Fo表示PSⅡ植物叶片潜在的光化学活性，与有活性的PSⅡ反应中心数量成正比，竹节树无性系Fv/Fo值C-15、C-25较大，最低为C-19无性系。Fv /Fm和Fv/Fo被绝大多数研究者认为是反映叶片光合效率的重要依据，两者的值越高说明植物叶片所捕获的光能可以更加有效地转化为植物所需要的能量[12-13]。ФPSⅡ是反映PSⅡ反应中心在环境胁迫中部分关闭情况下的实际原初光能捕获效率的指标，反映植物的实际光化学效率[14]。从表2分析结果可知，竹节树无性系C-15的ФPSⅡ值显著大于其他无性系（P＜0.05），其他无性系间无显著差异。qP反映PSⅡ开放程度及原初电子受体的还原情况，由表2可见，竹节树的qP值为无性系C-8大于其他无性系，但差异不显著。qN反映了植物热耗散的能力，由表2可见，竹节树不同无性系间的热耗散能力无显著差异，总体上植物qN值的变化范围为0.27～0.59[15]，竹节树6个无性系具有较低的值域，说明具有较差的抗高温能力。表观光合电子传递速率ETR值反映了实际光强下的表观电子传递速率，竹节树ETR值在各无性系间具有显著差异（P＜0.05），其中，无性系C-15明显大于其他无性系，ETR值越高说明植株能将有效量子传递到光反应的能力越强。

表2 竹节树无性系植株叶绿素荧光参数差异

2.3 竹节树无性系叶片生长特性、叶绿素含量与叶绿素荧光参数相关性分析

竹节树不同无性系叶片的生长特性、叶绿素含量与叶绿素荧光参数的相关性分析结果见表3。叶片的初始荧光与可变荧光、最大荧光呈极显著正相关，与表观电子传递速率呈显著负相关，与其他因素无显著相关性；说明初始荧光产量会影响竹节树的最大荧光产量、叶片的生长特性及电子传递速率。可变荧光与最大荧光、PSⅡ最大光化学效率和潜在的光化学活性呈极显著正相关，且与最大荧光的相关系数为0.989，说明其主要影响因子是最大荧光。最大荧光与PSⅡ最大光化学速率、潜在的光化学活性呈极显著正相关，与其他因子无显著相关性。PSⅡ最大光化学效率与潜在的光活性极显著正相关，与其他因子无显著相关性，说明PSⅡ最大光化学效率的决定因素是潜在的光化学活性。潜在光化学活性与其他因子无相关性。实际光化学效率与光化学淬灭系数、非光化学淬灭系数和表观电子传递速率极显著正相关，与叶绿素相对含量极显著正相关，相关系数为0.986；这说明竹节树不同无性系叶片潜在光合作用量子转化和传递效率将直接影响植物的实际光合速率，且叶绿素相对含量在叶片吸收利用光能时起重要作用。叶绿素相对含量对叶绿素荧光特性有一定的影响，主要体现在影响叶片的实际光化学效率。

2.4 竹节树无性系的聚类分析

根据不同无性系叶片的生长特性、叶绿素相对含量及叶绿素荧光参数的测定结果，采用最短距离和欧式距离聚类法，对6个无性系进行分类，见图1。无性系可明显分为2类：第1类只包含了无性系C-19、C-25，其余的无性系为第2类，C-19和C-25与其他无性系的叶片生长特性、叶绿素相对含量及光合生理特征差别较大，且它们的叶绿素相对含量及叶绿素荧光参数（ФPSⅡ、ETR）均为偏下的水平。第2类无性系可以分为2个亚类，第一个亚类为C-15，C-10、C-26和C-8为第二个亚类，其中无性系C-10和C-26的距离最短，说明其光合生理特征最接近，此亚类中，无性系叶绿素相对含量和叶绿素荧光处于偏上水平，且C-15植株最优。

表3 竹节树叶片生长特性、叶绿素相对含量与叶绿素荧光参数的相关性分析

图1 基于叶片生长特性、叶绿素相对含量和叶绿素荧光参数测定结果的6个竹节树无性系聚类分析

3 结论与讨论

研究表明，同域环境下分布的自然种群通常在受到环境选择压力时，会改变资源利用或营养器官相关的性状来适应环境，通过形态特征的适应调整，从而更加有利于生存与竞争，获得更多的有效资源[16]。对竹节树的种质遗传变异性研究能够甄选优良的遗传单株，为新品种选育提供有效的数据及材料。叶片作为营养器官同时也是植物光合作用的主要器官，叶片的形态和性状是光合作用研究的重要组成部分[17]。结果显示竹节树6个无性系植株间叶片的叶片干质量、叶面积无显著差异，表明其有较稳定的遗传性，在6个无性系中可以选择出叶片表型观赏性和遗传性较高的优良单株。

本研究中竹节树6份竹节树无性系植株间叶片叶绿素相对含量有显著差异，说明在不同的无性系中叶片吸收和利用光能存在差异。通过对荧光参数的测定，可获得相关植物光能利用途径的信息。Fv/Fm被认为是植物发生光抑制最明显的特征。在竹节树6个无性系中，其值均大于0.75，说明这些无性系在生长过程中没有受到光抑制。光合量子产量是用于衡量植物光合电子传递的量子产量，可作为判断植物叶片光合电子传递速率快慢的相对指标，在本研究中6个无性系的PSⅡ原初光能转换效率、实际光化学效率均表现出显著的差异性，表明不同的无性系对环境适应的可塑性不同，以及对相同的环境有不同的适应能力，这与张其德等[18]对相同植物不同无性系的研究结果一致，叶片的光合速率受遗传基因的影响。在众多荧光参数中，高的Fv/Fm、Fv/Fo和ΦPSⅡ值已基本被认为是叶片高光合效率的重要依据，且不少研究指出Fv/Fm、Fv/Fo和ΦPSⅡ有很好的一致性[13，19-22]，在本研究中，这些参数也表现出一致性。

从光合生理角度出发，无性系C-15具有较高的叶绿素相对含量，具有较强的光化学特性。其同属一类的无性系C-10、C-26和C-8也具有较高的潜在光能利用能力，具有较好的生物学特性和生态适应能力。

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Analysis on Leaf Growth Characteristics and Chlorophyll Fluorescence of Carallia brachiata Clones

HUANG Dongbing1PENG Lixia1ZENG Zhenyu2HUANG Xiaodan1LUO Zhong1SHI Mingxin1
(1.Guangdong Eco-engineering Polytechnic, Guangzhou, Guangdong 510520,China; 2.Guangdong Ruchun Landscape Design Co.Ltd, Guangzhou, Guangdong 510530,China)

In this paper, the leaf traits (including the leaf dry weight, leaf area, and specifc leaf weight), chlorophyll relative content and chlorophyll fluorescence parameters of the six superiorCarallia brachiataclones were determined and analyzed. And the one-way ANOVA and cluster analysis was carried out. The results showed that there were no signifcant differences in leaf dry weight and leaf area between leaves of different clones, and the relative contents of chlorophyll were the signifcant difference. Different clones had different ability of light energy absorption and utilization. Some parameters (Fo, Fv/Fm, Fv/Fo, ФPSⅡ, ETR) of chlorophyll fluorescence among different clones were signifcantly different. The NO. C-15 clone had a higher level of the photochemical effciency value (ΦPSⅡ) than the other clones, while the non-chemical quenching coeffcient (qN) was relatively low, and had a high electron transport rate(ETR). The correlation analysis showed that the chlorophyll content of the clones with better leaf growth was higher, and that of the clones had the higher PSⅡ photosynthetic effciency. The NO. C-15 clone had higher relative chlorophyll content and stronger photochemical properties, which could be vigorously promoted to the future research and development.

Carallia brachiata；leaf traits；chlorophyll relative content；chlorophyll fluorescence

Q945.79

：A

：2096-2053（2017）04-0019-06

校级课题“竹节树在高污染区园林绿化中的应用”(2015kykt-xj-jb02)。

黄东兵（1968— ），男，副教授，主要从事园林规划设计、园林植物应用研究，E-mail:1057964927@qq.com。

彭莉霞（1980— ），女，副教授，主要从事园林植物应用研究，E-mail:20186598@qq.com。