甘蓝型油菜紫叶性状光合作用特性研究

李淑娟 汤银华 刘建鸿 肖丽思 朱 浩 李海渤

（韶关学院英东农业科学与工程学院，广东韶关 512005）

花色苷是植物次生代谢产生的一种存在于液泡中的水溶性色素，植物叶片所表现出的紫色或红色性状正是由于这一物质在植物叶片中的积聚。叶片作为植物光合作用重要的场所，对植物的光合速率具有重要的影响。叶片中的花色苷可以吸收过量的光量子，如果叶片中缺少花色苷，过量的光量子将被叶绿素b所吸收[1]。所以，紫叶性状可能对植物的光合作用产生一定的影响，从而影响紫叶性状育种材料的利用。

甘蓝型油菜品系6-1029是华中农业大学傅廷栋院士发现的一种天然紫叶突变体，经过多年的品系纯化及遗传规律的验证发现，这种天然紫叶突变体受一对不完全显性基因的控制，同时确定造成该紫叶性状的原因在于花色苷的富集[2]。在此基础上，以6-1029为紫叶性状的供体，以绿叶甘蓝型油菜6-1025为轮回亲本，经过多代的回交后自交构建了紫叶性状的近等基因系（NIL）群体，其系谱关系为[(6-1029×6-1025)×6-1025]BC11F2，该群体的表现型为紫叶、浅紫叶、绿叶3种叶色。为研究甘蓝型油菜6-1029紫叶性状对光合作用的影响，本研究以[(6-1029×6-1025)×6-1025]BC11F2为研究对象，分析不同叶色单株光合作用特性的差异，从而为甘蓝型油菜紫叶性状的利用提供理论参考。

1 研究材料

6-1029，甘蓝型油菜紫叶突变体纯系亲本；6-1025，甘蓝型油菜绿叶纯系亲本；NIL群体，[(6-1029×6-1025)×6-1025]BC11F2。

2 研究方法

2.1 单株及叶片选择 首先，在植株5叶期挑选近等基因系中生长状况良好、长势一致的绿叶、浅紫叶、紫叶单株，每种叶色的植株各选取3株参与试验。其次，选取生长发育良好，基本不存在病虫害和损伤，叶龄、叶位、叶片取向近乎一致的第2片真叶进行光合作用参数测定。

选好试验材料后，用LI-6400便携式光合作用仪（LI-COR Inc 美国）进行测定，试验过程中尽量保持叶片自然生长状态，尽量避免叶片及植株的损伤。

2.2 光合响应曲线的测定 温度设为环境温度；采用红、蓝人工光源（LI6400-02B LED），设置光合有效辐射强度梯度，自高到低为 2 000、1 800、1 500、1 000、800、600、400、200、150、100、20 μmol/（m2·s）和 0 μmol/（m2·s）；利用 CO2钢瓶控制叶室 CO2浓度在 400 μmol/mol；气压设定为 101 kPa；流速设定为500 μmol/s。测定数据为净光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率、气孔导度和光合有效辐射等与光合作用特性有关的参数。

2.3 数据处理及分析

2.3.1 绘制光合作用特性曲线 光响应曲线的绘制以光合有效辐射强度（PAR）为横坐标，净光合速率（Pn）为纵坐标；CO2响应曲线的绘制以CO2浓度（Ci）为横坐标，净光合速率（Pn）为纵坐标。

2.3.2 计算光合作用特征参数 依据非直角双曲线模型[3-4]，先通过光响应曲线测定数据Pn及PAR，再运用Photosynthesis WorkBench 程序可计算得出光饱和点 [(Light saturation point，Lsp，μmol/（m2s）]、光补偿点 [(Light compensation point，Lcp，μmol/（m2s-1）]、最大光量子速率（Pnmax）、光量子效率（AQE）、暗呼吸速率（Rd）、最大光合速率（Amax）等；根据CO2响应曲线测定数据Pn及CO2浓度计算得出最大电子传递速率、CO2补偿点、光呼吸速率、最大羧化速率等数据。

非直角双曲线模型为：

其中，Pn（I）代表净光合速率；α代表表观量子效率；I代表光照强度；Pmax代表最大净光合速率；θ代表曲角，表示光响应曲线弯曲程度，0＜θ≤1；Rd代表暗呼吸速率。

在拟合的光响应曲线中,Pn=0时的Q值为光补偿点Lcp；Pn=Pmax时的Q值为光饱和点Lsp[5]。

测得数据与结果用SPSS V22进行分析与比较。

3 结果与分析

光响应曲线表示了随着光辐射强度的变化植物净光合率随之产生相应变化的规律，对于分析该近等基因系群体中各植株的生理状态具有重要意义。在该研究中测定光响应曲线可以通过计算得到光补偿点、光饱和点、最大净光合速率、表观量子效率和暗呼吸速率等，对于反映植物光合作用特性具有重要意义的参数[6]。

图1 光响应曲线

图2 光合作用参数分析

图1为近等基因系中3种叶色单株的光响应曲线。从图1可以发现，光响应曲线可分为3个阶段，第一阶段是0＜PAR≤300 μmol/（m2·s）的时候，三者的净光合速率随着PAR的升高而呈现出近似直线的趋势并迅速增加；第二阶段是300 μmol/（m2·s） ＜ PAR ≤ 1 000 μmol/（m2·s）， 随着PAR的升高，Pn增加趋势逐渐减缓；第三阶段是PAR＞1 000 μmol/（m2·s）的时候，三者植株叶片的净光合速率在光饱和点时均达到最大；当PAR超过光饱和点后，净光合速率不再随着PAR的升高而增加，此时光响应曲线呈现出近似水平直线的图像，同时3种叶色单株均没有表现光抑制现象。在三者的光响应曲线的对比中（见图1d）可以发现，3种叶色单株在PAR＜50 mol/（m2·s）的时候植株叶片的净光合速率都呈现为负值，同时在PAR＜250 mol/（m2·s）时净光合速率近乎相等。此外，在近等基因系的3种叶色单株中，浅紫叶和绿叶单株的光响应曲线最为相近，达到近似吻合的程度；在有效光辐射强度相同的条件下，较之另外2种叶色单株，紫叶单株的净光合速率明显较高。

本研究运用Photosynthesis WorkBench程序，利用LI-6400系统测得的3种叶色单株的净光合速率（Pn）和有效光辐射强度（PAR），通过计算可以获得各单株的光合作用特性相关参数，利用这些参数数据作图（见图2）。

采用方差分析之后结果显示，3种叶色单株之间的光补偿点、光饱和点、表观量子效率和最大光合速率等具有一定的差异但并不显著，这一结果说明了在近等基因系中紫叶单株的上述参数与绿叶单株、浅紫叶单株在本质上并没有差别。

4 讨论

从本研究可以看出，甘蓝型油菜紫叶-绿叶近等基因系中单株光合作用效率与紫叶深浅呈正相关，即紫叶单株的光合作用效率高于浅紫叶单株高于绿叶单株，高于绿叶单株，虽然各个叶色之间光合作用差异没有达到显著水平，但说明甘蓝型油菜中的紫叶性状不会对光合作用造成负面影响，因而可以进行优秀的形态学标记应用于甘蓝型油菜的杂种优势研究中。