氨基多糖对水果萝卜叶片光合特性的影响

王 玮，吴传万，赵建锋，汪国莲，王 欣，梁双林

(1.江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所，江苏 淮安 223001；2.淮阴师范学院 江苏省环洪泽湖生态农业生物技术重点实验室，江苏 淮安 223300；3.江苏双林海洋生物药业有限公司，江苏 启东 226200)

中国是世界上萝卜种质资源最丰富的国家，长期以来，我国萝卜的栽培面积一直位居所有蔬菜的前几名，且全国各地均有栽培[1]。其营养价值高、应用范围广、食用方法多，还具有一定的保健及药用价值，因此，深受百姓的喜爱。近年来，随着人民生活水平的提高，鲜食水果萝卜因其特有的口感和独特风味，越来越受到消费者的青睐，但是如何突破栽培技术的瓶颈，生产出鲜食口感好、品质性状优良的水果萝卜则是当务之急。

氨基多糖主要是以几丁质、脱乙酰几丁质的形式存在于节肢动物的外骨骼和真菌细胞壁中，其在自然界中的含量仅次于纤维素，是唯一大量存在的碱性多糖[2-3]。几丁质(甲壳素)是一类天然高分子聚合物，属于氨基多糖，在自然界中广泛存在于节肢动物等低等生物中，甲壳素脱乙酰基后成为壳聚糖[4]。目前，国际上对这一类生物资源进行了大量卓有成效的研究，发现其在促进作物生长、增强抗逆性、改良土壤、提高果蔬耐贮性等方面具有重要作用[5-8]。

光合作用是作物生长发育和产量形成的基础，叶绿素和类胡萝卜素是植物进行光合作用的一类重要色素，在光能捕获和吸收利用方面发挥着重要的作用[9]。近年来，叶绿素荧光动力学技术已成为人们研究植物光合作用最有力的手段之一[10]。叶绿素荧光与光合作用效率密切相关，利用叶绿素荧光技术可以更直接地反映植物在不同环境条件下的生理状况[11]。本试验以鲜食水果萝卜为材料，研究了不同浓度的氨基多糖处理对萝卜叶片中叶绿素及类胡萝卜素含量、光合生理指标、叶绿素荧光动力学参数的影响，以阐明氨基多糖对水果萝卜光合特性的影响及其内在机制，为水果萝卜高效栽培、改良品质提供理论与技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与处理

萝卜使用经提纯复壮后的紫芽青萝卜(江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所提供)为材料。氨基多糖由江苏双林海洋生物药业有限公司生产提供，浓度≥20 g/L(其中Zn+Mg+Ca+Fe≥100 g/L),产品形态为水剂。

试验采取随机区组设计。共设4个处理，每个处理3次重复，共12个小区，每小区面积14 m2(7 m×2 m)，小区之间设保护行。萝卜做畦,穴播2～3粒种子，株距35 cm，行距50 cm，常规管理，及时间苗。萝卜“破肚”期再间苗1次，每小区选留长势一致的幼苗100株。将氨基多糖用水稀释为3个浓度梯度：50 mL/L(A)、100 mL/L(B)、200 mL/L(C)，每个浓度梯度为一个处理，对准植株叶面均匀喷施，每隔3天喷1次，共喷3次，喷施量以叶面湿润不产生径流为准。采取清水处理为空白对照。

1.2 测定指标与方法

1.2.1 色素含量的测定 于处理结束后20 d时，每个小区选取5株生长一致的植株，采取同一位置复叶中间小叶放入冰盒，立即带回实验室，用80%丙酮浸提法进行叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素以及叶绿素总量的测定[12]。

1.2.2 光合参数测定 选择晴朗无风天气，采用便携式光合荧光联合观测系统(Li-6400)，于处理结束后5、10、20、30 d左右的上午9：00～11：00测定生长点下第2片展开叶的气体交换参数。测定时使用开放气路，每个处理随机选取3株，测定净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)。

1.2.3 叶绿素荧光参数的测定 在测定光合生理指标的同时，选择生长点下第2片展开叶的中间小叶，经暗适应20 min后，用便携式光合荧光联合观测系统(Li-6400)测定初始荧光(Fo)、最大荧光产量(Fm)，计算可变荧光(Fv)，并按李鹏民等[13]的方法分别计算PSⅡ原初光能转化效率(Fv/Fm)、光化学淬灭系数(qp)。

1.3 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 17.0软件对试验数据进行处理和统计分析，Duncan’s新复极差法进行平均数间的多重比较，使用Sigma Plot 12.0软件进行制图。

2 结果与分析

2.1 不同浓度氨基多糖处理对水果萝卜叶片中色素含量的影响

叶片中叶绿素、类胡萝卜素等光合色素主要是在光能的吸收、传递和转化过程中起重要作用，其含量高低直接影响着植物利用光能的能力和效率，最终影响植物的生长发育[14]。由表1可知，不同浓度氨基多糖处理后的萝卜叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均显著高于对照，随着氨基多糖处理浓度的增大，叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素均呈现先增加后减小的趋势，且均在100 mg/mL(B)氨基多糖处理下达到最大值，其叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别比对照提高了4.92%、19.23%、14.51%。叶绿素和类胡萝卜素含量的增加不仅有利于植物净光合速率的提高，而且还可以有效淬灭过剩的光能，防止膜脂过氧化的发生，从而维持光合作用的高效进行。

表1 不同浓度氨基多糖处理下的水果萝卜叶片色素含量 mg/g

注：同列小写字母表示在5%水平上的差异显著性，字母相同则差异不显著，不同则显著。

2.2 不同浓度氨基多糖处理对水果萝卜光合生理指标的影响

2.2.1 对净光合速率(Pn)的影响 净光合速率(Pn)的大小反映了叶片的光合能力的强弱。由图1可知，在不同氨基多糖浓度处理下，萝卜的Pn均随生育期的延长呈先增高后降低的趋势。A、B两个浓度的氨基多糖处理在不同时期均可以显著提高萝卜的净光合速率，其中100 mL/L氨基多糖(B)处理的净光合速率最高，处理后5、10、20、30 d的净光合速率分别比对照提高了31.52%、38.19%、34.09%、27.57%。200 mg/mL氨基多糖(C)处理的叶片净光合速率显著低于另外2个浓度的处理，也低于对照。说明适宜浓度的氨基多糖处理可以显著提高萝卜叶片的净光合速率，但浓度太高则明显抑制了叶片净光合速率。

图1 不同处理的水果萝卜叶片净光合速率的动态变化

2.2.2 对气孔导度(Gs)的影响 气孔是水分与CO2进出叶片的重要通道，植物光合作用和蒸腾作用与气孔导度密切相关[15]。气孔导度的大小反映出叶片与外界进行气体交换的能力，气孔导度越大说明气体交换能力越强。由图2可知，不同处理的气孔导度均随着处理时间的增加呈现先增高再降低的趋势，且均在处理后20 d时的气孔导度最高。100 mL/L氨基多糖(B)处理后不同时期的气孔导度均显著高于其他处理，处理后5、10、20、30 d的气孔导度分别比对照提高了36.36%、22.50%、22.22%、22.50%。高浓度(C)下叶片气孔导度在处理10 d后不仅低于其他2个处理，也低于对照。说明适宜浓度的氨基多糖可以显著提高叶片气孔导度，而浓度过大则对气孔导度有一定的抑制作用。

图2 不同处理的水果萝卜叶片气孔导度的动态变化

2.2.3 对胞间CO2浓度(Ci)的影响 如图3所示，不同处理的胞间CO2浓度均随着生育期延长呈先降低再增加的趋势，且均在处理后20 d时的胞间CO2浓度最低。不同氨基多糖处理的胞间CO2浓度在整个处理期均低于对照，其中，100 mL/L氨基多糖浓度(B)处理的胞间CO2浓度显著低于其他几个处理，处理后5、10、20、30 d时的胞间CO2浓度分别比对照下降了16.42%、12.97%、14.13%、17.19%。

图3 不同处理的水果萝卜叶片胞间CO2浓度的动态变化

2.2.4 对蒸腾速率(Tr)的影响 如图4所示，不同处理的萝卜叶片蒸腾速率均随着生育期的延长而呈现先增加后降低的趋势，且均在处理后20 d时蒸腾速率最高。对照(CK)的叶片蒸腾速率在不同时期均高于其他几个处理，A、B、C三个处理的蒸腾速率在不同时期均呈现明显的浓度效应，即随着浓度的升高，蒸腾速率逐渐降低。表明氨基多糖处理显著降低了萝卜叶片的蒸腾速率，浓度越高对叶片的蒸腾速率抑制作用越大。

图4 不同处理的水果萝卜叶片蒸腾速率的动态变化

2.3 不同浓度氨基多糖处理水果萝卜叶片荧光动力学参数的影响

2.3.1 对光系统Ⅱ实际光化学量子效率的影响 ΦPSII主要用来表示植物光合作用的能量效率，即PSⅡ实际光化学量子效率，它反映PSⅡ反应中心在有部分关闭情况下的原初光能捕获效率[16]。由图5所示，不同处理的实际光化学量子效率均随着生育期的延长而呈先增高后降低的趋势，且均在处理后20 d时达到峰值。其中100 mL/L氨基多糖处理的PSⅡ最高，处理后5、10、20、30 d时的ΦPSⅡ分别比对照提高了17.68%、24.66%、23.23%、15.47%。说明100 mL/L氨基多糖处理能显著提高萝卜叶片的实际光化学量子效率，而高浓度(C)则对PSⅡ实际光化学量子效率有一定的抑制作用。

图5 不同处理的水果萝卜叶片实际光化学量子效率的动态变化

2.3.2 对光化学荧光猝灭系数(qp)的影响 光化学荧光猝灭系数(qp)反映PSⅡ吸收光能用于光化学电子传递的份额，能够说明PSⅡ反应中心的开放程度和电子传递活性的大小[17]，即植物光合活性的高低。由图6所示，不同处理的光化学荧光猝灭系数(qp)均随着生育期增加呈先增加后降低的趋势，且均在处理后20 d时达到峰值。不同时期的qp均以100 mL/L氨基多糖(B)处理的值最大，与对照相比均达显著水平，高浓度氨基多糖(C)处理下叶片的光化学荧光猝灭系数甚至低于对照，说明高浓度的氨基多糖使水果萝卜的光合活性受到了一定的抑制。

图6 不同处理的水果萝卜叶片光化学荧光猝灭系数的动态变化

2.3.3 对PSⅡ反应中心光能转化效率(Fv/Fm)的影响 在完整的植物叶片中，Fv/Fm的比值称为PSⅡ的原初光能转化效率。它反映的是PSⅡ反应中心的最大光能转化效率，光合效率越高，则叶片在同样的光能吸收下其转化的能量就越多。由图7所示，不同处理的Fv/Fm均随着生育期增加呈先升高后降低的趋势，A、B两个处理均能明显提高Fv/Fm的值，其中以100 mL/L氨基多糖(B)处理的增幅最大，处理后5、10、20、30 d时的Fv/Fm值分别比对照提高了2.47%、2.46%、2.57%、2.96%。高浓度的氨基多糖(C)处理则降低了PSⅡ原初光能转化效率(Fv/Fm)。

图7 不同处理的水果萝卜叶片原初光能转化效率的动态变化

3 讨论

光合作用是植物有机物质合成、能量储存与转化的基础，植物生长调节剂可以通过影响植物的光合作用来调节光合产物的分配、物质代谢等生理生化过程，进而调控植物的生长发育[18]。本实验对不同浓度氨基多糖处理的水果萝卜叶片光合特性进行了研究，初步探明了氨基多糖影响植物光合作用的内在机制，为后续开展氨基多糖影响植物光合作用的分子机理研究奠定了基础。

作为植物光合作用最重要的色素，叶绿素能在一定程度上反映植物同化物质的能力，其含量是决定植物光合能力和产量形成的重要基础[19-20]，而类胡萝卜素则能淬灭捕获的过多能量和细胞内的活性氧，从而保护叶绿素的合成和光合作用的正常进行[21]。现有研究表明，叶绿素含量与光照、土壤、营养及内源激素等变化密切相关[22-23]。本研究中，100 mL/L氨基多糖处理显著增加了水果萝卜叶片中叶绿素和类胡萝卜素的含量，而叶绿素和类胡萝卜素含量的增加不仅有利于叶片对光能的捕获，增强植物的光合速率，同时也可以淬灭过剩的光能、防止膜脂过氧化的发生，从而维持光合作用的高效运转。因此，氨基多糖作为一种植物生长调节剂，通过增加叶片叶绿素和类胡萝卜素的含量，以提高植物光合作用和同化物质的能力。

植物生长调节剂在调控植物的光合作用、物质分配及产量形成方面具有十分重要的作用[24]。本研究发现，100 mL/L氨基多糖处理能显著提高水果萝卜叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)，降低了胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)。植物正常所需CO2主要来自于气孔，当气孔关闭或无法满足植物需求时，就会消耗细胞间的CO2，导致胞间CO2浓度(Ci)下降。因此，适宜浓度的氨基多糖处理显著增强了叶片对CO2的利用率，提高了植物光合作用的能力。而高浓度的氨基多糖明显抑制了植物的蒸腾作用，降低了气孔导度，这可能是因为氨基多糖类物质具有良好的成膜性[25]，浓度越大，越易成膜，它可以在植物表面形成一层半透明膜，因而浓度过高不利于植物气孔导度和蒸腾速率的提高，对光合作用会产生一定的抑制作用，但是正是氨基多糖具有的这种易成膜性使其常被用于果蔬保鲜、抗菌抑病、抗寒抗旱等方面，且具有极好的应用前景。

叶绿素荧光动力学技术能更为本质地反映出叶片在进行光合作用时对光能的吸收与传递的过程，因此，常被称为测定叶片光合功能快速、无损伤的探针，几乎所有的光合作用过程变化均可通过叶绿素荧光反映出来[26-30]。本研究中，100 mL/L氨基多糖处理显著提高了水果萝卜叶片PSⅡ实际光化学量子效率、光化学荧光猝灭系数(qp)和PSⅡ原初光能转化效率(Fv/Fm)，表明氨基多糖一定程度上通过提高萝卜叶片PSⅡ反应中心的开放程度和活性，提高了PSⅡ电子传递能力和对光能的吸收、利用和转化效率，增强了光合色素将捕获的光能转化为化学能的效率，从而提高了植株的光合能力。这与陈晓璐[31]、王书宏[32]、吕晓飞[33]、魏亚娟[10]等人的研究结果相似。而高浓度的氨基多糖则一定程度上抑制了PSⅡ电子传递能力和光能转化效率，进而导致了植株光合效率的明显下降。

本研究中，萝卜叶片光合参数与叶绿素荧光动力学参数均在氨基多糖处理后20 d左右达到峰值，此时正值肉质根膨大盛期，叶片光合效率和光合能力达到最大，同化产物大部分通过“源-库”调节分配到地下部用于肉质根的充分生长，这有助于肉质根营养物质的迅速积累，也为我们下一步开展氨基多糖影响萝卜肉质根品质性状的研究提供了借鉴和思路。

4 结论

综上所述，100 mL/L氨基多糖处理显著提高了水果萝卜叶片中叶绿素和类胡萝卜素的含量，增强了光合作用的物质基础；提高了叶片净光合速率、气孔导度以及PSⅡ实际光化学量子效率、光化学荧光猝灭系数和PSⅡ原初光能转化效率，降低了胞间CO2浓度，增强了叶片对光能的高效吸收利用和传递，促进了植株光合作用的高效运行。