几个不同花色檵木株系光合生理特性比较

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（1.湖南农业大学 a.园艺学院；b.湖南省中亚热带优质花木繁育与利用工程技术研究中心；c.教育学院，湖南 长沙 410128；2.湖南省农业科学院 园艺研究所，湖南 长沙 410128）

檵 木Loropetalum chinense系金缕梅科Hamamelidaceae，其变种为红花檵木Loropetalum chinensevar.rubrum，又名红檵木和红桎木，为常绿灌木或小乔木，其嫩枝呈淡红色。红花檵木在春季新叶初发时其花红叶红，具有很高的观赏价值。一年开花3 ～4 次，玫红色、浅粉色、淡紫色、深紫红色花的红花檵木在园林绿化配置中的应用最为常见[1-3]。在不同绿化类型和配置方式形成的微域小环境中，光照和温度会有一定的差别，尤其是光照对檵木属植物的生长和光合利用均有重大影响；同时，相关学者对檵木属植物光合特性的研究结果表明，不同种类和品种对光的适应性也有较大的差别。陈晓林等[4]对不同品种红花檵木遇高温返青现象进行了研究，结果发现，其净光合速率日变化曲线呈不对称的双峰曲线，且表现出明显的光合“午休”现象。黄欣等[5]测定了不同光照处理下红花檵木的色素含量，他们在研究中发现，8月随着光照强度的减弱，其色素含量下降，花色苷含量上升，而11月其变化趋势与8月测定的结果截然相反。董佳丽等[6]对红花檵木实生后代优良单株的光合特性及叶绿素荧光进行了研究，结果发现，优良单株与母本间各参数均存在显著差异。费芳等[7]的研究结果表明，随着光照时间的增加，红花檵木叶片的质体色素含量总体呈上升趋势，而其花色素苷含量呈下降趋势，光照越强则花色素苷含量越高，质体色素含量越低；反之，光照越弱，花色素苷含量越低，质体色素含量越高。为给檵木属植物品种的选育、栽培及在园林上的合理配植、科学养护提供参考依据，以几个不同花色檵木株系为试材，对其光响应曲线、叶绿素荧光特性和光合色素含量进行了测定，比较分析了几个不同花色檵木株系的光合生理特性、叶绿素含量及其对光强的适应范围，现将研究结果分析报道如下。

1 材料与方法

1.1 试验地与试验材料

试验地位于湖南省长沙市湖南农业大学花卉基地。属亚热带季风性湿润气候，年平均气温为17.5 ℃，年平均最高气温为21 ℃，年平均最低气温为14 ℃。

试验材料来自于‘花叶檵木1号’和‘花叶檵木2号’自然授粉结实的实生苗后代，在形态特征观测和分子标记的基础上筛选的几个优良单株，扦插繁殖得到其无性系，并根据其花色将这几个株系进行编号。花叶1号后代：H1，花为玫红色，叶也为玫红色；H2，花为浅粉色，叶为紫红色；H3，花为粉色，叶为深玫瑰色。花叶2号后代：H4，花为白色，叶为绿色。以园林应用与生产中常见品种 ‘密枝玫红’（编号为M）及‘大叶红’（编号为D）作为对照。

1.2 方 法

2019年11月中旬测定光响应曲线。选择晴朗无风天，每株测定3 片叶，选择中上部位同一水平、成熟无病虫害的叶片进行测定。12月测定光合色素含量。

1.2.1 光合色素的提取及其含量的测定

每株选取3 片同一水平健康成熟的叶片为样品，将采集的不同檵木株系的叶样擦净其表面污物，去掉叶梗、叶脉，将其剪成长细条状，用天平秤取0.2 g 试材置于50 mL 的试管中，加入95%的酒精用作提取液，定容至30 mL，封口后冷藏，暗处浸泡提取24 h 后，摇匀取清液，准确移取，置于光径为1.0 cm 的比色皿中，以紫外分光光度计测定其吸光度，再根据所提取的溶液分别在663、645 和470 nm 处的吸光度，按照Amon[8]公式计算叶绿素a（Chlorophyll a）、叶绿素b（Chlorophyll b）及类胡萝卜素（Carotenoids）的含量：

上列各式中：A663、A645与A470分别表示波长在663、645 和470 nm 处的吸光度；Chl a、Chl b、Chl总分别表示叶绿素a、叶绿素b 和叶绿素的总含量，Car 表示类胡萝卜素的含量；V为提取溶液的体积，W为叶片样品的质量。

1.2.2 光响应曲线的测定

采用LI-6400XT 便携式光合仪进行测定，测定时间为8:00—11:30 时，测定时大气温度为20 ～25 ℃，以大气作为 CO2源，制作空气缓冲瓶以保持CO2浓度的相对稳定，流速为500 μmol·s-1，在0 ～1 800 µmol·m-2s-1的光照强度（PDF）范围内设定12 个梯度，其分别为1 800、1 500、1 200、1 000、800、500、200、100、80、50、20、0 µmol·m-2s-1，每片叶读取5 个瞬时净光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）等参数。采用叶子飘[9]光合计算软件来拟合其光响应曲线，计算出表观量子斜率（α）、最大净光合速率（Pnmax）、光饱和点（Lsp）、光补偿点（Lcp）、暗呼吸速率（Rd）。

1.2.3 叶绿素荧光的测定

采用FluorPen FP 110 手持式叶绿素荧光仪测定叶绿素荧光值，每株系各选取3 片同一水平的叶片，将叶片表面擦净，用叶片夹将其夹住暗适应15 min 后，测定初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、可 变 荧 光（Fv）、PSII有效光化学量子效率（Fv/Fm）、PSII的潜在光化学活性（Fv/Fo）、荧光瞬变初始斜率（Mo）等叶绿素荧光参数，然后用叶片夹夹住20 min 后测定非化学淬灭系数（NPQ）和光化学淬灭系数（qP）。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 进行数据处理，运用SPSS 22 进行方差分析，采用Duncan 法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 几个不同花色株系叶片光合色素含量的比较

植物进行光合作用的色素主要是叶片中的叶绿素，叶绿素是光合作用的物质基础，其含量的变化会影响植物对光能的吸收[10]。环境温度、湿度、光照等因素也会影响叶片光合色素含量的变化，叶绿素含量与太阳光的吸收程度有直接关系；随着叶片中叶绿素含量的增加，光合作用也会增强[2]。几个不同花色株系叶片的叶色各不相同，其叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素a+叶绿素b和绿素a/叶绿素b、类胡萝卜素/叶绿素的含量和比值与叶片色彩均有显著相关性。几个不同花色株系叶片的光合色素含量见表1。由表1可知，与叶片D 相比，叶片H1、H2、H3、H4 各光合色素的含量或比值均高于叶片D，而D 的类胡萝卜素/叶绿素之值高于其他优良株系叶片；叶片各光合色素的含量或比值，对照叶片M 高于H2、H3、H4，其中H1 为玫瑰红色叶片，其叶绿素a 和叶绿素b 的含量均较高，比D 和M 分别高0.49 和0.04 mg·g-1，叶片H1 与H3 的叶色较为相近，但其各光合色素的含量或比值均高于H3。

表1 几个不同花色株系叶片的光合色素含量比较†Table1 Comparison of photosynthetic pigment content in leaves of several different flower color lines

2.2 几个不同花色株系叶片光响应参数的比较

几个不同花色檵木株系叶片光响应曲线的变化趋势整体较为一致（图1），在较低的光强范围内（0 ～800 μmol·m-2s-1），Pn随光强的增加而显著增大；而当光照强度达到一定范围（800 ～1 200 μmol·m-2s-1）后，Pn随光强的增加而缓慢增加，直至接近饱和或达到饱和状态；当光照强度超过一定范围（1 200 ～2 000 μmol·m-2s-1）时，Pn值几乎不变，维持在饱和状态中。当各个株系叶片的光合作用均达到饱和水平时，不同檵木株系与对照叶片的Pn值从大到小依次为：H4 ＞H2 ＞D ＞H3 ＞H1；H4 ＞M ＞H2 ＞H3 ＞H1。

图1 不同花色株系与对照叶片光响应曲线的拟合结果Fig.1 Light response curves of leaves in different flower color lines and control

几个不同花色株系叶片光响应参数的测定结果见表2。从表2中可以看出，不同花色檵木株系及其对照叶片的光响应曲线各参数间均存在显著差异。不同花色株系及其对照叶片的光饱和点（Lsp）均在1 500 µmol·m-2s-1以上，H1、H2、H3的Lsp 值均高于对照D 和H4 而低于对照M，其中以H2 与M 间的差距最小，H2 也是各株系叶片中光饱和点最高的，说明它对高光强的利用能力强，光合能力最大，而H4 叶片的Lsp 值最低；所有株系叶片的Lsp 值均高于对照D 和H4，H1、H2 和H3 均高于对照D，其中H4 的光补偿点（Lcp）最低（为7.675 6 µmol·m-2s-1），说明H4 耐阴能力强，对弱光的利用能力显著强于其他檵木株系，其中H1 的Lcp 值最高，为11.504 4 µmol·m-2s-1，说明H1 对弱光利用能力最弱。表观量子效率（AQY）值为0.040 9 ～0.077 2 mol·mol-1，其中H4（绿色叶）显著高于其他几个株系叶片，其AQY 值最高，H3 的AQY 值却低于其对照，不同花色株系及其对照叶片的AQY 值由大到小顺序为：H4 ＞D ＞H1 ＞M ＞H2 ＞H3。

Pnmax能反映植物的光合潜能，Pnmax值越大，说明植物叶片的光合潜能越高，在有效的光照下合成的光合产物越多[11]。叶片H1、H2 与H3 的Pnmax值均低于对照叶片M 和H4，其中H4 的Pnmax值 最 高， 为15.653 2 μmol·m-2s-1， 比H1、H2、H3 分别高7.066 6、4.096 3、6.949 7 μmol·m-2s-1，H4 为绿色叶，其Pnmax显著高于其他花色株系叶片的。

暗呼吸速率（Rd）能够反映不同株系消耗光合产物的速率，几个不同花色株系与对照之间Rd值的差异均极显著，其Rd值为-0.139 9 ～0.718 3 μmol·m-2；几个株系中，H4 为绿叶白花，其Rd值最高，达到0.571 8 μmol·m-2，说明其维持自身生命活动所消耗的有机物量大；Rd值最低的是H3（深玫瑰色叶），其表现出较强的有机物积累能力[12]。

表2 几个不同花色株系叶片光响应参数的比较Table2 Comparison of light response curve parameters of leaves in several different flower color lines

2.3 几个不同花色株系叶片的叶绿素荧光特性

已有研究结果表明，植物的叶绿素含量与其叶绿素荧光特性密切相关，其含量的变化往往伴随着叶片荧光特性的改变[13]。在相同条件下，不同花色株系叶片的初始荧光和最大荧光值如图2所示，其各个叶绿素荧光参数的测定结果见表3。由图2可知，对照H4 的初始荧光（Fo）值最高，H1和D 的Fo值均最低，表明H4 绿叶的PSII活性较高，Fo值与叶片中叶绿素含量有关。与其他几个株系叶片相比，H4 具有相对较高的最大荧光（Fm）值，且H4 和其他几个株系叶片间的差异均显著。由表3可知，各株系与其对照D、M 和H4 之间各叶绿素荧光参数值的差异均显著。如荧光瞬变初始斜率（Mo），H2、H3 均高于其对照，而H1 则显著低于其对照，Mo值与叶绿素含量呈负相关；几个株系的PSII有效光化学量子效率（Fv/Fm）均为0.73 ～0.78，其中H2 浅粉色花的Fv/Fm值最低，显著低于其他株系，H1 玫红花的Fv/Fm值最高，说明H1 具有较高的潜在光化学活性；H2、H3、H4、H1 的Fv/Fo和Fv/Fm之值与叶绿素含量均呈正相关。非化学淬灭系数（NPQ），H1、H2、H3都低于其对照，绿叶白花H4 的NPQ 值较高，其他株系的均低于其对照M；H2 的光化学淬灭系数（qP）比对照D 高0.01，H1、H3 的qP值均低于对照，而所有株系的qP值均高于其对照M。

图2 不同花色株系叶片的初始荧光和最大荧光值Fig.2 Initial fluorescence (Fo) and maximum fluorescence (Fm) of different flower color lines

表3 几个不同花色株系叶绿素荧光特性的比较Table3 Comparison of chlorophyll fluorescence characteristics of several different flower color lines

3 讨 论

植物体中叶绿素含量越高，越有利于阴生植物在弱光条件下有效地吸收光能，同时叶绿素含量的变化会引起植物叶片颜色的改变[14]。不同花色株系与其对照之间其叶绿素含量均存在显著差异，这一结果与陈晓林等[4]的研究结果较为接近。类胡萝卜素既可作为光合色素，又是植物的内源抗氧化剂[2]。类胡萝卜素能够使叶片更有效地利用漫射光中的蓝紫光，提高其光合效能[15]。叶绿素a、叶绿素b 和类胡萝卜素含量，H1 玫红花的均最高，H3 粉色花的最低；而叶绿素a/叶绿素b 和类胡萝卜素/叶绿素之值，H1 玫红花的均最低，H3 粉色花的最高。这一结果说明，H1 玫红花利用光能的潜力最强，进行光合作用的能力最强，几个不同花色株系间类胡萝卜素的含量差异较小。因此，玫红花H1 对光能利用效率更强。

植物的光合能力取决于本身的遗传特性，不同物种、不同品种间其光合能力均存在较大差异[16]。植物的光补偿点和光饱和点均为评估其光适应性的重要指标。植物的光饱和点越高且光补偿点越低，则表示其对光的适应范围较大，反映其对光的适应性较强[17]。植物的光合能力在一定程度上取决于物种的遗传特性，光饱和点和光补偿点的高低可以衡量植物对强光或弱光的利用能力[18]。本研究结果表明：几个檵木株系间其Pn、Lcp、Lsp等光合参数的差异均显著，几个檵木株系及其对照的Lsp 值 为2 024.2391 ～1 507.336 µmol·m-2s-1，而其Lcp 值为-3.937 0 ～11.504 4 µmol·m-2s-1，说明其均属于阳性植物，在几个不同花色檵木株系中，浅粉色花H2 的光适应范围明显高于其他花色株系的。H4 的Pnmax、AQY、Rd值均最高，而其Lcp、Lsp 值均最低。总体看来，H4 白花对光环境的适应性较强，不仅能充分利用弱光，而且对强光的忍受能力也相对较强，在园林绿化配置时可根据景观效果灵活应用[19]，在引种及品种选育中更为合适。

叶绿素荧光参数能够反映植物在光合作用过程中对光吸收、耗散和分配等方面的内在联系和变化。Fo是暗反应下的初始荧光，反映的是植物叶片的光合中心光系统PSⅡ在完全开放状态下的荧光产量，与植物叶片的叶绿素浓度有关[20]。H1玫红花的Fv/Fo值最高，说明其PSⅡ的潜在光化学活性最大；H1 的NPQ 值最小，说明其叶片对光照的利用能力较强，光合作用的效率也比较高；同时，H1 的Fv/Fm值最大，说明其具有高效捕获光能。Fm值可反映通过PSⅡ的电子传递情况[21]。H4 白花的Fm值明显高于其他花色株系，表明其的PSII电子传递状况好于其他花色株系，其叶片吸收和传递光能的能力均较强[22]。

4 结 论

研究中发现，几个不同花色檵木株系与其对照D、M 及H4 虽是同属同科的植物，但叶片的光合色素含量、光合作用参数和叶绿素荧光参数都存在着显著的差异，综合比较几个不同花色株系的光合作用特性可发现，玫红花H1 和白色花H4的光合能力均较强。因此，在进行品种选育时，Lsp、Pn和Lcp 值均可作为有效的参考依据，应当选育Lsp 和Pn均较高而Lcp 较低的品种，这样可以有效地利用光照资源，产生更多的有机物。因此，不论在园林配置中还是在规范化栽培时，都应根据檵木的光合特性适当调整管理措施。

本研究只测取了檵木株系在冬季的光合色素含量，缺乏对其整个生命周期的系统研究。因此，今后应进一步研究不同檵木株系在强光或低温胁迫下的表现，从而为檵木品种的选育及其应用范围的拓展提供参考依据。