17个建兰品种光合特性分析

周 杰，杨钰明，兰琳英，徐艳芳，郑清冬，谢泰祥，艾 叶*

(1.福建农林大学园林学院，福建 福州 350002；2.福建农林大学金山学院，福建 福州 350002)

建兰(Cymbidium ensifolium)为兰科(Orchidaceae)兰属(Cymbidium)地生兰，主要分布于我国福建、台湾、浙江、安徽、江西、海南和广东等地，因在福建省栽培早、分布多，故称为建兰[1]。建兰株型姿态优雅、花香淡雅、寓意高洁，在观赏、文化和经济方面都有着较高的价值，受到众多文人雅士喜爱。建兰种植历史悠久，种质资源丰富，品种繁多[1—3]。野生建兰耐荫蔽，不耐强光直射，一般生长在海拔600～1800 m的沟谷、疏林、灌木和草丛等郁闭度较高的环境中[1]。

光合作用是植物长期适应自然环境的生物过程，可将太阳辐射转化为植物体生长、发育和繁育过程中所需的物质和能量[4]。光合特性能反映环境因素对植物光合代谢的影响[5]，植物间的生长、产量、品质、抗逆性等方面存在不同程度的差异性，一定程度上是由植物间光合特性的差异所造成[6—8]。国内外学者对水稻[9]、白菜[10]和苹果[11]等植物的光合作用效率及机制有着较详尽的研究，而对兰科植物的光合特性研究相对较少。沈宗根等[12]对美花石斛(Dendrobium loddigesii)、春石斛(D.nobile)和铁皮石斛(D.candidum)的叶绿素含量、叶绿素荧光和光合作用参数进行测定分析，发现三种石斛的光补偿点、光饱和点较低，且叶绿素a/b低于2.2，具有阴生植物的生理特性。王莹博等[13]测定了白及(Rhizoma bletillae)在高温、干旱、高温干旱下叶片叶绿素荧光和光合作用参数的变化情况，表明高温和干旱胁迫会影响白及叶片光合参数。

建兰品种繁多，且不同品种间的生长习性差异较大，但目前对建兰品种间的光合特性研究较少，不利于建兰种质资源保护、栽培以及开发利用。本研究以国内常见的17个建兰品种为材料，测定和分析建兰品种的光合色素以及叶绿素荧光相关参数，为建兰良种选育及栽培管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

以福建农林大学金山校区森林兰苑国兰种质资源圃(119°18′E，26°05′N)栽培多年的 17 个建兰品种为材料(表1，图1)。每品种选取3株长势一致、无病虫害的健康植株。

1.2 方法

1.2.1 光合色素含量测定

在每株叶片的中上部随机选取3个小圆片(直径1 cm)，避开叶脉，每品种共9个小圆片。参照沈伟其[14]的方法测定，将无水乙醇和丙酮等量配制成叶绿素提取液[15]，小圆片剪成宽1 mm细丝，放入含20 mL提取液的容器中，置于阴暗环境24 h，温室保持在 25 ℃，摇晃容器至叶细丝发白后，分别于470 nm、645 nm和663 nm下测定吸光度值(ABS)。用Arnon运算公式计算提取液的叶绿素含量，包括叶绿素a (Chla)、叶绿素b (Chlb)、总叶绿素(Chl)和类胡萝卜素(Car)。

1.2.2 叶绿素荧光参数测定

每株自叶尖下6 cm处随机剪取3片新鲜叶片，每品种取9片。将剪取的叶片暗处理15 min后，转至捷克FluorCam开放式叶绿素荧光仪中，测定每片叶的叶绿素荧光参数，包括最大荧光产量(Fm)、初始荧光(Fo)、最大光量子效率(Fv/Fm)、Kautsky诱导效应最大荧光(Fp)、光适应稳态荧光产量(Ft_Lss)和稳态光适应光化学淬灭系数(Qp)，各项数据测定 3次。

1.3 数据分析

数据运用Microsoft Excel 2019软件进行统计和图表制作，采用IBM SPSS Statistics 25.0软件进行方差和相关性分析。

表1 建兰品种Table 1 Different varieties of Cymbidium ensifolium

图1 部分建兰品种植株形态Fig.1 Plant morphology of some Cymbidium ensifolium cultivars

2 结果与分析

2.1 不同建兰品种叶片光合色素含量差异

17个建兰品种中，叶绿素a和叶绿素a+b含量最高的品种为‘铁骨素’，皆显著高于其他品种；其次为‘闽南黄蝶’、逸红双娇’； 叶绿素a和叶绿素 a+b含量最低的品种为‘绿光登’和‘锦旗’。叶绿素b含量最高的为‘铁骨素’、‘闽南黄蝶’和‘逸红双娇’；‘玉女素’、‘市长红’、‘大宝岛’、‘铁骨素’、‘雁荡素’、‘大凤素’、‘天蛾素’、‘逸红双娇’等的叶绿素a/b均较高；类胡萝卜素含量最高的是‘逸虹双娇’和‘铁骨素’，分别为 2.795 mg·g-1和 2.536 mg·g-1，‘锦旗’最低，仅 0.546 mg·g-1(表 2)。

表2 建兰不同品种叶片的光合色素含量Table 2 Photosynthetic pigment content of different varieties of Cymbidium ensifolium

2.2 不同建兰品种叶片叶绿素荧光参数差异

17个建兰品种的叶绿素荧光参数存在差异。其中，Fo值最高的是‘大凤素’，为429.12；其次是‘雁荡素’和‘闽南黄蝶’，分别为 407.32和394.91；‘天荷’和‘逸红双娇’最低，分别为167.27和 159.43。Fm值最高的品种是‘铁骨素’(Fm=923.00)；其次为‘雁荡素’和‘大凤素’，分别为 892.22和 889.92；‘逸红双娇’最低(Fm=258.45)。Fp值较高的品种有‘铁骨素’(Fp=828.35)、‘雁荡素’(Fp=828.07)、‘大宝岛’(Fp=811.43)和‘闽南黄蝶’(Fp=804.64)；其次‘大凤素’和‘玉女素’，分别788.43和781.70；最低的是‘逸红双娇’(Fp=240.31)。‘闽南黄蝶’的光适应稳态荧光产量(Ft_Lss)最高，达419.85；其次为‘玉女素’和‘雁荡素’，分别为 355.96和346.18；‘天荷’和‘逸红双娇’最低，分别为151.53和146.89。17个建兰品种的Fv/Fm值均低于0.75，范围为0.25～0.63，Fv/Fm值最大的是‘铁骨素 ’(Fv/Fm=0.63)； 其 次 为 ‘ 玉 女素’(Fv/Fm=0.60)、‘天蛾素’(Fv/Fm=0.60)、‘绿光 登 ’(Fv/Fm=0.59)和 ‘ 金 咀 连 城素’(Fv/Fm=0.59)；‘四季素’最低为(Fv/Fm=0.25)(表 3)。

表3 17个建兰品种叶片的叶绿素荧光参数Table 3 The chlorophyll fluorescence parameters of leaves of 17 varieties of Cymbidium ensifolium

17个建兰品种中，NPQ值最高的是‘铁骨素’，为0.48；其次为‘大宝岛’(NPQ=0.43)；‘四季素’最低，仅为 0.04。各品种的 Qp值分布区间在0.24～0.47，其中‘逸红双娇’和‘天荷’最高，分别为0.47和0.45；‘玉女素’最低，为0.26。

2.3 建兰叶片光合色素及叶绿素荧光参数的相关性分析

对建兰各个品种的光合色素和叶绿素荧光参数作相关性分析(表 4)。在叶绿素荧光参数中除了 Qp与 Fo、Fm、Fp、Ft_Lss、Fv/Fm、NPQ 呈负相关外，其余叶绿素荧光参数间皆呈正相关。其中，叶绿素荧光参数 Fo、Fm、Fp、Ft_Lss间呈极显著正相关；Fm、Fp都与Fv/Fm呈极显著正相关；Fv/Fm与 Ft_Lss、NPQ呈显著正相关。在光合色素参数中，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素 a+b、叶绿素 a/b和类胡萝卜素含量间均呈极显著正相关。光合色素和叶绿素荧光参数间相关性不显著。

3 结论与讨论

在相同栽培环境下，17个建兰品种的光合色素和叶绿素荧光参数存在着不同程度的差异，表明这些建兰品种间光合特性存在差异，与黄佩璐等[6]在建兰、张艳艳等[7]在兜兰和Tsai等[8]在水稻上的研究结果相似，也验证了不同品种间的光合特性差异是由植物遗传基因所导致的[16—17]。叶绿素含量直接影响植物光合效率[18—19]。类胡萝卜素作为植物生理功能中重要的色素分子，决定植物根、茎、叶、花和果实等器官的色彩，同时在植物光合作用中具有防光破坏和捕获光能的作用[20—21]。本研究中，‘铁骨素’、‘逸红双娇’和‘闽南黄蝶’叶绿素a、叶绿素 b、叶绿素 a+b和类胡萝卜素含量均高于其他建兰品种，结合这三个品种的生长状况以及叶片色彩丰度优于其他品种，表明这三个品种有较强的吸收光能的能力，并有较良好的防御光破坏的能力。从建兰不同品种的相关性分析结果可知，叶绿素荧光参数与光合色素含量间无显著相关性，与宋杨等[5]对越橘和杨娟等[22]对枸杞的研究中发现部分光合色素与叶绿素荧光参数间存在显著或极显著正相关的结论有所不同，其机制还有待探索。

表4 17个建兰品种光合色素和叶绿素荧光参数相关性分析Table 4 Correlation analysis of photosynthetic pigments and chlorophyll fluorescence parameters of 17 varieties of Cymbidium ensifolium

植物的光合机理与外界环境间的联系能通过叶绿素荧光参数来表现，且叶绿素荧光测定技术具备易操作、无损伤、速度快和可靠性高等特点[23]，被广泛应用于植物光合机理、植物胁迫生理、水生植物光合作用等研究[11,18,24]。Fv/Fm作为PS Ⅱ原初光能转化效率的指示参数反映植物受到光抑制的程度，在良好生境下其数值稳定在 0.75～0.85，但遭受光抑制时Fv/Fm值会骤减[25—26]。然而，17个建兰品种的Fv/Fm值皆低于0.75，仅为0.25～0.63，结合部分品种植株瘦小和叶片泛黄等表征，表明这些建兰品种受到不同程度的光抑制，或为栽培处遮阴效果较差导致。非光化学猝灭系数NPQ能使植物耗散过剩的热量，防御光破坏从而对植物光合作用起到保护[27]。本研究中，建兰‘铁骨素’的最大荧光产量(Fm)、Kautsky诱导效应最大荧光(Fp)、PS Ⅱ原初光能转化效率(Fv/Fm)和稳态非光化荧光淬灭系数(NPQ)均高于其他品种，且光合色素含量高，表明‘铁骨素’具有最优良的光合生理特性。本研究仅对建兰不同品种的光合色素和叶绿素荧光参数进行分析，今后应结合建兰实际生长情况进行验证实验，为建兰品种的筛选、开发和利用提供理论基础。