張耀文，趙小光，關(guān)周博，王學(xué)芳，候君莉，田建華，李殿榮，盧慶陶，盧從明

(1.陜西省雜交油菜研究中心，國(guó)家油料作物改良中心陜西油菜分中心，陜西楊凌712100;2.中國(guó)科學(xué)院植物研究所光生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100093)

功能相對(duì)穩(wěn)定期內(nèi)油菜3類(lèi)主要光合器官間光合性狀差異的比較

張耀文1，2，趙小光1，關(guān)周博1，王學(xué)芳1，候君莉1，田建華1，李殿榮1，盧慶陶2，盧從明2

(1.陜西省雜交油菜研究中心，國(guó)家油料作物改良中心陜西油菜分中心，陜西楊凌712100;2.中國(guó)科學(xué)院植物研究所光生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100093)

為探究油菜不同光合器官間光合特性大小、雜種優(yōu)勢(shì)及對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)的差異，以4套甘藍(lán)型油菜CMS雜種及其親本為材料，對(duì)長(zhǎng)柄葉、短柄葉、角果3類(lèi)主要光合器官在光合面積、主要?dú)怏w交換參數(shù)、群體生長(zhǎng)量、群體生長(zhǎng)速率等光合性狀在功能相對(duì)穩(wěn)定期(RSP)的持續(xù)時(shí)間、最大值、均值、雜種優(yōu)勢(shì)及其與產(chǎn)量相關(guān)性間的差異進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示，①葉綠素含量的RSP持續(xù)時(shí)間、最大值、平均值為短柄葉＞長(zhǎng)柄葉＞角果;②6個(gè)主要?dú)怏w交換參數(shù)中，Pn、Gs為短柄葉＞長(zhǎng)柄葉＞角果，Ci為長(zhǎng)柄葉＞角果＞短柄葉，Tr為角果＞短柄葉＞長(zhǎng)柄葉，Ls為短柄葉＞角果＞長(zhǎng)柄葉，WUE為長(zhǎng)柄葉＞短柄葉＞角果;③光合面積的RSP持續(xù)時(shí)間為長(zhǎng)柄葉＞短柄葉＞角果，而光合面積最大面積、均值為角果＞短柄葉＞長(zhǎng)柄葉。④群體光合物質(zhì)凈合成量RSP的持續(xù)時(shí)間、最高值、均值均為角果＞短柄葉＞長(zhǎng)柄葉。⑤群體凈光合速率RSP的持續(xù)時(shí)間為短柄葉＞長(zhǎng)柄葉＞角果，而最大值、均值為短柄葉＞角果＞長(zhǎng)柄葉;⑥角果光合面積、群體光合物質(zhì)合成量的雜種優(yōu)勢(shì)最大，而群體凈光合速率、葉綠素含量的雜種優(yōu)勢(shì)則最小，短柄葉葉綠素含量、群體光合物質(zhì)凈合成量的雜種優(yōu)勢(shì)高于長(zhǎng)柄葉;角果在Pn、Gs、Ci、Tr等4個(gè)氣體交換參數(shù)中的雜種優(yōu)勢(shì)為最低，而在Ls則最高，短柄葉在Pn、Gs、Tr、Ls4個(gè)參數(shù)的雜種優(yōu)勢(shì)中大于長(zhǎng)柄葉。⑦與產(chǎn)量的相關(guān)性大小為角果＞短柄葉＞長(zhǎng)柄葉，在RSP內(nèi)光合性狀數(shù)值與產(chǎn)量的相關(guān)性大小為持續(xù)時(shí)間＞均值＞最大值;油菜3類(lèi)主要光合器官間的光合特性、對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)存在顯著差異，在進(jìn)行高光效種質(zhì)篩選和高光效育種時(shí)，應(yīng)對(duì)多個(gè)光合器官、不同時(shí)期的光合性狀進(jìn)行綜合比較。

甘藍(lán)型油菜;3類(lèi)主要光合器官;相對(duì)穩(wěn)定期;光合性狀;產(chǎn)量貢獻(xiàn);差異

油菜可進(jìn)行光合作用的綠色組織包括葉片、莖枝和角果皮，主要的光合功能器官有長(zhǎng)柄葉(Longpetiole leaf LPL)、短柄葉(Short-petiole leaf SPL)和綠色角果皮(Green pod skin GPS)［1］，在整個(gè)生育期內(nèi)光合功能器官交替變化，光合特性較為復(fù)雜［1－3］;多年以來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)油菜光合特性和機(jī)理的研究多集中在特定時(shí)期，特定條件下對(duì)葉片光合特性的研究［2－7］，對(duì)角果的光合特性鮮有研究，對(duì)油菜的光合光合特性評(píng)價(jià)也多以特定時(shí)期葉片的光合特性為主，因而造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際有較大的差異;油菜的長(zhǎng)柄葉、短柄葉、角果的生長(zhǎng)環(huán)境、著生位置存在較大差異［1－2，7－8］，李寒冰等發(fā)現(xiàn)油菜角果的氣孔直徑比葉片大，但氣孔指數(shù)卻較小［9］，張耀文、趙小光等發(fā)現(xiàn)油菜角果的日變化特性和葉片(短柄葉)均為“雙峰曲線(xiàn)”，但峰值出現(xiàn)的時(shí)間比葉片(短柄葉)推遲，氣孔導(dǎo)度明顯較低;油菜葉片(短柄葉)和角果對(duì)相同光照強(qiáng)度、溫度、CO2濃度等的反應(yīng)不同，在同等條件下(光照強(qiáng)度、空氣溫度、CO2濃度等)2者的氣體交換參數(shù)有較大差異，角果更耐高溫和高光強(qiáng)［7－8，10］;以上研究?jī)H著眼于油菜葉片(短柄葉)和角果在特定時(shí)間、特定條件下氣體交換參數(shù)的差異，至于油菜三類(lèi)主要光合器官間其光合性狀的發(fā)展過(guò)程、數(shù)值差別尚未見(jiàn)報(bào)道;光合性狀是作物自身生理變化和對(duì)外界因素反應(yīng)的綜合結(jié)果［1，11－12］，光合器官的功能發(fā)展過(guò)程一般為快速增長(zhǎng)期(Rapid growth period RGP)、相對(duì)穩(wěn)定期(Relatively stable period RSP)和衰退期(Decline phase DP)，相對(duì)穩(wěn)定期(RSP)的光合性狀功能較為旺盛和穩(wěn)定，能夠較為準(zhǔn)確反映作物的光合特性，比較結(jié)果也相對(duì)準(zhǔn)確［11－14］，本實(shí)驗(yàn)以生產(chǎn)上大面積應(yīng)用的4套細(xì)胞質(zhì)雄性不育雜種及其親本為材料，對(duì)多種光合特性的變化規(guī)律、相對(duì)穩(wěn)定期的持續(xù)時(shí)間、最大值、均值、雜種優(yōu)勢(shì)及與產(chǎn)量的相關(guān)性等進(jìn)行了比較，以期能夠揭示3者間差異的基本規(guī)律，為研究油菜的光合特性、鑒別和篩選油菜高光效種質(zhì)及開(kāi)展高光效育種工作提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

材料來(lái)源于陜西省雜交油菜研究中心選育的4個(gè)甘藍(lán)型油菜細(xì)胞質(zhì)雄性不育雜種及其親本(不育系、保持系和恢復(fù)系)(表1)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2009年9月到2010年6月在陜西省雜交油菜中心大荔試驗(yàn)基地進(jìn)行，每個(gè)雜交種及其親本作為一個(gè)處理，4個(gè)處理之間隨機(jī)排列，每個(gè)處理內(nèi)部的4個(gè)材料(即雜種F1和3個(gè)親本材料)間也按隨機(jī)方式排列，每個(gè)材料種植6行，面積為10.8m2，試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)重復(fù);在油菜苗期3～5葉期，按照22.5萬(wàn)株/hm2的密度定苗。

表1 試驗(yàn)材料Table 1 Experimentalmaterials

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 光合面積①取樣:按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)在不同生長(zhǎng)時(shí)期每材料取10株代表性樣品，到達(dá)間隔固定時(shí)間時(shí)重復(fù)取樣;②葉片(長(zhǎng)柄葉、短柄葉)面積:用LI-3000A葉面積儀，測(cè)定整株綠葉面積;③莖桿面積:分別用直尺測(cè)量莖桿長(zhǎng)L，用游標(biāo)卡尺在莖桿的1/3和2/3處測(cè)量直徑D1、D2，按照S=3.14×(D1+D2)/2×L計(jì)算莖桿面積;④角果皮面積:在對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的角果數(shù)(N)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，每材料從不同部位取100個(gè)角果，用游標(biāo)卡尺量果身長(zhǎng)(L)、在1/3和2/3處量角果寬(W1、W2)和厚(T1、T2)，按照S=3.14×(W1+W2+T1+T2)/4×L×(0.8+0.2/3)×N計(jì)算單株數(shù)角果皮面積［4，15］;④光合面積:按照光合面積=綠葉面積+綠色角果皮面積+綠色莖干面積進(jìn)行計(jì)算。

1.3.2 光合氣體交換參數(shù)測(cè)定①葉片:分別選擇第6～8葉位長(zhǎng)柄葉(苗期)、倒2～4葉位短柄葉(花期)，用Li-6400光合作用測(cè)定系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)定，每材料測(cè)定12片葉子。②角果:選擇提前標(biāo)定的4月1日開(kāi)花的主序和倒1、2分枝的第15～20果位的角果，每材料測(cè)定14個(gè)角果。③按照張耀文等方法測(cè)定角果皮面積和光合參數(shù)的重新計(jì)算［4，7－8，15］。④測(cè)定指標(biāo)有凈光合速率(PnμmolCO2m－2s－1)，氣孔導(dǎo)度(GsmmolH2Om－2s－1)，胞間CO2濃度(Ciμmol/mL)、蒸騰速率(TrmmolH2Om－2s－1)、氣孔限制值(Ls)和水分利用效率［WUEμmolCO2(mmolH2O］－1等。

1.3.3 群體凈光合速率①群體生長(zhǎng)量:每材料取10株，按根、莖、葉、角果等部位分別烘干稱(chēng)重，將所有部位重量相加;②群體生長(zhǎng)速率:按照QN= (SN+1－SN)/(MN+(MN+1－MN)/2/D進(jìn)行計(jì)算，式中Q:群體光合速率，N:第N次取樣，S:光合群體物質(zhì)凈合成量，M:光合面積，D:第N次和N+1次取樣之間間隔的天數(shù)［15］。

1.3.4 葉綠素含量測(cè)定①葉片:分別從2009年10月17日、2010年3月23日開(kāi)始每材料選擇10株，對(duì)剛展開(kāi)的第7葉位長(zhǎng)柄葉、倒2葉位短柄葉進(jìn)行標(biāo)記，每隔3 d在每片葉子的4個(gè)固定部位用SPAD502葉綠素測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定，取平均數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析;②角果皮:2010年4月7日開(kāi)始日取每材料已標(biāo)記(均為4月1日開(kāi)花)的主花序和倒1分枝的30個(gè)角果，從果柄處沿中軸線(xiàn)將果身剖開(kāi)去掉子粒后，將中部1/3左右的角果皮剪碎混勻，準(zhǔn)確稱(chēng)取1 g迅速放入丙酮－乙醇(1∶1)混合液中，置黑暗處提取72 h，稀釋定容后用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)Beckman DUS640進(jìn)行比色測(cè)定［3］，取平均數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，每4 d重復(fù)1次。

圖1 油菜3類(lèi)主要光合器官間葉綠素含量的比較Fig.1 Comparison of chlorophyll content in 3 typemain photosynthetic organs of Brassica napus

1.4 數(shù)據(jù)處理

①功能期劃分:按張榮銑的標(biāo)準(zhǔn)［10］劃分光合性狀變化期，以最大值的±85%為相對(duì)穩(wěn)定期［13－14］;②數(shù)據(jù)處理:所有數(shù)據(jù)用Excel 2003整理后，用SPSS 13.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，雜種優(yōu)勢(shì)(中親優(yōu)勢(shì)(MP %))=(F1－雙親均值)/雙親均值×100%，用相關(guān)系數(shù)計(jì)算親子相關(guān)性［15－17］。

2 結(jié)果與分析

2.1 油菜3類(lèi)主要光合器官間葉綠素含量的比較

3類(lèi)光合器官的葉綠素含量的變化均為“單峰曲線(xiàn)”，其中短柄葉(SPL)的變化最大，曲線(xiàn)較陡峭，而角果(GPS)的變化則最小，曲線(xiàn)較平緩;長(zhǎng)柄葉(LPL)、短柄葉(SPL)、角果(GPS)葉綠素含量的相對(duì)穩(wěn)定期(RSP)分別為10月21日至12月9日，3月25日至4月24日，4月12日至5月10日(圖1A)。角果葉綠素含量RSP的持續(xù)時(shí)間為(26.25± 1.63)d，分別比同品種的長(zhǎng)柄葉、短柄葉低(42.60 ±3.03)%、(53.36±1.82)%，而短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(23.03±3.31)%(圖1B);角果葉綠素的最大值為(0.185±0.013)mg·g－1，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉的最大值低(86.82±0.71)%、(88.47±0.53)%，而短柄葉的最大值則比長(zhǎng)柄葉高(14.28±2.0)%;在RSP期內(nèi)角果葉綠素均值為(0.169±0.011)mg.g－1，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉低(87.05±1.91)%、(88.52±1.48)%;短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(12.87±1. 01)%，以上表明，油菜3類(lèi)主要光合器官間葉綠素含量在RSP的持續(xù)時(shí)間、最大值、均值均為短柄葉＞長(zhǎng)柄葉＞角果。

2.2 油菜3類(lèi)主要光合器官間氣體交換參數(shù)的比較

角果的凈光合速率(Pn)為(11.51±1.10) μmolCO2·m－2·S－1，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉低(38.15±6.16)%、(51.72±5.49)%，而短柄葉則比長(zhǎng)柄葉高(28.32±2.37)%;角果的氣孔導(dǎo)度(Gs)為(0.16±0.11)mmolH2O·m－2·S－1分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉低(52.40±9.13)%、(63.03±5.19)%，短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(27.99±8.49)%;角果的胞間CO2濃度(Ci)為(256.54±3.43)μmolCO2比長(zhǎng)柄葉低(11.20±2.24)%，比短柄葉高(7.60±1.23) %，短柄葉比長(zhǎng)柄葉低(17.44±2.70)%;角果的蒸騰速率(Tr)為(6.43±0.33)mmolH2O·m－2·S－1分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉高(89.36±18.13)%、(32.65±11.38)%，短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(42.67±4.09) %;角果的氣孔限制值(Ls)為(0.361±0.02)比長(zhǎng)柄葉高(30.83±14.04)%、比短柄葉低(9.95±1.82)%，而短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(45.39±16.49)%;角果的水分利用效率(WUE)為(1.79±0.172) μmolCO2·(mmolH2O)－1分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉低(66.90±5.64)%、(63.31±5.56)%，短柄葉比長(zhǎng)柄葉低(10.01±1.98)%。從以上比較可發(fā)現(xiàn)，油菜3類(lèi)主要光合器官的6個(gè)氣體交換參數(shù)間的比較結(jié)果為Pn、Gs為短柄葉＞長(zhǎng)柄葉＞綠色角果皮，Ci為長(zhǎng)柄葉＞綠色角果皮＞短柄葉，Tr為綠色角果皮＞短柄葉＞長(zhǎng)柄葉，Ls為短柄葉＞綠色角果皮＞長(zhǎng)柄葉，WUE為長(zhǎng)柄葉＞短柄葉＞綠色角果皮。

圖2 油菜3類(lèi)主要光合器官氣體交換參數(shù)的比較Fig.2 Comparison gas exchange parameters in 3 typemain photosynthetic organs of Brassica napus

圖3 3類(lèi)主要光合器官光合面積的比較Fig.3 Comparison of photosynthetic area in 3 typemain photosynthetic organs of Brassica napus L.

2.3 油菜3類(lèi)主要光合器官間光合面積的比較

在3類(lèi)光合器官中，角果光合面積的變化最大曲線(xiàn)較陡峭，而短柄葉的變化則最小曲線(xiàn)較緩;長(zhǎng)柄葉、短柄葉、角果光合面積相對(duì)穩(wěn)定期分別為11月27日至12月4日，3月27至4月22日，5月7日至5月20日(圖3A);角果光合面積RSP的持續(xù)時(shí)間為(14±0.79)d，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉低(42.01± 1.79)%、(32.01±7.35)%，而短柄葉比長(zhǎng)柄葉低(13.95±6.34)%(圖3B);在RSP期內(nèi)角果的最大光合面積(單株)為(4093.21±258.79)cm2，分別比長(zhǎng)柄、短柄葉高(258.71±16.21)%、(68.46±2.34)%，短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(112.86±9.17)%;角果平均光合面積(單株)均值為(3706.48±292.3) cm2，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉分別高(254.15±20.73)%、(66.01±1.79)%，短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(113.23±10.26)%(圖3C);以上對(duì)油菜3類(lèi)主要光合器官間光合面積的比較結(jié)果顯示，光合面積的RSP持續(xù)時(shí)間為長(zhǎng)柄葉＞短柄葉＞角果，而最大光合面積、光合面積均值則為角果＞短柄葉＞長(zhǎng)柄葉。

2.4 油菜3類(lèi)主要光合器官群體光合物質(zhì)凈合成量的比較

在3類(lèi)光合器官中，角果的群體光合物質(zhì)凈合成量變化最大，長(zhǎng)柄葉的變化最小，長(zhǎng)柄葉、短柄葉、角果群體光合物質(zhì)凈合成量的相對(duì)穩(wěn)定期分別為12月12日至12月21日，4月1日至4月11日，5月12日至5月26日(圖4A)。角果群體光合物質(zhì)凈合成量RSP的持續(xù)時(shí)間為(12±0.71)d，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉高(66.06±10.88)%、(26.64±5.11)%，而短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(31.63±13.54)% (圖4B);在RSP內(nèi)，角果的群體光合物質(zhì)凈合成量(單株)的最大值為(119.71±4.53)g，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉高(515.21±54.40)%、(148.63±)%，短柄葉比長(zhǎng)柄葉高149.67±34.98)%;角果的群體光合物質(zhì)凈合成量(單株)的均值為(114.74±4.95)g，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉高(512.33±52.79) %、(144.60±20.01)%，短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(152.24±33.05)%(圖4C);以上比較顯示，油菜3類(lèi)主要光合器官群體光合物質(zhì)凈合成量的RSP的持續(xù)時(shí)間、最高值、均值均為角果＞短柄葉＞長(zhǎng)柄葉。

2.5 3類(lèi)主要光合器官間群體凈光合速率的比較

圖4 3類(lèi)主要光合器官群體光合物質(zhì)凈合成量的比較Fig.4 Comparison of population photosynthetic net synthetic amount in 3 typemain photosynthetic organs of Brassica napus L.

在3類(lèi)光合器官中，短柄葉的群體凈光合速率的變化最大，長(zhǎng)柄葉的變化最小，長(zhǎng)柄葉、短柄葉、角果群體凈光合速率的相對(duì)穩(wěn)定期別為11月14日至12月21日，3月10日至3月21日，5月14日至5月20日(圖5A);角果群體凈光合速率RSP持續(xù)時(shí)間為(6.88±1.10d)，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉低(12.60±1.59)%、(29.92±6.44)%，而短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(25.50±12.0)%(圖5B);在RSP內(nèi)，角果的群體凈光合速率的最大值為(7.02±1.10)g· m－2·d－1，比長(zhǎng)柄葉高(37.84±12.71)%，比短柄葉低(22.40±6.96)%，而短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(78. 55±10.66)%;角果的群體凈光合速率的均值為(6.35±0.66)g·m－2·d－1，比長(zhǎng)柄葉高(39.96± 13.06)%，比短柄葉低(20.86±5.98)%，短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(76.35±15.83)%(圖5C);以上對(duì)油菜3類(lèi)主要光合器官群體凈光合速率的比較結(jié)果顯示，RSP的持續(xù)時(shí)間為短柄葉＞長(zhǎng)柄葉＞角果，在RSP內(nèi)最大值、均值為短柄葉＞角果＞長(zhǎng)柄葉。

圖5 3類(lèi)主要光合器官群體凈光合速率變化的比較Fig.5 Comparison of population photosynthetic net synthesis rate in 3 typemain photosynthetic organs of Brassica napus L.

2.6 3類(lèi)主要光合器官間光合性狀雜種優(yōu)勢(shì)的比較

油菜品種光合性狀間雜種優(yōu)勢(shì)大小為光合面積(平均57.53%±19.0%)＞群體光合物質(zhì)凈合成量(42.16%±12.60%)＞葉綠素含量(1.46%± 1.76%)＞群體凈光合速率(－7.63%±12.62 %)，6個(gè)氣體交換參數(shù)的雜種優(yōu)勢(shì)大小為Gs(5.08 %±9.29%)＞Tr(3.14%±2.44%)＞Pn(2.21 %±3.95%)＞W(wǎng)UE(1.38%±3.46%)＞Ls(1.18 %±4.59%)＞Ci(0.37%±5.69%)(圖6A)。3類(lèi)主要光合器官之間相比較，角果葉綠素含量的雜種優(yōu)勢(shì)為－0.46%±0.81%，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉低(2.03%±0.84%)、(5.31%±2.01%)，而短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(1.70%±0.55%);角果光合面積的雜種優(yōu)勢(shì)為(88.18%±13.51%)，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉高(45.86%±17.19%)、(42.16% ±14.17%)，而長(zhǎng)柄葉和短柄葉間無(wú)顯著差異;角果群體光合物質(zhì)凈合成量的雜種優(yōu)勢(shì)為(57.19% ±7.24%)，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉高為(28.76% ±3.40%)、(16.32%±6.31%)，短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(12.44%±3.24%);角果群體凈光合速率的雜種優(yōu)勢(shì)為(－23.04%±3.48%)，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉低(26.32%±7.0%)、(19.89%±5.99 %)，短柄葉與長(zhǎng)柄葉相比較，品種P1、P2分別低13.89%、20.73%，而P4則高8.03%，品種P3之間無(wú)顯著差異;角果凈光合速率(Pn)的雜種優(yōu)勢(shì)為(－1.61%±3.44%)，比長(zhǎng)柄葉、短柄葉低(3.80 %±1.72%)、(7.66%±4.27%)，短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(3.86%±2.87%);角果氣孔導(dǎo)度(Gs)的雜種優(yōu)勢(shì)為(－4.11%±1.92%)，比長(zhǎng)柄葉、短柄葉低(9.49%±5.34%)、(16.57%±5.84%)，而短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(7.08%±4.36%);角果胞間CO2濃度(Ci)的雜種優(yōu)勢(shì)為(－2.11%±0.73 %)，比長(zhǎng)柄葉、短柄葉低(3.17%±1.34%)、(4.27%±1.77%)，而短柄葉與長(zhǎng)柄葉相比較，P1、P3間無(wú)差異，P2低2.98%，P4高4.93%;角果胞間蒸騰速率(Tr)的雜種優(yōu)勢(shì)為(－3.08%±2.63%)，比長(zhǎng)柄葉、短柄葉低(7.03%±4.0%)、(12.32% ±4.82%)，而短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(5.29%±2.65 %);角果氣孔限制值(Ls)的雜種優(yōu)勢(shì)為(5.19%± 2.0%)，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉高(8.29%±3.02 %)、(4.18%±1.13%)，而短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(4.11%±2.45%);角果水分利用效率(WUE)的雜種優(yōu)勢(shì)為(3.82%±2.09%)，比長(zhǎng)柄葉高(4.54% ±1.24%)，與短柄葉比較，品種P1、P3分別高5.22%、6.81%，P4低4.66%，短柄葉與長(zhǎng)柄葉相比較，P1、P3無(wú)差異，P2、P4高6.10%、7.34%。從以上的比較可發(fā)現(xiàn)，在3類(lèi)光合器官間，角果光合面積、群體光合凈物質(zhì)合成量的雜種優(yōu)勢(shì)最大，而群體凈光合速率、葉綠素含量的雜種優(yōu)勢(shì)則最小，短柄葉葉綠素含量、群體光合物質(zhì)凈合成量的雜種優(yōu)勢(shì)高于長(zhǎng)柄葉，而短柄葉光合面積的雜種優(yōu)勢(shì)與長(zhǎng)柄葉無(wú)明顯差異;6個(gè)氣體交換參數(shù)中，角果的雜種優(yōu)勢(shì)在Pn、Gs、Ci、Tr等4個(gè)參數(shù)中為最低，而在Ls則最高，短柄葉的雜種優(yōu)勢(shì)在Pn、Gs、Tr、Ls等4個(gè)參數(shù)中大于長(zhǎng)柄葉。

2.7 3類(lèi)主要光合器官間光合性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性的比較

圖6 3類(lèi)主要光合器官光合性狀雜種優(yōu)勢(shì)的比較Fig.6 Comparison of heterosis of photosynthetic traits in 3 typemain photosynthetic organs of Brassica napus

圖7 3類(lèi)主要光合器官與產(chǎn)量相關(guān)性的比較Fig.7 Comparison of correlation between yield and photosynthetic traits in 3 typemain photosynthetic organs of Basic napus.

油菜產(chǎn)量與光合性狀的相關(guān)性大小為群體凈光合速率(平均0.59±0.19)＞群體物質(zhì)凈合成量(0.47±0.13)＞光合面積(0.32±0.12)＞葉綠素含量(0.27±0.08)，在相對(duì)穩(wěn)定期內(nèi)持續(xù)時(shí)間(DT)與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為(0.48%±0.19%)，分別比最大值(MV)、均值(AV)高(44.57%±25.57%)、(16.97%±10.29%)，均值比最大值高(23.27%±15.17%)，在3類(lèi)主要光合器官間，角果與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為(0.56±0.20)，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉高(104.57%±25.52%)、(33.31%±12.92%)，短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(54.27%±21.55%);主要?dú)怏w交換參數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)性大小為Pn(0.41±0.12)＞W(wǎng)UE(0.32±0.08)＞Gs(0.27±0.07)＞Ls(0.24 ±0.05)＞Ci(－0.20±0.09)＞Tr(－0.27±0.08)，在3類(lèi)光合器官間，角果與產(chǎn)量的相關(guān)性系數(shù)為(0.17±0.35)，分別比長(zhǎng)柄葉、短柄葉高(83.26 %±18%)、(37.95%±13.74%)，短柄葉比長(zhǎng)柄葉高(34.52%±21.65%)。以上比較顯示:在RSP內(nèi)，光合性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性大小為持續(xù)時(shí)間(DT)＞均值(AV)＞最大值(MV)，在3類(lèi)光合器官間大小為角果＞短柄葉＞長(zhǎng)柄葉。

3 討論

3.1 油菜3類(lèi)主要光合器官間的光合特性有明顯差異

近年來(lái)越來(lái)越多研究結(jié)果認(rèn)為，對(duì)油菜進(jìn)行光合生理的研究，篩選(創(chuàng)造)高光效種質(zhì)，結(jié)合雜優(yōu)利用進(jìn)行高光效育種是目前和今后油菜高產(chǎn)育種的重要內(nèi)容［2，4，6，15，18］。油菜歷經(jīng)秋、冬、春3個(gè)季節(jié)，生育期長(zhǎng)達(dá)200多天，主要光合器官有長(zhǎng)柄葉、短柄葉和綠色角果，不同時(shí)期的起主導(dǎo)作用的光合器官不同;目前對(duì)油菜進(jìn)行光合生理的研究較少，有限的研究也多是在特定時(shí)期，特定條件下，對(duì)特定部位(葉片)的研究［1－2，7－8］，所得結(jié)論難免有很大的局限性;相對(duì)穩(wěn)定期(RSP)的光合性狀功能較為旺盛和穩(wěn)定，能夠較為準(zhǔn)確反映作物的光合特性，比較結(jié)果也相對(duì)準(zhǔn)確［11－14］。本實(shí)驗(yàn)對(duì)油菜3類(lèi)光合器官在相對(duì)穩(wěn)定期(RSP)內(nèi)光合性狀的比較結(jié)果顯示:3者在葉綠素含量、光合面積、氣體交換參數(shù)、群體光合物質(zhì)合成量、群體凈光合速率等光合性狀的RSP持續(xù)時(shí)間，最大值、均值數(shù)值大小等方面均存在較大差異，其原因可能在于3者的生長(zhǎng)環(huán)境、著生位置存在較大差異，長(zhǎng)期的自然選擇和進(jìn)化導(dǎo)致3者在組織結(jié)構(gòu)、對(duì)光照、溫度等產(chǎn)生的反應(yīng)不同，同時(shí)隨光合器官自身的生長(zhǎng)狀況、外界生長(zhǎng)環(huán)境條件的變化，不同時(shí)期的光合器官的光合機(jī)能的效率也會(huì)不同，因而在進(jìn)行油菜的光合特性研究、高光效種質(zhì)材料選擇及高光效育種時(shí)，不能僅限于對(duì)特定器官、特定時(shí)期對(duì)特定光合性狀的比較，應(yīng)對(duì)多個(gè)光合器官、不同時(shí)期的光合性狀進(jìn)行綜合比較。

3.2 油菜3類(lèi)主要光合器官光合性狀的雜種優(yōu)勢(shì)不同

雜種優(yōu)勢(shì)的有無(wú)和大小是能否利用雜種優(yōu)勢(shì)進(jìn)行作物改良的基礎(chǔ)［16－19］，關(guān)于油菜光合特性的雜種優(yōu)勢(shì)，一直都存在較大爭(zhēng)議，前人認(rèn)為雜種F1在光合面積方面優(yōu)勢(shì)十分明顯，葉綠素含量、氣孔數(shù)目、光合作用酶等方面也存一定的雜種優(yōu)勢(shì)，但光合速率無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)［12，15，17，19］;本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與前人有所不同，油菜的光合面積(平均57.53%±19.0%)、群體光合物質(zhì)合成量(42.16%±12.60%)有明顯的正向雜種優(yōu)勢(shì)，葉綠素含量的雜種優(yōu)勢(shì)(1.46% ±1.76%)相對(duì)較小，群體凈光合速率(－7.63% ±12.62%)在大多時(shí)期表現(xiàn)為明顯的負(fù)向雜種優(yōu)勢(shì)，主要?dú)怏w交換參數(shù)在一定時(shí)期有明顯雜種優(yōu)勢(shì); 3類(lèi)光合器官之間相比較，角果在光合面積、群體光合物質(zhì)合成量的雜種優(yōu)勢(shì)最大，而在群體凈光合速率、葉綠素含量的雜種優(yōu)勢(shì)則最小，短柄葉葉綠素含量、群體光合物質(zhì)凈合成量的雜種優(yōu)勢(shì)高于長(zhǎng)柄葉;角果在Pn、Gs、Ci、Tr等4個(gè)氣體交換參數(shù)中的雜種優(yōu)勢(shì)為最低，而Ls則最高，短柄葉在Pn、Gs、Tr、Ls4個(gè)參數(shù)的雜種優(yōu)勢(shì)中大于長(zhǎng)柄葉，說(shuō)明在不同時(shí)期，油菜不同光合功能器官的雜種優(yōu)勢(shì)不同，因而在利用雜種優(yōu)勢(shì)進(jìn)行油菜高光效雜交組合選配時(shí)，應(yīng)根據(jù)親本的不同的光合器官的光合性狀，選擇合適的指標(biāo)進(jìn)行綜合比較篩選和組合選配。

3.3 油菜3類(lèi)主要光合器官的光合性狀對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)不同

油菜80%的經(jīng)濟(jì)效益來(lái)自于種子，獲得高產(chǎn)(油)的種子是油菜育種的目標(biāo)［2，3，15，18，20］，因此與產(chǎn)量的相關(guān)性大小是進(jìn)行材料選擇、組合選配的的重要依據(jù)，本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示油菜3類(lèi)光合器官與產(chǎn)量有較強(qiáng)的相關(guān)性，表明通過(guò)高光效育種提高油菜的種子產(chǎn)量具有一定的可行性;光合性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性大小為群體凈光合速率＞群體物質(zhì)凈合成量＞光合面積＞葉綠素含量，在相對(duì)穩(wěn)定期內(nèi)持續(xù)時(shí)間(DT)＞均值＞最大值，在3類(lèi)主要光合器官中，所有的光合性狀均為角果＞短柄葉＞長(zhǎng)柄葉，則說(shuō)明在對(duì)高光效種質(zhì)篩選時(shí)，不能僅憑某個(gè)時(shí)期的單一或少數(shù)指標(biāo)的比較結(jié)果為準(zhǔn)，應(yīng)對(duì)材料的不同時(shí)期的光合特性進(jìn)行綜合比較;在對(duì)光合性狀比較時(shí)，應(yīng)以光合性狀RSP的持續(xù)時(shí)間和均值為主進(jìn)行比較，在光合材料篩選時(shí)，應(yīng)以角果和短柄葉的光合性狀特性為主對(duì)油菜材料及組合進(jìn)行比較;同時(shí)在獲得具有高光效特性的基礎(chǔ)上，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)種質(zhì)材料結(jié)實(shí)性、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的選擇和改良，使高光效特性能盡量在產(chǎn)量上體現(xiàn)。

4 結(jié)論

油菜3類(lèi)主要光合器官(長(zhǎng)柄葉、短柄葉和綠色角果皮)在葉綠素含量、光合面積、氣體交換參數(shù)、群體光合物質(zhì)合成量、群體凈光合速率等光合性狀的相對(duì)穩(wěn)定期(RSP)持續(xù)時(shí)間，最大值、均值數(shù)值大小等均有明顯差別，不同光合性狀在不同時(shí)期的雜種優(yōu)勢(shì)大小、產(chǎn)量的相關(guān)性大小不同，3類(lèi)光合器官的光合性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性均為角果＞短柄葉＞長(zhǎng)柄葉，在相對(duì)穩(wěn)定期內(nèi)持續(xù)時(shí)間(DT)＞均值＞最大值;以不同時(shí)期的光合性狀RSP的持續(xù)時(shí)間和均值進(jìn)行油菜的光合特性綜合比較，以角果和短柄葉的光合性狀的比較結(jié)果為主進(jìn)行油菜高光效種質(zhì)材料篩選比較，根據(jù)親本不同光合器官的光合性狀的雜種優(yōu)勢(shì)，選擇合適的指標(biāo)進(jìn)行高光效組合選配和比較篩選，加強(qiáng)對(duì)高光效種質(zhì)材料產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的選擇和改良，通過(guò)提高光合效率達(dá)到“高產(chǎn)高效高抗”目的。

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(責(zé)任編輯 李潔)

Com parison of Photosynthetic Traits in Three M ain Photosynthetic Organs of Brassica napus during Relatively Stable Period

ZHANG Yao-wen1，2，ZHAO Xiao-guang1，GUAN Zhou-bo1，WANG Xue-fang1，HOU Jun-li1，TIAN Jian-hua1，LIDian-rong1，LU Qing-tao2，LU Cong-ming2
(1.Hybrid Rapeseed Research Center of Shaanxi Province，Shaanxi Rapeseed Branch of National Oil Crops Genetic Improvement Center，Shaanxi Yangling 712100，China;2.Key Laboratory of Photoiology，Institute of Botany，Chinese Academy Science，Beijing100093，China)

In order to explore the difference of photosynthetic characteristics and contribution to the output among different photosynthetic organ of rapeseed，four cytoplasmic male sterility hybrids of Brassica napus and their parentswere asmaterials to compare the relatively stable period duration，maximum value，mean value，heterosis and correlation with yield on photosynthetic area，main gas exchange parameter，population photosynthetic net synthetic amount and population photosynthetic net synthesis rate etc.in threemain photosynthetic organs including long-petiole leaf，short-petiole leaf and green pod.The results showed that:(i)Relatively stable period duration，maximum value，mean value of chlorophyll contentwere all short-petiole leaf(SPL)＞long-petiole leaf(LPL)＞grain pod skin(GPS);(ii)In sixmain gas exchange parameters，net photosynthetic rate and stomatal conductance were short-petiole leaf＞long-petiole leaf＞pod，intercellular CO2concentration was long-petiole leaf＞pod＞short-petiole leaf，transpiration rate was pod＞short-petiole leaf＞long-petiole leaf，stomatal limitation valuewas short-petiole leaf＞pod＞long-petiole leaf，water use efficiency was long-petiole leaf＞short-petiole leaf＞pod;(iii)Relatively stable period duration of photosynthetic area was long-petiole leaf＞short-petiole leaf＞pod，butmaximum value andmean value of photosynthetic areawere pod＞short-petiole leaf＞long-petiole leaf;(iv)Relatively stable period duration，maximum value，mean value of population photosynthetic net synthetic amount were all pod＞short-petiole leaf＞long-petioleleaf;(v)Relatively stable period duration of population photosynthetic net synthesis rate was short-petiole leaf＞long-petiole leaf＞pod，butmaximum value and mean value of thatwere short-petiole leaf＞pod＞long-petiole leaf;(vi)The heterosis of photosynthetic area and population photosynthetic net synthetic amount of pod were the highest in three photosynthetic organs but population photosynthetic net synthesis rate and chlorophyll contentof pod were the lowest.Heterosis of chlorophyll contentand population photosynthetic net synthetic amount of short-petiole leaf were higher than long-petiole leaf.Heterosis of net photosynthetic rate，stomatal conductance，intercellular CO2concentration and transpiration rate of pod the were the lowest in three photosynthetic organs and that of stomatal limitation value in pod was the highest.Heterosis of net photosynthetic rate，stomatal conductance，stomatal conductance and stomata limitation value of short-petiole leaf were higher than that of short-petiole leaf;(vii)The correlation with yield was pod＞short-petiole leaf＞long-petiole leaf.In relatively stable period，correlation between photosynthetic traits and yield was duration＞mean value＞maximum value.There were the significant differences of photosynthetic characteristics and contribution to the outputamong threemain photosynthetic organs，it shouldmake a comprehensive comparison when screening germplasm resources and breeding varietieswith high photosynthetic efficiency.

Brassica napus;Three main photosynthetic organs;Relatively stable period;Photosynthetic traits;Contribution to the output; Difference

S635

A

1001－4829(2017)2－0296－09

10.16213/j.cnki.scjas.2017.2.010

2016－04－14

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFD0101304):國(guó)家油菜現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)(CARS-13);陜西省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃(2015KTC-21);陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目(2014KTCQ02-01，2015KTCQ02-20);楊凌示范區(qū)科技計(jì)劃(2015NY-17，2015NY-02);陜西省農(nóng)業(yè)協(xié)同與推廣聯(lián)盟項(xiàng)目(LM20160012)

張耀文(1972－)，男，陜西藍(lán)田人，副研究員，主要從事油菜光合生理和高光效育種研究，E-mail:517703939@qq.com。