全 文 ：© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 　艺 　学 　报 　2005, 32 (1) : 25～29
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2003 - 12 - 11; 修回日期 : 2004 - 02 - 17
基金项目 : 国家重点基础研究发展规划项目 ( G1998010100) ; 山东省自然科学基金项目 (Q99D10)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: sjzhao@ sdau1edu1cn)
高温强光下耐热性不同的两个甘蓝品种幼苗光合作
用差异的研究
付振书 1 　赵世杰 13 　孟庆伟 1 　魏佑营 2
(1 山东省作物生物学重点实验室 , 泰安 27018; 2 山东农业大学园艺学院 , 泰安 271018)
摘 　要 : 以耐热性不同的两个甘蓝 (B rassica oleracea L. var. capita ta) 品种为材料 , 对短期高温强光胁
迫下光合作用的差异做了初步探讨 , 结果表明 : 在叶温 40℃, 1200μmol·m - 2 ·s- 1的光强下 , ‘大牛心 ’
净光合速率比 ‘无粉 8号 ’高出约 30% , 与 28℃叶温下光合速率结果相比较 , 两品种分别降低 7%和
24% , 高温下 , 大牛心的光合速率显示较强的耐热性。40℃预处理后随着光强的升高 , 光系统 II ( PSII)
的电子传递效率 (ΦPSII) 和 PSII的激发能捕获效率 ( Fvpi/Fmpi) 持续下降 , 而非光化学猝灭 (NPQ ) 持续
增加 , 慢组分 ( q I) 一直维持在 NPQ的 10%左右 , NPQ的增加主要是快组分 ( qf) 的迅速增加。可见高
温强光胁迫下依赖于叶黄素循环的高能态猝灭是甘蓝幼苗叶片耗散过剩激发能的主要方式。然而两品种之
间ΦPSII、Fvpi/Fmpi、NPQ及其 qf和 q I均无显著性差异 , 且最大光化学效率 ( Fv/Fm ) , 细胞间隙 CO2 浓度
(Ci) , 光呼吸速率 ( Pr) 也无显著性差异。因此在短期高温强光胁迫下两品种净光合速率差异主要取决于
与光反应无关的非气孔限制。
关键词 : 甘蓝 ; 高温强光 ; 光合速率 ; ΦPSII; NPQ
中图分类号 : S 63511　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2005) 0120025205
Study on D ifference of Photosynthesis in Cabbage( B rassica oleracea L. ) Culti2
vars( Heat2sensitive and Heat2tolerant) a t H igh Tem pera ture in H igh L ight
Fu Zhenshu1 , Zhao Shijie13 , Meng Q ingwei1 , and W ei Youying2
(1 Shandong Key L abora tory of C rop B iology, Ta ipian 271018, China; 2 College of Horticulture, Shandong A gricultural U niversi2
ty, Ta ipian 271018, China )
Abstract: Two types of cabbage cultivars ( heat2sensitive and heat2tolerant) were used asmaterial to study
the difference of photosynthesis under short2term high temperature stress with high light. Results showed that
photosynthetic rate of‘Daniuxin’was app roximately 30% higher than that of‘W ufen 8’under 1200 mol·
m
- 2 ·s- 1 PFD when leaf temperature was 40℃. Compared with at 28℃, their photosynthetic rates decreased
7% and 24% , respectively. Under 40℃, the quantum yield of PSII electron transport (ΦPSII) and maximal
photochem ical efficiency of PSII in the light ( Fvpi/Fmpi) decreased with the increase of light, but non2photo2
chem ical quenching (NPQ) increased continuously, its slow2component ( q I) remained app roximately 10% of
NPQ, the increase of fast component ( qf) is the main factor leading to the increase of NPQ, indicating that
xanthophyll cycle2dependent‘high energy’quenching was the main mechanism for effectively dissipating the
excess excitation energy. However, there were no significant differences inΦPSII, Fvpi/Fmpi, NPQ, qf, q I be2
tween two types of cabbage cultivars. In addition, no significant difference was observed in maximal photochem2
ical efficiency of PSII ( Fv/Fm) , intercellular CO2 concentration (Ci) , photoresp iratory rate (Pr). Therefore,
the difference of photosynthetic rates between two cultivars under short2term high temperature stresswith the high
light m ight result from non2stomatal lim itation which had no relation with photoreaction p rocess.
Key words: B rassica oleracea L. var. capita ta L. ; H igh temperature and high light; Net photosynthetic
rate; ΦPSII; NPQ
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园 　　艺 　　学 　　报 32卷
甘蓝适宜在温和冷凉的气候下生长 , 夏季常受到高温、强光的胁迫 , 限制甘蓝周年生产。高
温伴随着强光胁迫易引起植物蛋白质的变性、膜伤害、光合作用下降等〔1〕, 导致产量和品质的下
降 , 而光合作用是植物对高温和强光胁迫最敏感的生理过程之一〔2〕, 尤其是光系统 Ⅱ ( PSⅡ) 在
高温胁迫时其电子传递很容易受到抑制 , PSⅡ的光化学效率降低 , 伴随着强光胁迫 , 导致植物不
能有效利用吸收的光能 , 产生大量的过剩激发能 , 使 PSⅡ反应中心发生失活甚至不可逆的破
坏〔3, 4〕。因此研究高温强光下植物光合作用的变化有助于更好的了解其对高温强光的适应性。目前
有关高温强光对甘蓝光合作用的研究较少 , 作者对甘蓝幼苗在短期高温不同光强下光合作用及叶
绿素荧光参数的变化进行研究 , 探讨高温强光的伤害机理 , 以期为夏季甘蓝的高产栽培和选育耐
热性品种提供有益的参考。
1　材料与方法
111　材料及处理
甘蓝育苗期为高温强光的夏季 , 通过对大量品种田间生长状况的观察 , 选择长势较差的 ‘无粉 8
号 ’和长势良好的 ‘大牛心 ’, 并对这两个品种进行了高温膜伤害度的测定 , 大牛心的半伤害温度为
42℃, 无粉 8号的半伤害温度为 38℃, 说明大牛心耐热性高于无粉 8号 , 两品种耐热性存在差异。
2003年 5月中旬将种子播于育苗盆中 , 土壤取自山东农业大学教学基地肥沃表土 , 自然条件下
生长 , 常规管理 , 以生长 1个月的幼苗进行试验。选取外形一致的幼苗叶片以英国 PP System s公司生
产的 C IRAS22型便携式光合作用测定系统进行叶片高温胁迫处理 , 控制叶片温度为 40℃, 通过调节
钨灯光源控制不同的光照强度 (200、500、800、1200、1600μmol·m - 2 ·s- 1 ) , 每种光强下均处理
30 m in, 然后进行各项指标的测定。
112　指标的测定
净光合速率 ( Pn) 采用 C IRAS22便携式光合作用系统测定 , 同步测定细胞间隙 CO2 浓度 (Ci)
和气孔导度 ( Gs)。光呼吸速率 ( Pr) 的测定是用 N2、CO2 和空气配制成含 2% O2 和 360μL·L - 1
CO2的低氧气体 , 对同一叶片分别在低氧气体和普通空气 (21% O2、360μL·L - 1 CO2 ) 下测定其
Pn, 二者之差即为 Pr。以英国 Hansatech科学仪器公司生产的 FMS2脉冲调制式荧光仪测定荧光参数。
测定光适应下的荧光参数时 , 荧光仪探头与 C IRAS22便携式光合作用测定系统的叶室联用 , 进行 Pn
测定的同时 , 测定光适应下的荧光参数 ( Fmpi、 Fs、 Fopi) , 各种参数的计算参见 Demm ing2Adam s与
Adam s〔5〕和 FMS2使用手册 (1998) , 然后在室温 (28℃) 下 , 黑暗恢复 10 m in, 测定最大光化学效
率 ( Fv/Fm) , 叶绿素荧光非光化学猝灭 (NPQ ) 及其组分 ( qf和 q I) 的计算参照 Quich和 Stitt的方
法〔6〕。以上每个测定至少重复 3次。
2　结果与分析
211　高温胁迫下两个甘蓝品种在不同光强下 Pn、
Pr的变化
大牛心和无粉 8号在室温 (叶片温度 28℃)
条件下 , 经过饱和光强 (1200μmol·m - 2 ·s- 1 )
适应后测定的 Pn分别为 1811μmol·m - 2 ·s- 1和
1616μmol·m - 2 · s- 1。在 40℃叶温不同光强下
处理 30 m in, 无粉 8号的 Pn在光强 500～1700
μmol·m - 2 ·s- 1下皆低于大牛心 (图 1) , 当光强
为 1200μmol·m - 2 ·s- 1时 , 大牛心的 Pn比无粉
8号高出约 30%。与 28℃叶温下光合速率结果相
图 1　两个甘蓝品种在 40℃不同光强下 Pn和 Pr的变化
F ig. 1　Changes of Pn and Pr in two types of cabbage
cultivars under var ious light in ten sities a t 40℃
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　1期 付振书等 : 高温强光下耐热性不同的两个甘蓝品种幼苗光合作用差异的研究 　
比较 , 大牛心和无粉 8号两品种分别降低 7%和
24% , 表明了高温下大牛心有更高的光合能力。
随着光强的升高 , Pr也略有增加 , 但是变化
幅度不大 (图 1)。在 1200μmol·m - 2 · s- 1的光
强下 , Pn达最大 , Pr也达最大 , 随着光强度的进
一步增加 Pr有所下降 , 但同一光强下 , 经 5%的
显著性极差检验 , 两品种间的 Pr无显著性差异。
212　高温胁迫下两个甘蓝品种在不同光强下 C i
和 Gs的变化
40℃下随着光强的升高 , 大牛心和无粉 8号
的 Ci下降 , 而 Gs则上升 (图 2) , 且大牛心的 Gs
显著高于无粉 8号 , 但采用 LSD法进行 5%的显
著性极差检验 , 两品种的 Ci值无显著性差异。这
图 2　两个甘蓝品种在 40℃不同光强下 C i和 Gs的变化
F ig. 2　Changes of C i and Gs in two types of cabbage
cultivars under var ious light in ten sities a t 40℃
表明在高温下无粉 8号的 Pn低于大牛心 , 并非是由于 Gs降低而导致 Ci降低的缘故。
213　高温胁迫下两个甘蓝品种在不同光强下 NPQ及其组分 qf和 q I的变化
图 3结果表明 , 随着光强的升高 , 大牛心和无粉 8号的 NPQ都大幅度的增加 , 500μmol·m - 2 ·
s
- 1下 NPQ分别为 0160和 0162, 1600μmol·m - 2 ·s- 1时 NPQ分别高达 2145和 2161, 但同一光强下 ,
两品种之间的 NPQ无显著性差异。说明在高温强光下 , 产生了大量过剩激发能〔7〕。
从图 3可以看出 , NPQ的主要组分为 qf和 q I, 当光强在 1200～1600μmol·m - 2 ·s- 1时 , 两个甘
蓝品种的 qf均可占到 NPQ的 80% ～90% , 而 q I一直维持在 1个较低的水平 , 占 NPQ的 10%的左右。
214　高温胁迫下两个甘蓝品种在不同光强下 Fv /Fm、ΦPS II和 Fvpi/Fm pi的变化
甘蓝幼苗叶片在高温下进行不同光强度的处理 , 在室温下暗适应 10 m in, 测定最大光化学效率 ,
可反映叶片光抑制的情况〔7〕, 从图 4可以看出 , 在不同的光强下 , Fv /Fm始终在 018～0185之间 , 随
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园 　　艺 　　学 　　报 32卷
着光强的增加 , 略有下降 , 表明无明显的光抑制现象发生 , 这与 q I维持较低的水平相一致 ; ΦPSII表
示光下 PSII的实际光化学效率 , Fvpi/Fmpi表示光适应下 PSII的最大光化学效率 , 可看出随着光强的升
高 , 两品种的ΦPSII和 Fvpi/Fmpi都有下降的趋势 (图 4) ; qP表示 PSII反应中心的开放程度 , ΦPSII
为 Fvpi/Fmpi与 qP的乘积 , 在处理期间 , qP变化不大 (数据未列 ) , 因此ΦPSII的下降主要由于 Fvpi/
Fmpi的下降引起 , Fvpi/Fmpi的下降意味着天线捕获激发能的效率下降 , 用于光化学反应的份额减少 ,
非光化学猝灭 (NPQ) 增加。但同一光强下 , 两品种间 Fv/Fm、ΦPSII和 Fvpi/Fmpi无显著性差异。
3　讨论
在夏季 , 高温往往伴随着强光通过影响作物的光化学反应速率 , 及光合酶类的活性来影响光合作
用 , 进而导致作物的产量降低。许大全等认为高温对光合作用的抑制是由非气孔因素引起 , 是 Rubi2
sco对 CO2的亲和力降低或光合机构关键成分的热稳定性降低等原因所致〔8〕。本试验结果表明 : 大牛
心和无粉 8号的 Pn明显不同 (图 1) , 在 1200μmol·m - 2 ·s- 1的光强下 , 大牛心的 Pn较无粉 8号高
约 30% , Gs也高于无粉 8号 , 但 Ci却无显著差异 , 说明无粉 8号的 Pn较大牛心低不是由于 Gs低导
致胞间 CO2 供应不足引起的。非光化学猝灭 (NPQ ) 在强光下可以耗散过剩的激发能 , 减少过剩光
能对 PSII反应中心的破坏〔9〕, NPQ主要由 qf和 q I两部分组成 , 其中 qf与高能态的猝灭有关 , 同时
还需要叶黄素循环的参与 , 叶黄素循环包括 3种成分 : 紫黄质 (V )、环氧玉米黄质 (A )、玉米黄质
( Z) , 在光下脱环氧化经 A形成 Z, 这一过程可以迅速耗散掉过剩的激发能〔10〕, q I与光抑制和光破
坏有关〔11〕。高温强光下 , NPQ可以有效的保护光合系统不受强光的破坏。本研究结果表明 , NPQ的
迅速增加主要是 qf的迅速增加 (图 3) , 可见在处理过程中依赖于叶黄素循环的高能态猝灭是甘蓝幼
苗叶片耗散过剩激发能的主要方式。同时非光合代谢的加强也可以耗散一部分过剩的光能 , 从图 1可
以看出 , 随着光强的增加 , Pr有增加的趋势 , 可能在减轻过剩激发能对反应中心的破坏方面起一定
的作用 , 但是与 NPQ相比 , Pr不是耗散过剩激发能的主要方式。与 NPQ的增加相伴随产生的往往是
PSII光化学效率的下降 , 高温强光下 , 两甘蓝品种幼苗叶片ΦPSII下降 , 主要是由于 PSII激发能捕
获效率 ( Fvpi/Fmpi) 下降所致 (图 4) , 在光能到达反应中心之前 , 通过保护性的热耗散将过剩的激发
能耗散掉〔12〕, 保护 PSII反应中心不受伤害。但是 , NPQ、Pr、ΦPSII和 Fvpi/Fmpi在两个品种之间却无
显著差异。
从以上分析可以看出 : 高温强光下 , 大牛心的 Pn显著高于无粉 8号 , 其差别不在光反应 , 我们
推测高温下大牛心的一些碳同化酶类 (如 Rubisco酶 ) 活性高于无粉 8号 , 可以将捕获的大多数的激
发能用于固定 CO2 , 而无粉 8号的一些碳同化酶类在高温下活性较低 , 因此捕获的大多数激发能可能
用于其它的电子传递途径 , 是不耐热的甘蓝品种在高温下的一种自我保护机制。
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收稿日期 : 2004 - 08 - 06; 修回日期 : 2004 - 11 - 24
基金项目 : 广东省自然科学基金项目 (003062)
扎米莲叶片块茎的诱导及其植株再生
施和平 1 　梁 　朋 1, 2 　 (1 华南师范大学生命科学学院 , 广东省植物发育生物工程重点实验室 , 广州 510631;
2 广东医学院生物学教研室 , 湛江 524023)
Tuber Induction of Zam iocu lcas zam iifo lia Engl. L eaf Explan ts and Its Plan t
Regenera tion
Shi Hep ing1 and L iang Peng1, 2 ( 1 Guangdong Key Lab of B iotechnology for Plant D evelopm ent, College of L ife Science,
South China N orm al U niversity, Guangzhou 510631, Ch ina; 2D epartm ent of General B iology, Guangdong M edical College,
Zhanjiang 524023, Ch ina)
关键词 : 扎米莲 ; 块茎形成 ; 植株再生 ; 叶片
中图分类号 : S 682　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2005) 0120029201
扎米莲 ( Zam iocu lcas zam iifolia Engl. ) 为近年从国外引进的天南星科扎米莲属的阴生观叶植物 , 适合室内栽培观
赏。取扎米莲浅黄绿色叶片用 011% HgCl2 溶液消毒后 , 将叶片切成小块 , 接入 MS培养基中 , 并添加不同浓度 42PU
〔N -苯基 - N - (4 -吡啶基 ) 脲 〕012～210 mg/L (单位下同 ) 或添加 62BA 210～410, NAA 0102～110, 2042D 0～
110和 42PU 012～110, 在光照 14 h、25℃下进行块茎的诱导。每锥形瓶接种 3～4个外植体 , 3次重复。
结果表明 , 叶片外植体在未添加植物生长调节剂或仅添加 42PU 012～210的 MS培养基上培养 8周后 , 未分化出
任何幼芽、球形块茎或幼根 , 仅观察到叶片外植体不同程度褐化或变黄。而在添加 62BA 210～410、NAA 0102～110、
2042D 0～110和 42PU 012～110的 MS培养基上培养 1周后 , 叶片外植体卷曲肿胀并增厚增宽 ; 4周后从增厚变粗的叶
片外植体切口附近或叶片表面产生浅绿色的球形小块茎 , 分化率约为 85% ～90% , 平均每个叶片外植体产生 3～6个
小块茎 (图版 , A) ; 随着培养时间的延长 , 球形小块茎数目也增多 , 体积增大 ; 并从其上部产生可长成具对生小复
叶的叶芽 (图版 , B)。培养 10周后 , 以叶片外植体在添加 2042D 015 + 62BA 310 +NAA 011 + 42PU 012的 MS培养基
上的球形块茎分化率最高 , 达 100% , 其频率为 10个 /叶片外植体 ; 而在相同培养基上继代培养 2周后 , 除继续分化
出幼小的球状块茎外 , 从最先形成的浅绿色球形块茎的上半部产生具叶鞘的小叶芽 , 其频率为每球状块茎 4～6个 ;
而在下半部则产生密布白色根毛的浅绿色粗壮根 , 生根频率为 3～6条 /球形块茎 (图版 , C)。具根的球状块茎试管
苗移栽至由椰糠、泥炭土和菜园土等量混合的基质中 (图版 , D) , 成活率可达到 100%。
本试验建立的扎米莲叶片快速繁殖系统中 , 叶片球状块茎的形成、叶芽的产生和幼根的形成都可在同一种培养基
上完成 , 且不经愈伤组织阶段 ; 大规模生产试管苗容易、有效 , 而且移栽成活率高。
图版说明 : A. 在 MS + 2042D 015 + 62BA 310 +NAA 011 + 42PU 012上培养 4周后产生小球茎 ; B. 在 MS + 2042D 110 + 62BA 410 +NAA
011 + 42PU 110上培养 10周后产生具叶芽的球形块茎 ; C. 具球形块茎、幼叶和幼根的再生植株 ; D. 盆栽再生植株。
Explana tion of pla tes: A. Tuber formation from leaf exp lants cultured on MS + 2042D 015 + 62BA 310 +NAA 011 + 42PU 012 for 4 weeks; B.
Tuber formation with leafy shoots from leaf exp lants cultured on MS + 2042D 110 + 62BA 410 +NAA 011 + 42PU 110 for 10 weeks; C. Tuber2re2
generated p lants with tubers from leaf exp lants; D. Pot2grown regenerated p lants with tubers.
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