全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2006, 33 (4) : 762～766
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2005 - 09 - 26; 修回日期 : 2005 - 11 - 21
基金项目 : 国家杰出青年科学基金资助项目 ( 30235029 ) ; 国家自然科学基金重点项目 ( 39830230 ) ; 国家 ‘863’项目
(2001AA247031) ; 教育部优秀青年教学科研奖励计划基金资助项目 ; 浙江省青年人才培养专项基金项目3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: yu@mail1hz1zj1cn)
油菜素内酯对黄瓜苗期叶片光合机构调节作用的研究
胡文海 1, 3 　黄黎锋 1 　毛伟华 1 　周艳虹 1 　喻景权 1, 23
(1 浙江大学园艺系 , 浙江杭州 310029; 2 农业部园艺植物生长发育与生物技术重点开放实验室 , 浙江杭州 310029;
3 井冈山学院生命科学系 , 江西吉安 343009)
摘 　要 : 011 mg·L - 1油菜素内酯 ( EBR) 处理黄瓜叶片后能显著提高净光合速率 ( Pn) , 其效应可持
续一周。 EBR 处理对叶片叶绿素含量和气孔限制值 ( l) 无明显影响 , 但显著提高了表观量子效率
(AQY)、羧化效率 (CE)、Rubisco最大羧化速率 (Vc,max ) 和 RuBP最大再生速率 ( Jmax )。EBR还通过增
加 PSⅡ反应中心开放程度 ( qP) 从而提高 PSⅡ光合电子传递量子效率 (ΦPSⅡ ) , 但不影响天线色素的光能
转化效率 ( Fv’ /Fm’)。
关键词 : 油菜素内酯 ; 黄瓜 ; 光合作用 ; 叶绿素荧光 ; 调节
中图分类号 : S 64211　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2006) 0420762205
Role of Bra ssinostero ids in the Regula tion of Photosyn thetic Appara tus in
Cucum ber L eaves
Hu W enhai1, 3 , Huang L ifeng1 , Mao W eihua1 , Zhou Yanhong1 , and Yu J ingquan1, 23
(1 Horticu ltura l D epartm ent, Zhejiang U niversity, Hangzhou, Zhejiang 310029, China; 2L aboratory of Horticu ltural P lant
Grow th, D evelopm ent and B iotechnology, M inistry of A griculture, Hangzhou, Zhejiang 310029, China; 3D epartm en t of L ife Sci2
ence, J inggangshan College, J ipian, J iangx i 343009, China)
Abstract: Sp ray with 011 mg·L - 1 242ep ibrassinolide ( EBR ) significantly up2regulated the net photo2
synthetic rates of cucumber (Cucum is sa tivus) seedlings and the effect lasted for 1 week. EBR had no effect
on chlorophyll content and stomatal lim itation value ( l) , but significantly increased apparent quantum yield
(AQY) , carboxylation efficiency (CE) , the maximum carboxylation rate of Rubisco (Vc, max ) and the maxi2
mum rate of RuBP regeneration (Jmax ). EBR treatment also increased the p roportion of‘open’PSⅡ reaction
centers ( qP) , thereby resulting in an increased quantum yield of PSII electron transport (ΦPSⅡ ) , but had lit2
tle effects on the maximal photochem ical efficiency of PSⅡ ( Fv /Fm ) , and efficiency of energy cap ture by
open PSⅡ reaction centres ( Fv’ /Fm’).
Key words: Brassinosteroid; Cucumber; Chlorophyll fluorescence; Photosynthesis; Regulation
油菜素甾醇类化合物 (B rassinosteroids, BR s) 是 20世纪 70年代首次从油菜花粉中分离鉴定出的
一类具有促进植物生长作用的物质〔1〕。研究发现 , BR s具有促进生长、提高含糖量、增加产量和提高
抗逆性等一系列的作用〔2～5〕, 并在农业生产中得到广泛应用。近年来 , 有关 BR s作为植物生长物质
的分子机制研究取得了显著的进展〔6〕, 然而 , 迄今对有关 BR s促进植物生长的生理机制仍不清楚。
最近我们发现 BR s中的 24 -表油菜素内酯 ( EBR) 不仅能防止黄瓜低温光抑制的发生 , 而且处理 1 d
后净光合速率显著提高〔5〕, 但其作用机制不明。因此有必要进一步研究 EBR对光合作用各过程的影
响 , 从而探明其提高光合作用的内在机制。作者利用气体交换和叶绿素荧光技术系统地研究了 EBR
处理对黄瓜幼苗光合作用及叶绿素荧光参数的影响 , 以明确 EBR对光合作用的调节机制。
　4期 胡文海等 : 油菜素内酯对黄瓜苗期叶片光合机构调节作用的研究 　
1　材料与方法
111　材料与处理
24 -表油菜素内酯 ( EBR ) 购自 Sigma公司 , 使用前用乙醇作为溶剂配成 100 mg·L - 1的母液
(含 011 %吐温 80)。供试黄瓜 (Cucum is sa tivus L. ) 品种为 ‘津春 3号 ’。将预先浸种、催芽的黄瓜
种子播于砻糠灰基质中 , 两片子叶充分展开时移入日本园试配方营养液〔7〕中并置于温室中培养。温
度为 18～25℃。期间每隔 5 d更换 1次营养液 , 四叶一心时分别进行了离体叶片试验 (试验 1) 和连
体叶片试验 (试验 2)。
试验 1: 选择了 EBR 4个浓度 (0、0101、011、110 mg·L - 1 ) 进行光合放氧最佳浓度试验。取
116 cm2 的叶圆片浸泡在不同浓度的 EBR溶液中 , 置于装有隔热水层的高压钠灯下受光 , 温度和光强
分别为 25℃和 400μmol·m - 2 ·s- 1。处理 3 h后测定叶圆片的光合放氧速率。
试验 2: 分别用 011 mg·L - 1 EBR和含有相同浓度的乙醇和吐温 80的蒸馏水 (对照 ) 喷施黄瓜
植株叶片 , 在处理后 0、6、24、72、120和 168 h时测定叶片叶绿素含量、气体交换和叶绿素荧光参
数 , 并在 24 h时测定光合作用光强响应曲线和光合作用 CO2响应曲线。
112　气体交换和叶绿素荧光参数的测定
光合放氧速率按李德耀等〔8〕的方法 , 采用 Oxy2lab液相氧电极 (英国 Hansatech公司生产 ) 测定。
叶绿素含量按 A rnon的方法测定〔9〕。气体交换采用 Ciras21 (英国 PP2system s公司生产 ) 便携式光合
作用系统进行测定 , 分别测定了生长条件下的叶片净光合速率 ( Pn)、气孔导度 ( Gs)、蒸腾速率
( E) 和胞间 CO2 浓度 (Ci)。采用脉冲调制式荧光仪 ( FMS2, 英国 Hansatech公司生产 ) 测定叶绿
素荧光参数。测定暗适应荧光参数时 , 先将叶片放在暗适应夹中适应 30 m in, 照射检测光 ( < 015
μmol·m - 2 ·s- 1 ) 测得 Fo, 再照射饱和脉冲光 ( 12 000μmol·m - 2 ·s- 1 ) 测定 Fm; 光适应下的荧
光参数在测定 Pn的同时测定 , 打开内源光化光 (Actinic light, 600μmol·m - 2 · s- 1 ) 10 m in后测
Fm’、Fs及 Fo’。通过以上测定的叶绿素荧光参数计算出暗适应下光系统 Ⅱ ( PSⅡ) 最大光化学效
率 ( Fv/Fm ) = ( Fm - Fo) /Fm; PSⅡ光合电子传递量子效率 (ΦPSⅡ ) = ( Fmpi- Fs) /Fm’; 光化
学猝灭系数 ( qP) = ( Fmpi- Fs) / ( Fmpi- Fo’) ; 天线色素光能转化效率 ( Fvpi/Fm’) = ( Fmpi-
Fo’) /Fm’〔10, 11〕。测定叶片均为上部第 1片完全展开叶。
光合作用光强响应和 CO2 响应曲线的测定。于 25℃, 360μL·L - 1 CO2 条件下测定不同光强下的
光合作用光强响应曲线 ; 于 25℃, 1 000μmol·m - 2 ·s- 1条件下测定不同 CO2 浓度下的光合作用 CO2
响应曲线 , 每一设定的光强或 CO2 浓度下适应 10 m in后读取 Pn。用光响应曲线中光强低于 200μmol
·m - 2 ·s- 1的 Pn计算表观量子效率 (AQY) , 用 CO2 响应曲线中 Ci低于 200μL·L - 1的 Pn计算羧化
效率 (CE) , 用 McMurtrie等的方法〔12〕计算 Rubisco最大羧化速率 (Vc, max ) 和 RuBP最大再生速率
(Jmax )。用 Farquhar等的方法〔13〕计算气孔限制值 ( l)。
以上所有指标均重复测定 3次 , 其结果以平均值 ±标准误表示。数据用 OR IGIN软件分析 , 用
Studentpis2t测试作显著性差异分析。
2　结果与分析
211　不同浓度 EBR处理对黄瓜叶片光合放氧速率的影响
不同浓度 EBR处理均能提高黄瓜叶片光合放氧速率 , EBR浓度为 0、0101、011、110 mg·L - 1
处理 3 h后 , 光合放氧速率分别为 4187 ±0122、6108 ±0144、6136 ±0128、5129 ±0107μmol·m - 2 ·
s
- 1
, 但以 011 mg·L - 1效果最佳 , 比对照提高了 3017%。因此 , 在以下试验中用 011 mg·L - 1 EBR进
一步研究其对光合机构各部分功能的影响。
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212　EBR处理对黄瓜叶片气体交换参数和叶绿
素含量的影响
由图 1可知 , 011 mg·L - 1 EBR处理能显著
提高黄瓜叶片的 Pn, 处理 24 h后达到对照的
21015% , 并持续作用至 168 h仍明显高于对照。
在提高 Pn的同时 , EBR处理也增加了黄瓜叶片
的气孔导度 ( Gs) 和蒸腾速率 ( E) , 处理后 6 h
时分别比对照提高了 6514%和 3918% , 且 Gs一
直到 168 h后才恢复到对照水平 , E也直至 72 h
后才与对照处于同一水平。但 EBR处理对于胞间
CO2 浓度 (Ci) 和叶绿素含量无显著影响。
213　EBR处理对黄瓜叶片叶绿素荧光参数的影响
011 mg·L - 1 EBR处理后 168 h内黄瓜叶片
PSⅡ光合电子传递量子效率 (ΦPSⅡ ) 和光化学猝
灭系数 ( qP) 明显提高 , 二者均在 24 h到 72 h
间达到最大 , 增幅分别为 12313% ～13813%和
8817% ～12119% (图 2)。但是 EBR处理对于最
大光化学效率 ( Fv/Fm ) (表 1) 和天线转化效率
( Fv’ /Fm’) 影响不大 (图 2)。
214　EBR处理对黄瓜叶片光合作用光强响应和
CO2 响应曲线的影响
EBR处理后 24 h光合作用光强响应曲线和
CO2响应曲线 (图 3) 表明 , 在各个光强和 CO2
浓度下 EBR处理均能提高黄瓜叶片的光合作用 ,
并以在高光强和高 CO2浓度下效果更为明显。利
用 Farquhar等模型深入对 Pn - 光强响应曲线和
Pn2CO2 响应曲线计算分析表明〔12〕, EBR处理 24
h后 , 最大光合速率 ( Pnmax )、表观量子效率
(AQY)、Rubisco最大羧化速率 (Vc, max )、RuBP
最大再生速率 ( Jmax ) 和羧化效率 (CE) 分别提
高了 2911%、2114%、3010%、3612%和 4015% , 图 1　EBR ( 011 m g·L - 1 ) 处理对黄瓜叶片气体交换参数和叶绿素含量的影响F ig. 1　Effects of 011 m g·L - 1 EBR on Pn, Gs, C i,E, and chlorophyll con ten t in cucum ber leaves
图 2　EBR ( 011 m g·L - 1 ) 处理对黄瓜叶片 PSⅡ光合电子传递量子效率 (ΦPSⅡ )、光化学猝灭系数 ( qP)
和天线色素光能转化效率 ( Fv’ /Fm’) 的影响
F ig. 2　Effects of 011 m g·L - 1 EBR on quan tum eff ic iency of PSⅡ electron tran sport (ΦPSⅡ ) , photochem ica l quench ing
( qP) , and the eff ic iency of exc ita tion energy capture by open PSⅡ reaction cen tres ( Fv’ /Fm’) in cucum ber leaves
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　4期 胡文海等 : 油菜素内酯对黄瓜苗期叶片光合机构调节作用的研究 　
而饱和光强、饱和 CO2 和补偿 CO2 分别下降了 2211%、2917%和 3513% , 气孔限制值 ( l) 则不受
EBR处理的影响 (表 1)。
图 3　黄瓜叶片用 EBR ( 011 m g·L - 1 ) 处理后 24 h Pn - 光强响应曲线和 Pn - CO 2 浓度响应曲线
F ig. 3　Net photosyn thetic ra te a s influenced by light energy and CO2 concen tra tion s in cucum ber leaves after trea tm en t
w ith 011 m g·L - 1 EBR for 24 h
表 1　EBR ( 011 m g·L - 1 ) 处理 24 h后黄瓜叶片 Fv /Fm和气体交换参数的变化
Table 1　Changes of Fv /Fm and ga s exchange character istics of cucum ber leaves after trea tm en t w ith 011 m g·L - 1 EBR for 24 h
处理
Treatment
最大光合速率
Pnmax (μmol
·m - 2·s - 1)
表观量子效率
AQY (μmol·
mol - 1)
Rubisco最大羧
化速率 V c,max
(μmol·m - 2·s - 1)
RuBP最大再生
速率 Jmax (μmol
·m - 2·s - 1)
羧化效率
CE (μmol
·mol - 1)
饱和光强
SL (μmol·
m - 2·s - 1)
饱和 CO2
SC
(μL·L - 1)
补偿 CO2
CC
(μL·L - 1)
气孔限
制值 l
最大光化
学效率
Fv/Fm
对照 Control 2511 01028 8711 15414 010891 1 195 1 490 65 1816 0183
EBR 3214 010343 3 113133 3 21014 011253 3 9313 3 1 0483 3 423 3 2113 0183
　　注 : 3 3 表示在 1%水平上的显著差异。
Note: 3 3 indicate the significant difference from control at 1% level.
3　讨论
本试验结果表明 , EBR处理后 6 h便可促进黄瓜幼苗光合作用 , 并可持续作用一周。区分光合作
用调控中的气孔和非气孔因素有利于理解 EBR促进光合作用的作用位点。尽管 EBR处理能显著提高
Gs, 但是 Ci却未改变 (图 1) , 说明 EBR并不是通过减少气孔限制来提高光合作用 , 处理后 24 h,
气孔限制值 ( l) 未发生变化进一步证明了这一点 , 这与 Yuan等〔14〕用 GA3 处理提高光合作用的结论
类似。叶绿素含量是影响光合作用光能吸收的重要因子 , EBR处理对叶绿素含量没有影响 , 因此也
排除了 EBR通过增加叶绿素含量而起作用。据此我们推测 EBR可能在光合电子传递以及光合碳同化
等光合相关过程中起作用。
根据 Farquhar提出的光合作用模型〔13〕, 在 Pn2Ci响应曲线中 , 当 Ci由低浓度逐渐增加时 Pn几乎
呈直线上升 , 这时反映了 Rubisco的活性 ; 随着 Ci的继续增加 , Pn曲线变得平缓直至不再上升 , 这
时光合作用受到 RuBP的再生限制。EBR处理后 24 h, CE和 Vc, max及 Jmax都显著提高 , 而前二者直接
取决于 Rubisco羧化酶的活性 , Jmax则取决于电子传递过程中同化力的多少和 RuBP再生系统中酶活性
的高低〔15〕, 因此 EBR可能通过提高 Rubisco羧化酶的活性和 Clavin循环中与 RuBP再生相关酶类
(例如 SBPase和 FBPase) 的活性以促进光合作用中羧化效率与 RuBP再生速率的增加 , 从而促进黄瓜
幼苗的光合作用。EBR处理导致了饱和光强、饱和 CO2 的下降 , 这说明 EBR处理提高了黄瓜幼苗对
CO2 的利用效率 , 使其在较低的光强和 CO2 浓度下就达到最大的光合能力。
EBR处理在提高光合作用羧化效率与 RuBP再生速率的同时 , 也提高了 PSⅡ的光化学反应 (图
2) 和表观量子效率 (表 1)。ΦPSⅡ的大小取决于天线色素光能转化效率的高低 ( Fv’/Fm’) 和 PSⅡ
反应中心的开放程度 ( qP)。在本试验中 Fv’/Fm’并未受 EBR影响 , 说明 EBR不是通过增加天线
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色素光能转化效率将更多的吸收光能传递给反应中心 , 而是通过增加反应中心的开放程度 , 使进入反
应中心的光能更多地用于光化学反应 , 并最终用于碳固定。因此 AQY的提高可能是 EBR促进了 ATP
和 NADPH的有效利用 , 而不是增加更多的光能进入类囊体形成化学能〔16〕。而 EBR提高光化学反应
一方面是由于 EBR促进了暗反应羧化能力 (图 3, 表 1) , 从而增加了利用光合电子的 “库 ”强 , 导
致 qP的增加〔16〕; 另一方面 EBR也可能直接作用于电子传递链本身 , 提高电子传递速率 , 但这需要
进一步的研究证明。
综上所述 , EBR处理具有促进黄瓜幼苗光合作用的能力 , 其原因主要是促进了光合机构对 CO2
的利用能力 , 使得光合碳同化增加 , 并进一步提高了光合电子传递效率和对光能的利用能力。至于
EBR是否直接调节 Rubisco活性和提高电子传递和光合磷酸化等问题则有待于进一步研究。
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