条斑紫菜的光合作用及其主要影响因素.PDF

条斑紫菜的光合作用及其主要影响因素3 何培民3 3 张政值 张荣铣 (南京农业大学农业部作物生长调控重点开放实验室,南京210095) 摘要 对3种不同株系丝状体和同一紫菜养殖群落不同植株的光合作用进行了比较,并研究了光、温、溶解无机碳 (dissolved inorganic carbon, D IC)浓度对紫菜叶状体光合作用的影响。结果表明:紫菜叶状体在15C时的光补偿点约为 70mol?(m 2s ), 光饱和点为250mol?(m 2s ); 而20C时光补偿点约为180mol?(m 2s ), 光饱和点在750mol? (m 2s) 附近。2530C, D IC为10mmol?L时叶状体的光合速率最高。不同株系丝状体及同一紫菜养殖群落不同品种 藻株间的光合速率均存在显著差异。耐高温株系(HB)在较高温度范围中光合速率比较稳定,而不耐高温株系(HA)则 变化较大,故有可能以此作为选择耐高温性良种的生理指标。 关键词 条斑紫菜;光合作用;温度 分类号 S9681431 Photosynthesis and its pri mal effect factors inPorphyra He Pei m in, Zhang Zhengzhi and Zhang Rongxian (Key Lab of Crop Grow th Regulation, M inistry of Agriculture, Nanjing AgricU niv, Nanjing 210095) ABSTRACT The photosynthesis of three kinds of conchocelis lines and the different thalli from the cultivated community ofPorphy ra yezoensisunder different light intensity, temperature and the dissolved inorganic carbon(D IC)were studied. The results showed that at 15C, the light compensation point of thalliwas about 70mol?(m 2s), and light saturation point was about 250mol?(m 2s); where as at 20 C, the light compensation point and light saturation point was about 180mol?(m 2s) and 750mol?(m 2s) respectively.The highest photosynthetic rate of thalliwas at about 2530 C when D IC concentration was 10 mmol? L. There was significant difference of photosynthetic rate among different conchocelis lines and different thalli in the same cultivated community ofPorphy ra yezoensis.The photosynthetic rate of the conchocelis line(HB)of resisting high temperature kept steady and also would increase slightly as the temperature increased, while that of the conchocelis line(HA)which was not tolerant to high temperature would be varied.This indicated that the photosynthetic rate maybe the physiological criterion of selecting thePorphy rastrains resisting to high temperature. Key words Porphy ra yezoensis; Photosynthesis;temperature 紫菜(Porphy ra)是中国重要栽培经济海藻之一。国内人工养殖的主要种类是条斑紫菜(Porphy ra yezoensisU eda)和坛紫菜(P.haitanensisT. J. Chang et B. F. Zhang) 1。有关紫菜光合作用研究, 国 内外已有报道2 6, 但尚缺乏系统研究,并未与育种相结合。笔者以条斑紫菜为材料,对其光合作用与温 度关系进行研究,探索育种生理指标,旨在为筛选和鉴定高产量、耐高温优良紫菜品种提供理论依据和 技术途径。 1 材料与方法 111 材料 供试紫菜叶状体采自江苏省吕泗海丰紫菜养殖海区,第一批采集日期为1997年12月3日,第二批 3农业部“九五”重点科研项目(渔95232962 07) 资助。 3 3在上海水产大学渔业学院工作,现为南京农业大学在职博士。 收稿日期:1999201213 南京农业大学学报 1999, 22 (4):1922 J ournal of N anjing A g ricultural U niversity 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 采集日期为1998年2月12日。紫菜丝状体由上海水产大学提供,分别为HA、HB、HD株系。 112 方法 11211 紫菜的培养 用海水加热灭菌,配制成海水培养液(M ES)。培养容器为锥形瓶,置于恒温培养 箱内。光源采用荧光灯,通过调节培养容器与光源之间的距离控制光照强度。定时自动控制光照时间,叶 状体光照时间为12?12 h(光? 暗 ), 丝状体为14?10 h(光? 暗)。培养温度为 (20 1) C。 11212 紫菜叶状体光合速率的测定 采用氧电极法(中国科学院上海植物生理研究所生产的SP22溶氧 测定仪 ), 每次以9个叶园片(直径为6mm)测定,测定时间约5 m in,每个样品重复测定3次。用重庆 四达实验仪器有限公司生产的HC22010低温恒温槽循环流水保持恒温,恒温磁力搅拌器(上海司乐仪器 厂生产,8122型)搅拌。氧电极连接3066型记录仪(日本Yokgaw a hokushin electric公司 ), 连续记录 藻体放氧的时间进程曲线。 具体操作和计算主要参考薛应龙等氧电极法进行7。 叶状体光合速率以每毫克 叶绿素每小时产生O2的量为单位。 11213 紫菜丝状体光合速率的测定 采用pH法8加以改进。将少量紫菜丝状体放在干净的反应瓶中, 加入适量海水培养液(M ES ), 用pH计测定其起始pH值;然后置光照培养箱中光照约2030m in,取 出测定其终止pH值。据表查出起始和终止CO2浓度,求出CO2浓度的变化。每个测定值为3个平行样 的平均值。净光合速率的计算公式如下: 净光合速率= 光合测定中CO2减少量 丝状体干重 60 光合作用时间 11214 叶绿素的提取 用N , N2二甲基甲酰胺(DM F)浸泡法9。取测定样品的全量或一定量的紫菜叶 状体或丝状体,加入DM F浸泡23 d后用分光光度计测66318 nm和64618 nm处的光吸收值。计算公 式为: 叶绿素含量= (17 167A64618+ 7112A66318)V 1000 2 结果与分析 211 不同紫菜株系丝状体的光合作用 本试验中丝状体的光照强度在50mol?(m 2s) 左右(约为1 800 1x)。由表1可见,紫菜丝状体 的光合速率因株系不同而异。在同一温度下, HA株系丝状体的光合速率明显高于HB株系和HD株系。 不同温度下不同株系最高光合速率的平均值有差异: HA株系光合速率在20C时最高, HB株系在35C 时最高,而HD株系则在30C最高。 表1 温度对不同紫菜株系丝状体光合作用的影响3 Table 1 Effect of temperature on net photosynthetic rate of the different conchocelis f ilament lines 株系 L ines 光合速率? molg- 1h - 1 Photosynthetic rate 20C30C35C HA201321183181321160 HB131782195151564148161773198 HD813201859136015291072174 3数据为3个测试值的平均值标准误差(x SD, n = 3) 212 同一紫菜养殖群落不同植株叶状体的光合速率 在第二批采集的同一紫菜养殖群落中随机取5株,编号为A、B、C、D、E。 在15C, 750mol?(m 2s) 条件下测定光合速率。结果表明:同一紫菜养殖群落内不同植株叶状体光合速率存在明显差异,最高净 光合速率与最低净光合速率相差超过一倍(图 1) 。 02南 京 农 业 大 学 学 报第22卷 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 213 光照强度对紫菜叶状体光合速率的影响 光照强度是影响光合作用的重要因素之一。由图2可以看出,在饱和光强以内,紫菜叶状体净光合 速率随光强增加而加快;达到饱和光强以后,光强继续增加而净光合速率不再增加。在15C时,紫菜叶 状体的光补偿点在70mol?(m 2s) 附近,光饱和点在250mol?(m 2s ); 而在20C时,光补偿点 在180mol?(m 2s) 附近,光饱和点在750mol?(m 2s) 左右。 图1 不同紫菜植株叶状体的净光合速率 Fig.1 N et photosynthetic rate of different plant ofPorphy ra yezoensis 图2 不同光照强度下紫菜的净光合速率 Fig.2 N et photosynthetic rate of thalli of Porphy ra yezoensisin different light intensity 214 温度对紫菜叶状体光合速率的影响 在不同温度下测定第二批采集的养殖群落紫菜的净光合速率(图 3) 。 结果表明:在750mol?(m 2s) 饱和光强下,紫菜叶状体的净光合速率开始时随温度升高而增大,在2030C时达最高值, 30C后迅速 下降。 215 D IC浓度对紫菜叶状体光合速率的影响 较高浓度的D IC能增强紫菜的光合速率10。 用N aHCO3将海水配制成不同浓度的D IC反应液(海水 中含有2 mmol?L D IC 10 ), 测定不同浓度的D IC下紫菜叶状体的光合速率。由图4可以看出, D IC浓度 为10 mmol?L时光合速率最高。 图3 不同温度对紫菜叶状体净光合速率的影响 Fig.3 Effect of different temperature on the net photosynthetic rate ofPorphy ra yezoensis thalli 图4 不同浓度D IC对紫菜叶状体光合速率的影响 Fig.4 Effects of different D IC concentration on photosynthetic rate ofPorphy ra yezoensis thalli 3 讨 论 紫菜不同株系之间光合速率存在差异。HA、HB、HD三个株系是由单细胞克隆获得11,其中HA生 长最快, HB株系生长次之, HD较慢; HB株系抗高温性最好, HD株系次之, HA株系最差。本试验中, HA株系光合速率最高,这与其生长快特性相符。HB株系在3种温度下保持平稳的状态,这可能与该株 12 第4期何培民等:条斑紫菜的光合作用及其主要影响因素 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 系抗高温有关。HA、HD株系却随温度变化而有所变化。这也提示我们,可用藻体光合速率对不同温度 的反应这一生理指标,快速初步筛选抗温品系。有关这方面尚待进一步研究。 同一紫菜养殖群落不同植株之间光合速率存在较大差异, D株比A株的净光合速率高113倍,各藻 株间差异显著。说明经过长期栽培,未经筛选和纯化,同一紫菜养殖群落内已发生较大变异。因此,在 同一紫菜养殖群落品种内筛选抗高温、高光效植株是可行的。 较高浓度的D IC能增加紫菜叶状体的光合速率,在生产上,可以通过促进养殖场海水的流动来增加 空气中CO2的溶解或施用碳肥,以增强紫菜的同化能力,从而获得增产。同时也说明大气CO2浓度升高, 将有利于紫菜生长。 参考文献 1 何培民,王素娟 1 我国海藻生物技术的发展 1 全国2000年农业发展学术研讨会论文集 1 北京:中国农业技术出版社, 1996.322326 2 刘力,高尚 1 失水干燥对紫菜等海藻光合作用、呼吸作用及生长的影响 1 水产学报, 1987, 9(3):233240 3 M errill J E, M i muro M , A ruga Y,et al. L ight harvesting for photosynthesis in four trains of the red algaPorphy ra yezoensishaving different phycobilin contents .Plant Cell Physiol, 1983, 24:261266 4 Tajiri S, A ruga Y. Effect of emerson on the grow th and photosynthesisof thePorphy ra yezoensisthallus . 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