张 淼，李浩东，郭 娜，王茸茸，宋 葭，朱云林，徐 宇，秦梦凡，黄 镇，徐爱遐

(西北农林科技大学 农学院，陕西杨凌 7121000)

甘蓝型油菜是中国三大主栽的类型之一，是重要的油用作物[1]。提高产量是油菜育种最主要的目标，光合作用是植物摄取能量合成有机物的基本途径，是产量形成的基础[2]。筛选高光效油菜种质，深入研究油菜光合特性，对于今后培育油菜高光效品种，进一步发掘油菜产量潜力具有重要意义。

现有油菜品种特性和栽培技术导致群体光合效率较低，成为了油菜发展的限制因素[3]。甘蓝型油菜株型结构又相对复杂、光合作用机制也复杂，导致油菜的高光效育种难度大[4-7]。实际生产中的油菜光能利用率仅1%左右，低于水稻[8]、小麦[9]、大豆[10]等作物，而油菜的光合生产潜力理论上可以是实际的1.9倍，是具有增产潜力的[11]。

目前对甘蓝型油菜光合生理特性变化规律和产量指标相关机制研究还较少；也鲜有通过光合特性筛选高光效种质的相关报道。本研究选取了102份的骨干育种材料，在初花期测定光合指标，同时考察株型、产量性状；挑选8份代表性材料测定苗期和初花期光合日变化，一方面探究和油菜光合效率相关的株型和产量指标，明确甘蓝型油菜的光合日变化规律；另一方面筛选出光合效率高的材料，为高光效育种奠定理论和物质基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与田间种植

102份的甘蓝型油菜骨干系亲本材料均来自西北农林科技大学农学院油菜资源课题组。于2017-2018年种植于西北农林科技大学曹新庄实验农场，地理坐标为(34°28′N，108°07′E)。采用随机区组试验设计，每个材料种植3行，行株距为0.35 m×0.15 m，行长2 m，9月下旬播种，田间管理按常规进行。

1.2 试验方法

试验设计：102份材料在初花期用便携式光合仪6400XT测定其功能旺盛叶光合速率，测定时间在早上9:30-11:30。每份材料测定3～5次，结果取平均值。选择8份代表性材料测定苗期和初花期功能旺盛叶净光合速率日变化，苗期因为冬季气温低设定从早晨10:00开始每隔 1.5 h测定1次，到16:00结束；花期从早晨8:30开始，同样每隔1.5 h测定1次，到17:30结束。102份材料苗期到成熟期考察主要农艺和株型性状。

考察性状：8～10叶期考察叶片长度(LL)、叶片宽度(LW)、叶夹角(LB)、叶片spad值；成熟期考察株高(PH)、一次分枝高度(VBH)、主花序长度(MIL)、一次分枝数(VBN)、分枝角度(BA)、全株角果数(NSP)、每角粒数(SS)、千粒质量(TKW)、单株籽粒产量(SYP)、单株生物产量(BYP)。 使用SPAD-502测定苗期叶片spad值。

测定方法：光合指标测定选择晴朗天气进行，苗期在五叶期选择第5片完全展开叶测定，初花期选择主茎中部最大叶片测定。每个材料选5株重复测定，结果取平均值。光合日变化测定时对测定的叶片进行标记，不同时间点测定同一叶片。

单株生物产量即在成熟后收取整株材料地上部分烘干后称量。分枝角度在成熟期测量，选取主茎上从上至下第4分枝角，依据数字图像法采集[12]，其余性状考察参照伍晓明等[13]。使用Microsoft Excel 2010和SPSS Statistics 25.0软件进行数据处理与相关分析。

2 结果与分析

2.1 102份甘蓝型油菜光合指标分析

102份油菜亲本材料初花期光合生理指标均值见表1。净光合速率(Pn)均值为23.92 μmol·m-2·s-1，变幅为11.53～38.15 μmol·m-2·s-1，气孔导度(Gs)均值为0.34 mol·m-2·s-1，变幅为0.05～1.11 mol·m-2·s-1；胞间CO2浓度(Ci)平均为 218.30 μmol·mol-1，变幅为103.89～298.56 μmol·mol-1；蒸腾速率(Tr)平均为3.82 mmol·m-2·s-1，变幅为0.68～8.28 mmol·m-2·s-1。表2光合生理指标Gs、Ci、Tr与净光合速率呈极显著正相关，相关系数分别是0.745、0.430、0.806，据此以下仅对净光合速率进行分析； 102份材料净光合速率指标呈正态分布。根据净光合速率分布将材料划分为4类(图1)，Ⅰ类(>31.53 μmol·m-2·s-1)净光合速率较高材料8份，占总体材料的8%，Ⅱ类 (22.53～31.53 μmol·m-2·s-1)材料有53份，占总体材料的52%，Ⅲ类(17.53～22.53 μmol·m-2·s-1)的有33份，占总体的32%，Ⅳ类(11～17 μmol·m-2·s-1)的材料8份，占总体的8%；净光合速率表现极端的有6份材料：排前3位的066B、068B-4、621B净光合速率均大于34 μmol·m-2·s-1，后3位的0383 *423-1*1031-1、031045高代、黄412 *1014-1高代净光合速率均小于15 μmol·m-2·s-1，其中黄412 *1014-1高代的净光合速率值最小为11.53 μmol·m-2·s-1。

表1 102份甘蓝型油菜主要光合性状表型统计Table 1 Phenotype statistics of main photosynthetic traits of 102 accessions (B.napus)

表2 光合生理指标相关性分析Table 2 Correlation analysis of photosynthetic physiological index

2.2 净光合速率与株型及产量指标相关分析

对102份材料初花期净光合速率与株型性状、产量性状的相关性分析(表3)表明：净光合速率与株型指标PH(株高)与MIL(主花序长)显著正相关，相关系数是0.123、0.117，与产量性状指标NSP(全株角果数)显著正相关，相关系数是 0.130，与其余株型和产量指标相关没有达到显著水平。从表3还可以看出，102份材料的株型性状PH与VBH(一次分枝高)、MIL、VBN(一次分枝数)、NSP、TKW(千粒质量)、BYP(单株生物产量)呈极显著的正相关关系。VBH与MIL、SBN(二次分枝数)、NSP呈显著正相关；MIL除了与SYP(单株籽粒产量)相关不显著外，与其余性状均显著相关，且多呈现极显著相关。VBN与PH和BYP呈极显著正相关，SBN除了与分枝夹角相关不显著外，与其余株型和产量性状均显著或极显著相关，与BYP、MIL、PH和TKW极显著正相关，而与VBH极显著负相关。BA(分枝角度)与MIL、NSP和VBH呈显著正相关，且与MIL、NSP相关达极显著。产量性状SS、TKW和BYP之间均极显著正相关。BYP除了与BA和NSP相关不显著外，与其余株型和产量性状多呈现极显著正相关。

图1 102份甘蓝型油菜净光合速率频率分布Fig.1 Frequency distribution of net photosynthetic rate of 102 accessions (B.napus)

表3 光合指标与株型、产量指标的相关性分析Table 3 Correlation analysis of photosynthetic index, plant type and yield index

2.3 甘蓝型油菜光合日变化

为了进一步深入了解甘蓝型油菜光合特性。选取8份代表性材料：9B、中双11(ZS11)、创1B(chuang1B)、P73B-1、浙油50(zheyou50)、沪油16(HY16)、530C、H2000C，苗期(五叶期)和初花期分别测定全天不同时间点光合速率，8份材料光合速率变化见图2。

图2 8份材料苗期净光合速率日变化和初花期净光合速率日变化Fig.2 Diurnal varition of net photosynthetic rate of 8 accessions at seedling stagel and Diurnal varition of net photosynthetic rate of 8 accessions at early flowering stage

由图2-a可见，除浙油50苗期净光合速率日变化呈现双峰变化，表现明显的光午休现象，光午休发生在13:00，2个峰值分别在11:30和 14:30；其余7个品种均呈现单峰变化，无光午休现象，峰值各品种表现不一，出现在11:30- 13:00或13:00-14:30。14:30后净光合速率急剧下降，到16:00光合速率均值仅为4.0 μmol·m-2·s-1，由此可见，油菜在冬季苗期光合作用主要集中在10:00-14:30温度较高时进行，在11:00-13:00时品种之间净光合速率差异较大，适宜进行苗期高光效材料筛选。8份材料10:00-14:30的净光合均值从大到小依次为H2000C、P73B-1、创1B、530C、中双11、9B、沪油16、浙油50。

由图2-b可见， 8份材料从上午8:00随温度升高光合速率迅速增加，其中浙油50、9B在9:30达到最大的净光合速率，分别为18.0、20.4 μmol·m-2·s-1，之后开始下降。H2000C、P73B-1、创1B、530C、中双11、沪油16在11:00达到峰值，分别是27.3、28.4、24.0、28.1、23.9、23.9 μmol·m-2·s-1，之后才开始下降。8份材料在12:30均表现光合速率大幅度降低，14:00出现了明显的光合午休现象，之后有5份材料(中双11、H2000C、P73B-1、530C、9B)净光合速率有不同程度小幅度回升，在15:30光合速率出现一个小高峰，之后又开始下降，这5份材料光合日变化表现为双峰曲线，但下午峰值小，均值仅为5.6 μmol·m-2·s-1。其余3份材料(创1B、浙油50、沪油16)仅在上午出现净光合速率峰值，呈现单峰曲线趋势。由此可见，甘蓝型油菜初花期光合作用主要依靠12:30前进行，净光合速率峰值多数出现在11:00，光合日变化多表现为双峰曲线，也有材料下午不出现光合峰值，表现持续降低。由图2-b还可见，在9:30-11:00时各品种之间净光合速率差异较大，适宜进行花期高光效材料筛选。8份材料8:00-12:30净光合速率均值从大到小依次为H2000C、P73B-1、530C、创1B、沪油16、中双11、9B、浙油50。

综合苗期和初花期8份材料的净光合速率可知，各品种在初花期的净光合速率显著高于苗期，对8份材料苗期和初花期净光合速率值进行比较(图3)表明，8份材料初花期的净光合速率均值(21.07 μmol·m-2·s-1)较苗期(17.27 μmol·m-2·s-1)高22%。

不同字母表示同一处理下不同材料间差异显著(P<0.05)

苗期和初花期各材料的光合表现比较稳定，其中H2000C在苗期和初花期净光合速率均最高，P73B-1净光合速率次之，浙油50净光合速率最低。H2000C、P73B-1在一天中各时间点的净光合高于其他材料，这两个材料具有相对较好的光合特性，尤其是H2000C苗期时的净光合速率均显著高于其余材料，比均值高15.4%，初花期时高于均值的31.5%，显著高于中双11、9B、浙油50、沪油16的净光合。浙油50光合日变化表现特异，在冬前苗期表现双峰曲线，而在初花期表现为单峰曲线变化，且净光合速率峰值出现早且低。

2.4 苗期净光合速率与产量、株型性状的相关 分析

通过苗期净光合速率与产量、株型性状的相关分析表明(表4)，净光合速率与叶片长度，叶片宽度显著负相关，与叶绿素spad值显著正向关；由此可见，叶面积越大净光合速率越低。叶片的净光合速率和产量性状无显著相关性，于是尝试通过叶片长*叶片宽度*净光合速率代表叶片光合强度与产量性状进行相关分析(图4)，结果叶片光合强度与单株生物产量指标有显著正向相关关系，表明叶片的光合强度反映了产量的累积 情况。

表4 苗期净光合速率与株型、产量性状相关性分析Table 4 Phenotype statistics of main photosynthetic traits in Brassica napus L.

图4 叶片光合强度与单株生物产量回归分析Fig.4 Regression analysis of leaf photosynthetic intensity and biomass yield per plant

3 结论与讨论

3.1 讨 论

苗期和初花期是油菜叶片光合的重要阶段，并且油菜株型结构与光合作用密切相关[14-15]。本研究对102份甘蓝型油菜初花期净光合速率与株型、产量性状进行相关分析，表明净光合速率与农艺性状株高(0.123*)、主花序长度(0.117*)、全株角果数(0.130*)指标显著正相关，这与张耀文等[16]认为“结角层较厚光能利用率高及理想结角层的构建株高在150～170 cm，单株角果数150～200个”的结论较为一致。对苗期株型、产量性状与净光合速率进行相关分析表明，苗期的净光合与叶绿素spad(0.505**)值极显著正相关，叶片光合强度和单株生物产量线性正相关。这与冷锁虎等[17]认为叶面积增大对油菜增产具有重要作用，肖华贵等[18]得到叶绿素含量决定光合效率结论一致。张耀文等[19]也提出通过合理株型途径来提高油菜光合能力。所以，可以依据这些指标选育高光效高产的材料。

8份材料苗期和初花期的光合日变化结果表明，材料中有5份初花期时净光合速率都呈现上午高下午低的趋势，符合C3植物的净光合速率的典型变化趋势，与前人结果一致[20]。但也有3份材料光合规律表现特殊，可能因材料在2个时期的光合作用生理机制与其他材料有区别；因此，油菜的净光合日变化规律还需进一步探究。苗期11：00-13:00及花期在9:30-11:00各品种的净光合速率相差较大，适宜高光效种质筛选。

3.2 结 论

本研究测定了102份甘蓝型油菜骨干亲本材料的初花期净光合速率，这些材料的净光合速率范围在11.53～36.23 μmol·m-2·s-1之间。较多材料净光合速率22.53～31.53 μmol·m-2·s-1，占总体的52%，净光合速率较高材料 (>31.53 μmol·m-2·s-1)8份，占总体的8%。其中066B和068B-4净光合速率值最高(>34 μmol·m-2·s-1)。8份材料苗期和初花期光合日变化表明，不同品种光合日变化趋势并不完全一致，5份材料苗期呈“单峰变化”趋势、初花期呈“双峰变化”趋势；另2份材料苗期和花期均呈“单峰变化“趋势；1份材料苗期呈“双峰变化”趋势，初花期呈“单峰”趋势。苗期时光合作用主要集中在10:00-14:30，初花期时主要集中在8:00-12:30进行。筛选出在苗期和初花期净光合速率高的材料H2000C和P73-1A；比较苗期和初花期净光合速率，表明初花期光合速率显著高于苗期(五叶期)，在苗期光合速率高的品种，在初花期光合速率也较高。

相关分析表明，株高、主花序长度、全株角果数、叶绿素spad值与净光合速率显著正相关，叶片光合强度与单株生物产量呈线性正相关关系。这些结果对选育高光效品种有一定参考意义。