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1、摘 要石斛(Dendrobium)为兰科多年生附生革本植物，一种兼性的CAM植物，是国家重点保护的药用植物和名贵中药材，由于长期的人为破坏和滥采滥拔，其野生资源己近枯竭或濒临绝迹。为了保护野生资源或满足药用的需求，目前，许多珍贵石斛主要依赖人工栽培，但石斛人工栽培技术依然不成熟，石斛对光强的适应机理鲜见报道。本课题以安徽省霍山县3种石斛为材料，系统研究了石斛生长的物候期、有益伴生植物、茎高生长与生态因子和内源激素的关系、光合生理特性及其与环境因子的关系等；在理论上探讨兼性的CAM植物对不同光环境的适应机理，在应用上可为石斛人工栽培提供科学依据。此外，石斛的种质改良还未见报道，本课题通过比较研究
2、霍山2种石斛亲本及其杂交F1代的生长、生理特性、有效成分的含量、石斛多糖复合物的结构特征和体外清除自由基的作用等，探讨了通过人工杂交进行石斛种质改良的可能性。研究结果如下：1总结了霍山3种石斛生长发育的物候期，探明了其生长的生态因子、生长与内源激素的相关性以及有益伴生植物种类。霍山3种石斛物候期有明显的差别，米斛、铁皮石斛、铜皮石斛新茎生长期分别为150d、154d和160d左右。霍山3种石斛新茎的纵、横向生长过程为s一型曲线，米斛生长只有5月7月快速生长的一个生长高峰：铁皮石斛、铜皮石斛的生长有双峰现象，5月8月初快速生长，8月下旬温度渐低后还有一次小的生长过程。在霍山3种石斛野生群落中，发
3、现紫金牛、卷柏、瓦韦、石韦、有柄石韦、狭叶缩叶藓、大羽藓、大麻羽藓、地衣等都是其有益伴生植物种类。适宜霍山3种石斛生长环境的相对湿度为80左右，高光强、高温和低湿度抑制石斛生长。米斛、铁皮石斛、铜皮石斛生长的年有效积温分别为2070、2256和2248。米斛和铜皮石斛生长的最适温度为1620，铁皮石斛生长的最适温度为1922。适宜的降水也是石斛生长的必要条件。霍山3种石斛茎高生长与内源GAl+3含量呈显著正相关，与内源ABA含量呈显著负相关；合适的GAl+3ABA比值是影响石斛茎高生长的重要因素。米斛的内源GAl+3ABA含量比值低，可能是其茎高生长缓慢的原因之一。2从叶绿素荧光参数与光强的关
4、系方面探讨了石斛易受强光伤害的机理，系统研究了光强对石斛光合作用的影响，为石斛适宜栽种光强的调控提供了依据。霍山3种石斛的光饱和点低、光补偿点和C02孙偿点较高，净光合速率、表观量子效率、羧化效率、RuBP再生速率都较低，属于阴生植物光响应型。栽培林下!石斛的光合速率较低，呈日下降趋势；自然光下，石斛的光合速率日变化呈v型，12：00时光合速率最低。9：00到17：00时之间，当光强高于8001t tool photonsm-s-1的光合速率为负值，处于光下呼吸状态，没有光合产物积累；只有早晚光强较低时有光合产物积累。石斛叶片发生严重光抑制，出现在光合速率为负值之前。霍山3种石斛光合作用的适宜
5、光强一般为400 p mol photonsm-2s1600 P mol photonsm-2s。3通过杂交技术进行了石斛种质改良，研究结果初步揭示了霍山2种石斛杂交F。代有杂种优势，有利用价值，具有极大的经济效益。以茎生长量低、药效品质好的米斛为父本，以茎生长量高的铜皮石斛为母本进行人工杂交，Fl代的1年生茎鲜重分别为亲本米斛、铜皮石斛的423、108倍：产量(每株茎干重有效分蘖数)分别为亲本米斛、铜皮石斛的391、111倍；F】代的有效药用成份和营养成份优于铜皮石斛，比米斛略低；Fl代的生理特性也得到极大改善，Ft代对光强的适应范围大于亲本，并有较高的光合能力。F。代的光合面积大、叶绿素含
6、量高、chlab比值低。有较高的光饱和点和较低的光补偿点：有较高的羧化效率，能利用较低浓度的C02，净光合速率高。石斛Fl代叶片的内源激素含量介于亲本米斛和铜皮石斛之间，F1代叶片的GAl+3ABA和GAl+3+ZRABA与铜皮石斛接近，这可能是Fl代生长量表现为近铜皮石斛的特性的原因之一。此外，石斛叶片POD和EST的同工酶图谱也表明，F1代结合了两个亲本(铜皮石斛、米斛)的特征谱带，表现出其杂交后代的特性；同时产生了超亲酶谱带。这些结果表明，Fl代具有生理特性方面的优势。4F，代与两亲本石斛多糖复合物的结构特征和体外清除自由基的作用相近似，进一步证实了通过人工杂交技术可以进行石斛种质改良。
7、提取精制的霍山2种石斛及Fl代多糖复合物定性检测为非淀粉类中性多糖，不含还原糖，含糖醛酸和蛋白质，为糖蛋白质复合物：含量最高的单糖是aD一甘露糖，存在a型糖苷键。F，代石斛多糖复合物的单糖组成与米斛多糖复合物的单糖组成是相同的，由L鼠李糖、L阿拉伯糖、m甘露糖、D葡萄糖组成，米斛多糖复合物的摩尔比为0087：L000：102000；79500，F1代石斛多糖复合物的摩尔比为0170：100(3：81900：52100。铜皮石斛多耱复合物由L鼠李糖、L阿拉伯耱、D木糖、D甘露糖、D葡萄糖组成，其摩尔比为0400：1000；1510：63000：35400。可见，Fl代石斛多糖复合物的结构特征与两
8、亲本相似，杂交后代石斛多糖的结构特征没有较大的变化。石斛多糖复合物有明显抑制OH和02的作用，并呈现量效关系。米斛、铜皮石斛及其Fl代的多糖复会物对OH的IC50分别为679mgml、675ragml、709mg-ml；对027的IC50值分别为304mgml、344mgml、302ragml。霍山2种石斛及F。代多糖复合物对体外温育和VcFc2+系统诱导的小鼠肝组织匀浆的脂质过氧化均有一定的抑制作用。可见，Fl代石斛多糖复合物的体外清除自由基的作用与两亲本相似，杂交不影响其后代石斛多糖体外清除自由基的能力。关键词：石斛：物候期；光合特性；叶绿素荧光参数：种质改良：F，代；多糖复合物2缩略语表
9、(Abbreviation)A(antheraxanthin)单环氧的玉米黄质ABA(abscisic acid)脱落酸AQY(apparent quantum yield)表观量子效率CAM(crassulacean acid metabolism)景天酸代谢途径CAT(catalase)过氧化氢酶CE(carboxylation efficiency)羧化效率Chl(chlorophyll)叶绿素Ci(intercellular C02 concentration)胞间C02浓度C”b559(cytochrome b5妫细胞色素bss9DCMU【3-(3，4-dichlorophenyl)
10、一1，1一dimethylurea】二氯苯基二甲脲，除草剂D。t。=1-FvFm热耗散的组分ETR=中PSIIxlxa灯光系统II的非循环光台电子传递速率EsT(esterase)酯酶Fo(minimal 0r initial fluorescence intensily)充分暗适应的光合机构的初始荧光强度Fm(maximal fluorescence intensity)充分暗适应的光合机构的最大荧光强度Fv(variable fluorescence intensity)=Fro-Fo充分暗适应的光合机构的可变荧光强度FvFm充分暗适应的光合机构的光系统II的光化学效率Fin(maxima
11、l fluorescence intensity at actinic light)光化学作用光下的最大荧光强度Fs(fluorescence intensity in steady state of photosynthesis)作用光下光合作用达到稳态时的荧光强度Fd(ferredoxin)铁氧还蛋白GA(gibberellin)赤霉素Gs(stomatal conductance)气孔导度HP(highpotential)高势能态IC50(inhibitory concentration of50)半数抑制浓度IP(intermediatepotential)中势能态12(10wpote
12、ntial)低势能态L(1utein)叶黄素LHCs(1ightharvesting complex)捕光色素蛋白复合体LHC H(1ightharvesting complex II)捕光色素蛋白复合体IIMDA(malomdiadehyde)丙二醛6NPO(nonphotochcmical quenching)(叶绿素荧光的)非光化学猝灭OEC(oxygen evolution complex)放氧复合体OH(hydrogen radical)羟基自由基102(singlet oxygen)单线态氧07(superoxide anion)超氧阴离子自由基FPSII=(Fm-I s)Fm作用
13、光下实际的PsII光化学效率Pn(net photosynthetic rate)净光合速率P，D(photon flux density)光量子通量密度Pheo。(phcophytin)去镁叶绿素Pmax(photosynthetic capacity)最大净光合速率，即光合能力PnPFD曲线(cuwe Pn册)光合作用光响应曲线P。=(Fm一FS)Fm光化学反应的组分POD(peroxidasc)过氧化物酶PQ(plastoqinone)质体醌PS II(photosystem II)光系统lIOA(theprimary quinoneacceptorofPS】Iacccptor-side
14、inthe electrontransport chain)电子传递链中光系统II受体侧原初醌受体QB(the secondary quinonc acccptor of PS II acceptor-side in the electron transport chain)电子传递链中光系统lI受体侧次级醌受体qN(nonphotochemical quenching of chlorophyll tloreseence)叶绿素荧光的非光化学猝灭qP(photochemical quenching of chlorophyll florescence)叶绿索荧光的光化学猝灭Rf(rate o
15、f flow)迁移率RH(relative humidity)相对湿度Rubisco(ribulose一1，5diphosphate carboxylaseoxygenase)1，5-二磷酸核酮糖羧化酶加氧酶SOD(superoxide dismutase)超氧化物歧化酶V(violaxanthin)双环氧的紫黄质VDE(violaxanthin deepoxidase)紫黄质脱环氧化酶z(zeaxanthin)玉米黄质ZR(zeatin riboside)玉米素核苷7第一章引言1文献综述11植物光合作用的光抑制及对光强的适应机理111光合作用的光抑制光作为光合作用的唯一能量来源，是绿色植物维
16、持生命活动的基本条件。然而，当光合机构吸收的光能超过光台作用所利用的数量时，过剩光能就会引起光台活性的降低，这种现象被称为光抑葡(Powles，1984)。光抑制的最明显特征是光合效率的下降。光抑制在C3植物中是一个普遍现象，光抑制可能发生在分子、叶绿体、叶片等各级水平上(Baker and Bowyer，1994)。据估计，在没有其它胁迫因素时，光抑制至少使光合生产力降低lO(Ogrcn and sjosUom，1990)：当自然环境恶化时，光抑制现象更加严重。例如：低温等逆境条件下，植物利用光能的能力降低，从而引起或加剧光抑制(郭延平和张良诚，2000)；热带和亚热带起源的低温敏感植物，在温度稍低于其最适生长温度时，显示出明显的光抑制(刘鹏等，2001)。因此，对植物的光抑制机理及其对光强适应性的研究，已经引起人们的极大关注，研究进
