光溫處理對(duì)‘黃金芽’茶生長及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

張露荷，趙 通，黃華梨，張廣忠，殷德懷，武 蕾，王多鋒

（1甘肅省林業(yè)科學(xué)研究院，蘭州 730020；2甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，蘭州 730070）

0 引言

葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)以光合作用理論為基礎(chǔ)，測量時(shí)不會(huì)對(duì)植物葉片造成傷害，利用體內(nèi)葉綠素作為天然探針，能夠快速有效對(duì)植物光合生理機(jī)制的內(nèi)部信息進(jìn)行探究，是研究和探測植物的光合生理狀況、各種環(huán)境因子對(duì)植物細(xì)微影響的新型植物活體測定和診斷技術(shù)。在植物的光合作用、逆境生理的研究中廣泛應(yīng)用了該技術(shù)[1-2]。葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)主要可以測定植物葉片光合作用過程中光系統(tǒng)對(duì)光能的吸收、傳遞、耗散、分配等各方面的相關(guān)指標(biāo)。與光合作用相關(guān)表觀性的氣體交換指標(biāo)相比較而言，葉綠素?zé)晒鈪?shù)更具有反映內(nèi)在性的特征。因此，葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)被稱為是能夠快速測定葉片光合的無損傷探針[3-4]。葉綠素?zé)晒庑盘?hào)包含了十分豐富的光合作用信息，可以通過熒光特性的探測，判定植物的生長狀況，一定程度上反映植物受病害和脅迫的程度等生理狀況[5]。

‘黃金芽’是光照敏感型、黃色系變異綠茶新品種，它的新梢及葉片均是黃色，光合作用能力較差，有機(jī)物質(zhì)的形成和積累均較弱；由于其蒸騰作用所能起的降溫的自我保護(hù)能力有限，極易被強(qiáng)光和高溫所灼傷；對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性較弱，抗性較差，對(duì)環(huán)境、管理技術(shù)等的要求高[6-7]。雖然前人已對(duì)‘黃金芽’的光合作用與光照關(guān)系進(jìn)行了研究[8-9]，但對(duì)其葉綠素?zé)晒馓匦宰兓难芯可猩賉10]。筆者對(duì)不同光溫條件下‘黃金芽’的熒光參數(shù)進(jìn)行研究，探討‘黃金芽’幼苗對(duì)不同光照條件響應(yīng)的生理機(jī)制，以期全面了解‘黃金芽’的光適應(yīng)機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在甘肅省隴南市文縣碧口鎮(zhèn)石龍溝流域亂石窖村高殿軍家茶園進(jìn)行。該地屬于北亞熱帶氣候區(qū)，海拔624 m，氣候溫和、雨量充沛、無霜期長、雨霧繚繞，很適宜茶樹生長。茶園土壤為砂質(zhì)土。試材為2年生的‘黃金芽’茶苗，于2017年8月下旬定植，采用雙行雙株錯(cuò)窩定植，大小行距分別為100、40 cm，株距30 cm，每窩定植茶苗2株；栽植‘黃金芽’前該地栽植‘龍井長葉’。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)4個(gè)處理。T1為單一棚膜（2018年1月10—24日搭塑料棚膜，即搭棚膜15天），T2為單一遮陽網(wǎng)（2018年7月3日—8月17日搭遮陽網(wǎng)，即搭遮陽網(wǎng)46天），T3為棚膜+遮陽網(wǎng)（2018年1月10—24日搭塑料棚膜，2018年7月3日—8月17日期間搭遮陽網(wǎng)），CK為無棚膜無遮陽網(wǎng)（即自然溫度、自然光照）。遮陽網(wǎng)型號(hào)為SZW-14，黑色，遮光率為45%～65%，所搭高度距地面1.7 m。塑料棚膜為0.1 mm厚的白色PE薄膜，保溫透光性能高，所搭高度距地面1.7 m，搭塑料棚膜期間每天早晨揭小口通風(fēng)，每天傍晚蓋小口。除試驗(yàn)設(shè)計(jì)外，各處理其余各項(xiàng)栽培管理措施均一致。

1.3 測定指標(biāo)及方法

各處理于2018年7月選6株生長勢好且長勢一致的茶苗；用鋼卷尺測量夏梢長度，數(shù)夏梢節(jié)間數(shù)和夏梢葉片數(shù)。測定葉綠素?zé)晒鈪?shù)時(shí)選之前選好茶苗新梢的第5片無機(jī)械損傷、無病蟲害的葉作為測定葉片，每處理共測定6片葉；測量時(shí)盡量保持葉片本來的位置、角度，于2018年7月29日和8月16日的9:00—19:00分別進(jìn)行測定，每隔2 h測定一次，共測定2天。測定前用黑色紙包裹‘黃金芽’葉片讓其暗適應(yīng)0.5 h，使用美國Li-COR公司制造的LI-6400便攜式光合測定分析儀提供的測量光、光化光及飽和脈沖光測定葉片的F0、Fm；作用光打開后測定F0′、Fm′和Fs；以熒光慢誘導(dǎo)模式測定Fv/Fm、Fv′/Fm′、ΦPSⅡ、ETR、qP和qN[10]。結(jié)果數(shù)據(jù)為2天所測同一時(shí)刻的平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及作圖，用SPSS 22統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和差異顯著性分析(P≤0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光溫處理對(duì)‘黃金芽’夏梢生長的影響

由表1可以看出，與CK相比，T1顯著增加了‘黃金芽’的夏梢長度，T2顯著縮短了‘黃金芽’的夏梢長度；而T3與CK相比，差異不顯著。T2顯著減少了‘黃金芽’的夏梢節(jié)間數(shù)；而T1、T3分別與CK相比，差異不顯著。各處理的夏梢總?cè)~數(shù)之間無顯著差異。

表1 不同光溫處理對(duì)‘黃金芽’夏梢生長的影響

2.2 不同光溫處理對(duì)‘黃金芽’葉片葉綠素?zé)晒饣A(chǔ)參數(shù)的影響

如圖1所示，除T2 15:00的初始熒光(F0)和未遮蔭處理之間無顯著差異外，其余時(shí)間遮蔭均顯著提高了‘黃金芽’葉片的F0；且各時(shí)間的T1及CK 2個(gè)未遮蔭處理的F0無顯著差異；除T2 15:00的F0顯著低于T3外，各時(shí)間的T2及T3遮蔭處理的F0無顯著差異。遮蔭顯著提高了‘黃金芽’葉片最大熒光(Fm)，且各時(shí)間的T1及CK 2個(gè)未遮蔭處理的Fm無顯著差異，各時(shí)間的T2及T3遮蔭處理的Fm無顯著差異。遮蔭顯著提高了13:00和15:00‘黃金芽’葉片光下最小熒光(F0′)，與CK相比，T2顯著提高13:00和15:00時(shí)‘黃金芽’葉片的最小熒光(F0′)的百分比為34.88%和58.15%，T3顯著提高13:00和15:00時(shí)‘黃金芽’葉片的最小熒光(F0′)的百分比為43.04%和53.20%；各時(shí)間的T1及CK的F0′無顯著差異，各時(shí)間的T2及T3的F0′無顯著差異，各處理19:00的F0′均無顯著差異。遮蔭顯著提高了15:00‘黃金芽’葉片的光下最大熒光(Fm′)，與CK相比，T2和T3顯著提高15:00時(shí)‘黃金芽’葉片的光下最大熒光(Fm′)的百分比分別為76.94%和102.77%；各時(shí)間的T1及CK的Fm′無顯著差異，各時(shí)間的T2及T3的Fm′無顯著差異，各處理19:00的Fm′均無顯著差異。遮蔭顯著提高了11:00、13:00和15:00‘黃金芽’葉片的穩(wěn)態(tài)熒光(Fs)，與CK相比，T2顯著提高11:00、13:00和15:00時(shí)‘黃金芽’葉片的穩(wěn)態(tài)熒光(Fs)的百分比為75.68%、94.17%和105.72%，T3顯著提高11:00、13:00和15:00時(shí)‘黃金芽’葉片的穩(wěn)態(tài)熒光(Fs)的百分比為75.86%、110.14%和122.33%；各時(shí)間的T1及CK的Fs無顯著差異；除19:00外，各時(shí)間的T2及T3的Fs無顯著差異。

圖1 不同光溫處理對(duì)‘黃金芽’葉片葉綠素?zé)晒饣A(chǔ)參數(shù)的影響

2.3 不同光溫處理對(duì)‘黃金芽’葉片葉綠素?zé)晒夤庀到y(tǒng)Ⅱ光化學(xué)效率參數(shù)的影響

如圖2所示，遮蔭顯著提高了13:00和15:00‘黃金芽’葉片的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)，與CK相比，T2顯著提高13:00和15:00時(shí)‘黃金芽’葉片的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)的百分比為37.17%和17.58%，T3顯著提高13:00和15:00時(shí)‘黃金芽’葉片的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)的百分比為41.60%和19.35%；除13:00和17:00外，同一時(shí)間的T1及CK的Fv/Fm無顯著差異；各時(shí)間的T2及T3的Fv/Fm無顯著差異。與CK相比，T3（棚膜+遮陽網(wǎng)）顯著提高了13:00和15:00的‘黃金芽’葉片的光下開放的PSⅡ反應(yīng)中心的激發(fā)能捕獲效率(Fv′/Fm′)，提高的百分比分別為 23.42%和29.41%，其余同一時(shí)間各處理之間的Fv′/Fm′無顯著差異；同一時(shí)間的T2及T3的Fv′/Fm′無顯著差異；T1的 15:00 的‘黃金芽’葉片的Fv′/Fm′顯著低于 9:00 和11:00的。PSⅡ反應(yīng)中心電荷分離實(shí)際量子效率(ΦPSⅡ)方面，遮蔭顯著降低了11:00、13:00和15:00‘黃金芽’葉片的ΦPSⅡ，與CK相比，T2顯著降低11:00、13:00和15:00時(shí)‘黃金芽’葉片的ΦPSⅡ的百分比為40.60%、45.46%和49.68%，T3顯著降低11:00、13:00和15:00時(shí)‘黃金芽’葉片的ΦPSⅡ的百分比為46.08%、31.58%和38.09%；同一時(shí)間的T2及T3的ΦPSⅡ無顯著差異，同一時(shí)間的T1及CK的ΦPSⅡ無顯著差異。遮蔭顯著降低了13:00‘黃金芽’葉片的電子傳遞速率(ETR)；同一時(shí)間的T2及T3的ETR無顯著差異，同一時(shí)間的T1及CK的ETR無顯著差異。

圖2 不同光溫處理對(duì)‘黃金芽’葉片光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)效率參數(shù)的影響

2.4 不同光溫處理對(duì)‘黃金芽’葉片葉綠素?zé)晒忖鐓?shù)的影響

如圖3所示，遮蔭顯著降低了11:00、13:00和15:00時(shí)的‘黃金芽’葉片的光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)；與CK相比，T2顯著降低11:00、13:00和15:00時(shí)‘黃金芽’葉片的光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)的百分比分別為46.75%、55.36%和47.44%，T3顯著降低11:00、13:00和15:00時(shí)‘黃金芽’葉片的光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)的百分比分別為52.85%、50.55%和55.65%；除13:00外，同一時(shí)間的T1和CK的qP無顯著差異；同一時(shí)間的T2及T3的qP無顯著差異。T2的非光化學(xué)猝滅系數(shù)(qN)在15:00時(shí)顯著低于CK，且T2在15:00的qN顯著低于9:00、11:00和19:00；T1在15:00的qN顯著低于9:00和19:00；CK在13:00的qN顯著低于9:00；T3在一天中的qN無顯著差異；除15:00外各處理其余各時(shí)間的qN均無顯著差異。

圖3 不同光溫處理對(duì)‘黃金芽’葉片葉綠素?zé)晒忖鐓?shù)的影響

3 結(jié)論與討論

孔海云[11]對(duì)泰安茶的研究表明，茶樹經(jīng)遮蔭處理后其春梢生長勢要明顯優(yōu)于未遮蔭處理，遮蔭處理的新梢長度、節(jié)間距、葉面積、百芽重等指標(biāo)均大于未遮蔭處理。而本試驗(yàn)表明，‘黃金芽’單一的遮蔭44天夏梢長度顯著減少，可能是2018年7月碧口鎮(zhèn)暴雨天氣導(dǎo)致光照強(qiáng)度比往年的7月弱，遮蔭影響了茶樹干物質(zhì)的積累[12]，且遮蔭時(shí)間過長引起的。

光是植物進(jìn)行光合作用的最基本能源，光照不足會(huì)限制光合作用的高效率進(jìn)行，而光過量會(huì)引起光抑制，甚至造成光合機(jī)構(gòu)不可逆的破壞[13]。進(jìn)行遮蔭栽培的最直接效應(yīng)是降低了茶園太陽直射光照照度、調(diào)節(jié)了光強(qiáng)、改善了光質(zhì)[11]。F0為PSⅡ反應(yīng)中心完全開放時(shí)的熒光強(qiáng)度，稱為初始熒光，其可以判斷PSⅡ反應(yīng)中心的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，F(xiàn)0的大小與植物葉綠素濃度密切相關(guān)[14]。筆者之前的研究表明，T2和T3的‘黃金芽’葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b含量均顯著高于T1和CK[15]；結(jié)合筆者之前的研究，本試驗(yàn)同樣表明F0的大小與植物葉綠素的濃度呈正相關(guān)關(guān)系。武沖[16]對(duì)紅葉櫻花進(jìn)行遮蔭研究表明，隨著遮光率的提高，紅葉櫻花的F0增加；本試驗(yàn)表明，遮蔭提高了‘黃金芽’葉片的初始熒光(F0)。最大熒光Fm指的是PSⅡ反應(yīng)中心完全關(guān)閉時(shí)的熒光水平；植物在強(qiáng)光照強(qiáng)度下其光合作用受到光抑制時(shí)，F(xiàn)m值下降[14]。本試驗(yàn)表明，遮蔭顯著提高了‘黃金芽’葉片最大熒光(Fm)，說明‘黃金芽’在甘肅隴南文縣茶區(qū)適合遮蔭栽培，遮蔭栽培下‘黃金芽’葉片吸收、傳遞光能的能力要大于全光照栽培；結(jié)合筆者之前的研究，本研究表明Fm的大小與植物葉綠素的濃度呈正相關(guān)關(guān)系。最大光化學(xué)量子產(chǎn)量Fv/Fm指的是植物的光合作用效率，反映了植物葉片PSⅡ反應(yīng)中心的最大光化學(xué)量子效率[14]，其變化是由非光化學(xué)猝滅效率變化所引起的。正常光照條件下，植物的Fv/Fm一般在0.75～0.85，其變化很小[17]。本試驗(yàn)中T2和T3的Fv/Fm在0.75～0.80，而T1和CK的Fv/Fm在0.55～0.80；T1處理下15:00的Fv/Fm低至0.61，CK處理下13:00的Fv/Fm低至0.55。光合機(jī)構(gòu)所吸收的光能超過植物利用的能量時(shí)極大可能會(huì)導(dǎo)致光合作用的光抑制，F(xiàn)v/Fm降低是光抑制現(xiàn)象的主要特征[18]，其被認(rèn)為是判斷植物是否發(fā)生光抑制的重要指標(biāo)[19]。本研究發(fā)現(xiàn)遮蔭顯著提高了13:00和15:00‘黃金芽’葉片的Fv/Fm，說明全光在13:00和15:00時(shí)對(duì)‘黃金芽’造成光抑制。本研究中T1和CK的Fv/Fm雖然在13:00和15:00較遮蔭處理顯著下降，但其最低值為0.55（大于0.44）；前人發(fā)現(xiàn)當(dāng)Fv/Fm值小于0.44時(shí)表示PSⅡ反應(yīng)中心完全失去活性即反應(yīng)中心出現(xiàn)破壞[20]，說明在13:00和15:00時(shí)T1和CK對(duì)‘黃金芽’造成光抑制，但未造成PSⅡ反應(yīng)中心出現(xiàn)破壞。

光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)與非光化學(xué)猝滅系數(shù)(qN)呈負(fù)相關(guān)[13]。光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)反映的是PSⅡ天線色素吸收的光能用于光化學(xué)電子傳遞的比例[21]，是QA氧化態(tài)的度量單位[22]，包括‘黃金芽’光合作用和光呼吸這2個(gè)生理過程，可以直接反映‘黃金芽’光合效率和對(duì)光能的利用。如果要保持比較高的光化學(xué)猝滅系數(shù)，就得使PSⅡ反應(yīng)中心處于“開放”的狀態(tài)，所以qP在一定程度上又可以反映PSⅡ反應(yīng)中心的開放程度[13]。本研究表明，遮蔭顯著降低了11:00、13:00和15:00時(shí)‘黃金芽’葉片的光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)，說明遮蔭‘黃金芽’葉片在11:00、13:00和15:00時(shí)的PSⅡ反應(yīng)中心的開放程度較全光處理小、用于光化學(xué)反應(yīng)的光能所占比例顯著下降[23]。非光化學(xué)猝滅系數(shù)(qN)指的是PSⅡ天線色素所吸收的光能不能用于光合電子傳遞而熱耗散掉的光能部分；這是PSⅡ的一種自我保護(hù)機(jī)制，熱耗散在抵御光破壞的過程中起到了關(guān)鍵作用[24-25]；當(dāng)植物受到了光抑制時(shí)，常會(huì)伴隨出現(xiàn)Fv/Fm的降低、qN的增加[26]。本研究表明CK的qN在15:00時(shí)顯著高于T2，說明在15:00時(shí)CK‘黃金芽’葉片的熱耗散最大，其通過耗散多余的能量保護(hù)光合機(jī)構(gòu)免受強(qiáng)光的傷害。

三伏天出現(xiàn)在小暑與處暑之間，是一年中氣溫最高且又潮濕、悶熱的日子[27]。綜上所述，甘肅省文縣碧口鎮(zhèn)‘黃金芽’在三伏天遮蔭可以提高其Fv/Fm，同時(shí)降低qP；‘黃金芽’在全光照下會(huì)導(dǎo)致13:00和15:00時(shí)其PSⅡ反應(yīng)中心失活而出現(xiàn)光抑制；因此在甘肅省文縣碧口茶區(qū)‘黃金芽’栽培光溫管理方面，應(yīng)該在三伏天進(jìn)行適度遮蔭處理。本試驗(yàn)作為首個(gè)關(guān)于甘肅隴南茶區(qū)‘黃金芽’光溫管理的相關(guān)研究，但效果最佳的遮蔭時(shí)長沒有定論，還有待于后續(xù)結(jié)合其他生理生化指標(biāo)進(jìn)行深入研究。