不同生境掌葉覆盆子葉綠素?zé)晒鈪?shù)比較研究

侯向飛，商靚婷，張立朝，郭圣茂

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)·園林與藝術(shù)學(xué)院，江西 南昌330045）

葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)具有無(wú)損傷、快速、靈敏的特性，對(duì)植物光能的分配進(jìn)行準(zhǔn)確分析，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于植物光合作用的測(cè)量中。葉綠素?zé)晒馀c植物光合作用密切相關(guān)，也能直接或間接反映植物光合作用過(guò)程[1]。有研究表明不同生境的光照、溫度、濕度等生態(tài)因子存在一定差異[2]，其中光是植物光合作用最重要的生態(tài)因子，且不同光環(huán)境下植物葉綠素?zé)晒鈪?shù)存在差異[3]。因此，研究葉綠素?zé)晒馊兆兓兄诹私庵参飳?duì)光環(huán)境的適應(yīng)性，對(duì)指導(dǎo)覆盆子栽培具有重要意義。目前葉綠素?zé)晒庠诠鈁4]、溫度[5]、施肥[6]、逆境脅迫[7]等方面應(yīng)用較多。

植物與光環(huán)境的關(guān)系密切相關(guān)，不同光環(huán)境下，植物葉綠素?zé)晒鈪?shù)均會(huì)發(fā)生不同程度改變[8]。李鑫對(duì)林下、林緣興安胡枝子（Lespedeza daurica）光環(huán)境的研究表明，隨光強(qiáng)增加，弱光下林下熱耗散能力高于林緣，對(duì)高光強(qiáng)利用能力低[2]。李月靈等對(duì)不同生境的華東野核桃（Juglans cathayensisvar.formosana）葉綠素?zé)晒膺M(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)林緣、林下生境植物的光化學(xué)效率（Fv/Fm）較林窗生境高[8]。植物對(duì)光環(huán)境適應(yīng)能力是決定植物光合能力的關(guān)鍵。

掌葉覆盆子（Rubus chingii）是薔薇科懸鉤子屬的一種藤狀落葉灌木[9]，主要分布在安徽、浙江、江西、江蘇、福建等省。其果實(shí)、根、莖、葉均可入藥[10]，有很高的藥用價(jià)值。掌葉覆盆子主要以藥用為主，具有補(bǔ)足精氣，治腎虛之功能；其果實(shí)富含多種維生素具有抗衰、保健、美容之功效，被稱為“第三代新型水果[11]”。目前關(guān)于掌葉覆盆子的研究大多集中在繁育栽培[12-13]、化學(xué)成分[14]、采收加工[15]、開(kāi)發(fā)利用[16]等方面，而關(guān)于不同生境下掌葉覆盆子葉綠素?zé)晒馓匦缘难芯肯鄬?duì)較少。本文從葉綠熒光入手，比較了掌葉覆盆子在林緣、露地生境熒光特性的差異，探討不同生境下掌葉覆盆子葉綠熒光的響應(yīng)機(jī)制，為掌葉覆盆子的栽培管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為自然條件下4年生掌葉覆盆子，試驗(yàn)于2020年8月上旬在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥園進(jìn)行，該地區(qū)屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，熱量豐富，光照充足。年降水量1 600~1 700 mm；年平均氣溫17℃~17.7℃；年日照時(shí)間1 723~1 820 h。

1.2 測(cè)定方法

采用PAM-2500便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x，于2020年8月上旬晴朗天氣，在林緣、露地選取長(zhǎng)勢(shì)一致的掌葉覆盆子植株各3株。每個(gè)植株均取中上部冠層陽(yáng)面、健康、生長(zhǎng)部位基本相同的功能葉進(jìn)行葉綠熒光參數(shù)日變化（8:00－18:00，每2 h測(cè)定一次）的測(cè)定。用暗適應(yīng)夾夾住葉片進(jìn)行20 min暗適應(yīng)后，測(cè)定初始熒光Fo，最大熒光Fm，他們之間的差值Fv是可變熒光，最大光化學(xué)效率Fv/Fm，通過(guò)PSII的電子傳遞速率ETR，光化學(xué)淬滅系數(shù)qP，非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ等值，每株重復(fù)3次。最大光化學(xué)效率計(jì)算公式為：Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用Excel 2010進(jìn)行匯總和整理，用SPSS 22.0和Origin 2017進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖。用單因素方差分析，以P＜0.05為顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 初始熒光Fo的日變化

Fo是指植物經(jīng)過(guò)充分暗適應(yīng)后光合反應(yīng)中心處于完全開(kāi)放狀態(tài)時(shí)的熒光產(chǎn)量[17]。如圖1所示，林緣生境覆盆子Fo值在8:00－12:00呈下降趨勢(shì)，12:00最低，之后上升，16:00后下降。露地生境掌葉覆盆子8:00－10:00 Fo值上升，10:00－16:00下降較為平緩，16:00之后逐漸升高。

圖1 不同生境掌葉覆盆子Fo日變化Fig.1 The diurnal variations of Fo of R.chingii in different habitat

2.2 最大熒光Fm的日變化

Fm是最大熒光產(chǎn)量，是PSII（光系統(tǒng)II）反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉時(shí)的熒光產(chǎn)量，可反映通過(guò)PSII的電子傳遞情況[18]。林緣和露地生境的Fm日變化趨勢(shì)如圖2，都呈現(xiàn)出先降后升趨勢(shì)。林緣和露地生境覆盆子出現(xiàn)谷值的時(shí)間不同，林緣生境Fm在16:00時(shí)達(dá)到最小值，露地生境最小值出現(xiàn)在14:00。且露地生境的最小值小于林緣，說(shuō)明露地生境對(duì)高光強(qiáng)產(chǎn)生的光抑制作用高于林緣。

圖2 不同生境掌葉覆盆子Fm日變化Fig.2 The diurnal variations of Fm of R.chingii in different habitats

2.3 最大光化學(xué)效率Fv/Fm的日變化

Fv/Fm是指PSII最大光化學(xué)效率，是光化學(xué)反應(yīng)狀況的一個(gè)重要參數(shù)，反映PSII反應(yīng)中心的最大光能轉(zhuǎn)換效率[19]。不同生境下掌葉覆盆子Fv/Fm的日變化有所差異，大體呈現(xiàn)出先降后升趨勢(shì)。不同生境下谷值出現(xiàn)時(shí)間、降幅以及恢復(fù)幅度差別較大。如圖3所示，清晨時(shí)Fv/Fm值較高，隨著光照強(qiáng)度增強(qiáng)及溫度升高，露地和林緣生境覆盆子Fv/Fm值大幅度下降，先后在14:00、16:00出現(xiàn)最低值，并出現(xiàn)光合作用光抑制，之后逐漸回升。露地和林緣生境覆盆子Fv/Fm在達(dá)到谷值后逐漸恢復(fù)，二者恢復(fù)幅度及快慢程度不同，相對(duì)而言，露地覆盆子Fv/Fm值恢復(fù)幅度較快，所需時(shí)間短，這表明可逆的PSII功能下調(diào)是植物體抵御強(qiáng)光及高溫的一種適應(yīng)模式。

圖3 不同生境掌葉覆盆子Fv/Fm日變化Fig.3 The diurnal variations of Fv/Fm of R.chingii in different habitats

2.4 表觀光合電子傳遞速率ETR的日變化

ETR是反映實(shí)際光強(qiáng)下的表觀光合電子傳遞速率。由圖4可看出，林緣和露地環(huán)境覆盆子ETR均表現(xiàn)出先上升后下降趨勢(shì)。林緣ETR隨光強(qiáng)增加快速上升，在12:00達(dá)到峰值122.57，露地ETR在10:00達(dá)到峰值171.56，與初始值相比分別增長(zhǎng)了20.3%、11.4%。達(dá)到峰值后ETR開(kāi)始降低，在18:00降到最低值。1天中露地掌葉覆盆子ETR各時(shí)間點(diǎn)均高于林緣，說(shuō)明露地生境掌葉覆盆子捕獲電子的效率較高。

圖4 不同生境掌葉覆盆子ETR日變化Fig.4 The diurnal variations of ETR of R.chingii in different habitats

2.5 光化學(xué)淬滅系數(shù)qP日變化和非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ日變化

qP是反映PSII天線色素吸收的光能用于光化學(xué)電子傳遞的份額，其值高低反映PSII反應(yīng)中心開(kāi)放程度[20]。由圖5可知，兩種生境覆盆子光化學(xué)淬滅系數(shù)qP日變化呈現(xiàn)出先上升后下降趨勢(shì)。露地和林緣qP在10:00和14:00出現(xiàn)峰值。林緣qP各個(gè)時(shí)間點(diǎn)值均低于露地。NPQ反映的是PSII天線色素吸收的光能不能用于光合電子傳遞，而以熱的形式耗散掉的部分[21]。不同環(huán)境條件下非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ日變化呈現(xiàn)單峰曲線，在10:00－12:00達(dá)到最高，期間以熱的形式耗散的能量最多。達(dá)到峰值后NPQ值逐漸降低，且不同環(huán)境下NPQ值降低幅度不同，露地NPQ值變化幅度較林緣小。

圖5 不同生境掌葉覆盆子q P和NP Q日變化Fig.5 The diurnal variations of qP and NPQ of R.chingii in different habitats

3 討論

葉綠素?zé)晒馀c植物光合作用緊密相關(guān)，任何環(huán)境條件變化對(duì)光合作用產(chǎn)生的影響都可以通過(guò)葉綠素?zé)晒夥从吵鰜?lái)。

本研究中，兩種生境下覆盆子葉綠素?zé)晒鈪?shù)均表現(xiàn)出相似的規(guī)律：林緣和露地生境下覆盆子Fo、Fm、Fv/Fm日變化大體呈現(xiàn)出先下降后上升趨勢(shì)，ETR、qP、NPQ表現(xiàn)出先升后降趨勢(shì)。

Fo是判斷植物對(duì)光系統(tǒng)利用情況的重要指標(biāo)。PSII天線熱耗散增加常導(dǎo)致Fo降低，而PSII反映中心失活或破壞會(huì)導(dǎo)致Fo升高，因此可根據(jù)Fo的變化程度推測(cè)植物的光保護(hù)機(jī)制。本研究中，兩種生境覆盆子Fo值在8:00－12:00降低，說(shuō)明該段時(shí)間內(nèi)植物葉片熱耗散增強(qiáng)。露地生境的Fo值全天低于林緣且峰值較低，說(shuō)明露地覆盆子對(duì)強(qiáng)光脅迫具有較強(qiáng)耐受性。

露地和林緣生境覆盆子Fv/Fm的日變化曲線呈“V”型，表現(xiàn)出先下降后升高趨勢(shì)，這與草決明[22]（Catsia tora）、大豆[23]（Glycine max）、黑果枸杞[24]（Lycium ruthenicum）研究結(jié)論一致。Fm、Fv/Fm的降低也作為反映光抑制程度的指標(biāo)。本研究中，兩種生境Fv/Fm與Fm日變化趨勢(shì)相近，在14:00－16:00降至最低，說(shuō)明這段時(shí)間出現(xiàn)了光抑制，PSII反應(yīng)中心受到光損傷。但是這種損傷是暫時(shí)的，晚上逐漸恢復(fù)至清晨水平，說(shuō)明PSII反應(yīng)中心的破壞是可逆的，并未造成光合機(jī)構(gòu)破壞，這與王直亮等關(guān)于菜心（Brassica campestrisL.ssp.chinensisvar.utilis）的研究結(jié)果一致[18]。午間林緣掌葉覆盆子的Fv/Fm比值較露地生境高，說(shuō)明一定程度的遮光處理提高了PSII的光化學(xué)效率。

露地掌葉覆盆子ETR較林緣覆盆子高，說(shuō)明露地生境覆盆子電子捕獲效率較林緣生境高，能保持較高的光合效率，適宜種植在光照較強(qiáng)的環(huán)境中。

本研究中，露地和林緣覆盆子qP在10:00和14:00達(dá)到峰值，說(shuō)明在這段時(shí)間內(nèi)覆盆子光合活性最強(qiáng)，具有較高的光能轉(zhuǎn)換效率。兩種生境覆盆子NPQ日變化均呈現(xiàn)先升高后降低的規(guī)律，在10:00－12:00達(dá)到峰值，說(shuō)明在光強(qiáng)下，植物通過(guò)熱耗散途徑減輕過(guò)量光能對(duì)PSII反應(yīng)中心的損傷[25]。兩種環(huán)境下覆盆子熱耗散程度不同，露地的熱耗散程度低于林緣，反映以熱耗散形式散失的光量子能量少，可能是露地覆盆子較耐強(qiáng)光。

4 結(jié)論

強(qiáng)光下露地Fo值低于林緣，且Fv/Fm出現(xiàn)光抑制后恢復(fù)速度較快，表現(xiàn)出對(duì)強(qiáng)光的適應(yīng)能力較強(qiáng)。而午間林緣Fv/Fm值高于露地，表明一定程度遮陰又有利于光合作用。因此，掌葉覆盆子適宜生長(zhǎng)的光環(huán)境較寬。在露地生境中，覆盆子具有很高的光保護(hù)機(jī)制，且電子捕獲效率高于林緣，從側(cè)面表明了露地覆盆子對(duì)強(qiáng)光的抗性較強(qiáng)。因此，葉綠熒光參數(shù)可作為覆盆子栽培管理的一項(xiàng)參考指標(biāo)，為覆盆子優(yōu)質(zhì)高效栽培提供理論依據(jù)。