弱光環(huán)境對羅勒幼苗葉片生長和葉綠素熒光特性的影響

林晗婧，田　野，張秀麗，孫廣玉（東北林業(yè)大學生命科學學院，哈爾濱150040）

弱光環(huán)境對羅勒幼苗葉片生長和葉綠素熒光特性的影響

林晗婧，田野，張秀麗，孫廣玉
（東北林業(yè)大學生命科學學院，哈爾濱150040）

以花色素苷含量不同的紫羅勒和大葉羅勒為對象，分別對其進行弱光和自然光處理30d后進行生長參數(shù)、色素含量和葉綠素熒光參數(shù)的測定，結(jié)果顯示：弱光導致兩種羅勒幼苗葉片比葉面積、葉面積、葉寬、葉長和株高顯著增加，幼苗根長，地上、地下生物量和總生物量明顯降低。經(jīng)過弱光處理的葉片花色苷與總?cè)~綠素比和花色苷含量均降低。總?cè)~綠素含量、葉綠素a含量、葉綠素b含量和葉綠素a/b比值較自然光明顯升高。在弱光下，兩種羅勒幼苗葉片失活PSⅡ反應(yīng)中心的熱耗散量子產(chǎn)額（ФNF）降低，而基本的熒光量子產(chǎn)額和熱耗散的量子產(chǎn)額（Фf，D）升高。說明，花色素苷可能在光破壞防御上發(fā)揮了作用。

羅勒；弱光；葉綠素熒光；花色素苷

Abstract∶Based onOcimum basilicumL.seedlings with different content of anthocyanins，this article studied on the growth parameters，pigment content and chlorophyll fluorescence parameters dealed with lowlight intensity and nature light intensity for 30 days.Finally，the specific leaf area，leaf area，blade width，leaf length，plant height of leaves ofOcimum basilicumL.seedlings increased significantly，however root length，aboveground biomass，underground biomass，total biomass of leaves decreased significantly with low light intensity.The content of anthocyanins and the ratio of anthocyanins and total chlorophyll ofOcimum basilicumL.seedlings with low light intensity was lower than the one with nature light intensity，however the content of total chlorophyll，chlorophyll a，chlorophyll b，the ratio ofchlorophyll a and b ofOcimum basilicumL.seedlings with lowlight intensity was higher. Dealed with lowlight intensity，the quantum yield of thermal dissipation in nonfunctional PSⅡ（ФNF）decreased，the basic quantum yield of fluorescence and thermal dissipation（Фf，D）increased in leaves ofOcimum basilicumL. seedlings.The result showed that anthocyanins mayhave the effect on the defense oflight damage.

Key words∶OcimumbasilicumL；lowlight density；chlorophyll fluorescence；anthocyanin

羅勒（Ocimum basilicum L.）為唇形科羅勒屬一年生草本植物，原產(chǎn)于南洋群島及非洲等地，遍布全球［1］。羅勒形態(tài)上呈扇形植株，枝繁葉茂，紫花成串，適宜盆栽，由于其具有能香化、凈化空氣、驅(qū)蚊等功效，而被譽為“天然香水瓶”［2］。由于羅勒是一種值得推廣的天然保健、藥食同源的資源植物，因而近年來市場需求不斷增大，食用羅勒栽培面積亦呈增長趨勢［3］。紫羅勒是羅勒的變種之一，其葉片富含大量的花色素苷，該類物質(zhì)屬于天然色素類抗氧化劑，可被應(yīng)用于食品以及藥品等領(lǐng)域［4］，其主要分布于幼嫩葉片和衰老葉片中。影響花色素苷合成的因素主要有光、溫度、水分以及葉片生長狀態(tài)等［5］，其中光強［6］直接決定了葉片中的色素含量。為此，本試驗以紫羅勒和大葉羅勒幼苗為試驗材料，利用葉綠素熒光技術(shù)研究了弱光條件下花色素苷對羅勒幼苗葉片光能吸收、利用和分配的影響，為揭示花色素苷如何在植物葉片光合作用中發(fā)揮效果提供參考。

1　材料與方法

1.1材料

試樣紫羅勒葉片均為紫色；丁香羅勒葉片均為綠色。6月初播種，將種子均勻地種植到直徑12cm、高15cm的培養(yǎng)缽中，每缽種植5粒種子，培養(yǎng)基質(zhì)采用充分混勻的草炭土與蛭石，比例定為1∶1（v/v）。在溫度25/23℃（光/暗）、正午最大光照強度1 200μmol·m-2· s-1、光周期12/12h（光/暗），75%左右相對濕度的溫室中培養(yǎng)，定期進行苗期管理并澆水，待幼苗出土長至約10cm時，間苗處理，每缽保留生長相對一致的幼苗1株。

1.2處理方法

試驗設(shè)計：一組為弱光處理，用市售透光率為50%的黑色遮陽網(wǎng)固定在鐵架四周，每個品種羅勒15盆于鐵架下；另一組為自然光處理，每個品種15盆于溫室中，試驗材料處理30d后進行生長參數(shù)、色素含量和葉綠素熒光參數(shù)的測定。

1.3測定項目和方法

葉面積的測量方法為稱量紙質(zhì)量法。用玻璃板把葉片壓平，在白紙上畫出葉片輪廓，剪下稱取質(zhì)量，并測量其葉寬和葉長。剪下1cm2紙，稱出單位面積紙的質(zhì)量，葉片面積公式為：葉片面積（cm2）=紙質(zhì)量/單位面積紙質(zhì)量（cm2），將葉片放入鋁盒中殺青（105℃，30min）、烘干（60℃，30h）至恒重后稱其質(zhì)量即為干質(zhì)量，比葉面積（cm2/g）=葉面積/干質(zhì)量。測定其各待測株的株高后收獲每培養(yǎng)缽內(nèi)的植株，洗凈根系表面的培養(yǎng)基質(zhì)后測定根系長度，用吸水紙吸干根系表面的水分后，分別測定地上和地下部分的鮮重，然后分別將地上部和地下部放鋁盒內(nèi)殺青（105℃，30min）、烘干（60℃，30h）至恒重后稱其生物量，計算平均每株的地上部生物量和地下部生物量、根冠比，其中根冠比=地下部生物量/地上部生物量。

根據(jù)無水乙醇法［7］測定葉片中葉綠素a、葉綠素b以及葉綠素總量含量，并參照Pirie［8］的方法測定葉片中花色素苷的含量。最后，計算花色素苷與葉綠素總量的比值。

根據(jù)Hu［9］的方法測定葉綠素熒光參數(shù)，并按張會慧［10］法分別計算出PSⅡ反應(yīng)中心吸收光能的去向。

1.4數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計方法

本試驗運用Excel和DPS軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，所有試驗數(shù)據(jù)均平均三次，結(jié)果表示為值±標準差（SE），并通過Design expert 8.0軟件對比分析不同數(shù)據(jù)組間的差異。

2　結(jié)果與分析

2.1弱光對羅勒幼苗生長特性影響

由表1可以看出，弱光導致兩種羅勒幼苗葉片比葉面積、葉面積、葉寬、葉長和株高均增加，其中大葉羅勒較紫羅勒增加幅度大，而兩種羅勒幼苗根長、地上生物量、地下生物量和總生物量均明顯降低，大葉羅勒幼苗葉片較紫羅勒降低幅度較小。在弱光下，紫羅勒幼苗葉片含水量較自然光無顯著變化而大葉羅勒幼苗葉片是自然光下葉片含水量的2.3倍；紫羅勒幼苗根冠比較自然光顯著降低而大葉羅勒幼苗變化不顯著。

表1　弱光對羅勒幼苗生長特性的影響Tab.1　Effects of growth characteristics in leaves ofOcimum basilicumL.seedlings under low light intensity

2.2弱光對羅勒幼苗葉片葉綠素和花色素苷的影響

由表2可以看出，弱光導致紫羅勒幼苗葉片花色素苷含量和花色素苷與總?cè)~綠素比值明顯降低，但大葉羅勒變化不顯著（P＜0.05）。在弱光下，兩種羅勒幼苗葉片總?cè)~綠素含量、葉綠素a含量、葉綠素b含量和葉綠素a/b比值較自然光明顯升高，并且大葉羅勒幼苗葉片總?cè)~綠素含量、葉綠素a含量和葉綠素b含量分別為自然光的1.8倍、2倍和1.9倍。這與其他彩葉植物在弱光下形態(tài)變化、葉片光合色素及花色素苷含量變化一致。

表2　弱光對羅勒幼苗葉片葉綠素和花色素苷的影響Tab.2　Effects of chlorophyll and anthocyanin contents in leaves ofOcimum basilicumL.seedlings under low light intensity

2.3弱光對羅勒幼苗葉片F(xiàn)o、Fm、Fv/Fm和Fv/Fo的影響

由圖1可以看出，在弱光下，紫羅勒幼苗葉片初始熒光（Fo）較自然光顯著升高而大葉羅勒幼苗葉片降低；兩種羅勒幼苗葉片最大熒光（Fm）較自然光均明顯升高，但紫羅勒幼苗葉片升高幅度較大葉羅勒幼苗增大；大葉羅勒幼苗葉片最大光化學效率（Fv/Fm）和潛在光化學效率（Fv/Fo）較自然光均顯著升高，但紫羅勒幼苗葉片F(xiàn)v/Fm和Fv/Fo變化不顯著。

圖1　弱光對羅勒幼苗葉片F(xiàn)o、Fm、Fv/Fm和ETR的影響Fig.1　Effects of Fo，F(xiàn)m，F(xiàn)v/Fm and ETR in leaves ofOcimum basilicumL.seedlings under low light intensity

2.4弱光對羅勒幼苗葉片PSⅡ反應(yīng)中心吸收光能分配參數(shù)的影響

由圖2可以看出，紫羅勒幼苗葉片熱耗散量子產(chǎn)額（ФNF）和用于光化學反應(yīng)的量子產(chǎn)額（ФPSⅡ）大于大葉羅勒葉片，而基本的熒光量子產(chǎn)額和熱耗散的量子產(chǎn)額（Фf，D）小于大葉羅勒葉片。弱光處理使紫羅勒葉片用于光化學反應(yīng)的量子產(chǎn)額（ФPSⅡ）降低，依賴于類囊體膜兩側(cè)質(zhì)子梯度和葉黃素循環(huán)的量子產(chǎn)額（ФNPQ）升高，而大葉羅勒葉片情況恰恰相反，（ФPSⅡ）升高而（ФNPQ）降低，在弱光下，兩種羅勒幼苗葉片失活PSⅡ反應(yīng)中心的熱耗散量子產(chǎn)額（ФNF）降低，而（Фf，D）較自然光升高。

圖2　弱光對羅勒幼苗葉片PSⅡ反應(yīng)中心吸收光能分配參數(shù)的影響Fig.2　Effects of PSⅡenergy allocation pathways in leaves of Ocimum basilicumL.seedlings under low light intensity

3　討論與結(jié)論

本試驗中弱光導致兩種羅勒幼苗葉片比葉面積、葉面積、葉寬、葉長和株高均增加，與之前對蘋果、桃、黃瓜［11］、葡萄等的研究結(jié)果一致，該結(jié)果表明，一方面植物不同器官在形態(tài)發(fā)生方面對光的敏感性不同，另一方面植物能夠根據(jù)生長環(huán)境光照條件進行主動適應(yīng)。光合效率指標是以葉綠素熒光指數(shù)Fv/Fm表示的PSⅡ的光化學效率，因此，從花色素苷對羅勒葉片葉綠素熒光特性和能量分配角度分析，弱光下，紫羅勒幼苗葉片F(xiàn)v/Fm和Fv/Fo變化不明顯，這說明弱光并沒有導致葉片PSⅡ反應(yīng)中心的光化學活性降低；而大葉羅勒幼苗葉片F(xiàn)v/Fm和Fv/Fo顯著升高，這是由于葉片葉綠素含量升高，葉片捕光能力增強，但并未產(chǎn)生過剩的光能。弱光條件下大葉羅勒幼苗葉片F(xiàn)o降低是由于PSⅡ反應(yīng)中心的熱耗散增加［12］，而紫羅勒幼苗葉片F(xiàn)o升高表示PSⅡ反應(yīng)中心受到破壞或可逆失活［13］。本試驗發(fā)現(xiàn)，弱光導致紫羅勒葉片用于光化學反應(yīng)的量子產(chǎn)額（ФPSⅡ）降低，而大葉羅勒葉片ФPSⅡ升高，這可能是由于紫羅勒葉片中花色素苷的存在衰減或者反射部分光能，導致紫羅勒幼苗葉片光化學效率降低，而大葉羅勒幼苗葉片中花色素苷含量相對較少［14］。在弱光下，兩種羅勒幼苗葉片失活PSⅡ反應(yīng)中心的熱耗散量子產(chǎn)額（ФNF）較自然光降低，基本的熒光量子產(chǎn)額和熱耗散的量子產(chǎn)額（Фf，D）較自然光升高。增加了

熱耗散所消耗的能量，從而提高了有活性的反應(yīng)中心，防止反應(yīng)中心的失活、降解。而紫羅勒幼苗葉片依賴于類囊體膜兩側(cè)質(zhì)子梯度和葉黃素循環(huán)的量子產(chǎn)額（ФNPQ）升高，而大葉羅勒葉片ФNPQ降低。這說明在弱光下，紫羅勒幼苗葉片通過葉黃素循環(huán)以及熱耗散等來維持反應(yīng)中心的正常功能，而大葉羅勒幼苗葉片主要通過熱耗散來維持反應(yīng)中心的正常功能。通過以上結(jié)果可以看出，花色素苷可以保護紫羅勒幼苗葉片免受弱光脅迫，花色素苷可能在光破壞防御上發(fā)揮了作用。

［1］周愛芬.羅勒的光合特性研究［J］.麗水學院學報，2011，33（2）：42-44.

［2］吳冬乾，夏月明，朱玉萍.羅勒的實用栽培技術(shù)［J］.上海蔬菜，2005，（02）：1002-1469.

［3］祝麗香.羅勒的研究與開發(fā)應(yīng)用［J］.北方園藝，2005，（01）：15-16.

［4］孫麗華，江月仙，王巧懿.天然抗氧化劑原花青素的保健功能及其應(yīng)用［J］.食品研究與開發(fā)，2004，（02）：109-112.

［5］Jin S K，Byung H L，So H K，et al.Responses to environmental and chemical signals for anthocyanin biosynthesis in non-chlorophyllous corn（Zea mays L.）leaf［J］.Journal of Plant Biology，F(xiàn)ebruary，2006，49（1）∶16-25.

［6］Oren-Shamir M.Does anthocyanin degradation play a significant role in determining pigment concentrationinplants？［J］.Plant Science，2009，177（4）∶310-360.

［7］占麗平，魯劍巍，楊娟，等.施肥對黑麥草生長和產(chǎn)量的影響［J］.草業(yè)科學，2011，28（2）：260-265.

［8］Pirie A，Mullins M G.Changes in anthocyanin and phenolics content of grapevine leaf and fruit tissues treated with sucrose，nitrate，and sbscisic acid［J］. Plant Physiology，1976，58（4）∶468-472.

［9］Hu Y B，Sun G Y，Wang X C.Induction characteristics andresponse of photosynthetic quantum conversion to changes in irradiance in mulberry plants［J］.Journal of Plant Physiology，2007，164（8）∶959-968.

［10］張會慧，張秀麗，胡彥波，等.堿性鹽脅迫對桑樹幼苗葉片葉綠素熒光和激發(fā)能分配的影響［J］.經(jīng)濟林研究，2012，30（1）：6-12.

［11］戰(zhàn)吉成，王利軍，黃衛(wèi)東.弱光環(huán)境下葡萄葉片的生長及其在強光下的光合特性［J］.中國農(nóng)業(yè)大學學報ISTIC PKU，2002，7（3）：1007-4333.

［12］Demmig-Adams B，Adams W W III.Photoprotection and other responses of plants to high light stress［J］.Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology，1992，（43）∶599-626.

［13］李天來，劉玉鳳，宋禮毓.夜間亞低溫處理及其恢復對番茄葉片光抑制的影響［J］.園藝學報，2008，（07）：1003-1010.

［14］田野，張會慧，王娟，等.遮蔭對紫葉李幼苗葉片花色素苷含量和光合能量分配的影響［J］.中南林業(yè)科技大學學報，2013，（06）：64-69.

Effects of growth characteristics and chlorophyll fluorescence characteristics in leaves ofOcimum basilicumL.seedlings under low light intensity

LINHan-jing，TIANYe，ZHANGXiu-li，SUNGuang-yu
（College of Life Science，Northeast ForestryUniversity，Harbin 150040，China）

S636.9

A

1674-8646（2015）02-0004-04

2014-11-05

黑龍江省科技攻關(guān)重大項目（GA09B201-02）；黑龍江省自然科學基金重點項目（ZD201105）

林晗婧（1989-），女，黑龍江哈爾濱人，在讀碩士，主要從事植物生理生態(tài)學研究。

孫廣玉（1963-），男，黑龍江巴彥人，教授，博士研究生導師，主要從事植物生理生態(tài)學研究，e-mail∶sungy@vip.Sina.com