遮陰對(duì)金葉風(fēng)箱果葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

梁文華,楊露,史寶勝

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與旅游學(xué)院，河北 保定 071000)

光是植物進(jìn)行光合作用必不可少的因素，而植物光合機(jī)構(gòu)所能利用的光能是有限的，如果植物吸收的光能過(guò)多，光合機(jī)構(gòu)無(wú)法全部利用，那么就會(huì)導(dǎo)致光抑制和光破壞[1]。葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)是探究和分析植物葉片光合作用內(nèi)在反應(yīng)的科學(xué)探針，可以檢測(cè)光合機(jī)構(gòu)在光抑制下的內(nèi)在變化，可記錄植物1s內(nèi)的熒光反應(yīng)[2-3]。有試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，光合原初反應(yīng)和葉綠素?zé)晒獯嬖谥懿豢煞值年P(guān)系[4-5]。Strasser等人[6]經(jīng)過(guò)研究得出了關(guān)于快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線的數(shù)據(jù)分析方法以及JIP-test處理方法，更有助于對(duì)植物光合作用中原初反應(yīng)的進(jìn)一步研究與探索。目前，以JIP-test為基礎(chǔ)的快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)分析技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于植物光合作用研究中[7-8]。

金葉風(fēng)箱果(Physocarpusopulifolius‘Lutein’)為薔薇科(Rosaceae)風(fēng)箱果屬(Physocarpus)的彩葉花灌木[9]，葉色迷人，葉型優(yōu)美，葉、花及果均可觀賞，可豐富綠化、彩化園林景觀。前人已對(duì)金葉風(fēng)箱果的繁殖技術(shù)[10-11]、抗逆性[12]、光合[13]等進(jìn)行了研究，但對(duì)其快速葉綠素?zé)晒馓匦缘难芯枯^少。本試驗(yàn)以金葉風(fēng)箱果為試材，深入分析了不同遮陰條件下其葉片快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線及其參數(shù)的變化特征，旨在探討不同遮陰處理下金葉風(fēng)箱果葉片原初光化學(xué)反應(yīng)的差異及不同光照對(duì)其光系統(tǒng)Ⅱ的影響，明確遮陰后金葉風(fēng)箱果的光保護(hù)機(jī)制，探明其適宜的光照條件，為其在園林中更好的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)苗圃進(jìn)行。選取長(zhǎng)勢(shì)一致、生長(zhǎng)良好的3年生金葉風(fēng)箱果60株作為試驗(yàn)材料，進(jìn)行正常田間養(yǎng)護(hù)管理。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 處理方法

于2016年6月，選取長(zhǎng)勢(shì)一致、生長(zhǎng)良好的金葉風(fēng)箱果，用遮陰網(wǎng)進(jìn)行遮陰處理。共設(shè)置4個(gè)梯度：0%、30%、50%和80%。其中，以全光照(0%)處理為對(duì)照，每處理15株，3次重復(fù)。處理30d后，對(duì)葉片(植株外圍枝條由上向下第6-8片)進(jìn)行快速葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定，每處理測(cè)定7片葉片。

1.2.2 測(cè)定方法

試驗(yàn)選擇晴朗、無(wú)風(fēng)的天氣進(jìn)行，在上午8:00-10:00時(shí)，采用FP100便攜式熒光儀進(jìn)行測(cè)定。具體測(cè)定參數(shù)為最大熒光(Fm)，初始熒光(Fo)，PSII最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)，吸收的光能被反應(yīng)中心捕獲的量子產(chǎn)量(φPo)，捕獲的激子將電子傳遞到電子傳遞鏈中超過(guò)QA的其他電子受體的概率(ψo(hù))，反應(yīng)中心吸收的光能用于電子傳遞的量子產(chǎn)量(φEo)，用于熱耗散的量子產(chǎn)量(φDo)，單位反應(yīng)中心吸收的能量(ABS/RC)，單位反應(yīng)中心捕獲的用于還原QA的能量(TRo/RC)，單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量(ETo/RC)，單位反應(yīng)中心耗散掉的能(DIo/RC)，具體測(cè)定方法見(jiàn)楊露等人[13]。測(cè)定前需先用暗適應(yīng)葉片夾將葉片進(jìn)行30min暗適應(yīng)，然后測(cè)定各熒光參數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel繪圖及SPSS 17.0軟件進(jìn)行具體的方差分析及顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮陰對(duì)金葉風(fēng)箱果OJIP曲線的影響

快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線又被稱(chēng)為0-J-I-P曲線[5]，該曲線可體現(xiàn)PSII反應(yīng)中心原初光化學(xué)反應(yīng)的許多信息，其中，曲線各拐點(diǎn)變化能夠說(shuō)明電子傳遞情況。不同遮陰處理下金葉風(fēng)箱果葉片的OJIP曲線的變化見(jiàn)圖1，由圖1可知，30%、50%及80%遮陰處理在O點(diǎn)的熒光值差異不明顯，隨著遮陰度的增加，在I-P階段的熒光值整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，均在P點(diǎn)達(dá)到最大，且均比對(duì)照高。綜上分析可得，不同遮陰處理下金葉風(fēng)箱果葉片的OJIP曲線整體在O點(diǎn)變化差異不大，通過(guò)J及I點(diǎn)差異的積累，直到達(dá)到P點(diǎn)時(shí)，各處理與對(duì)照的差異逐漸加大。

圖1 遮陰處理下OJIP曲線的變化

2.2 遮陰對(duì)Fo與Fm的影響

如圖2所示，遮陰處理下，金葉風(fēng)箱果Fo的值隨遮陰度的增加整體同樣先升高后下降，在30%遮陰處理下達(dá)到最大，比對(duì)照增大12.79%；50%遮陰處理下Fo的值減小到低于對(duì)照，比對(duì)照減小18.78%；而80%遮陰處理比對(duì)照略高，僅比對(duì)照組增加4.05%。圖2表明，遮陰處理下金葉風(fēng)箱果Fm的值顯著增加，30%、50%、80%遮陰處理下均與對(duì)照之間差異極顯著(P<0.01)，分別比對(duì)照增加了36.73%、31.47%、43.89%；但各遮陰處理之間差異不顯著。

圖2 不同遮陰處理下Fo和Fm的變化

2.3 遮陰對(duì)Fv/Fm和Fv/Fo的影響

由試驗(yàn)結(jié)果可知，遮陰條件下金葉風(fēng)箱果Fv/Fm的值隨著遮陰度的增加表現(xiàn)為增大后減小的趨勢(shì)(圖3)。30%遮陰處理比對(duì)照增加9.91%，但兩者無(wú)顯著差異；遮陰度為50%時(shí)達(dá)到最大值，比對(duì)照增加22.48%，存在極顯著差異(P<0.01)；80%遮陰處理有所下降，比50%降低4.52%，但仍高于對(duì)照及30%遮陰處理，比對(duì)照增加16.94%，較對(duì)照差異極顯著(P<0.01)。遮陰對(duì)金葉風(fēng)箱果Fv/Fo的影響見(jiàn)圖3，其變化趨勢(shì)與Fv/Fm的變化趨勢(shì)類(lèi)似。金葉風(fēng)箱果Fv/Fo的值隨遮陰度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，30%、50%遮陰處理下分別比對(duì)照增加25.44%、74.10%，存在極顯著差異(P<0.01)；在50%遮陰處理下達(dá)到最大值后，80%遮陰處理顯著下降，比50%處理減小18.79%，與50%處理相比差異極顯著(P<0.01)，但比對(duì)照增加41.83%，較對(duì)照差異極顯著(P<0.01)。

圖3 不同遮陰處理下Fv/Fm和Fv/Fo的變化

2.4 遮陰對(duì)能量分配比率的影響

由表1可知，金葉風(fēng)箱果φPo的變化趨勢(shì)與Fv/Fm相似。隨遮陰度的增加，金葉風(fēng)箱果φPo的值呈先增大后減小的趨勢(shì)，在50%遮陰處理下達(dá)到最大，比對(duì)照增大了22.48%，存在極顯著差異(P<0.01)，80%遮陰處理下有所下降，但與對(duì)照差異極顯著(P<0.01)，比對(duì)照增加了16.94%。

隨著遮陰度的增加，金葉風(fēng)箱果ψo(hù)的值逐漸增大。金葉風(fēng)箱果在30%遮陰處理下比對(duì)照增大37.02%，但兩者之間差異不顯著；50%、80%處理下與對(duì)照之間差異極顯著(P<0.01)，分別比對(duì)照增大了108.30%、110.00%。

試驗(yàn)結(jié)果表明，金葉風(fēng)箱果φEo的值表現(xiàn)為先增大后減小的變化趨勢(shì)，在50%處理達(dá)到最大，比對(duì)照提高130.72%；80%遮陰處理下略有下降，與50%遮陰處理未達(dá)到顯著差異，但仍比對(duì)照增加121.23%；在顯著性差異方面，遮陰度為30%條件下則與對(duì)照之間無(wú)明顯差異，50%與80%處理均與對(duì)照差異極顯著(P<0.01)。

金葉風(fēng)箱果φDo的值整體呈下降趨勢(shì)(表1)，30%遮陰處理比對(duì)照減少17.56%，但兩者之間差異不顯著；50%遮陰處理的值最小，比對(duì)照減小39.84%，達(dá)到極顯著差異水平；與50%遮陰處理相比，80%遮陰處理略有上升，但與其差異不顯著，而極顯著低于對(duì)照，比對(duì)照減少30.03%。

表1 不同遮陰處理下能量分配比率

注：大寫(xiě)字母表示不同遮陰度之間差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)；小寫(xiě)字母表示不同遮陰度之間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。下同。

2.5 遮陰對(duì)PSII比活性參數(shù)的影響

在不同遮陰處理下，金葉風(fēng)箱果的PSII活性參數(shù)的變化見(jiàn)表2。金葉風(fēng)箱果ABS/RC的值在遮陰處理下整體呈下降趨勢(shì)，30%、50%處理下分別比對(duì)照減少4.57%、20.83%；80%遮陰處理下略有上升，但仍小于對(duì)照，比對(duì)照減少8.02%。金葉風(fēng)箱果TRo/RC的值僅在80%遮陰條件下與對(duì)照組達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)，比對(duì)照增加13.03%。隨著遮陰度的增加，金葉風(fēng)箱果ETo/RC的值逐漸增大。金葉風(fēng)箱果ETo/RC的值在遮陰度為30%條件下，比對(duì)照增加54.02%，但兩者之間差異不顯著；遮陰度為50%、80%條件下分別比對(duì)照增加122.32%、145.27%，較對(duì)照差異極顯著(P<0.01)。遮陰處理下，金葉風(fēng)箱果DIo/RC的值整體表現(xiàn)為下降的趨勢(shì)。遮陰度為30%條件下比對(duì)照減少24.85%，但兩者無(wú)顯著差異；遮陰度為50%條件下比對(duì)照減少55.80%，較對(duì)照差異極顯著(P<0.01)；遮陰度為80%條件下相比與50%略有增加，但差異不顯著，且仍比對(duì)照低，比對(duì)照減少40.51%。

表2 不同遮陰處理下比活性參數(shù)變化

3 討論與結(jié)論

在逆境脅迫中，PSII特別敏感，因此，植物葉片PSII反應(yīng)中心的光化學(xué)反應(yīng)可以反映逆境脅迫對(duì)光合器官的影響[5]?？焖偃~綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線涵蓋了大量關(guān)于PSII的原初反應(yīng)信息，一方面可體現(xiàn)PSII的原初光化學(xué)反應(yīng)的具體變化，另一方面可反映光合機(jī)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及狀態(tài)等的變化[14]。在熒光上升階段，一般快速熒光動(dòng)力學(xué)曲線有O，J，I，P相[14]，曲線J點(diǎn)的熒光值上升，說(shuō)明PSII反應(yīng)中心受體側(cè)QA-瞬時(shí)大量積累[3]。熒光強(qiáng)度在J-I及I-P階段升高，說(shuō)明電子傳遞過(guò)程中QB和PQ庫(kù)被還原能力受到限制。P點(diǎn)熒光強(qiáng)度反映了PSII的電子傳遞情況[15]。本試驗(yàn)表明，各遮陰處理下金葉風(fēng)箱果葉片熒光動(dòng)力學(xué)曲線J點(diǎn)的熒光值均比對(duì)照大，說(shuō)明遮陰處理阻礙了電子在PSII受體側(cè)的傳遞。隨遮陰度的升高，I-P階段的熒光值逐漸增大，又表明遮陰處理使PSII的QB和PQ庫(kù)的還原能力減弱，進(jìn)而影響電子傳遞?？梢?jiàn)，遮陰處理顯著影響了金葉風(fēng)箱果PSII反應(yīng)中心電子傳遞。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)是體現(xiàn)PSII生理狀態(tài)的良好指標(biāo)，可以了解光合機(jī)構(gòu)內(nèi)部許多重要的調(diào)節(jié)過(guò)程[16]，如評(píng)估PSII光化學(xué)效率，電子傳遞效率和碳同化效率[17]。Fv/Fm可反映植物是否受到光抑制，其值顯著下降，說(shuō)明植物受到脅迫[18]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，遮陰后，金葉風(fēng)箱果Fv/Fm的值先升高后下降，在50%遮陰處理下達(dá)到最大，但各遮陰處理下均高于對(duì)照?？梢?jiàn)，金葉風(fēng)箱果在遮陰后沒(méi)有受到脅迫，這與本試驗(yàn)中對(duì)表觀量子效率分析得出的結(jié)論一致。前人試驗(yàn)得出，F(xiàn)v/Fm及Fv/Fo的升高可提高碳固定和碳同化的效率，進(jìn)而提高光合速率[19]。遮陰處理下，F(xiàn)v/Fm和Fv/Fo的值逐漸增大反映出植物在低光強(qiáng)環(huán)境中的適應(yīng)性，其值下降則表明植物不能適應(yīng)低光強(qiáng)的環(huán)境[20-21]。本試驗(yàn)中，金葉風(fēng)箱果遮陰后Fv/Fo的值也比對(duì)照高，表明金葉風(fēng)箱果能適應(yīng)一定的弱光環(huán)境。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)φPo是吸收的光能中被反應(yīng)中心所捕獲到的量子產(chǎn)量，同F(xiàn)v/Fm具有同等含義[3]；ψo(hù)反映了被反應(yīng)中心捕獲的激子中，促進(jìn)電子傳遞到電子傳遞鏈中超過(guò)QA的電子受體的激子與促進(jìn)QA還原的激子的比值[3]；φEo是吸收的光能應(yīng)用到電子傳遞的量子產(chǎn)量[3]；φDo反映了用于熱耗散的量子產(chǎn)量[3]。試驗(yàn)結(jié)果表明，金葉風(fēng)箱果φPo、ψo(hù)、φEo與遮陰度呈顯著正相關(guān)，遮陰處理下，φPo、ψo(hù)、φEo的值均大于對(duì)照，80%遮陰處理下分別比對(duì)照增加16.94%、110.00%、121.23%，而φDo的值則小于對(duì)照。這表明遮陰后金葉風(fēng)箱果增加了電子傳遞的量子比率，而減小了熱耗散的量子比率。究其原因，或許是因?yàn)榻鹑~風(fēng)箱果葉片PSII對(duì)低光照強(qiáng)度的一種適應(yīng)機(jī)制。可見(jiàn)，金葉風(fēng)箱果對(duì)弱光環(huán)境存在一定的適應(yīng)性。ABS/RC、TRo/RC、ETo/RC、DIo/RC反映了在QA可還原的狀態(tài)時(shí)，單位PSII反映中心的活性[3]。其中，ABS/RC是衡量天線色素大小的指標(biāo)，該值減小，說(shuō)明天線色素尺寸減小[22]。本試驗(yàn)中，金葉風(fēng)箱果ABS/RC的值在各遮陰處理下均低于對(duì)照，表明其在遮陰處理下葉片天線色素吸收的光能減少，從而導(dǎo)致用于電子傳遞的能量減少。各遮陰條件下DIo/RC的值均小于對(duì)照，說(shuō)明金葉風(fēng)箱果PSII反應(yīng)中心用于熱耗散的能量減少。在遮陰處理下，金葉風(fēng)箱果ETo/RC的值上升，DIo/RC的值下降，再次說(shuō)明可能是由于其PSII對(duì)弱光環(huán)境存在適應(yīng)機(jī)制。

綜上所述，遮陰會(huì)在一定程度上降低金葉風(fēng)箱果葉片電子在PSII受體側(cè)的傳遞能力，而不同遮陰處理會(huì)限制PSII的QB和PQ被還原的能力；遮陰下金葉風(fēng)箱果對(duì)光能的吸收減少，說(shuō)明遮陰在一定程度上阻礙了金葉風(fēng)箱果對(duì)光能的吸收。但金葉風(fēng)箱果對(duì)弱光環(huán)境存在一定的適應(yīng)性，遮陰后，其葉片PSII反應(yīng)中心通過(guò)增加用于電子傳遞的能量，以及減少用于熱耗散的能量的方式來(lái)適應(yīng)弱光環(huán)境。