白花丹參和紫花丹參葉綠素熒光日變化比較研究

孫文帥，秦寧，王菲，張秀婷，衣凌飛，祝麗香

（山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，山東 泰安 271018）

丹參（Salvia miltiorrhiza Bunge）根入藥，是治療心血管疾病的常用中藥。丹參廣泛用于治療冠心病、高血脂、高血壓、心肌梗塞、腦梗塞、脈管炎等疾病，療效顯著，因此丹參市場需求量不斷增加。為提高丹參的產(chǎn)量和品質(zhì)，研究人員對丹參栽培技術進行深入研究。作物的光合性能與其生長和生產(chǎn)力水平密切相關，而葉綠素熒光與光合作用緊密相關，植物的葉綠素熒光參數(shù)反映植物光合作用與環(huán)境之間的關系，能靈敏地反映植物光合生理特性，具有“內(nèi)在性”的特點[1]。植物光合能力的差異可以通過一系列光合和熒光指標綜合反映[2]。賀立紅等[3]研究銀杏熒光變化發(fā)現(xiàn)，品種間葉綠素熒光參數(shù)存在顯著差異。金銀花[4]、厚樸[5]、女貞[6]等藥用植物同樣存在不同品種間葉綠素熒光參數(shù)間的差異，并將研究結(jié)果用于高光效藥用植物品種的篩選。目前，丹參的種植品種主要有紫花丹參（S.miltiorrhiza Bunge）和白花丹參（S.miltiorrhiza Bunge var alba C.Y.）。在生產(chǎn)上，紫花丹參產(chǎn)量普遍高于白花丹參。薛永鋒[7]、鐘國成[8]分別對紫花丹參的光合速率、光合日變化進行了研究，但未涉及白花丹參和紫花丹參葉綠素熒光比較方面的研究。本試驗選擇丹參生長最快的夏季，比較白花和紫花丹參葉綠素熒光參數(shù)變化特性，旨在從葉綠素熒光參數(shù)的角度闡明紫花丹參產(chǎn)量高于白花丹參的原因，為丹參栽培管理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2017年在山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學實驗站進行，紫花丹參和白花丹參均采用1年生種苗，按照行距30cm、株距25 cm 于4月1 日移栽，生育期內(nèi)采用相同的管理措施。

1.2 葉綠素熒光參數(shù)測定方法。

2017年7月，選取生長良好的紫花丹參和白花丹參各5 株，每株選取長勢均一的成熟葉片3 片標記并作為后續(xù)測定對象。2017年7月15、18、21 日晴朗天氣6：00～18:00，采用便攜式調(diào)制葉綠素熒光儀每隔2 h測定1 次，每葉片測定3 次。測定初始熒光產(chǎn)量（Fo）、最大熒光產(chǎn)量（Fm）、PSⅡ的最大光化學效率（Fv/Fm）、PSⅡ潛在光化學效率（Fv/Fo）、PSII實際光化學效率（PSII）、光化學猝滅系數(shù)（qP）、非光化學猝滅系數(shù)（qN）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 22.0 對丹參葉綠素熒光參數(shù)進行單因素方差分析（One-way ANOVA），使用最小顯著性差異（LSD）法進行多重比較，用Excel 2016 進行數(shù)據(jù)整理并作圖。

2 結(jié)果分析

2.1 白花丹參和紫花丹參PSII初始熒光產(chǎn)量和最大熒光產(chǎn)量日變化

PSII初始熒光產(chǎn)量又稱為最小熒光產(chǎn)量，是光能從吸收到傳遞給PS II 反應中心色素過程中所釋放的熒光。用Fo 值的變化來推測反應中心可能發(fā)生的光保護機制。白花丹參和紫花丹參的Fo 值呈單峰曲線，最大值出現(xiàn)在12:00（圖1A）。1d 內(nèi)白花丹參Fo 值始終顯著高于紫花丹參，說明白花丹參葉片吸收光能以熒光發(fā)散方式耗散的比例高于紫花丹參。

Fm是PSⅡ反應中心處于完全關閉時的熒光產(chǎn)量，可反映通過PSⅡ的電子傳遞最大潛力。白花丹參和紫花丹參的Fm 值均呈“V”型變化，紫花丹參Fm 值始終高于白花丹參（圖1B）。10：00～14：00 白花和紫花丹參Fm 值變化差異顯著，最小值出現(xiàn)在12:00，此時，白花丹參Fm 值比紫花丹參低118 個單位。6:00～10:00白花和紫花丹參Fm 值略有增加，且二者差異不顯著，14:00～18:00 后逐步下降，白花和紫花丹參Fm 值差異逐漸縮小。

圖1 白花丹參和紫花丹參PSII 初始熒光和最大熒光日變化Fig.1 Diurnal course of Fo and Fm of S.miltiorrhiza Bunge and S.miltiorrhiza Bunge var alba C.Y.

2.2 白花丹參和紫花丹參PSⅡ光化學效率日變化

圖2可知，白花丹參和紫花丹參PSII最大光化學效率、潛在光化學效率和實際光化學效率變化趨勢基本相同，紫花丹參的PSII 最大光化學效率、潛在光化學效率和實際光化學效率顯著高于白花丹參。

PSII的Fv/Fm 反映PSⅡ反應中心內(nèi)光能轉(zhuǎn)化效率，F(xiàn)v/Fm 值的變化可反映植物受環(huán)境脅迫的程度。白花丹參和紫花丹參的Fv/Fm值呈雙峰變化（圖2A），峰值出現(xiàn)在8:00 和16:00，白花丹參的峰值分別為0.81和0.81，紫花丹參分別為0.84 和0.86。最小值出現(xiàn)在12:00，白花丹參為0.64，紫花丹參為0.74，說明12:00白花和紫花丹參發(fā)生光抑制。

PSII潛在光化學效率表示植物光合電子傳遞速率。白花丹參和紫花丹參的PSII 變化趨勢亦呈雙峰變化（圖2B），峰值分別出現(xiàn)在8:00 和18:00，且18:00峰值顯著高于8:00。白花丹參和紫花丹參Fv/Fo 值在6:00～8:00、16:00～18:00 保持穩(wěn)定。8:00～16:00 白花丹參和紫花丹參Fv/Fo 值先降低后增加，最小值出現(xiàn)在12:00。在此期間，紫花丹參的Fv/Fo 值變化幅度顯著低于白花丹參。

PSII實際光化學效率反映在PSⅡ反應中心部分關閉情況下的實際光化學效率，PSII 高表示其光合作用電子傳遞速率和原初光能捕獲效率高。白花丹參和紫花丹參的PSII值8:00 最大，隨后呈快速下降后又迅速上升的變化，最小值出現(xiàn)在12:00，18:00 白花丹參和紫花丹參的PSII 值與8:00 基本相同（圖2C）。

圖2 白花丹參和紫花丹參PSII 光化學效率日變化Fig.2 Diurnal course of photochemical efficiency of S.miltiorrhiza Bunge and S.miltiorrhiza Bunge var alba C.Y.

2.3 白花丹參和紫花丹參的PSII光化學猝滅和非光化學猝滅日變化

PSII 光化學猝滅反映光化學反應PSⅡ天線色素吸收的光能用于光化學電子傳遞比例，直接反映植物光合效率和對光能的利用。白花丹參和紫花丹參的qp值日變化趨勢相同，呈“M”型變化，紫花丹參的qp 值顯著高于白花丹參（圖3A）。白花丹參和紫花丹參的qp 值第1 個峰值出現(xiàn)在10:00，第2 個峰值在16:00，而且后者明顯高于前者，最小值出現(xiàn)在12:00。qp 值越高說明植物捕獲的光能用于光化學反應形成還原力的能力越強。紫花丹參qp值高于白花丹參說明紫花丹參的PSII電子傳遞和QA還原狀態(tài)受光抑制的影響低于白花丹參。

白花丹參和紫花丹參PSII 非光化學猝滅日變化趨勢相同，總體呈先升高后降低的變化趨勢，最大值出現(xiàn)在12:00，白花丹參的qN值始終高于紫花丹參（圖3B）。

圖3 白花丹參和紫花丹參PSII 光化學猝滅和非光化學猝滅日變化Fig.3 Diurnal course of qp and qN of S.miltiorrhiza Bunge and S.miltiorrhiza Bunge var alba C.Y.

3 討論

葉綠素熒光參數(shù)反映了葉片光合作用過程中對光能吸收與轉(zhuǎn)化、能量傳遞與分配、過剩能量耗散、光抑制等特性[9]，是研究和探測植物生理狀況的理想探針。

Fo值與光系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)有關[10]。Fo 值增大與能量在捕光色素復合體內(nèi)部的傳遞效率、捕光色素復合體向反應中心復合體的傳遞效率及活性反應中心數(shù)量有關。Fo 值增加說明PS II 反應中心結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，減少了葉片吸收能量向PS II 反應中心色素的供應，產(chǎn)生光抑制[11]。以此，根據(jù)Fo值變化可推測光合反應中心是否發(fā)生光抑制。從圖1 可以看出，白花和紫花丹參Fo 值先升后降，12:00 最高，說明12:00 發(fā)生光抑制。白花和紫花丹參Fo 最高值與Fv/Fm 最低值同時存在，說明12:00 白花和紫花丹參PS II 反應中心失活。12:00 后隨著光強減弱，F(xiàn)o 值下降、Fv/Fm 值升高，表明PS II 反應中心失活是可逆的。

Fv/Fm值在非脅迫條件下比較穩(wěn)定，處于0.75～0.89之間，植物在脅迫生長條件下，F(xiàn)v/Fm 值顯著降低[12]。12:00 白花和紫花丹參的Fv/Fm值低于0.75，說明12:00 白花和紫花丹參均受到光抑制，從而使光合機構(gòu)活性降低，這與薛永鋒[7]對丹參光合日變化的研究結(jié)果一致。Mivashita 等[13]研究表明，環(huán)境光線過強時，PS II 反應中心降低電子傳遞和光化學效率響應CO2 同化能力的降低，PS II反應中心主要通過熱耗散將過剩的光能釋放，避免強光對進一步光系統(tǒng)，F(xiàn)o升高和Fv/Fo下降，表示光合機構(gòu)受損。12: 00 白花和紫花丹參Fo 值最高、Fv/Fo 最低也佐證這一結(jié)論。

Maxwell 等[14]認為，植物固定CO2的能力和其光合性能及吸收光能后的電子傳遞具有相關性。紫花丹參的PSII 最大光化學效率、潛在光化學效率和實際光化學效率顯著高于白花丹參，表明紫花丹參光合電子傳遞效率、光合能力高于白花丹參。由此表明，紫花丹參產(chǎn)量高于白花丹參的主要原因是紫花丹參對光能的利用率高于白花丹參。