水分脅迫對2個藍莓品種葉綠素熒光特性的影響

陳雪妮 ，李建揮 ，吳 毅 ，梁文斌 ，柏文富 ，吳思政 ，聶東伶

（1.中南林業(yè)科技大學 生命科學與技術(shù)學院，湖南 長沙 410004；2.湖南省森林植物園，湖南 長沙 410116；3.湖南藍莓研究發(fā)展中心，湖南 長沙 410116）

藍莓Blueberry又名藍漿果、越桔，屬于杜鵑花科Ericaceae越桔屬Vaccinium植物，花色苷和多酚類物質(zhì)含量豐富，能提高大腦記憶力，減少人體膽固醇積累，并具有改善心血管機能、防止心臟病、調(diào)節(jié)血糖、改善夜視等功效[1]，是一種經(jīng)濟價值極高的新興小漿果樹種。我國南方地區(qū)已經(jīng)開展了藍莓的引種、馴化、栽培工作，取得了一些成效，種植初具規(guī)模，但培育的藍莓品種根系不發(fā)達，種植時對土壤水分的要求較高。南方地區(qū)受中亞熱帶季風濕潤氣候的影響，夏季時常短期干旱，雨季也易形成澇災，尤其是近幾年，極端降水和干旱頻有發(fā)生且持續(xù)時間變長，在一定程度上影響了藍莓的引種與推廣。因此，在我國南方地區(qū)大力發(fā)展藍莓種植產(chǎn)業(yè)，需要注重抗旱耐澇品種的篩選。

藍莓品種‘萊格西’和‘燦爛’生長勢強、結(jié)實率高、果實酸甜可口，風味濃郁，極具開發(fā)價值，在南方發(fā)展前景廣闊[2]。國內(nèi)已有一些有關(guān)‘萊格西’和‘燦爛’的報道，但大多集中在繁殖、生長發(fā)育和果實品質(zhì)等方面，如史海芝等[3]研究了‘燦爛’的扦插繁殖和生物學特性；王朝文等[4]研究了‘燦爛’的果實品質(zhì)；陽翠等[5]研究了不同激素處理對‘萊格西’芽誘導和增殖分化的影響。目前還未見有關(guān)‘萊格西’和‘燦爛’受水分脅迫影響的研究報道。因此，為探討藍莓在南方地區(qū)的耐旱性、耐淹性，本試驗以南方引種栽培的‘萊格西’和‘燦爛’為試材，測定水分脅迫下它們的葉生長、葉綠素含量及葉綠素熒光參數(shù)，比較分析其水分適應的差異和特點，為我國南方地區(qū)藍莓品種的推廣和規(guī)?；耘嗵峁┛茖W依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

藍莓品種‘萊格西’和‘燦爛’來自于湖南省森林植物園藍莓研究發(fā)展中心，選取長勢一致、健壯無病蟲害的2年生扦插苗作為試驗材料，移栽至底徑14 cm，口徑為21 cm，高17 cm的花盆中?；ㄅ柚械脑耘嗷|(zhì)為苗圃表層土，在盆中高度約15 cm。每個品種各140盆，共280盆。于試驗地常規(guī)管理預培養(yǎng)1個月開始試驗。

1.2 試驗設計

試驗釆用盆栽控水法模擬水分脅迫，包括干旱脅迫和水淹脅迫。

干旱脅迫設置3個處理，分別為：輕度干旱（D1），土壤相對含水量為田間持水量的70%；中度干旱（D2），土壤相對含水量為田間持水量的50%；重度干旱（D3），土壤相對含水量為田間持水量的30%。在脅迫試驗前，將預培養(yǎng)的試材置于遮雨棚中，對各盆進行充分灌水使盆內(nèi)土壤含水量基本達到飽和后停止?jié)菜?，讓盆?nèi)水分自然消耗，此后每天17:00用電子秤稱重補水，使土壤含水量控制在設定范圍內(nèi)，當盆中水分達到試驗設計要求后開始干旱脅迫試驗。

水淹脅迫設置3個處理，分別為：輕度水淹（W1），水面位于花盆5 cm處；中度水淹（W2），水面位于花盆10 cm處；重度水淹（W3），水面位于花盆15 cm處，即水面與土壤面基本持平。將預培養(yǎng)的試材置于遮雨棚內(nèi)75 cm×35 cm×20 cm的塑料水槽中，每個水槽可放置5盆試材，按水淹設計分別淹水至花盆的5、10、15 cm處。試驗期間各水淹處理每3 d換一次水，避免水質(zhì)惡化。

以每天正常澆水作為對照（CK）。每個水分脅迫處理重復20次。

1.3 測定方法

1.3.1 生長指標的測定

控水50 d后，每處理隨機選取30片成熟葉，用LI-3000C便攜式葉面積儀（美國LI-COR公司）測定各葉片的葉長、葉寬、葉面積，并將葉片置于烘箱，80 ℃烘至恒質(zhì)量，并用感量0.001 g的電子秤稱其干質(zhì)量，并計算比葉重。

1.3.2 葉綠素含量的測定

控水50 d后，每處理隨機選取10片成熟葉，稱取0.2 g去除主脈的葉片，剪碎后置于具塞試管中，加入體積比為1:1的無水乙醇、丙酮混合液，置于25 ℃的黑暗處浸泡至材料完全變白[6]。取浸提液并用紫外分光光度計（UV5100B）測定663 nm、645 nm下的吸光值，并計算葉綠素含量。

1.3.3 葉綠素熒光參數(shù)的測定

控水50 d后，每處理隨機選取10片成熟葉，用MINI-PAM便攜式調(diào)制葉綠素熒光儀（德國WALZ公司）于8:00—12:00測定各處理的葉綠素熒光參數(shù)，包括最小熒光（F0）、最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv）、PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）、PSⅡ潛在光化學活性（Fv/F0）、光化學淬滅（qP）和非光化學淬滅（qN）。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對葉生長的影響

植物形態(tài)的相關(guān)指標可直接反映植物的生長狀況。由表1可知，2個品種藍莓的葉長、葉寬、比葉重在干旱脅迫的D1處理下略有降低，但均與對照無顯著性差異（P＞0.05），在D2和D3處理下，顯著低于對照（P＜0.05）。其中，D3處理下2個品種藍莓的葉長、葉寬、比葉重下降幅度最大，‘萊格西’分別比CK降低13.29%、19.90%、17.17%；‘燦爛’分別比CK降低12.66%、14.15%、15.18%。

表1 干旱脅迫和水淹脅迫對藍莓葉生長的影響?Table1 Effects of drought stress and waterlogging stress on the leaf growth of blueberry

在水淹脅迫的各處理下，2個品種藍莓的葉長、葉寬、比葉重均顯著低于對照（P＜0.05）。其中，W3處理對葉生長的抑制最大，使‘萊格西’葉長、葉寬、比葉重分別比CK降低17.58%、31.07%、34.22%；‘燦爛’分別比CK降低15.95%、26.42%、27.33%。

由上述結(jié)果分析可知，水淹脅迫對2個品種藍莓葉生長的抑制作用強于干旱脅迫，且‘萊格西’所受抑制大于‘燦爛’。

2.2 水分脅迫對葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進行光合作用的物質(zhì)基礎，葉綠素含量的多少會影響植物光合作用的能力。由表2可知，2個品種藍莓的葉綠素含量在干旱脅迫的各處理下均顯著低于對照（P＜0.05），其降低幅度為D3＞D2＞D1。D3處理下，‘萊格西’葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量與CK相比分別下降46.71%、58.75%、49.58%；‘燦爛’分別下降37.53%、49.62%、40.00%。2個品種藍莓的葉綠素含量在水淹脅迫的各處理下均顯著低于對照（P＜0.05），其降低幅度為W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1。W3處理下，‘萊格西’葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量與CK相比分別下降69.27%、78.73%、71.44%；‘燦爛’分別下降53.34%、65.49%、55.82%。

由上述結(jié)果分析可知，水分脅迫會使藍莓葉綠素含量顯著下降（P＜0.05），且‘萊格西’葉綠素含量的下降幅度比‘燦爛’大，受水分脅迫的影響更顯著。

表2 干旱脅迫和水淹脅迫對藍莓葉綠素含量的影響?Table2 Effects of drought stress and waterlogging stress on the chlorophyll content of blueberry

2.3 水分脅迫對藍莓熒光參數(shù)的影響

2.3.1 水分脅迫對藍莓F0、Fm、Fv的影響

初始熒光F0又稱最小熒光，指的是PSⅡ反應中心處于完全開放時的熒光產(chǎn)量，即原初電子受體QA全部氧化時的熒光水平。最大熒光Fm指的是PSⅡ反應中心完全關(guān)閉時的熒光產(chǎn)量，它反映了PSⅡ電子傳遞情況?？勺儫晒釬v實際上是最大熒光Fm與初始熒光F0的差值，反映PSⅡ原初電子受體QA的還原情況，代表PSⅡ光化學活性的大小[7]。

由表3可知，正常供水條件下，2個品種藍莓的F0幾乎處在同一水平，約為192。但隨著脅迫程度的增加，二者的F0都呈上升趨勢。在干旱脅迫的D1處理下，2個品種藍莓F0均與對照無顯著性差異（P＞0.05），D2和D3處理下，2個品種藍莓的F0均顯著高于對照（P＜0.05）。其中，D3處理下‘萊格西’和‘燦爛’F0上升降幅度最大，分別比CK上升了24.96%和19.24%。在水淹脅迫的各處理下，2個品種藍莓的F0均顯著高于對照（P＜0.05）。其中，W3處理下‘萊格西’和‘燦爛’F0上升降幅度最大，分別比CK上升了43.50%和36.57%。

表3 干旱脅迫和水淹脅迫對藍莓F0、Fm、Fv的影響?Table3 Effects of drought stress and waterlogging stress on blueberry F0, Fm, Fv

而2個品種藍莓的Fm、Fv均隨著干旱和水淹脅迫程度的加劇呈顯著下降趨勢（P＜0.05）。干旱脅迫的D3處理下，‘萊格西’Fm、Fv與CK相比分別下降30.77%、42.64%，下降至最小值；‘燦爛’Fm、Fv與CK相比分別下降了24.79%、33.50%，下降至最小值。水淹脅迫的W3處理下，‘萊格西’Fm、Fv與CK相比分別下降了37.19%、54.37%，下降至最小值；‘燦爛’Fm、Fv與CK相比分別下降了34.90%、49.06%，下降至最小值。

由上述結(jié)果分析可知，水分脅迫降低藍莓PSⅡ反應中心原初電子受體QA的還原能力，使電子傳遞活性受到抑制，且‘萊格西’PSⅡ反應中心所受影響比‘燦爛’大。

2.3.2 水分脅迫對藍莓Fv/Fm、Fv/F0的影響

Fv/Fm這一參數(shù)反映了PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率[7]，F(xiàn)v/F0表示的是PSII反應中心的潛在活性。植物在逆境條件下或受到傷害時Fv/Fm會明顯下降。

由表4可知，水分脅迫下2個品種藍莓Fv/Fm值呈顯著下降趨勢（P＜0.05）。干旱脅迫的D1、D2、D3處理下，‘萊格西’Fv/Fm分別比CK下降了6.44%、11.37%、17.06%，‘燦爛’分別比CK下降了5.10%、8.19%、11.59%。水淹脅迫的W1、W2、W3處理下，‘萊格西’Fv/Fm分別比CK下降了9.80%、17.90%、27.32%，‘燦爛’分別比CK下降了8.34%、14.83%、21.85%?？梢?，在干旱脅迫與水淹脅迫的各處理下，‘萊格西’Fv/Fm的下降幅度均大于‘燦爛’。

2個品種藍莓Fv/F0值在水分脅迫下亦呈顯著下降趨勢（P＜0.05）。干旱脅迫的D3處理下，‘萊格西’與‘燦爛’Fv/F0分別比CK下降了54.28%、44.34%，下降至最小值。水淹脅迫的W3處理下，‘萊格西’與‘燦爛’Fv/F0分別比CK下降了68.29%、62.70%，下降至最小值。

表4 干旱脅迫和水淹脅迫對藍莓Fv/F、Fv/F0的影響?Table4 Effects of drought stress and waterloggingstress on blueberry Fv/Fm, Fv/F0

由上述結(jié)果分析可知，水分脅迫抑制了藍莓PSⅡ的潛在活性并降低了PSⅡ的原初光能轉(zhuǎn)換效率，且‘萊格西’所受影響大于‘燦爛’。

2.3.3 水分脅迫對藍莓qP、qN的影響

qP反映的是PSⅡ天線色素吸收的光能用于光化學傳遞的份額。qN反映的是PSⅡ天線色素吸收的光能不能用于光合傳遞而以熱的形式耗散掉的部分[8]，qN在植物吸收光能過多情況時起到一定的自我保護作用[9]。由表5可知，2個品種藍莓的qP在干旱脅迫的D1處理下與對照無顯著性差異（P＞0.05），在D2和D3處理下，均顯著低于對照（P＜0.05）。其中，D3處理下‘萊格西’和‘燦爛’qP下降幅度最大，分別比CK下降16.40%和14.63%。2個品種藍莓的qP在水淹脅迫的各處理下均顯著低于對照（P＜0.05），其中，W3處理下‘萊格西’和‘燦爛’qP分別比CK下降19.38%和18.36%，達最小值。

表5 干旱脅迫和水淹脅迫對藍莓qP、qN的影響?Table5 Effects of drought stress and waterlogging stress on blueberry qP, qN

2個品種藍莓的qN在干旱脅迫的各處理下呈顯著上升趨勢（P＜0.05）。在干旱脅迫的D3處理下，‘萊格西’和‘燦爛’qN分別比CK上升21.50%和13.80%，達最大值。水淹脅迫的各處理使2個品種藍莓的qN顯著高于對照（P＜0.05）?！R格西’和‘燦爛’qN在W1處理下分別比CK上升19.65%和14.98%，W2處理下分別比CK上升26.84%和20.25%，達最大值，隨后不再繼續(xù)上升，即重度水淹下藍莓不能將過剩的光能及時熱耗散掉。

3 討 論

植物外部形態(tài)器官中葉片對水分脅迫反應最敏感，一般而言，隨著水分脅迫程度的加劇，葉片細胞的擴大和分裂受到限制[10]。本試驗發(fā)現(xiàn)，水分脅迫下‘萊格西’和‘燦爛’的葉長、葉寬、比葉重均呈下降趨勢。這與Grane等[11]、劉澤彬等[12]、趙宏光等[13]的研究結(jié)果一致。其原因可能是干旱、水淹脅迫破壞了藍莓水分吸收與蒸騰之間的動態(tài)平衡[14]，導致藍莓光合能力減弱，不僅影響細胞的伸長，造成葉長、葉寬減小，還影響了藍莓干物質(zhì)的積累，從而使單位葉面積的葉片質(zhì)量（比葉重）減小。

葉綠素是植物光合作用的主要色素，其含量的高低與植物的生長狀態(tài)和光合能力緊密相關(guān)[15]。本試驗發(fā)現(xiàn)，干旱、水淹脅迫的各處理下，‘萊格西’和‘燦爛’葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量均顯著降低（P＜0.05）。其原因可能是水分脅迫在影響藍莓葉綠素合成[16]的同時還增強其葉綠素酶的活性[17]，從而加快了葉綠素降解。這與古麗江·許庫爾汗[18]等對藍莓北陸（Northland）、美登（Blomidon）的研究以及吳林[19]等對藍莓北空（Northsky）的研究結(jié)果一致。

葉綠素熒光測定技術(shù)能敏捷地反映植物對外界脅迫環(huán)境的響應[20]，各參數(shù)的值能反映植物光系統(tǒng)Ⅱ?qū)饽芾玫那闆r。本實驗中，藍莓F0的上升，F(xiàn)v和Fm的下降，說明水分脅迫降低了PSⅡ反應中心原初電子受體QA的還原能力，QA→QB的能力下降，電子傳遞活性降低[21]。Fv/Fm和Fv/F0的顯著下降（P＜0.05）,表明水分脅迫使藍莓PSⅡ反應中心受到傷害，抑制了藍莓PSⅡ的潛在活性并降低了PSⅡ的原初光能轉(zhuǎn)換效率，從而使藍莓光合作用的原初反應受到抑制[22]。這很可能是水分脅迫使PSⅡ捕光色素蛋白復合體(LHC-Ⅱ)的含量下降，使LHC-Ⅱ捕光色素吸收的能量減少[23]，從而導致葉綠體激發(fā)能從LHC-Ⅱ向PSⅡ的傳遞減少，以至光合電子由PSⅡ反應中心向QA、QB及PQ庫傳遞過程受到影響[24]。這與曾瑋瑋等[25]對藍莓布里吉塔（Brigitta）、斯巴坦（Spartan）、夏普藍（Sharpblue）、奧尼爾（O′Neal）的研究以及閆超等[26]對藍莓伯克利（Berkeley）、喜來（Sierra）、都克（Duke）的研究結(jié)果一致。

本試驗發(fā)現(xiàn)，水分脅迫下，‘萊格西’和‘燦爛’qP逐漸下降，qN逐漸上升，但在重度水淹脅迫下qN不再持續(xù)上升。其原因可能是干旱、水淹導致藍莓吸收的光能用于光化學反應的部分減少，以至于PSⅡ反應中心的光化學活性降低造成積累的光能過剩，造成qP下降[18]，但藍莓通過提高qN及時消耗掉過剩的光能，使其以熱能的形式散失，從而緩解逆境對自身的傷害，但重度水淹脅迫下qN的值不再持續(xù)上升，說明這種熱耗散作用有一定限度[27]，光能過剩的情況持續(xù)下去會對藍莓葉片造成實質(zhì)性傷害[28]。

高勇等[29]研究表明，水分過大極易誘發(fā)藍莓的根腐病，使其地下根系腐爛，從而嚴重影響藍莓地上部分的一系列生理活動，使其不能正常生長甚至死亡。董克鋒等[30]研究表明水淹環(huán)境使土壤供氧嚴重不足，迫使藍莓根系進行無氧呼吸產(chǎn)生大量的酒精，從而毒害藍莓植株。本試驗發(fā)現(xiàn)，干旱和水淹2種不利的生長環(huán)境下，水淹環(huán)境對藍莓生長影響更大，且重度水淹脅迫下有根腐癥狀的出現(xiàn)，這與前人結(jié)果研究一致。本試驗還發(fā)現(xiàn)，在干旱脅迫與水淹脅迫的各處理下，‘燦爛’的葉生長、葉綠素含量和各葉綠素熒光參數(shù)的變化幅度均比‘萊格西’小,這說明‘燦爛’的耐旱性和耐淹性強于‘萊格西’。

大量研究表明，外源硒能提高植物的抗性，緩解水淹脅迫、干旱脅迫、溫度脅迫等逆境對植物的傷害[31]。但眾多學者研究發(fā)現(xiàn)施硒過量會對植物產(chǎn)生一定毒害作用[32-34]。本次試驗由于人力和時間的限制，并未對水分脅迫下緩解藍莓傷害的最佳硒濃度范圍進行測定分析，這有待進一步的探索發(fā)現(xiàn)。本試驗的試材為2年生幼苗，未到正常結(jié)實年齡，無法進行有關(guān)水分脅迫對藍莓果實品質(zhì)影響的研究，但藍莓果實的優(yōu)劣直接決定其經(jīng)濟價值，建議將此作為下一步工作的研究重點。

4 結(jié) 論

1）在干旱脅迫和水淹脅迫下‘萊格西’和‘燦爛’2個藍莓品種葉的生長均受到抑制，其中水淹脅迫下抑制作用更明顯。

2）2個藍莓品種葉綠素含量均隨干旱和水淹脅迫程度的加劇呈顯著下降趨勢，從而導致光合作用效率降低。

3）在干旱和水淹脅迫下2個藍莓品種PSⅡ反應中心受到一定程度的損傷，藍莓傳遞、利用及耗散光能的能力減弱，其中水淹脅迫的影響更明顯。

4）水分脅迫試驗結(jié)果表明藍莓品種‘燦爛’的耐旱性和耐淹性均強于‘萊格西’。