葫蘆葉綠素熒光參數(shù)的日變化研究

張錫齊 穆紅梅

摘 要：以1年生觀賞葫蘆品種亞腰葫蘆為實驗材料，測定了夏末秋初1天的葉綠素熒光參數(shù)的變化。結(jié)果表明，隨著溫度和光照的時間變化，初始熒光（F0）、相對可變熒光（Vj）和單位反應(yīng)中心熱耗散的能量（DI0/RC）呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢;最大熒光產(chǎn)量（Fm）、PSⅡ最大光合效率（Fv/Fm）和光化學(xué)性能指數(shù)（PI abs）呈現(xiàn)出先下降后升高的趨勢。

關(guān)鍵詞：葫蘆;葉綠素熒光參數(shù);日變化，相關(guān)性分析

中圖分類號 Q945.11文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）01-0012-04

Abstract：In this study，1-year-old ornamental Gourd Variety Yayao gourd planted in the same year was used as the experimental material.The changes of chlorophyll fluorescence parameters at the end of summer and the beginning of autumn were measured.The results show that：with the change of temperature and light time，F(xiàn)0，Vj and DI0/RC show a trend of rising first and then declining.Fm，F(xiàn)v/Fm and PI abs show a trend of first decreasing and then increasing.

Key words：Lagenaria siceraria;Chlorophyll fluorescence parameters;Diurnal variation;Correlation analysis

葫蘆科植物分布廣泛，在全世界約125個屬，960個種[1]。具有多種化學(xué)成分，如黃酮類、脂肪酸類、氨基酸類、甾醇類、糖苷類、揮發(fā)性成分及三萜類等化合物[2]。葫蘆化學(xué)成分的復(fù)雜與多樣性決定了其重要的醫(yī)學(xué)研究意義。研究表明，葫蘆主要成分具有較強的抗氧化、利尿、抗高血糖、抗癌、鎮(zhèn)痛和抗抑郁作用。葫蘆果實成熟后，果皮堅硬，可做樂器、瓢、工藝品以及蟲具、小裝飾品等[3]，具有較高的藝術(shù)與觀賞價值。

目前，對葫蘆的研究主要集中在栽培技術(shù)[4-8]、化學(xué)成分分析、藥理研究[9-12]、種子引發(fā)及破除休眠[13-17]、DNA條形碼篩選及分子標記[18-24]等方面。在光合作用及葉綠素熒光特性方面研究尚不多見。因此，本研究通過測定葫蘆的夏末秋初的自然條件下葉綠素熒光特性日變化，來探究葫蘆葉綠素熒光的響應(yīng)機制，旨在為觀賞葫蘆的優(yōu)質(zhì)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 試驗于2019年8月在聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)院生態(tài)園進行，選取2019年5月定植的生長狀況良好的觀賞葫蘆品種亞腰葫蘆1年生盆栽苗作為試驗材料。

1.2 測定方法 采用浙江托普云農(nóng)科技公司研制的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測儀（TNHY-8-G）對當日的光照強度進行了測定，采用英國HANSATECH公司研制的便攜式Handy PEA熒光儀在8月份晴天對盆栽常規(guī)養(yǎng)護的葫蘆苗進行葉綠素熒光參數(shù)的測定，選擇長勢一致的植株5棵，以健康成熟的功能葉為測試葉片。測試前，暗處理30min，從早上8∶00到傍晚18∶00，每隔2h測定1次。測定的熒光數(shù)據(jù)有初始熒光（F0）、相對可變熒光（Vj）、最大熒光產(chǎn)量（Fm）、PSⅡ最大光合效率（Fv/Fm）、單位反應(yīng)中心熱耗散的能量（DI0/RC）和光化學(xué)性能指數(shù)（PI abs）。

1.3 數(shù)據(jù)分析 采用IBM SPSS Statistics 22和Excel軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理，并進行差異顯著性分析及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 光合有效輻射日變化 通過光合有效輻射日變化的折線圖（圖1），可以看出隨著時間的推移（早上8∶00到傍晚18∶00），光合有效輻射呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，在中午12∶00達到最大，為906μmol·m-2·s-1，在傍晚18∶00達到最小值為32μmol·m-2·s-1。在9∶00到15∶00期間，光合有效輻射變化較平緩，在15∶00到17∶00，光合有效輻射值從715μmol·m-2·s-1到107μmol·m-2·s-1急劇下降。

2.2 初始熒光F0的日變化 初始熒光F0，是PSⅡ光化學(xué)反應(yīng)中心處于完全開放時的熒光值，F(xiàn)0反映了植物體色素含量的多少[25]。一般來說，F(xiàn)0值的高低與光化學(xué)系統(tǒng)對能量的利用率成反比。PSⅡ系統(tǒng)的熱耗散增加或者PSⅡ可逆失活可以引起F0值的波動變化，因此，可根據(jù)F0參數(shù)變化程度推測植物的光保護機制和PSⅡ反應(yīng)中心的狀況[26]。從圖2可以看到，隨著時間的變化，F(xiàn)0呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，在中午12∶00時達到最高值，為689.75，此時的光照強度最高，抑制了葫蘆的光合作用，PSⅡ系統(tǒng)對能量的利用效率最低，流向光化學(xué)部分的能量減少。下午14∶00—18∶00時，隨著光照強度的減弱，F(xiàn)0值逐漸下降（圖2）。

由表1可以看出，F(xiàn)0在8∶00、12∶00時存在顯著性差異（P<0.05）。

2.3 相對可變熒光Vj的日變化 Vj表示在快速葉綠素熒光誘導(dǎo)動力學(xué)曲線參數(shù)中J相的相對可變熒光強度，反映了照光2ms時有活性的反應(yīng)中心的關(guān)閉程度。Vj升高，表明了在PSⅡ的受體側(cè)，原初電子供體QA到次級電子供體QB間的電子傳遞受到嚴重抑制，導(dǎo)致QA-的積累[26]。從圖3可以看到，Vj的變化趨勢是先上升后下降，在12∶00—14∶00時處于巔峰值，為0.649，比10∶00時最低值增長了36.92%（圖3）。通過表1的顯著性差異分析，Vj在12∶00、14∶00時與其他時間段存在顯著性差異（P<0.05）。

2.4 最大熒光Fm的日變化 Fm為最大熒光產(chǎn)量，是光系統(tǒng)PSⅡ反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉時的熒光產(chǎn)量，通過Fm可以反映出PSⅡ的電子傳遞情況[27]。Fm的下降和Fv/Fm一樣，都被作為重要表現(xiàn)特征來指示光抑制。從圖4可以看到，F(xiàn)m的變化呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢，在8∶00—12∶00時逐漸下降，在12∶00時達到最小，為2163，比8∶00時下降了35.17%;12∶00—18∶00時開始上升，F(xiàn)m在中午12∶00—14∶00時處于最低，此時，光照強度較大，光抑制現(xiàn)象較明顯。通過對Fm的方差分析可以發(fā)現(xiàn)，8∶00、12∶00、14∶00與其他時刻之間存在顯著性差異，其他時刻間沒有顯著差異（P<0.05）。

2.5 最大光合效率Fv/Fm的日變化 Fv/Fm為PSⅡ最大光合效率，即最大光化學(xué)量子產(chǎn)量，最大光能轉(zhuǎn)換效率，反映了植物潛在的最大光合能力，其數(shù)值的下降被看作是植物產(chǎn)生光抑制的重要條件。公式為Fv/Fm=（Fm-F0）/Fm，反映 PSⅡ反應(yīng)中心內(nèi)稟光能的轉(zhuǎn)換效率，是植物產(chǎn)生光抑制的敏感指標[28]，用來反映光抑制程度，其值越高說明發(fā)生光抑制的程度越低，值越低光抑制程度越高。由圖5可知，F(xiàn)v/Fm日變化的總體趨勢是先下降后上升，在8∶00—14∶00持續(xù)下降，14∶00達到最低，為0.706，下降幅度為17.23%，說明隨著溫度和光強的逐漸增加，葫蘆的光合活性受到了暫時的抑制。14∶00—18∶00，隨著光照強度的減弱，F(xiàn)v/Fm上升，光合活性得到恢復(fù)。

2.6 反應(yīng)中心熱耗散能量DI0/RC的日變化 DI0/RC是單位反應(yīng)中心熱耗散能量的多少，其數(shù)值上升時，說明反應(yīng)中心在熱耗散方面消耗的能量增加。由圖6可知，DI0/RC的日變化呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢，在14∶00時達到峰值（1.16），與Fv/Fm先降后升截然相反，說明了Fv/Fm降低與熱耗散的增加有關(guān)。此外，DI0/RC的變化趨勢還說明葫蘆會通過增加熱耗散的能量來免受強光和高溫對其造成的傷害，是葫蘆光合反應(yīng)中心的一種保護機制[26]。

2.7 光化學(xué)性能指數(shù)PI abs的日變化 光化學(xué)性能指數(shù)PI abs，能夠反映植物葉片的光合綜合性能，也是判斷光合活性是否受損的一個指標。從圖7可以看出，從8∶00到12∶00，隨著光強和溫度的升高，PI abs值從2.03降低到0.46，與Fv/Fm的變化趨勢相同，說明高光強和高溫對葫蘆的光合活性造成了嚴重抑制，14∶00到18∶00光強和溫度降低，PI abs值又逐漸恢復(fù)，表明在一定范圍內(nèi)，可逆的PSⅡ功能下調(diào)是對強光和高溫傷害的一種保護機制[26]。

2.8 電子傳遞速率psi（Eo）的日變化 psi（Eo）是單位反映中心將電子傳遞鏈中超過QA的其他電子受體的概率，即推動電子傳遞的效率，公式為psi（Eo）=ET0/TRO=（1-Vj）。其日變化如圖8，在10∶00達到最高，為0.53，在12∶00和14∶00最低，分別為0.37、0.36。

2.9 葫蘆葉綠素熒光參數(shù)的相關(guān)性分析 由表2可以看出，F(xiàn)0與Vj、DI0/RC成顯著正相關(guān)，與Fm、Fv/Fm、PI abs、psi（Eo）成負相關(guān);Fm與Fv/Fm、PI abs、psi（Eo）成正相關(guān)，與日變化趨勢相對應(yīng)。

3 結(jié)論與討論

本研究中，在8∶00—14∶00，F(xiàn)v/Fm下降，反應(yīng)中心熱耗散能量DI0/RC上升，F(xiàn)0上升，說明此時PSⅡ反應(yīng)中心出現(xiàn)光抑制，這可能是因為高溫、高強度光照下的反應(yīng)中心的可逆失活及熱耗散的增加。最大熒光Fm、光化學(xué)性能指數(shù)PI abs、電子傳遞速率psi（Eo）的日變化趨勢與Fv/Fm相同，都是先下降后上升。這些參數(shù)在14∶00—18∶00都出現(xiàn)了恢復(fù)性上升，說明反應(yīng)中心的失活是可逆的，是葫蘆對高溫高強度光照的一種自我保護機制。此次研究針對的是常規(guī)管理下的葫蘆的熒光參數(shù)日變化，下一步將對鹽脅迫、干旱脅迫逆境環(huán)境下的熒光參數(shù)進行研究，以期為逆境環(huán)境下葫蘆的栽培管理提供理論依據(jù)與指導(dǎo)。

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（責編：張 麗）