不同光照強度對紫鴨跖草色素及葉綠素熒光強度的影響

鐘 娟， 吳仕蘭， 余 瑋, 蘭世超， 錢長江

(貴州師范學(xué)院 生物科學(xué)學(xué)院， 貴州 貴陽 550000)

紫鴨跖草(SetcreaseapurpureaBoom)是多年生觀花觀葉草本植物，全株呈紫色，觀賞價值高。植株喜光也耐陰，喜濕潤也耐旱，生命力強。國內(nèi)外關(guān)于紫鴨跖草已有研究，主要集中于實驗教學(xué)、葉片光譜測量、生理生化、金屬(銅)鹽脅迫影響、體內(nèi)放射性核素及色素分析等方面[1-7]，而關(guān)于紫鴨跖草葉綠素熒光方面的研究未見報道。植物光合機構(gòu)吸收的光能超過其所能利用的限量時就會發(fā)生光抑制，光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)效率降低是其表現(xiàn)之一。光化學(xué)效率是葉綠素熒光中最為重要的一個參數(shù)，對研究植物對光適應(yīng)響應(yīng)非常重要。鑒于此，通過MINI-PAM-Ⅱ超便攜式調(diào)制葉綠素熒光儀研究不同光照條件下(100%光照、65%光照、30%光照及5%光照)紫鴨跖草的葉綠素含量和光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)效率的變化，探討其對遮光環(huán)境的適應(yīng)性，以期為其栽培繁育和園林應(yīng)用上適宜光照強度的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 植物 紫鴨跖草，采自貴州師范學(xué)院格致樓植物資源(花卉)開發(fā)實踐教學(xué)點，選擇生長健壯、長勢一致的植株備用。

1.1.2 儀器設(shè)備 MINI-PAM-Ⅱ超便攜式調(diào)制葉綠素熒光儀，德國WALZ，MINI；755B紫外分光光度計；黑色遮光網(wǎng)(遮光率35%，用VC1010A照度計測定遮光率)，市購。

1.1.3 試劑 乙醇-丙酮混合液，V/V為1∶1，自制。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗在貴州師范學(xué)院實驗樓樓頂進行。用黑色遮光網(wǎng)(遮光率35%)搭建6 m×1.5 m×1.5 m的遮光棚。根據(jù)遮光強度，試驗設(shè)4個處理，T0，無網(wǎng)，即100%自然光照；T1，一層網(wǎng)，65%自然光照；T2，二層網(wǎng)，30%自然光照；T3，三層網(wǎng)，5%自然光照。5次重復(fù)，共計20盆紫鴨跖草。

1.2.2 指標測定

1) 葉綠素含量。在0 d(處理當天)時，隨機從20個樣品中抽取5個樣本測葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量，取平均值，作為4個處理的初始含量。在30 d和60 d時分別測定4個處理的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量。葉綠素含量測定采用丙酮乙醇混合液法，即用打孔器在葉片主脈兩側(cè)打取0.2 g葉圓片，用乙醇-丙酮混合液浸提過夜，用分光光度計測663 nm和645 nm波段的光密度值，計算葉綠素含量。

2) 熒光參數(shù)。遮光處理共60 d，分別在處理0 d、15 d、30 d、45 d和60 d時測定各處理紫鴨跖草飽和脈沖激發(fā)最大熒光值(Fm’)、最小熒光值(Fo’)、光系統(tǒng)Ⅱ最大量子產(chǎn)量(Fv/Fm )和光系統(tǒng)Ⅱ電子傳遞(Fm/Fo)等熒光參數(shù)；同時，采用葉綠素熒光儀測定9:00、11:00、13:00、15:00、17:00和19:00時的葉綠素熒光參數(shù)。每處理每次測定5株，每株測定中部3片葉，每次讀數(shù)3次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制，用SPSS 21.0進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光照強度紫鴨跖草葉片葉綠素的含量

從表1看出，不同光照處理紫鴨跖草葉片葉綠素含量的變化。

表1 不同光照強度各時長紫鴨跖草的葉綠素含量Table 1 Chlorophyll content of S. purpurea under different light intensity mg/L

2.1.1 葉綠素a含量 隨著遮光處理時間延長，除T3外，其余處理葉綠素a的含量均呈持續(xù)下降趨勢，T3葉綠素a的含量呈先降后升趨勢，差異不顯著。30 d時紫鴨跖草葉片的葉綠素a含量變化為T2=T1>T3>T0，4個處理間無顯著差異；60 d時紫鴨跖草葉片的葉綠素a含量變化為T3>T2>T1>T0，T3顯著高于其余處理，其余處理間差異不顯著。60 d時T2、T1和T0紫鴨跖草葉片的葉綠素a含量均顯著小于0 d時，也顯著小于30 d時。

2.1.2 葉綠素b含量 隨著遮光處理時間延長，除T0外，其余處理葉綠素b的含量均呈持續(xù)下降趨勢，T0葉綠素b的含量呈先降后升趨勢，差異不顯著。30 d時，紫鴨跖草各處理的葉綠素b含量為T1>T2>T3>T0；60 d時，各處理的葉綠素b含量為T0>T3>T2>T1；30 d和60 d時4個處理紫鴨跖草葉片中葉綠素b含量均無顯著差異。

2.1.3 葉綠素總量 隨著遮光處理時間延長，除T3外，其余處理的葉綠素總量均呈持續(xù)下降趨勢，T3葉綠素總量的含量呈先降后升趨勢。30 d時，紫鴨跖草各處理的葉綠素總量為T1>T2>T3>T0；60 d時，紫鴨跖草各處理的葉綠素總量為T3>T0>T2>T1；30 d和60 d時4個處理紫鴨跖草葉片中葉綠素總量均無顯著性差異。

2.2 不同光照強度紫鴨跖草葉片的葉綠素熒光參數(shù)

2.2.1 最大熒光值(Fm’)的日變化 由圖1可知，各處理Fm’日變化曲線呈“V”型，即呈先降后升趨勢。0 d時(遮光處理前)，F(xiàn)m’從9:00開始持續(xù)下降，至11：00時降至最低，之后逐漸上升，至19:00時逐漸回升至基本與9:00水平相當。15 d時，不同處理Fm’降至最低的時間存在差異，其中，T3在13:00時降至最低，T0、T1和T2在15:00時降至最低，F(xiàn)m’的最低值集中出現(xiàn)在13:00-15:00。30 d和45 d時，各處理Fm’的最低值集中出現(xiàn)在11:00-15:00。60 d時，T3、T1與T2的Fm’走勢曲線相近，均呈先降后升趨勢，最低值集中出現(xiàn)在11:00-13:00；T0的Fm’遠小于T1～T3。

2.2.2 最小熒光值(Fo’)的日變化 從圖2看出，各處理Fo’的日變化曲線大致呈“V”型。0 d時，F(xiàn)o’呈先降后升再降再升趨勢，最低值出現(xiàn)在11:00時，之后逐漸回升，在19:00時Fo’又升至7:00時的水平，日變化曲線呈“V”型。15 d時，9:00-17:00時，T1和T3的Fo’大于T0和T2，各處理Fo’最低值和最高值出現(xiàn)時間不一致，T0分別為13:00和15:00，T1和T2均為9:00和19:00，T3分別為13:00和19:00。30 d時，T0的Fo’日變化曲線呈先降后升趨勢，最低值出現(xiàn)在13:00；T1的Fo’日變化曲線呈先降后升再降再升趨勢，最低值出現(xiàn)在17:00；T2的Fo’日變化曲線呈先升后降再升趨勢，11:00時升至最高，之后開始下降，13:00時降至最低；T3的Fo’日變化曲線呈先降后升再降再升趨勢，最低值出現(xiàn)在11:00，19:00時升至最高。45 d時，T0的Fo’日變化曲線在17:00前起伏不大，之后迅速上升，至19:00升至最高；T1的Fo’日變化曲線起伏不大，最低值出現(xiàn)在13:00；T2的Fo’日變化曲線呈先升后降再升趨勢，17:00升至最高，之后開始下降；T3的Fo’日變化曲線呈先降后升再降趨勢，最低值出現(xiàn)在19:00。60 d時，4個處理紫鴨跖草Fo’以T1最高，各時刻的值均大于其余3個處理(T217:00除外)，其Fo’最低值出現(xiàn)在13:00時；T3和T2的Fo’最低值均出現(xiàn)在13:00，最大值都出現(xiàn)在17:00；由于太陽暴曬，T0的Fo’在13:00后急速下降，至15:00時降至最低值，然后逐漸回升，其變化規(guī)律大致呈“V”型。

2.2.3 光系統(tǒng)Ⅱ最大量子產(chǎn)量(Fv/Fm)的日變化 從圖3可知，不同時間節(jié)點各處理Fv/Fm的日變化呈不規(guī)則“V”型。隨著中午光照增強及溫度升高，F(xiàn)v/Fm降低，下午光照減弱及溫度逐漸降低，F(xiàn)v/Fm上升，光照及溫度與Fv/Fm呈反比例關(guān)系。各處理的Fv/Fm日變化中每個時刻的數(shù)值大致呈T3>T2>T1>T0。當植物處于非逆境條件時，植株葉片F(xiàn)v/Fm一般為0.75～0.85[8-9]。可見，紫鴨跖草在不同的光照處理下中午Fv/Fm均低于0.75，即均有不同程度的光抑制現(xiàn)象，且T0的Fv/Fm各時段均低于0.75，光抑制現(xiàn)象嚴重，不適宜紫鴨跖草的生長。

2.2.4 光系統(tǒng)Ⅱ電子傳遞(Fm/Fo)的日變化 從圖4看出，各處理不同時間節(jié)點Fm/Fo的日變化呈不規(guī)則“V”型，多數(shù)情況下最低值均出現(xiàn)在13:00—15:00，各處理的Fm/Fo的日變化中每個時刻的數(shù)值大致呈T3>T2>T1>T0。0 d時，最低值出現(xiàn)在15:00。15 d時，各處理的Fm/Fo在13:00-15:00時出現(xiàn)最低值，每個時刻的數(shù)值大致呈T2>T3>T1>T0。30 d時，各處理的Fm/Fo在11:00-15:00時出現(xiàn)最低值，最低值呈T3>T2>T0>T1。45 d時，各處理的Fm/Fo在11:00-13:00時出現(xiàn)最低值，最低值呈T3>T2>T1>T0。60 d時，各處理的Fm/Fo在11:00-13:00時出現(xiàn)最低值，最低值呈T3>T2>T1>T0。

3 結(jié)論與討論

葉綠素是高等植物和其他所有能進行光合作用的生物體含有的一類重要的色素分子。光合作用是植物的重要生理過程之一，光強直接影響葉綠素的含量[10]。紫鴨跖草是半陰性草本植物，其葉綠素對不同光照強度的響應(yīng)不同，光強過強或過弱均影響其葉綠素的合成。研究結(jié)果表明，遮光處理60 d時，65%光照下的紫鴨跖草顏色呈紫紅色，顏色最好，100%光照下其顏色返青；5%光照處理紫鴨跖草的葉綠素a含量、葉綠素總量及100%光照處理的葉綠素b含量突然上升，其原因有待進一步研究。

在對葉片光合作用進行研究的過程中，葉綠素熒光技術(shù)具有十分重要的意義，其通過對光系統(tǒng)光能的吸收、傳遞、耗散及分配等指標的測定，反映光合作用的內(nèi)在性特點[11-12]。光脅迫條件下，F(xiàn)v/Fm明顯下降，是光抑制的體現(xiàn)，光抑制導(dǎo)致光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心光化學(xué)活性下降[13]，光合機構(gòu)發(fā)生逆失活，但未發(fā)生光破壞[14]。研究結(jié)果表明，5%光照和100%光照處理不適宜紫鴨跖草生長；30%光照和65%光照較適宜紫鴨跖草生長，且65%光照處理紫鴨跖草的觀賞性最好。