高溫條件下光周期對(duì)鮮切菊花葉片光合系統(tǒng)熒光特性的影響*

陸思宇，楊再?gòu)?qiáng),2**，張?jiān)催_(dá)，鄭 涵，楊 立

高溫條件下光周期對(duì)鮮切菊花葉片光合系統(tǒng)熒光特性的影響*

陸思宇1，楊再?gòu)?qiáng)1,2**，張?jiān)催_(dá)1，鄭 涵1，楊 立1

（1．南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210044；2．江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210044）

以菊花品種“紅面”（Hongmian）為試材，進(jìn)行（32±2）℃/（22±2）℃（晝/夜）高溫下的光周期實(shí)驗(yàn)，每日光周期光照/黑暗時(shí)長(zhǎng)分別設(shè)置為7h/17h（記為Ph7）、8h/16h（Ph8）、9h/15h（Ph9）、10h/14h（Ph10）和11h/13h（Ph11），以13h/11h（CK）作為對(duì)照。試驗(yàn)于2019年7月20日開始，至8月25日菊花苗中出現(xiàn)柳芽結(jié)束。在菊花柳芽形成前分別測(cè)定分析葉片光響應(yīng)曲線及快速熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線，以了解高溫下滯育菊花不同處理的光系統(tǒng)及光合性能差異。結(jié)果表明：（1）Ph7、Ph8處理菊花光合色素含量最低，光系統(tǒng)II（PS II）的反應(yīng)中心及放氧復(fù)合體、光系統(tǒng)I（PS I）末端電子受體庫(kù)NADP+的還原在26d試驗(yàn)中期稍有緩和以外，其余時(shí)間均為受抑制狀態(tài)，光合能力也表現(xiàn)最差。Ph7、Ph8處理光系統(tǒng)受損最為嚴(yán)重。（2）Ph10為各處理中首個(gè)出現(xiàn)柳芽花序分化異常的處理，其光合潛力較大，但PSII放氧復(fù)合體始終失活，光合作用隨著PSII光合單位間能量連接的忽強(qiáng)忽落而不斷變化。Ph10菊花葉片的光系統(tǒng)最為敏感。（3）Ph11處理葉片光合色素為繼CK后的最大值，光合性能較穩(wěn)定，持續(xù)增強(qiáng)的PSI、PSII活性使光電子在放氧復(fù)合體失活的前提下正常傳遞輸送。Ph11菊花葉片光系統(tǒng)抗逆性最強(qiáng)。

菊花；光周期；光系統(tǒng)；光合電子傳遞；光合作用

菊花（Chrysanthemum）作為中國(guó)十大名花之一，已有三千多年的栽培歷史，集藥用、食用及觀賞于一身，長(zhǎng)期以來(lái)深受各國(guó)人民的喜愛(ài)。菊花為典型的短日照植物，日照長(zhǎng)度需短于臨界日長(zhǎng)才能開花，正?；ㄆ跒?0月下旬至11月，臨界日長(zhǎng)為12h?d?1[1]。經(jīng)8、9、10、11 h·d?1短日照處理的菊花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、生殖生長(zhǎng)都存在差異，開花時(shí)間從早到晚依次是短日處理10、9、8、11 h?d?1[2]。為滿足市場(chǎng)供應(yīng)需求，促使菊花在長(zhǎng)日照季節(jié)開花，常采用黑色的遮光材料進(jìn)行遮光處理，以縮短白晝，增加黑暗期[3]。國(guó)內(nèi)外關(guān)于對(duì)菊花進(jìn)行短日處理控制花期技術(shù)的研究較多，但均未能解決夏季遮光過(guò)程的高溫障礙問(wèn)題，致使菊花質(zhì)量受到嚴(yán)重影響[4]。

菊花屬于陰性作物，生長(zhǎng)的最適均溫在15～20℃，最高溫不超過(guò)30℃，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期夜間溫度不低于10℃[5]，溫度對(duì)光周期有強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作用[6]。韋三立等將菊花置于25～35℃的高溫環(huán)境3周后，菊花植株出現(xiàn)滯育現(xiàn)象，花序分化異常而形成柳芽，柳芽的出現(xiàn)表明菊花仍停留在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，持續(xù)的高溫環(huán)境是導(dǎo)致菊花出現(xiàn)柳芽的重要因素[7]。溫度與光照在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中有著復(fù)雜的耦合作用，光溫間相互感應(yīng)、刺激，其相互作用貫穿并調(diào)控植物生長(zhǎng)的多個(gè)生育時(shí)期[8]。對(duì)于短日型菊花而言，在考慮光周期影響的同時(shí)，也不能忽略氣溫周期的影響。

葉片是植物接受光周期調(diào)控的主要器官，也是植物體進(jìn)行光合作用的主要部位，菊花葉片光合性能的高低直接影響植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀況，而葉綠素是影響植物光合作用過(guò)程最重要的一類色素，直接參與到有機(jī)物的合成，研究葉綠素含量和光合作用對(duì)認(rèn)識(shí)植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程有重要意義[9]。在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，光合結(jié)構(gòu)對(duì)逆境非常敏感，是逆境傷害的首要位點(diǎn)。光溫耦合會(huì)對(duì)短日植物的光合結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生顯著影響，使植物的生長(zhǎng)發(fā)育表現(xiàn)出差異。植物葉片內(nèi)進(jìn)行光合作用的電子傳遞體由光系統(tǒng)Ⅱ復(fù)合體（PSⅡ）和光系統(tǒng)Ⅰ復(fù)合體（PSⅠ）2個(gè)光系統(tǒng)串聯(lián)而成，電子只有在PSⅡ?PSⅠ之間的傳遞達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，才能確保整個(gè)光合機(jī)構(gòu)具有較高的光合活性和能量傳遞效率[10]。而葉綠素?zé)晒獠粌H可以反映植物體光反應(yīng)過(guò)程對(duì)光能的吸收和利用情況，并且與PSⅡ上放氧復(fù)合物水裂解釋放氧，PSⅠ向電子傳遞鏈下游傳遞電子以及電子由PSⅡ向PSⅠ的傳遞過(guò)程有關(guān)[11]。通過(guò)對(duì)高溫下不同光周期菊花葉片快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)的分析，可以深入了解高溫環(huán)境下不同光脅迫對(duì)光合機(jī)構(gòu)（主要是光系統(tǒng)）的影響以及不同光周期控制下菊花葉片光系統(tǒng)的敏感程度[12]。本研究以具備較高觀賞價(jià)值的“紅面”菊花為材料，研究高溫下不同光周期對(duì)菊花柳芽形成前葉片光合作用及葉綠素?zé)晒獾挠绊?，分析光合速率、光合結(jié)構(gòu)（PSⅡ和PSⅠ）中光合電子傳遞鏈的運(yùn)轉(zhuǎn)情況及變化的原因，以期為菊花出現(xiàn)滯育時(shí)葉片光合作用各環(huán)節(jié)的診斷分析及光合性能研究提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年6?8月在南京信息工程大學(xué)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站內(nèi)完成，南京夏季6?8月光照時(shí)長(zhǎng)為13～14h?d?1。以菊花品種“紅面”（Hongmian）為試材，2019年6月10日將菊花幼苗定植于口徑為18cm的花盆中。在自然光照條件下培養(yǎng)40d，待植株高度長(zhǎng)至約30cm時(shí)，隨機(jī)選取生育期相同且長(zhǎng)勢(shì)一致的菊花苗移至規(guī)格相同的人工氣候箱（TPG?1260，Australian）內(nèi)，開展高溫條件下的光周期試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

利用兩個(gè)規(guī)格相同的人工氣候箱分別進(jìn)行光照和黑暗處理，光周期處理共分5組，光照/黑暗時(shí)長(zhǎng)分別為7h/17h（記為Ph7）、8h/16h（Ph8）、9h/15h（Ph9）、10h/14h（Ph10）和11h/13h（Ph11），根據(jù)試驗(yàn)站溫度傳感器的平均數(shù)據(jù)，人工氣候箱內(nèi)溫度均設(shè)置為（32±2）℃/（22±2）℃（晝/夜），空氣相對(duì)濕度為65%～75%，CO2濃度設(shè)置與外界大氣保持一致。其中一臺(tái)人工氣候箱每日7：00?18：00的光合有效輻射設(shè)為800μmol·m?2·s?1，用于菊花植株的光照處理，各處理的光照時(shí)間分別為7h（7：00?14：00）、8h（7：00? 15：00）、9h（7：00?16：00）、10h（7：00? 17：00）、11h（7：00?18：00）；另一臺(tái)人工氣候箱光合有效輻射設(shè)為0μmol·m?2·s?1，對(duì)菊花苗進(jìn)行暗處理，各處理中除光照時(shí)段外均為黑暗處理。具體操作方法為：每日7：00將所有樣本（每個(gè)處理4盆，共20盆）置于光照氣候箱內(nèi)進(jìn)行光照處理，14：00將Ph7處理的植株（共4盆）移入全黑氣候室，15：00將Ph8處理的植株（共4盆）移入、16：00將Ph9處理的植株（共4盆）移入、17：00將Ph10處理的植株（共4盆）移入、18：00將Ph11處理的植株（共4盆）移入，18：00后將所有植株（共20盆）統(tǒng)一移入第一個(gè)人工氣候箱內(nèi)，試驗(yàn)于7月20日開始，循環(huán)以上過(guò)程直至8月25日在Ph10處理菊花苗中首次出現(xiàn)柳芽結(jié)束。同時(shí)將放于試驗(yàn)站室外的菊花苗（共4盆）作為對(duì)照組CK，期間室外日照時(shí)長(zhǎng)為13h。

在光周期試驗(yàn)開始后10、18、26和34d分別測(cè)定菊花葉片的光合色素含量、光響應(yīng)曲線以及葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線。

1.3 項(xiàng)目觀測(cè)

1.3.1 光響應(yīng)曲線

在每個(gè)觀測(cè)日9：00?11：00，選取生長(zhǎng)狀況良好且葉齡一致的成熟葉片，用棉片拭去表面塵土，利用便攜式光合測(cè)量?jī)xLI?6400（LI?COR Biosciences，USA）的紅藍(lán)光源測(cè)定。LI?6400葉室溫度設(shè)定為22℃，CO2為環(huán)境CO2濃度，約400μmol·mol?1，光量子通量密度分別設(shè)置為0、50、100、200、300、400、600、800、1000、1200、1400、1600、1800和2000μmol·m?2·s?1，測(cè)定菊花葉片的凈光合速率Pn，得到光響應(yīng)曲線，并據(jù)此由葉子飄光合模型擬合得到暗呼吸速率Rd、光飽和點(diǎn)LSP以及光補(bǔ)償點(diǎn)LCP等光合參數(shù)。

1.3.2 葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線

采用Pocket PEA型植物效率分析儀測(cè)定。每個(gè)處理選擇3個(gè)成熟葉片，測(cè)定前用葉夾對(duì)菊花葉片進(jìn)行20min的暗適應(yīng)，20min后選擇2000μmol·m?2·s?1的誘導(dǎo)光強(qiáng)，1s即可測(cè)定完整的0.01～1000ms O-J-I-P曲線（即快遞葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線）及熒光參數(shù)。

為了進(jìn)一步比較不同處理葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線的OJ、OI、OK和IP相，將葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)不同時(shí)段內(nèi)的曲線標(biāo)準(zhǔn)化為相對(duì)可變熒光W，并計(jì)算熒光差異動(dòng)力學(xué)ΔW[13]，即

式中，F(xiàn)O指0.05ms處的瞬時(shí)熒光，也稱最小熒光；FK指0.30ms處的瞬時(shí)熒光；FJ指2ms處的瞬時(shí)熒光；FI指30ms處的瞬時(shí)熒光；FP指200ms處的瞬時(shí)熒光，也稱最大熒光，而Ft指對(duì)應(yīng)時(shí)間段內(nèi)任意時(shí)刻的瞬時(shí)熒光，Wref為CK對(duì)應(yīng)時(shí)刻的相對(duì)可變熒光。

1.3.3 光合色素含量

葉綠素含量的測(cè)定參照李合生的方法[14]。選取菊花中部生長(zhǎng)狀況良好的成熟葉片，擦拭葉片表面塵土，去除葉脈稱取0.2g，剪碎后置于25mL濃度為96%的乙醇中，封口避光放置48h，直至葉片中的葉綠素被完全浸提出，使用分光光度計(jì)在665、649和470nm波長(zhǎng)下比色測(cè)定吸光度，每個(gè)處理3次重復(fù)。

式中，Chla、Chlb、Chl和Car分別表示葉綠素a（mg·g?1）、葉綠素b（mg·g?1）、總?cè)~綠素（mg·g?1）和類胡蘿卜素（mg·g?1）；D665、D649和D470分別表示浸提液在665、649和470nm下的吸光值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel2016進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。運(yùn)用SPSS26進(jìn)行單因素ANOVA和Duncan法進(jìn)行方差分析和多重比較（α=0.05）。利用Excel2016繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 光周期對(duì)葉片光合色素合成的影響

由圖1知，高溫脅迫下光周期長(zhǎng)短對(duì)菊花葉片中光合色素含量有顯著影響。在同一光周期處理天數(shù)下，葉片的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素總量隨著光照時(shí)間的增加整體呈上升趨勢(shì)，即與CK相比，隨著光照時(shí)間的減小各處理光合色素含量呈下降趨勢(shì)，Ph7處理的降幅最大，Ph11的降幅最小。處理34d時(shí)，Ph7的類胡蘿卜素含量與CK相比減少了46.43%（P＜0.05），Ph7、Ph11的葉綠素a含量較CK分別減小50.73%和7.99%，葉綠素b分別減小了52.54%和5.37%，葉綠素總量分別減小51.14%和7.4%。在光周期處理的10d和34d，Ph7、Ph8和Ph9的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素總量較CK的降幅均較大（P＜0.05），光照時(shí)間較長(zhǎng)的Ph10、Ph11處理的降幅相對(duì)較小，18d時(shí)Ph7、Ph8、Ph9、Ph10較CK的降幅均大于Ph11的降幅。26d時(shí)，與對(duì)照組相比，不同光周期處理葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素總量的降幅均較大。Ph11處理下的菊花葉片光合色素含量均大于其它處理組，說(shuō)明Ph11抗逆性較強(qiáng)。

圖1 不同光周期處理10d、18d、26d和34d后菊花葉片光合色素含量的比較

注：小寫字母表示不同光周期處理在0.05水平上的差異顯著性，短線表示標(biāo)準(zhǔn)誤。下同。

Note: Lowercase letters indicate the significant difference at the level of 0.05 for different photoperiod treatments. The bar is standard error.The same as below.

2.2 光周期對(duì)葉片光合中心能量傳遞的影響

2.2.1 對(duì)葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線的影響

葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線特征可反應(yīng)菊花葉片的光合效率和潛力。圖2從0.01～1000ms對(duì)數(shù)時(shí)間尺度展示了暗適應(yīng)后的菊花突然暴露在可見(jiàn)光下的熒光瞬態(tài)變化。由圖可見(jiàn)，所有處理的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線都出現(xiàn)OJIP特征位點(diǎn)。F0、FJ變大說(shuō)明PSⅡ反應(yīng)中心失活[15]。光周期處理10d后Ph7的F0增大為CK的1.26倍，而各時(shí)間點(diǎn)上，Ph7處理的J點(diǎn)亦始終較大，說(shuō)明其PSII作用中心失活，光電子從電子受體QA到QB的傳遞受到限制。I點(diǎn)反映了慢還原型PQ庫(kù)與快還原型PQ庫(kù)的相對(duì)大小，當(dāng)慢還原型PQ庫(kù)比例增加時(shí)，I點(diǎn)上升[16]。18d后Ph11的I點(diǎn)上升較大，34d后Ph8的I點(diǎn)下降，說(shuō)明Ph11慢還原型PQ庫(kù)的比例增加，Ph8快還原型PQ庫(kù)比例增加，說(shuō)明Ph8處理PS I、PSII間存在電子分配不均、傳遞不暢的問(wèn)題，而Ph11光系統(tǒng)間電子傳遞均衡。

2.2.2 對(duì)葉片PS II天線尺寸及放氧復(fù)合體的影響

不同光周期處理OJ相的熒光差異動(dòng)力學(xué)ΔWOJ揭示出各自的K-band條帶，ΔWOJ的正負(fù)，可反映PS II功能性天線尺寸及以錳復(fù)合物為主的放氧復(fù)合物的活性[17]。ΔWOJ為正表明放氧復(fù)合物失活，PS II功能性天線尺寸增大，為負(fù)表明放氧復(fù)合物活性增強(qiáng)，PS II功能性天線尺寸減小。

由圖3可知，CK的ΔWOJ始終為0，其余光周期處理有正有負(fù)。Ph7與Ph8控制下K-band條帶的變化趨勢(shì)一致，除了在26d后表現(xiàn)為負(fù)K-band，其余時(shí)間均表現(xiàn)為正K-band，即Ph7、Ph8放氧復(fù)合物的活性除光周期處理26d時(shí)稍有增強(qiáng)外，其它測(cè)定時(shí)間一直處于失活狀態(tài)，且PS II功能性天線尺寸增大，Ph7、Ph8放氧復(fù)合物活性受影響較大。

圖2 不同光周期處理菊花葉片快速葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線

圖3 不同光周期處理菊花葉片OJ相熒光差異動(dòng)力學(xué)

Ph11的K-band條帶10d時(shí)與CK相比差異不大，除了34d為正K-band，18、26d均為負(fù)K-band，由此可見(jiàn)，Ph11控制下菊花葉片放氧復(fù)合物在試驗(yàn)初期受到的影響很小，試驗(yàn)中期18～26d，放氧復(fù)合物活性得到持續(xù)增強(qiáng)，直至試驗(yàn)后期34d放氧復(fù)合物方才失活，PS II功能性天線尺寸增大。而Ph10試驗(yàn)全程始終維持為正K-band，放氧復(fù)合物始終處于失活狀態(tài)，PS II功能性天線尺寸始終在增大，由此可見(jiàn)，Ph10控制下菊花的放氧復(fù)合物對(duì)高溫環(huán)境較敏感。

2.2.3 對(duì)葉片PS I末端電子受體的影響

圖4、圖5用兩種標(biāo)準(zhǔn)化方法比較不同光周期處理的IP相，圖4曲線與WIP=0.5半上升水平線的交叉點(diǎn)顯示了不同處理的半衰期，而半衰期的倒數(shù)即為總速率常數(shù)，可用于比較不同光周期處理PS I末端電子受體庫(kù)（包括鐵硫蛋白、鐵氧還蛋白Fd）的還原速率[17]。PS I復(fù)合體的功能是吸收遠(yuǎn)紅光，產(chǎn)生強(qiáng)的還原劑，用于還原NADP+，實(shí)現(xiàn)來(lái)自PS II的電子從細(xì)胞素b6f復(fù)合體到NADP+的電子傳遞，完成光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。圖5僅截取了WOI≥1的部分，其中熒光上升的最大幅度可反映PS I受體側(cè)末端電子受體池的大小[17]，當(dāng)PS I電子受體測(cè)末端的受體蛋白出現(xiàn)松弛變大的情況，說(shuō)明光電子傳遞過(guò)程受阻，電子傳輸不暢導(dǎo)致PS I末端電子受體庫(kù)增大以使電子在兩個(gè)光系統(tǒng)間的傳遞達(dá)到平衡；反之當(dāng)PS I電子受體測(cè)末端受體蛋白出現(xiàn)緊密變小的情況，說(shuō)明光合電子傳遞通暢。

Ph7和Ph8控制下菊花葉片的半衰期始終為最大，說(shuō)明高溫環(huán)境下Ph7、Ph8的PS I末端電子受體庫(kù)的還原速率受到抑制，為所有光處理中的最小值，即PS I末端由NADP+還原為NADPH的進(jìn)程受阻，將直接影響光合作用的碳反應(yīng)進(jìn)程。圖5更是進(jìn)一步說(shuō)明了Ph7、Ph8的PS I受損位點(diǎn)，Ph7、Ph8的熒光上升幅度在18d之后的整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程均為繼CK后的最大值，說(shuō)明PS I末端電子受體池變大，電子傳遞不暢。而Ph10控制下半衰期始終較小，熒光上升的最大幅度在試驗(yàn)全程始終為最小，說(shuō)明Ph10菊花葉片PS I末端電子受體庫(kù)對(duì)NADP+的還原速率較快，光電子在PS I末端傳遞暢通。Ph11的PS I末端電子受體庫(kù)的還原速率與Ph10一致，但Ph11在光處理前期18d前PS I的末端受體池為繼Ph7、Ph8后的極大值，18d后為繼Ph10后的極小值，總體維持在中間水平，說(shuō)明Ph11光處理下 PS I運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)正常。

圖4 不同光周期處理菊花葉片IP相熒光差異動(dòng)力學(xué)

圖5 不同光周期處理菊花葉片OI相熒光差異動(dòng)力學(xué)

2.2.4 對(duì)葉片光合單位能量連接的影響

不同光周期處理下OK相的熒光差異動(dòng)力學(xué)ΔWOK的正負(fù)，可反映PS II光合作用單位間的能量連接性[17]。ΔWOK為正值，即表現(xiàn)為正L-band，表明光合單位能量連接性降低，反之則表明光合單位能量連接性得到提高。由圖6可見(jiàn)，CK的ΔWOK始終為0，Ph7、Ph8試驗(yàn)初期10d、18d時(shí)即表現(xiàn)為正L-band，26d時(shí)為負(fù)L-band，說(shuō)明Ph7、Ph8在試驗(yàn)初期18d前PS II光合單位的能量連接性降低，能量轉(zhuǎn)變與傳遞出現(xiàn)障礙，26d時(shí)PS II能量連接性得到提高。Ph10在試驗(yàn)初期始終維持為正L-band，試驗(yàn)后期始終為負(fù)L-band，而Ph11處理試驗(yàn)期間一直表現(xiàn)為負(fù)L-band，說(shuō)明Ph10的PS II光合單位能量連接波動(dòng)較大，Ph11抗逆性較強(qiáng)，其PS II中光合單位的能量連接性試驗(yàn)全程均得到提高。

2.3 光周期對(duì)葉片光合作用的影響

由圖7可看出，Ph7、Ph8的光響應(yīng)曲線變化較一致，兩者的最大凈光合速率MAXPn在26d時(shí)大于CK，其余時(shí)間始終為組間最小，最小值僅1.80μmol·m?2·s?1。試驗(yàn)初10d時(shí)Ph10的MAXPn僅大于Ph7、Ph8，僅有3.53μmol·m?2·s?1，在試驗(yàn)中后期18～34d Ph10的MAXPn始終為組間最大，可達(dá)12.83μmol·m?2·s?1，為CK的1.50倍，Ph10的MAXPn急降急升與其光系統(tǒng)較敏感有關(guān)，Ph10光處理下的菊花葉片突然暴露在高溫環(huán)境中，MAXPn的急降為葉片在不利于生長(zhǎng)的光溫耦合環(huán)境中光合機(jī)能下降的結(jié)果，MAXPn的急升為菊花葉片作出的短暫應(yīng)激反應(yīng)。而Ph11的MAXPn較穩(wěn)定，始終介于組間最大值與最小值之間，說(shuō)明Ph11抗逆性較強(qiáng)。

圖6 不同光周期處理菊花葉片OK相熒光差異動(dòng)力學(xué)

由表1可見(jiàn)，相同處理天數(shù)下光周期處理組以Ph10的暗呼吸速率最大，可達(dá)1.89μmol·m?2·s?1，說(shuō)明Ph10消耗的能量最多，不利于有機(jī)物質(zhì)的積累；試驗(yàn)中后期均以Ph10 的光補(bǔ)償最大，可達(dá)28.52μmol·m?2·s?1，較CK增大了39.74%，其光飽和點(diǎn)也最高，可達(dá)780.74μmol·m?2·s?1，而光周期處理下菊花光飽和點(diǎn)的范圍為326～913μmol·m?2·s?1，說(shuō)明Ph10控制下的菊花葉片對(duì)強(qiáng)光的利用能力較強(qiáng)，利用弱光的能力較差。

圖7 不同光周期處理菊花葉片光響應(yīng)曲線

表1 不同光周期處理菊花葉片光合參數(shù)比較

續(xù)表

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

葉片是植物吸收光能并進(jìn)行光合作用的重要場(chǎng)所，光周期的變化將直接影響光合色素的合成及光合速率的高低，從而對(duì)植株的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響[18]。張歡等的研究表明油葵芽苗菜葉片中的葉綠素及類胡蘿卜素含量隨著每日光周期從0到16h的延長(zhǎng)而顯著提高[19]，本試驗(yàn)結(jié)果與之相符，在同一處理天數(shù)下，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量及類胡蘿卜素含量隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)整體呈上升趨勢(shì)，原因可能是與葉綠素、類胡蘿卜素等光合色素合成有關(guān)的酶均為光響應(yīng)酶[20]，菊花葉片接受光照時(shí)間越短，植株體內(nèi)光響應(yīng)酶的催化活性越低，從而影響到光合色素的合成。

高等植物葉片中的光合作用從色素分子受光激發(fā)呈激發(fā)態(tài)而發(fā)生電荷分離開始，實(shí)現(xiàn)將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程，但此狀態(tài)的電能極其不穩(wěn)定，生物體無(wú)法利用，電子必須經(jīng)過(guò)一系列電子傳遞體的傳遞，引起水裂解釋放氧及NADP+還原為NADPH。NADPH是光合作用反應(yīng)過(guò)程的重要中間產(chǎn)物，由光系統(tǒng)吸收光能轉(zhuǎn)變來(lái)的電能在PS I中進(jìn)一步形成活躍的化學(xué)能貯存在NADPH中，而NADPH的H+又能進(jìn)一步還原CO2形成中間產(chǎn)物，連接起光反應(yīng)和碳反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)變。其中的電子傳遞鏈依次有PS II（包括PS II反應(yīng)中心，受體蛋白QA、QB，放氧復(fù)合體）、PS I、末端電子受體鐵氧還蛋白Fd。傳遞鏈上的每個(gè)光合結(jié)構(gòu)都有各自的功能，任何環(huán)節(jié)受到抑制都會(huì)影響到光合電子傳遞，進(jìn)而會(huì)對(duì)植物的光合作用造成影響。

李冬梅等的研究表明，每天8h的短日照處理明顯加深、加速光合機(jī)構(gòu)的損壞，長(zhǎng)日照有利于提高葉片的光合性能，減輕光系統(tǒng)的受害程度[21]。本次試驗(yàn)結(jié)果與之相符，高溫環(huán)境下光處理Ph7、Ph8使菊花葉片的PS II反應(yīng)中心始終處于失活狀態(tài)，PS I末端電子受體庫(kù)中NADP+的還原速率試驗(yàn)全程受到抑制，NADP+的還原受阻將直接導(dǎo)致光合反應(yīng)的碳反應(yīng)過(guò)程不能正常進(jìn)行，且Ph7、Ph8控制下的菊花葉片捕光色素含量最低，捕光色素的作用好比收音機(jī)的“天線”，起著吸收、傳遞光能的作用，天線色素與PS II中的放氧復(fù)合體需相輔相成才能發(fā)揮作用，完成光反應(yīng)過(guò)程，故Ph7、Ph8控制下的菊花光合能力始終最弱，光系統(tǒng)受到損傷不利于菊花的生長(zhǎng)發(fā)育。26d Ph7、Ph8由于放氧復(fù)合體活性增強(qiáng)，PS II光合單位間的能量連接性提高，即水裂解釋放氧及電子傳遞速率的加快使得菊花葉片的光合能力稍有提高。Ph7、Ph8葉片光系統(tǒng)在高溫下受損最嚴(yán)重。

第一朵柳芽出現(xiàn)在Ph10中，柳芽的出現(xiàn)說(shuō)明外部溫度條件不能滿足菊花自身的生長(zhǎng)發(fā)育需要，即高溫環(huán)境導(dǎo)致了菊花的不正常發(fā)育。光合單位為葉綠體中能進(jìn)行完整光反應(yīng)的最小結(jié)構(gòu)單位，包括兩個(gè)光系統(tǒng)和聯(lián)結(jié)兩個(gè)光系統(tǒng)的光合電子傳遞鏈[22]，一個(gè)光合單位能獨(dú)立地捕集光能，導(dǎo)致PS II放氧復(fù)合體中氧的釋放以及PS I中NADP+的還原，其中涉及光能到電能，電能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)變以及不同光合結(jié)構(gòu)間能量的傳遞連接。Ph10在試驗(yàn)初期光合能力較強(qiáng)，說(shuō)明營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)較旺盛，試驗(yàn)中期由于放氧復(fù)合體的失活，PS II光合單位間的能量連接性降低，能量轉(zhuǎn)變及電子傳遞受阻，導(dǎo)致最大凈光合速率降至最小，試驗(yàn)后期PS II光合單位間的能量連接性持續(xù)提高，PS I NADP+的還原速率加快，導(dǎo)致試驗(yàn)后期光合能力的增強(qiáng)。由此可見(jiàn)，Ph10控制下的菊花葉片具有較大的光合潛力，而高溫環(huán)境使菊花出現(xiàn)了滯育，無(wú)法正常進(jìn)入生殖生長(zhǎng)而繼續(xù)停留在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，葉片光系統(tǒng)在同一環(huán)境條件下持續(xù)不斷地變化，Ph10葉片光系統(tǒng)較敏感。

Ph11處理PS I受體末端NADP+的還原速率維持正常，葉片光合作用受影響不大，PS II放氧復(fù)合體活性試驗(yàn)中期持續(xù)增強(qiáng)，試驗(yàn)?zāi)┏霈F(xiàn)失活現(xiàn)象，PS II光合結(jié)構(gòu)單位間的能量連接性得到持續(xù)加強(qiáng)。高溫下Ph11的PS I、PS II間光電子在放氧復(fù)合體失活前提下葉片光合作用均在正常水平，說(shuō)明Ph11菊花葉片光系統(tǒng)抗逆性較強(qiáng)。

3.2 結(jié)論

本試驗(yàn)研究了高溫環(huán)境下不同光周期對(duì)“紅面”菊花柳芽出現(xiàn)前葉片光系統(tǒng)及光合性能的影響，明確了不同光處理對(duì)高溫下滯育菊花葉片光系統(tǒng)及光合電子傳遞的影響，即Ph7和Ph8處理菊花葉片光系統(tǒng)受損最為嚴(yán)重，Ph10處理隨著光溫耦合持續(xù)，葉片光系統(tǒng)變化劇烈，其光系統(tǒng)最為敏感，而Ph11光系統(tǒng)抗逆性最強(qiáng)。但本試驗(yàn)在Ph10出現(xiàn)柳芽時(shí)即停止，高溫下其余光周期處理組菊花柳芽的形成時(shí)間以及本試驗(yàn)結(jié)果是否適用于其它菊花品種，還有待進(jìn)一步研究。

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Effect of Photoperiod on Fluorescence Characteristics of Photosynthetic System of Fresh-cut Chrysanthemum Leaves under High Temperature

LU Si-yu1, YANG Zai-qiang1,2, ZHANG Yuan-da1, ZHENG Han1, YANG Li1

(1.Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China; 2.Jiangsu Provincial Key Laboratory of Agrometeorology, Nanjing 210044)

Chrysanthemum is a typical short?day plant, which blossoms only when the sunshine length is shorter than the critical day length, and the critical day length is 12 h·d?1. In order to meet the market demand and promote the chrysanthemum to bloom in the long sunshine season, black shading materials are often used to shorten the day. There were many studies on short?day treatment to control the flowering period of chrysanthemum at home and abroad, but they failed to solve the problem of high temperature obstacle of willow buds in chrysanthemum during shading in summer. The appearance of willow buds indicates that chrysanthemum is still in the vegetative growth stage, and the process of flower bud differentiation is hindered. Continuous high temperature environment is an important factor leading to the emergence of willow buds in chrysanthemum. In this experiment, chrysanthemum variety "Hongmian" was used as the test material. The photoperiod experiment was carried out at high temperature of (32±2)℃/(22±2)℃(day/night), and the photoperiod duration was set as 7h/17h(Ph7), 8h/16h(Ph8) , 9h/15h(Ph9), 10h/14h(Ph10) and 11h/13h(Ph11), respectively with 13h/11h(CK) as control. The experiment began on July 20, 2019, and ended on August 25, 2019 when willow buds appeared in chrysanthemum seedlings. The photosynthetic structure of chrysanthemum leaves is very sensitive to adversity, which is the primary site of adversity damage. The light response curve, photosynthetic pigment content (including chlorophyll a, chlorophyll b, carotenoid and chlorophyll total) and rapid fluorescence induction kinetics curves of leaves were measured and analyzed before the formation of chrysanthemum willow buds. The curves of chlorophyll fluorescence kinetics OJ, OI, OK and IP phases were standardized as relatively variable fluorescence W, WOJ=(Ft?F0)/(FJ?F0), WOI=(Ft?F0)/(FI?F0), WOK=(Ft?F0)/ (FK?F0), WIP= (Ft?FI)/(FP?FI), and the fluorescence differential kinetics ΔW was calculated, ΔW=W?Wref, where Wrefis the relatively variable fluorescence at the corresponding time of CK. That is, ΔWOJ=WOJ?Wref, ΔWOI=WOI?Wref, ΔWOK=WOK?Wref, ΔWIP=WIP?Wref, in order to understand the absorption and utilization of light energy by different photoperiod systems of chrysanthemum at high temperature in the process of photoreaction. By analyzing photosynthetic rate and the operation of photosynthetic electron transfer chain in photosynthetic structure (PSⅡ and PSⅠ), it is expected to provide scientific reference for the diagnosis and analysis of leaf photosynthesis and the study of photosynthetic performance when chrysanthemum is unable to differentiate normally. The results showed that: (1) the content of photosynthetic pigment was the lowest at ph7 and Ph8, and the reduction of NADP+ in the reaction center of photosystem II(PS II), the oxygen-releasing complex and the terminal electron acceptor bank of photosystem I(PS I) was slightly eased in the middle of the 26?day experiment, but it was inhibited at other times, and the photosynthetic capacity was the worst correspondingly. (2)The abnormal differentiation of willow bud inflorescence occurred at Ph10. The photosynthetic potential of Ph10 is great, but the oxygen-releasing complex of PSII is always inactive, and the photosynthesis changes with the strength and decline of the energy connection between PSII photosynthetic units. (3)The photosynthetic pigment of Ph11 leaves is the maximum after CK, and its photosynthetic performance is relatively stable. The continuously enhanced PSI and PSII activities make photoelectrons transfer normally under the premise of inactivation of oxygen-releasing complex. The photosynthetic system of chrysanthemum leaves treated with Ph7 and Ph8 was the most seriously damaged at high temperature. The photosynthetic system of chrysanthemum leaves treated with Ph10 was more sensitive, and the photosynthetic system of chrysanthemum leaves treated with Ph11 had stronger stress resistance.

Chrysanthemum；Photoperiod; Photosynthetic system；Photosynthetic electron transfer；Photosynthesis

10.3969/j.issn.1000-6362.2020.10.003

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2020?05?18

楊再?gòu)?qiáng)，E-mail：yzq@nuist.edu.cn

國(guó)家重點(diǎn)研究開發(fā)計(jì)劃（2019YFD1002202）

陸思宇，E-mail：1601152966@qq.com