甘肅沿黃灌區(qū)10個(gè)棗樹品種葉綠素?zé)晒馓匦缘谋容^分析

張廣忠，張露荷，黃華梨，馬存世，趙 通，胡秉芬，戚建莉，朱紅斌

（甘肅省林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730020）

甘肅沿黃河灌溉區(qū)（以下簡(jiǎn)稱為“甘肅沿黃灌區(qū)”）作為我國棗樹的原產(chǎn)地之一，其棗樹栽培歷史悠久，而棗樹作為生態(tài)經(jīng)濟(jì)兼用型的水土保持樹種在甘肅沿黃灌區(qū)的發(fā)展面積大，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民致富的支柱產(chǎn)業(yè)之一。該區(qū)域主栽的棗樹品種主要有‘靖遠(yuǎn)小口棗’與‘五佛圓棗’，這2個(gè)優(yōu)良品種均為制干棗品種。該區(qū)域在紅棗生產(chǎn)經(jīng)營管理中存在品種老化、優(yōu)質(zhì)果率低、效益低等問題，甚至出現(xiàn)了因棗果收購價(jià)格太低而致棗果成熟卻無人采摘的現(xiàn)象，這嚴(yán)重降低了當(dāng)?shù)貤棶a(chǎn)業(yè)的整體水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[1]。針對(duì)這一問題，急需調(diào)整棗品種結(jié)構(gòu)，更換適應(yīng)性強(qiáng)、抗性強(qiáng)、產(chǎn)量高、棗果品質(zhì)好的優(yōu)良棗樹新品種，適當(dāng)增加鮮食棗的種植面積。近幾年來，該區(qū)域已從全國各地引進(jìn)了‘七月鮮’‘駿棗’‘冬棗’‘贊皇大棗’‘新鄭早紅棗’‘小梨棗’‘晉矮3號(hào)’‘晉矮4號(hào)’‘馬牙白’‘新鄭灰棗’‘早脆王’等30余個(gè)優(yōu)良棗樹品種，并對(duì)其適應(yīng)性展開了研究。

葉綠素?zé)晒庾鳛橹参矬w內(nèi)所發(fā)出的天然信號(hào)，是植物體的內(nèi)在探針，可以反映植物的生理狀態(tài)及其與所在環(huán)境的關(guān)系[2-3]；葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)是一種用葉綠素?zé)晒鉃樘结槪焖?、靈敏地檢測(cè)植株對(duì)光能的吸收、傳遞、耗散和分配等光合作用狀態(tài)，沒有損傷地研究植物光合生理特性、評(píng)價(jià)植株光合能力的技術(shù)[4]。通過分析植株的葉綠素?zé)晒馓匦阅苤苯踊蜷g接地了解其光合作用過程，與葉片“表觀性”的氣體交換指標(biāo)相比，葉綠素?zé)晒鈪?shù)能更加直接地反映其“內(nèi)在性”狀況[5]。因?yàn)椴捎萌~綠素?zé)晒饧夹g(shù)進(jìn)行檢測(cè)，既快捷又準(zhǔn)確，還不會(huì)對(duì)植物造成損傷[6]，而且葉綠素?zé)晒鈪?shù)又是反映植物光合能力和栽培適應(yīng)性、決定產(chǎn)量的重要因素，所以近年來葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，這種技術(shù)可用于選種研究[7]，也可用于對(duì)植物的耐澇或耐旱[7-8]、耐低溫脅迫[9-10]、耐鹽堿[11]、耐干熱[12]、耐重金屬脅迫[13]、缺素脅迫[14]等抗性方面的評(píng)價(jià)。目前，有關(guān)不同品種棗樹葉綠素?zé)晒馓匦缘难芯繄?bào)道較少：王林云[15]已對(duì)3個(gè)鮮食棗品種的葉綠素?zé)晒鈪?shù)進(jìn)行了研究；李慶亮等[16]研究了遭到綠盲蝽危害后棗樹葉片的綠素?zé)晒馓匦?；劉倩等[17]已對(duì)3個(gè)棗樹品種的光合熒光特性進(jìn)行了研究；付廣軍等[18]對(duì)陜西榆林沙區(qū)的10個(gè)不同鮮食棗品種的光合、葉片葉綠素和氮（N）含量進(jìn)行了研究。本課題組之前對(duì)引進(jìn)到甘肅沿黃灌區(qū)的30個(gè)品種棗樹的光合特性及水分利用效率進(jìn)行了初步的研究，從中初篩出了10個(gè)優(yōu)良品種[19]，但對(duì)這10個(gè)品種的葉綠素?zé)晒馓匦赃€未作研究。為了進(jìn)一步了解這10個(gè)棗樹品種光合能力的差異情況，本研究對(duì)其葉綠素?zé)晒鈪?shù)進(jìn)行了觀測(cè)與分析，旨在探討不同品種棗樹對(duì)光能的利用能力和對(duì)甘肅沿黃灌區(qū)環(huán)境的適應(yīng)能力，為該區(qū)域選擇更適宜的棗樹品種提供一定的理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在甘肅省靖遠(yuǎn)縣雙龍鄉(xiāng)北城村的棗樹園里進(jìn)行。該地地勢(shì)平坦，有充足的水源和農(nóng)業(yè)灌溉條件，背風(fēng)向陽，光照條件好。該地海拔1 350 m，年平均氣溫7.5 ℃，年平均降水量185.6 mm。試驗(yàn)棗園的土壤是沙壤土，土壤有機(jī)質(zhì)含量在1%左右，pH值為8.0～8.5。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)以10個(gè)6年生的棗樹品種為供試材料，其樹高為1.6～3.2 m；南北行向種植，株行距為1.5 m×3.0 m，整形修剪、土肥水管理和病蟲害防治等田間管理一致。供試的10個(gè)棗樹品種分別為‘金谷大棗’‘金昌一號(hào)’‘小梨棗’‘孔府酥脆棗’‘駿棗’‘蜂蜜罐’‘馬牙白’‘甘酥佛棗’‘晉矮3號(hào)’‘壺瓶棗’，其中的‘甘酥佛棗’為暫定品種。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與測(cè)定方法

于2018年7月中旬晴天的9:00—11:00時(shí)進(jìn)行觀測(cè)。每個(gè)品種各選3株樣樹，在每株樣樹樹冠的東南方向外圍第1層主枝上選取新稍頂部向下數(shù)的第3、第4片葉為待測(cè)葉片，應(yīng)選取成熟且健康完整的功能葉片（其葉色濃郁，葉綠素含量較高）作為待測(cè)葉片，每個(gè)品種共測(cè)定6片樣葉。測(cè)定光強(qiáng)設(shè)為1 000 μmol·m-2s-1，采用開放氣路，葉室溫度為25 ℃。測(cè)定前先對(duì)棗樹葉片進(jìn)行30 min的暗適應(yīng)，然后采用美國Li-COR公司制造的LI-6400型光合分析儀配備的葉綠素?zé)晒馊~室，按照儀器使用說明，分別測(cè)定暗適應(yīng)后樣葉的初始熒光（F0）、最大熒光（Fm）等熒光參數(shù)；再對(duì)樣葉進(jìn)行遠(yuǎn)紅光的照射，之后測(cè)定其光下最小熒光（F0′）、光下最大熒光（Fm′）和穩(wěn)態(tài)熒光（Fs）等熒光參數(shù)；觀測(cè)儀器會(huì)間接自動(dòng)地計(jì)算出光化學(xué)量子效率（Fv/Fm）、開放的PSⅡ反應(yīng)中心的激發(fā)能捕獲效率（Fv′/Fm′）、PSⅡ反應(yīng)中心電荷分離實(shí)際量子效率（ΦPSⅡ）、電子傳遞速率（ETR）、光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）和非光化學(xué)猝滅系數(shù)（qN）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖，采用SPSS 22統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和差異顯著性分析（P≤0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同棗樹品種葉片葉綠素?zé)晒饣A(chǔ)參數(shù)的比較

10個(gè)棗樹品種的葉綠素?zé)晒饣A(chǔ)參數(shù)如圖1所示。從圖1中可以看出，10個(gè)品種棗樹的初始熒光（F0）為443.90～495.00，各品種間不存在顯著性差異（P＞0.05）。10個(gè)棗品種中，‘蜂蜜罐’的最大熒光（Fm）最大，為2 746.55；‘金谷大棗’‘金昌一號(hào)’‘小梨棗’‘孔府酥脆棗’‘駿棗’‘馬牙白’‘晉矮3號(hào)’‘壺瓶棗’的最大熒光（Fm）為2 378.42～2 591.47，且各品種間亦無顯著性差異（P＞0.05）；其中，‘蜂蜜罐’與‘甘酥佛棗’的最大熒光（Fm）均顯著高于‘金谷大棗’和‘駿棗’的?！赘执鄺棥R牙白’‘甘酥佛棗’的光下最小熒光（F0′）分別為531.97、528.42、522.80，均顯著高于‘晉矮3號(hào)’的（P＜0.05），‘晉矮3號(hào)’的F0′值為478.47，其余9個(gè)品種的F0′值無顯著性差異（P＞0.05）?！±鏃棥赘执鄺棥仕址饤棥墓庀伦畲鬅晒猓‵m′）分別為2 411.30、2 471、2 414.45，均顯著高于‘晉矮3號(hào)’和‘壺瓶棗’的（P＜0.05），‘晉矮3號(hào)’與‘壺瓶棗’的Fm′值分別為2 070.28和2 050.75，其余9個(gè)品種的Fm′值亦無顯著性差異（P＞0.05）?！畨仄織棥姆€(wěn)態(tài)熒光（Fs）為554.62，顯著高于‘金谷大棗’和‘金昌一號(hào)’（P＜0.05）的，‘金谷大棗’與‘金昌一號(hào)’的Fs值分別為453.52和449.97，其余各個(gè)品種的Fs值亦無顯著性差異（P＞0.05）。

圖1 10個(gè)棗樹品種葉片葉綠素?zé)晒饣A(chǔ)參數(shù)的比較Fig.1 Comparison of basic parameters of chlorophyll fluorescence in leaves of 10 jujube cultivars

2.2 不同棗樹品種葉片葉綠素?zé)晒夤庀到y(tǒng)Ⅱ光化學(xué)效率參數(shù)的比較

10個(gè)棗樹品種的葉綠素?zé)晒夤庀到y(tǒng)Ⅱ光化學(xué)效率參數(shù)如圖2所示。從圖2中可以看出，10個(gè)棗樹品種葉片的光化學(xué)量子效率（Fv/Fm）為0.80～0.83，10個(gè)品種之間葉片的Fv/Fm值不存在顯著性差異（P＞0.05）?！畨仄織棥~片的光下開放的PSⅡ反應(yīng)中心的激發(fā)能捕獲效率（Fv′/Fm′）最低，為0.72，顯著低于其余9個(gè)品種（P＜0.05）的；其余9個(gè)品種間葉片的Fv′/Fm′值無顯著性差異（P＞0.05）?！畨仄織棥~片的PSⅡ反應(yīng)中心電荷分離實(shí)際量子效率（ΦPSⅡ）最低，為0.72，且顯著低于其余9個(gè)品種的（P＜0.05）；其余9個(gè)品種間其ΦPSⅡ值無顯著性差異（P＞0.05）。電子傳遞速率（ETR），‘壺瓶棗’的最高，為0.55；‘金昌一號(hào)’的最低，為0.34；‘壺瓶棗’和‘馬牙白’的ETR無顯著性差異（P＞0.05）；‘金谷大棗’‘金昌一號(hào)’‘小梨棗’‘駿棗’‘蜂蜜罐’的ETR為0.34～0.39，且此5個(gè)品種之間其ETR無顯著性差異（P＞0.05）；馬牙白’‘甘酥佛棗’‘晉矮3號(hào)’的ETR為0.45～0.50，且此三者之間其ETR亦無顯著性差異（P＞0.05）。

圖2 10個(gè)棗樹品種葉片光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)效率參數(shù)的比較Fig.2 Comparison of the photochemical efficiency parameters of photosystem II in leaves of 10 Jujube cultivars

2.3 不同棗樹品種葉片葉綠素?zé)晒忖鐓?shù)的比較

10個(gè)棗樹品種葉片的葉綠素?zé)晒忖鐓?shù)如圖3所示。從圖3中可以看出，10個(gè)棗樹品種葉片的光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）為0.86～1.02，10個(gè)品種之間葉片的qP不存在顯著性差異（P＞0.05）。‘壺瓶棗’的非光化學(xué)猝滅系數(shù)（qN）最大，為0.22；‘孔府酥脆棗’的qN最小，為0.04；‘金谷大棗’‘金昌一號(hào)’‘小梨棗’‘孔府酥脆棗’‘駿棗’‘馬牙白’‘甘酥佛棗’的qN為0.04～0.12，且這幾個(gè)品種間葉片的qP無顯著性差異（P＞0.05）；‘壺瓶棗’與‘晉矮3號(hào)’的qN均顯著高于‘小梨棗’‘孔府酥脆棗’‘駿棗’‘馬牙白’‘甘酥佛棗’的（P＜0.05）。

圖3 10個(gè)棗樹品種葉片葉綠素?zé)晒忖鐓?shù)的比較Fig.3 Comparison of chlorophyll fluorescence quenching parameters in leaves of 10 jujube cultivars

2.4 棗樹葉片各個(gè)葉綠素?zé)晒鈪?shù)間的相關(guān)性分析

棗樹的各個(gè)葉綠素?zé)晒鈪?shù)間的相關(guān)系數(shù)見表1。從表1中可以看出，棗樹葉片的Fm′與F0′、Fv/Fm與Fm、Fv′/Fm′與Fm′、ΦPSⅡ與Fm′、ΦPSⅡ與Fv′/Fm′之間均呈極顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.455、0.539、0.701、0.575、0.923。ETR與F0顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為0.313。Fv/Fm與F0、Fv′/Fm′與Fs、ΦPSⅡ與Fs、ETR與Fv′/Fm′、qN與Fm′、qN與Fv′/Fm′之間均呈極顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.677、-0.76、-0.841、-0.458、-0.543、-0.395。ETR與ΦPSⅡ、qN與F0′、qN與ΦPSⅡ之間均呈顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.388、-0.337、-0.35。

表1 棗樹葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)間的相關(guān)性分析結(jié)果?Table 1 The correlation of chlorophyll fluorescence parameters of jujube leaves

3 討 論

初始熒光（F0）是經(jīng)過暗適應(yīng)后光合機(jī)構(gòu)PSⅡ反應(yīng)中心完全開放時(shí)的熒光強(qiáng)度，是可以用來判斷PSⅡ反應(yīng)中心運(yùn)轉(zhuǎn)情況的重要指標(biāo)，指的是理論上反應(yīng)中心正好能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)時(shí)的葉綠素?zé)晒鈁20]；F0的增加可能是因PSⅡ反應(yīng)中心被破壞或者可逆失活而引起的，F(xiàn)0的下降可能是因PSⅡ天線的熱耗散增多而造成的[21]。觀測(cè)結(jié)果表明，10個(gè)棗樹品種之間葉片的初始熒光（F0）不存在顯著性差異（P＞0.05）。最大熒光（Fm）是PSⅡ反應(yīng)中心完全關(guān)閉時(shí)的熒光強(qiáng)度（即充分暗適應(yīng)情況下的最大熒光），F(xiàn)m值反映的是光合作用的實(shí)際相關(guān)光化學(xué)量子產(chǎn)率[22]；外部環(huán)境的脅迫和光抑制均可以造成Fm值的下降[23]。本研究結(jié)果表明，‘蜂蜜罐’與‘甘酥佛棗’的最大熒光（Fm）均顯著高于‘金谷大棗’和‘駿棗’的，即說明單從Fm值來看，‘金谷大棗’和‘駿棗’可能均受到了外部環(huán)境的脅迫或光抑制。最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv/Fm）指的是植物的光合作用效率，可以反映植物葉片在充分暗適應(yīng)情況下PSⅡ反應(yīng)中心的光化學(xué)量子效率[10，24]，非光化學(xué)猝滅效率的變化能夠引起Fv/Fm值的變化；正常光照條件下，植物的Fv/Fm值一般為0.75～0.85，其變化很小[25]。觀測(cè)結(jié)果表明，10個(gè)棗樹品種葉片的光化學(xué)量子效率（Fv/Fm）為0.80～0.83，10個(gè)棗樹品種之間其Fv/Fm值不存在顯著性差異（P＞0.05）。因?yàn)镕v/Fm值的降低是光抑制現(xiàn)象的主要表征[26-27]，故其被認(rèn)為是判斷植物是否發(fā)生光抑制現(xiàn)象的重要指標(biāo)[28-29]。本研究觀測(cè)到的10個(gè)棗樹品種的光化學(xué)量子效率（Fv/Fm）均在正常范圍值之內(nèi)；雖然單從Fm值來看，‘金谷大棗’和‘駿棗’可能均受到了外部環(huán)境的脅迫或光抑制，但是，‘金谷大棗’與‘駿棗’的Fv/Fm值分別為0.82和0.81，表明供試的這10個(gè)棗樹品種均未受到環(huán)境脅迫或光抑制。

實(shí)際量子效率（ΦPSⅡ）表示植物光合作用的電子傳遞的量子產(chǎn)額，實(shí)際量子效率高則有利于植物光能轉(zhuǎn)化效率的提高，更有利于為暗反應(yīng)的碳（C）同化積累更多的能量[30]。觀測(cè)結(jié)果表明，‘壺瓶棗’葉片的PSⅡ反應(yīng)中心電荷分離實(shí)際量子效率（ΦPSⅡ）最低，為0.72，且顯著低于其余9個(gè)品種的（P＜0.05），這一觀測(cè)結(jié)果說明，‘壺瓶棗’為暗反應(yīng)的碳同化積累的能量少于其余9個(gè)品種的。

電子傳遞速率（ETR）通常由光抑制程度、天線光能轉(zhuǎn)化效率和PSⅡ反應(yīng)中心的開放程度等因素決定[31]。原初電子受體（QA）的氧化還原狀態(tài)、PSⅡ開放中心的數(shù)目均可以通過光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）反映出來[32]。觀測(cè)結(jié)果還表明，10個(gè)棗樹品種之間其光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）不存在顯著性差異（P＞0.05）。供試的這10個(gè)不同棗樹品種均未受到環(huán)境脅迫或光抑制，且這10個(gè)不同棗樹品種的光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）之間不存在顯著性差異；以上這兩點(diǎn)可以表明：‘壺瓶棗’較高的電子傳遞速率（ETR）不是由于光抑制程度和PSⅡ反應(yīng)中心的開放程度不同造成的。‘壺瓶棗’和‘晉矮3號(hào)’的qN均顯著高于‘小梨棗’‘孔府酥脆棗’‘駿棗’‘馬牙白’‘甘酥佛棗’的（P＜0.05），說明‘壺瓶棗’和‘晉矮3號(hào)’耗散反應(yīng)中心天線色素吸收過量光能的能力比‘小梨棗’‘孔府酥脆棗’‘駿棗’‘馬牙白’‘甘酥佛棗’都要強(qiáng)，即‘壺瓶棗’和‘晉矮3號(hào)’對(duì)光合機(jī)構(gòu)的保護(hù)能力均較強(qiáng)。本研究推斷‘壺瓶棗’較高的電子傳遞速率（ETR）是通過耗散過剩的激發(fā)能有效保護(hù)光合機(jī)構(gòu)而造成的。

本研究不足之處是該試驗(yàn)系統(tǒng)性不強(qiáng)，沒有對(duì)這10個(gè)棗樹品種葉片的氣孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，也沒有觀察其葉片組織結(jié)構(gòu)和測(cè)定相應(yīng)的組織結(jié)構(gòu)指標(biāo)。

4 結(jié) 論

綜上所述，‘壺瓶棗’為暗反應(yīng)的碳同化所積累的能量少于其余9個(gè)品種的；‘壺瓶棗’和‘晉矮3號(hào)’對(duì)光合機(jī)構(gòu)的保護(hù)能力均較強(qiáng)；與其余9個(gè)供試的棗樹品種相比，‘壺瓶棗’較高的電子傳遞速率（ETR）不是由于光抑制程度和PsII反應(yīng)中心的開放程度的不同而造成的，可以推斷，‘壺瓶棗’較高的電子傳遞速率（ETR）是通過耗散過剩的激發(fā)能有效保護(hù)光合機(jī)構(gòu)而造成的。

‘金谷大棗’‘金昌一號(hào)’‘小梨棗’‘孔府酥脆棗’‘駿棗’‘蜂蜜罐’‘馬牙白’‘甘酥佛棗’‘晉矮3號(hào)’等9個(gè)棗樹優(yōu)良品種對(duì)甘肅沿黃河灌溉區(qū)環(huán)境的適應(yīng)能力均較強(qiáng)，值得在該區(qū)域推廣。