不同光強對紐荷爾臍橙葉片ＰＳⅡ功能和光能分配的影響

摘 要：以紐荷爾臍橙為材料，研究了不同光強(透光率分別為100％、34％和12％)對植物葉片PSⅡ功能和光能分配與利用的影響。結果表明，弱光顯著降低了紐荷爾臍橙葉片的凈光合速率、光飽和點和光補償點，提高了表觀量子率、PsⅡ的最大光化學效率和光化學猝滅系數等。隨著光強的減弱，PSⅡ天線色素吸收光能中分配于光化學反應的能量增加，分配于熱耗散和熒光耗散的比例減少。但弱光與對照相比流經光化學反應的電子流量仍顯著降低，說明弱光條件下紐荷爾臍橙葉片主要通過提高光能利用效率、轉換效率和改變光能分配等進行適應性調節，對弱光逆境具有一定的生態適應性。

關鍵詞：紐荷爾臍橙：弱光；PsⅡ功能；吸收光能分配與利用

中圖分類號：S666.4 文獻標識碼：A 文章編號：1009—9980(2008)01-40一05

近年來。隨著設施農業的發展，我國的設施栽培面積不斷擴大，柑橘的設施栽培也逐漸發展。在設施栽培中，弱光是影響植物生長發育的主要逆境之一，弱光會抑制植物光合作用^[1-2，3-4]，從而減少碳水化合物的合成，并影響作物的產量和品質^[5]；光強的變化也會引起植物光能吸收與利用的不平衡^[6]。艾希珍等^[2]對黃瓜和張英云等^[3]對結球萵苣的研究均表明，弱光下PSⅡ的光化學活性和原初光能轉化效率提高，用于光化學電子傳遞的光能比例增加。而眭曉蕾等^[7]在辣椒上的研究卻認為弱光脅迫降低了植物葉片的光合電子傳遞速率和光化學猝滅系數，減少了吸收光能分配于光化學反應的能量。因此，目前關于弱光脅迫對植物光能分配的影響尚未形成一致認識。PSⅡ的功能及其對光能的吸收、轉換、分配與利用直接影響著植物的光合作用，植物光合碳同化受脅迫的影響又遠滯后于對能量吸收利用的平衡和電子流傳遞的影響_[6-7]。因此，光能的吸收、轉換、分配與利用的研究對了解植物受脅迫抑制機理具有重要的意義。

關于弱光對柑橘PSⅡ的功能和吸收光能分配的影響研究還未見報道，因此，我們研究了弱光對紐荷爾臍橙葉片PSⅡ功能和吸收光能分配的影響，以期為闡明弱光對柑橘的光合抑制機理，選育耐弱光品種提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試材與處理

試驗于2007年春季(3月底-5月中旬)在華中農業大學果樹試驗基地塑料大棚中進行，選用枳砧紐荷爾臍橙(Citrus sinensis cv.Newhall)3 a生盆栽苗(盆高27 cm、外口徑39 cm)為試材，盆土為黃棕壤：蛭石：有機肥按3：1：1比例(v/v)均勻混合。選生長健壯、長勢一致的植株。于春梢萌芽30 d時采用透光率不同的黑色遮陽網處理，對照(CK)：塑料大棚自然光(100％)；處理I(T1)：相對透光率為34％；處理Ⅱ(T2)：相對透光率為12％，試驗期間大棚內最低溫度8℃，最高溫度36℃，3個處理間溫度差異不大，相差不到1℃。CK最大光強值約為750-800μmol/(m²·s)，約為240～270μmol/(m²·s)，T2約為85-95μmol/(m²·s)。遮陽網距植株頂部50 cm左右拱棚形式，底部通風，每個處理6盆，3次重復。肥水均采用常規管理方式。

1.2 方法

分別于遮陰處理的18、24、30、36 d時進行光合和熒光參數的測定，第30天時測定光響應曲線。葉片光合參數采用TPS-1便攜式光合速率測定儀(英國PP-Systems公司生產)，于塑料大棚自然環境條件下測定(晴天上午10：00～11：30，遮陰處理不揭開遮陽網)。光響應曲線在CO2濃度為370～380μmolm²·s、光強為0～1500μmol／(m。·s)下測定(當天CK最大光強約為650 I～m01](m。·s)，T1為220 txmol／(m2·s)，T2為76～mol／(m2·s)，最高溫度約為33℃左右。處理問差異不大)，回歸法求得光飽和點和光補償點，該曲線存光強為0～180～mol／(m。·s)的初始直線部分的斜率即為表觀量子效率(AQY)，測定葉片均為外罔春梢第4片葉片。

葉綠素熒光參數采用帶有光、溫探頭的FMS-2便攜調制式熒光儀(英國Hansatech公司生產)測定：測定暗適應熒光參數時，先把葉片放在暗適應夾巾適應20 min，照射檢測光[<0，05～mol／(m。·s)】測得F0，再照射飽和脈沖光[12 000 Ixmol／(m。·s)1測定Fm后，打開內源光化光『600p～mol／(m2，S)110min后測Fm’、F0’，計算Fv／Fm、中PsⅡ、qP。Fv／Fm=(Fm-F01／Fm；～bPSⅡ=1-Fs／Fm’；qP=(Fm'-Fs)／(Fm'-Fo’)，測定葉片均為外圍春梢第4片葉片。利用熒光參數和實際光強，根據Luke Hendiickson等“的方法計算光能分配情況。PSⅡ天線色素吸收光能用于以下3個部分：一部分用于光化學反應的能量耗散中PsⅡf1一Fs／Fm’；一部分用于依賴于光的熱耗散mNPQ fFs，Fm’一Fs／Fm)；還有一部分用于不依賴于光的熱能耗散和熒光耗散中f，D(Fs／Fm)；其中qbPSⅡ+中NP0+中f，D=I。經過光化學的電子傳遞的利用速率為如Ⅱ(中PsⅡ。IA+0，5)；經過依賴于光的熱耗散的電子速率為胂睜NPQ*IA*0，5)；經過不依賴于光的熱能耗散和熒光耗散的為，D(斜，D。I 0，5)。IA是紐荷爾臍橙葉片吸收光能，即為PPFD*0，85。1，3數據分析 方差分析采用SAS軟件(SAS 8，1)的ANOVA過程處理，顯著性檢驗采用鄧肯式新復極差法。2結果與分析2，1不同光強對紐荷爾臍橙葉片光合速率的影響

圖1表明，弱光顯著降低了紐荷爾臍橙葉片的凈光合速率(Pn)，36 d后12％光強的Pn為100％光強(對照)的28，2％，340光強的Pn為對照的63，0％。光補償點和光飽和點是區分陰生植物和陽生植物的重要參數，表觀量子效率(AQY)是反映植物光合效率的常用指標。弱光處理30 d后，紐倚爾臍桴葉片的光飽和點(LSP)、光補償點(LCP)和飽和光下的最大光合速率(P眥)均顯著降低；AQY顯著升高，但12％和34％光強處理之間LCP和AQY差異不顯著(表1，P<0.05)，說明處于弱光環境下的紐荷爾臍橙仍能利用弱光，顯示了植物對環境的適應性。

2.2 不同光強對紐荷爾臍橙葉片熒光參數的影響Fv/Fin表示PsⅡ最大光化學量子產量，也稱PSⅡ最大光化學效率，Fm反映通過PSⅡ電子傳遞的最大潛力。由圖2-A，C可知，弱光處理過程中，Fv/Fm和Fm值始終高于對照，光強越弱，Fv/Fm和Fm值越高：12％和34％光強處理的Fv/Fm平均比對照增加了5.3％和11.0％，Fm平均升高了14.3％和35.0％，說明12％和34％光強下紐荷爾臍橙PsⅡ活性，與對照相比并沒有下降，反而有所上升。圖2-B，D表明，PSⅡ實際光化學效率(qbPSⅡ)和光化學猝滅系數(qP)在弱光處理過程中也均有所升高，隨著時間的延長，增加趨勢變緩，這表明弱光條件下植物以增加反應中心開放程度，提高PSⅡ反應中心氧化態O_A的數量和PSⅡ的實際光化學效率來捕獲更多的光能，逐漸適應弱光生長環境。

2.3 不同光強對紐荷爾臍橙葉片光能分配的影響

圖3-A表明，對照植株所吸收的光能中用于光化學反應的部分(PSⅡ)占44.7％-66.8％，依賴于光的熱能耗散(qbNPQ)占5.6％-18.7％，不依賴于光的熱能耗散和熒光耗散(F，D)占24.6％-35.6％。圖3-B顯示.34％光強處理的植株所吸收的光能中西PSⅡ為57.3％～71.8％，NPO占4.7％～8.8％，F，D占19.4％～38.7％。而從圖3-C可知，12％光強處理的植株所吸收的光能中PSⅡ為67.9％-75.0％，依賴于光的熱能耗散4.5％-7.5％。不依賴于光的熱能耗散和熒光耗散占19.0％-26.2％。說明弱光條件下植物通過增加分配于光化學反應的能量，減少熱耗散和熒光耗散進行適應性調節。在弱光處理過程中用于PsⅡ光化學反應的電子傳遞速率卻降低，34％和12％光強處理的J_psⅡ平均比對照下降了48.5％和61.3％(圖3-D)，說明弱光降低了其光合作用碳同化的電子需求。依賴于光的熱能耗散的電子速率J_NPQ和不依賴于光的熱能耗散和熒光耗散的電子速率J_F.D與對照相比也顯著降低(圖3-E.F)。

3 討論

光是植物光合作用過程中不可或缺的因素之一，是植物光合作用的唯一能量來源。紐荷爾臍橙在弱光逆境下通過光補償點和飽和點的降低、光量子效率的升高等一系列生理反應來適應弱光環境。但光合速率隨著光強的降低而顯著下降，這與眭曉蕾等_[1]研究結果一致。光合作用分光反應和暗反應2個部分，Fv/Fm、Fm、qP和PsⅡ與對照相比，均有不同程度的上升，可見，光合速率的降低并不是光反應的原因，可能是抑制了暗反應中Rubisco酶的活性、含量_[1]或光合產物的輸出等其它過程所致，但究竟哪個環節，還缺少相關的證據。

一般來說，PSⅡ最大光能轉換效率(Fv/Fm)和最大熒光(Fm)的降低是光合作用光抑制的顯著特征[9-IOl。已有在黃瓜^[2]、萵苣^[6]、辣椒17l等上的研究表明。弱光條件下Fm和Fv/Fm沒有下降的趨勢，PSⅡ的功能沒有受到抑制。本試驗中弱光逆境下Fv／Fm顯著上升。表明植物主要以盡可能多的捕獲光能適應弱光環境，這與前文[2.6-7]的研究結果相一致。

植物葉片天線色素吸收光能傳遞給PsⅡ.PSⅡ吸收光能轉換、分配及其利用的多少受PsⅡ的功能影響。但反過來又影響著植物光合機構的轉換和光合能力。因此，本試驗中，弱光下激發能的減少也是PSⅡ功能沒有受到抑制的原因之一。隨著光強的減弱，吸收光能中用于光化學反應的能量比例增加，光化學反應成為主要的光能分配途徑，但實際的光能流量J_psⅡ仍減少。J_psⅡ是PSⅡ的非環式電子傳遞的量子效率PSⅡ和被葉片PSⅡ吸收光量的乘積，其大小取決于入射于葉片的光強、葉片吸收光能的能力、PSⅡ開放中心的數目及其對激發能傳遞利用效率等的綜合結果。弱光下雖然紐荷爾臍橙葉片PSⅡ開放中心的數目和光能的利用效率增加，但由于其入射光強減弱，激發能減少，導致光化學的電子傳遞J_psⅡ減少：但這也可能是由于CO₂同化能力下降，對葉綠體中ATP和NADPH的需求減少。造成對光化學電子傳遞的反饋調節。但J_psⅡ的電子流中只有一部分流向CO2同化，其余部分流向光呼吸、Mehler反應和氮素循環等^[8]，具體如何分配還需進一步研究。

低光條件下，植物以通過2個光系統之間不斷的精細調節，使捕光復合體最大化，也可通過增加天線復合體數量，協調2個光系統之間的平衡，提高植物的光合能力_[11]。郭延平等_[12]以柑橘為試材。研究表明低光條件下，由于Q_A的還原使PQ庫處于還原狀態，導致光能由PSⅡ轉向PS1分配，有人對水稻的研究結果也表明，低溫弱光條件下有更多的激發能被分配到PS I.PS I比PSⅡ更易受害^{[13-15]。本試驗中弱光條件下光系統Ⅱ功能沒有受到抑制及其光能分配的改變，也可能與2個光系統之間的狀態轉換有關。}

4 結論

弱光條件下，紐荷爾臍橙葉片通過降低LCP、提高表觀量子效率、PSⅡ反應中心的開放程度和分配于光化學反應的激發能比例以適應弱光環境，但弱光下激發能用于光化學反應的實際能量還是減少。弱光可能抑制了植物光合作用暗反應過程中的某些環節，導致植物光合速率下降，光化學電子傳遞減少的反饋調節。由于過剩激發能減少和可能存在2個光系統之間的狀態轉換，光系統Ⅱ功能沒有受到抑制。