桃樹不同品種葉片葉綠素熒光特性的比較

郭學民，劉建珍，李 娜，肖 嘯，張立彬

(河北科技師范學院1生命科技學院，2園藝科技學院, 河北 秦皇島，066600)

桃樹不同品種葉片葉綠素熒光特性的比較

郭學民1，劉建珍2，李 娜1，肖 嘯2，張立彬2

(河北科技師范學院1生命科技學院，2園藝科技學院, 河北 秦皇島，066600)

利用葉綠素熒光技術測定了桃樹 ‘21世紀’，‘96-3-4’，‘華玉’，‘農字6號’，‘瑞紅一枝’，‘迎霜’和‘早霞露’等7個品種葉片光強依賴的葉綠素熒光特性。結果表明：在各個光強[PAR，0～1 856 μmol·(m2·s)-1]下，表觀電子傳遞速率r(ETR)、實際光化學效率Y(II)和光化學淬滅qP在品種間的變化趨勢一致，基本上按照‘96-3-4’，‘21世紀’，‘華玉’，‘瑞紅一枝’，‘農字6號’，‘迎霜’，‘早霞露’的順序由小變大。‘96-3-4’的最大熒光(Fm)、可變熒光(Fv)、實際光化學效率Y(II)、表觀電子傳遞速率r(ETR)值均高于其它6個品種。表明‘96-3-4’有較高的PSⅡ活性和較強的光合生理功能，而‘早霞露’，‘迎霜’等則光化學效率較低。

桃樹；葉綠素熒光；光響應曲線

我國的桃樹品種有上千種，掌握不同品種的光合作用特點和光合效能差異，有利于高光效親本的選擇和優良品種的篩選。目前，國內外對桃樹的研究有很多，大多研究桃樹育種[1]和栽培技術[2～4]、桃樹抗性生理[5,6]以及保鮮技術[7]，而對桃樹不同品種間光合活性差異的研究較少。

研究表明，植物葉綠素熒光與植物光合作用的整個過程緊密相關，能夠探測許多有關植物光合作用的信息，是光合作用研究的有效探針之一[8]。通過植物葉綠素熒光動力學可以快速、靈敏、可靠、無損傷地了解植物光合作用生理狀況及其與環境的關系[9]，實現了在現場或自然條件下，以完整植物整體或含有葉綠素的部分器官為材料，精確測定和研究光合作用動態變化的可能性[10]。近年來，葉綠素熒光測定技術已被廣泛應用于植物光合作用、環境科學、蔬果貯藏、植物抗性生理等領域[11]，為篩選桃樹優良品種提供了條件。

本次研究選取國內栽培較廣泛的桃品種，采用葉綠素熒光技術測定不同品種桃樹葉片的葉綠素熒光特性，以期為桃樹的高效優質栽培和良種選擇提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地自然概況

試驗地為河北科技師范學院園藝科技學院實驗基地，位于秦皇島市昌黎縣，屬中國東部季風區暖溫帶、半濕潤大陸性氣候。最高月平均氣溫25.1 ℃，最低月平均氣溫-5.2 ℃，年平均氣溫11 ℃。平均年降水量712.7 mm。四季分明，日照充足，年均日照數達2 800 h。

1.2 試驗材料

7個供試桃樹品種為：‘21世紀’，‘96-3-4’，‘華玉’，‘農字6號’，‘瑞紅一枝’，‘迎霜’和‘早霞露’，栽培管理措施相同。每個品種選擇3株長勢健壯、光照一致的植株，每株分別取方位相同、健康、完全展開的第3片葉，以濕紗布包裹后帶回實驗室進行測定。

1.3 葉綠素熒光參數的測定方法

葉綠素熒光測定采用MINI-Imaging-PAM熒光儀進行。測定前，葉片先經過20 min的充分暗適應，用測量光照射葉片，測得初始熒光(Fo)，隨后施加飽和脈沖光，測得最大熒光(Fm)。并由Fo，Fm計算可變熒光(Fv)，暗適應葉片PSII最大光化學效率(Fv/Fm)，PSII潛在光化學效率(Fv/Fo)。

熒光參數光響應曲線(光曲線，r(ETR-PAR))根據White和Critchley的方法[8]進行測定，光合有效輻射(PAR)設置為0，1，21，42，76，134，205，249，298，371，456，581，726，923，1 176，1 466，1 856 μmol·(m2·s)-1，每個梯度持續10 s。測定各PAR下的PSⅡ實際光化學效率Y(II)，光化學淬滅系數qP，非光化學淬滅系數NPQ，表觀電子傳遞速率r(ETR)。

1.4 數據分析

所有測定指標均3次重復，結果取平均值±標準誤，數據通過DPS v3.01專業版軟件進行方差分析，使用多重比較中的新復極差法(Duncan)，圖表在Excel軟件下繪制。葉綠素熒光光曲線用擬合方程P=Pm [1-exp(-αPAR/Pm)]×exp(-βPAR/Pm)擬合，其中Pm代表無光抑制時的最大光合速率，也就是最大潛在相對電子傳遞速率r(ETR)max；α是光曲線的初始斜率；β是光抑制參數；由Pm和α可以得出半飽和光強Ik=Pm/α。曲線擬合采用最小二乘法，用Statistica軟件進行。

2 結果與分析

2.1 桃樹不同品種葉片葉綠素熒光參數的比較

試驗結果表明，‘96-3-4’的Fm，Fv，Y(II)和r(ETR)值高于其它6個品種(表1)。‘迎霜’的Fo，Fm和Fv值與‘21世紀’，‘華玉’，‘農字6號’，‘瑞紅一枝’之間差異顯著；‘96-3-4’的Y(II)值與‘農字6號’，‘迎霜’差異顯著。反映PSⅡ最大光化學效率Fv/Fm在品種間差異不顯著，而反映PSⅡ潛在活性Fv/Fo僅在和‘早霞露’和‘瑞紅一枝’與‘21世紀’，‘96-3-4’，‘華玉’，‘農字6號’，‘迎霜’之間達到顯著水平。

表1 桃樹不同品種葉片葉綠素熒光參數的比較

注：表中小寫字母表示0.05水平上差異顯著,以下同。

2.2 桃樹不同品種葉片光響應曲線(r(ETR-PAR))的比較

從光響應曲線可以看出，7個品種r(ETR)都隨PAR增加而迅速升高(圖1)；達到一定PAR[726 μmol·(m2·s)-1]后增加緩慢；PAR在1 176～1 466 μmol·(m2·s)-1時，除‘21世紀’，‘華玉’，‘農字6號’，‘瑞紅一枝’的r(ETR)緩慢上升外，其它3個品種r(ETR)則緩慢下降。低PAR下，桃樹7個品種r(ETR)無明顯差異；當光強超過371 μmol·(m2·s)-1時，品種間光合電子傳遞能力不同，‘96-3-4’最強，之后依次為‘瑞紅一枝’和‘華玉’，‘迎霜’和‘早霞露’的光合電子傳遞能力最弱。但在高PAR下，7個桃樹品種都不同程度的受到強光的抑制。

通過擬合方程可以得出r(ETR)max，α，Ik等擬合參數(表2)。r(ETR)max在品種之間的變化趨勢為，由‘瑞紅一枝’，‘96-3-4’，‘農字6號’，‘21世紀’，‘華玉’，‘早霞露’，‘迎霜’依次降低。擬合參數α反映了葉片捕光能力的高低，也用來表示光化學反應的啟動速率，α值在品種之間的變化趨勢為由‘96-3-4’，‘瑞紅一枝’，‘華玉’，‘早霞露’，‘迎霜’，‘21世紀’，‘農字6號’依次變小。半飽和光強在品種之間的變化趨勢和前兩者不同，其順序為由‘農字6號’，‘21世紀’，‘瑞紅一枝’，‘華玉’，‘96-3-4’，‘迎霜’，‘早霞露’變小，但是3個參數在品種之間差異均未達到顯著水平。

表2 桃樹不同品種葉片光響應曲線擬合參數

2.3 桃樹不同品種葉片實際光化學效率(Y(II))的比較

Y(II) 表示PSⅡ電子傳遞量子產率，反映了PSⅡ反應中心部分關閉情況下的實際原初光能捕獲效率，也是實際的PSⅡ反應中心進行光化學反應的效率。桃樹7個品種的Y(II)均隨PAR的增強而降低；同一PAR下，‘96-3-4’的Y(II)高于其它6個品種，各品種在低PAR下無明顯差異，當PAR超過298 μmol·(m2·s)-1時，Y(II)的值按照‘96-3-4’，‘瑞紅一枝’，‘華玉’，‘21世紀’，‘農字6號’，‘迎霜’，‘早霞露’的順序依次增大(圖2)。

圖1 桃樹不同品種葉片相對電子傳遞速率(r(ETR))對光強的響應 圖2 桃樹不同品種葉片實際光化學效率(Y(II))對光強的響應

2.4 桃樹不同品種葉片非光化學淬滅(NPQ)和光化學淬滅(qP)的比較

NPQ指非光化學淬滅系數，反映了植物耗散過剩光能為熱的能力，熱耗散可以防御光抑制的破壞，對光合機構起自我保護作用[12]，是PSⅡ天線色素吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散掉的光能部分。圖3為NPQ對光強的響應曲線，7個桃樹品種的NPQ均隨PAR的增加而升高，在低PAR下，7個桃樹品種無明顯差異，當PAR>726 μmol·(m2·s)-1時，NPQ的值按照‘96-3-4’，‘華玉’，‘早霞露’，‘瑞紅一枝’，‘21世紀’，‘迎霜’，‘農字6號’的順序依次增大。

qP指光化學淬滅系數，即由光合作用引起的熒光淬滅，反映了光合活性的高低。要保持高的光化學淬滅就要使PSⅡ反應中心處于“開放”狀態，所以光化學淬滅又在一定程度上反映了PSⅡ反應中心的開放程度。qP愈大，PSⅡ的電子傳遞活性愈大[13]。7個桃樹品種在PAR為0～1 856 μmol·(m2·s)-1時，qP都呈現逐漸降低的趨勢(圖4)。在PAR<1 466 μmol·(m2·s)-1時，‘96-3-4’最強，‘華玉’，‘21世紀’，‘瑞紅一枝’次之，‘農字6號’，‘迎霜’，‘早霞露’最低。當PAR>1 466 μmol·(m2·s)-1時7個桃樹品種沒有明顯規律，同一PAR下，qP值相差很小。

圖3 桃樹不同品種葉片非光化學系數(NPQ)對光強的響應 圖4 桃樹不同品種葉片光化學淬滅系數(qP)對光強的響應

3 討 論

本次研究表明，桃樹不同品種葉綠素熒光參數存在差異。在銀杏[14]、草坪草[15]、一品紅[16]等植物上也有類似的結論。有研究表明，Fv/Fm在非脅迫條件下比較恒定，一般介于0.80～0.85之間。本次研究的7個桃樹品種Fv/Fm值接近0.80或大于0.80，而小于0.830。說明這7個桃樹品種生長狀態基本良好，也從側面說明了其它熒光指標的可靠性。

在熒光參數中，Y(II)，r(ETR)和Fv/Fm值被公認為是葉片光合效率的重要依據。光曲線可以很好的反映樣品對強光的耐受能力。前人研究發現，在同樣光強下，ETR越高形成的活躍化學能(ATP和NADPH)就越多，可以為暗反應的光合碳同化積累更多所需的能量，以促進碳同化的高效運轉和有機物的積累[17，18]。本次研究的7個桃樹品種中，‘96-3-4’的PSⅡ反應中心處于完全開放和完全關閉時的熒光產量較高，具有較高的PSⅡ活性，可為光合碳同化提供充分的能量和還原能力，且具有較高的最大光合速率。

品種間Fv/Fm，NPQ變化趨勢相對較為復雜(表1，圖3)，與r(ETR)等表現并不完全一致，這也說明了光合作用過程中的光能吸收、傳遞轉化的復雜性所在。NPQ的高低與植物光合能力的關系，目前有不同的觀點。有研究認為，在同等條件下較高的NPQ值有利于光能的耗散，會降低光化學淬滅能力，NPQ愈大，qP愈小，阻礙植物高效地利用所捕獲的光能及更有效地用于光合作用，所以較低的NPQ值具有較好的光合性能[19, 20]。但也有相反的結論，鄭淑霞等[21]在研究闊葉樹種的葉綠素熒光特性時發現qP與NPQ值呈極顯著正相關，較高的NPQ值并沒有降低qP值。本次研究也發現，具有較好光合性能的栽培類型同樣具有較高的NPQ值。因此，筆者認為不能用NPQ值籠統地定義品種光合效率的高低。

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(責任編輯：朱寶昌)

Comparison of Chlorophyll Fluorescence Characteristics in Leaves of Different Peach Cultivars

GUO Xuemin1, LIU Jianzhen2, LI Na1, XIAO Xiao2, ZHANG Libin2

(1 College of Life Science & Technology; 2 College of Horticulture Science & Technology; Hebei Normal University of Science & Technology, Qinhuangdao Hebei, 066600, China)

The chlorophyll fluorescence technique was used to measure the light-dependent Chlorophyll fluorescence characteristics of leaves in seven peach cultivars, including ‘21stcentury’, ‘96-3-4’, ‘Huayu’, ‘Nongzi 6’, ‘Ruihongyizhi’, ‘Yingshuang’ and ‘Zaoxialu’. The results indicated that the changing trend of relative electron transport rate [r(ETR)], the effective quantum yield of PSⅡ [Y(II)] and photochemical quenching (qP) were identical under the photosynthetically active radiation (PAR) from 0 to 1856 μmol·(m2·s)-1, which increased in the order: ‘96-3-4’, ‘21stcentury’, ‘Huayu’, ‘Ruihongyizhi’, ‘Nongzi 6’, ‘Yingshuang’, ‘Zaoxialu’. The values of maximal fluorescence (Fm),Y(II),r(ETR) of ‘96-3-4’ were higher than those of the other cultivars. All those suggested that the photosynthetic physiological function of ‘96-3-4’ was the best, and that of ‘Yingshuang’ and ‘Zaoxialu’ the worst.

peach; chlorophyll fluorescence; light response curve

10.3969/J.ISSN.1672-7983.2016.02.002

河北省自然科學基金項目(項目編號：C2014407077)。

2016-04-05; 修改稿收到日期: 2016-05-11

S662.101

A

1672-7983(2016)02-0011-05

郭學民(1965-)，男，教授，博士，碩士研究生導師。主要研究方向：植物結構生理學。