光溫處理對‘黃金芽’茶生長及葉綠素熒光參數的影響

張露荷，趙 通，黃華梨，張廣忠，殷德懷，武 蕾，王多鋒

（1甘肅省林業科學研究院，蘭州 730020；2甘肅農業大學園藝學院，蘭州 730070）

0 引言

葉綠素熒光分析技術以光合作用理論為基礎，測量時不會對植物葉片造成傷害，利用體內葉綠素作為天然探針，能夠快速有效對植物光合生理機制的內部信息進行探究，是研究和探測植物的光合生理狀況、各種環境因子對植物細微影響的新型植物活體測定和診斷技術。在植物的光合作用、逆境生理的研究中廣泛應用了該技術[1-2]。葉綠素熒光分析技術主要可以測定植物葉片光合作用過程中光系統對光能的吸收、傳遞、耗散、分配等各方面的相關指標。與光合作用相關表觀性的氣體交換指標相比較而言，葉綠素熒光參數更具有反映內在性的特征。因此，葉綠素熒光分析技術被稱為是能夠快速測定葉片光合的無損傷探針[3-4]。葉綠素熒光信號包含了十分豐富的光合作用信息，可以通過熒光特性的探測，判定植物的生長狀況，一定程度上反映植物受病害和脅迫的程度等生理狀況[5]。

‘黃金芽’是光照敏感型、黃色系變異綠茶新品種，它的新梢及葉片均是黃色，光合作用能力較差，有機物質的形成和積累均較弱；由于其蒸騰作用所能起的降溫的自我保護能力有限，極易被強光和高溫所灼傷；對環境的適應性較弱，抗性較差，對環境、管理技術等的要求高[6-7]。雖然前人已對‘黃金芽’的光合作用與光照關系進行了研究[8-9]，但對其葉綠素熒光特性變化的研究尚少[10]。筆者對不同光溫條件下‘黃金芽’的熒光參數進行研究，探討‘黃金芽’幼苗對不同光照條件響應的生理機制，以期全面了解‘黃金芽’的光適應機理。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在甘肅省隴南市文縣碧口鎮石龍溝流域亂石窖村高殿軍家茶園進行。該地屬于北亞熱帶氣候區，海拔624 m，氣候溫和、雨量充沛、無霜期長、雨霧繚繞，很適宜茶樹生長。茶園土壤為砂質土。試材為2年生的‘黃金芽’茶苗，于2017年8月下旬定植，采用雙行雙株錯窩定植，大小行距分別為100、40 cm，株距30 cm，每窩定植茶苗2株；栽植‘黃金芽’前該地栽植‘龍井長葉’。

1.2 試驗設計

試驗設計4個處理。T1為單一棚膜（2018年1月10—24日搭塑料棚膜，即搭棚膜15天），T2為單一遮陽網（2018年7月3日—8月17日搭遮陽網，即搭遮陽網46天），T3為棚膜+遮陽網（2018年1月10—24日搭塑料棚膜，2018年7月3日—8月17日期間搭遮陽網），CK為無棚膜無遮陽網（即自然溫度、自然光照）。遮陽網型號為SZW-14，黑色，遮光率為45%～65%，所搭高度距地面1.7 m。塑料棚膜為0.1 mm厚的白色PE薄膜，保溫透光性能高，所搭高度距地面1.7 m，搭塑料棚膜期間每天早晨揭小口通風，每天傍晚蓋小口。除試驗設計外，各處理其余各項栽培管理措施均一致。

1.3 測定指標及方法

各處理于2018年7月選6株生長勢好且長勢一致的茶苗；用鋼卷尺測量夏梢長度，數夏梢節間數和夏梢葉片數。測定葉綠素熒光參數時選之前選好茶苗新梢的第5片無機械損傷、無病蟲害的葉作為測定葉片，每處理共測定6片葉；測量時盡量保持葉片本來的位置、角度，于2018年7月29日和8月16日的9:00—19:00分別進行測定，每隔2 h測定一次，共測定2天。測定前用黑色紙包裹‘黃金芽’葉片讓其暗適應0.5 h，使用美國Li-COR公司制造的LI-6400便攜式光合測定分析儀提供的測量光、光化光及飽和脈沖光測定葉片的F0、Fm；作用光打開后測定F0′、Fm′和Fs；以熒光慢誘導模式測定Fv/Fm、Fv′/Fm′、ΦPSⅡ、ETR、qP和qN[10]。結果數據為2天所測同一時刻的平均值。

1.4 數據處理與分析

用Excel 2003軟件進行數據整理及作圖，用SPSS 22統計分析軟件對數據進行統計和差異顯著性分析(P≤0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同光溫處理對‘黃金芽’夏梢生長的影響

由表1可以看出，與CK相比，T1顯著增加了‘黃金芽’的夏梢長度，T2顯著縮短了‘黃金芽’的夏梢長度；而T3與CK相比，差異不顯著。T2顯著減少了‘黃金芽’的夏梢節間數；而T1、T3分別與CK相比，差異不顯著。各處理的夏梢總葉數之間無顯著差異。

表1 不同光溫處理對‘黃金芽’夏梢生長的影響

2.2 不同光溫處理對‘黃金芽’葉片葉綠素熒光基礎參數的影響

如圖1所示，除T2 15:00的初始熒光(F0)和未遮蔭處理之間無顯著差異外，其余時間遮蔭均顯著提高了‘黃金芽’葉片的F0；且各時間的T1及CK 2個未遮蔭處理的F0無顯著差異；除T2 15:00的F0顯著低于T3外，各時間的T2及T3遮蔭處理的F0無顯著差異。遮蔭顯著提高了‘黃金芽’葉片最大熒光(Fm)，且各時間的T1及CK 2個未遮蔭處理的Fm無顯著差異，各時間的T2及T3遮蔭處理的Fm無顯著差異。遮蔭顯著提高了13:00和15:00‘黃金芽’葉片光下最小熒光(F0′)，與CK相比，T2顯著提高13:00和15:00時‘黃金芽’葉片的最小熒光(F0′)的百分比為34.88%和58.15%，T3顯著提高13:00和15:00時‘黃金芽’葉片的最小熒光(F0′)的百分比為43.04%和53.20%；各時間的T1及CK的F0′無顯著差異，各時間的T2及T3的F0′無顯著差異，各處理19:00的F0′均無顯著差異。遮蔭顯著提高了15:00‘黃金芽’葉片的光下最大熒光(Fm′)，與CK相比，T2和T3顯著提高15:00時‘黃金芽’葉片的光下最大熒光(Fm′)的百分比分別為76.94%和102.77%；各時間的T1及CK的Fm′無顯著差異，各時間的T2及T3的Fm′無顯著差異，各處理19:00的Fm′均無顯著差異。遮蔭顯著提高了11:00、13:00和15:00‘黃金芽’葉片的穩態熒光(Fs)，與CK相比，T2顯著提高11:00、13:00和15:00時‘黃金芽’葉片的穩態熒光(Fs)的百分比為75.68%、94.17%和105.72%，T3顯著提高11:00、13:00和15:00時‘黃金芽’葉片的穩態熒光(Fs)的百分比為75.86%、110.14%和122.33%；各時間的T1及CK的Fs無顯著差異；除19:00外，各時間的T2及T3的Fs無顯著差異。

圖1 不同光溫處理對‘黃金芽’葉片葉綠素熒光基礎參數的影響

2.3 不同光溫處理對‘黃金芽’葉片葉綠素熒光光系統Ⅱ光化學效率參數的影響

如圖2所示，遮蔭顯著提高了13:00和15:00‘黃金芽’葉片的最大光化學效率(Fv/Fm)，與CK相比，T2顯著提高13:00和15:00時‘黃金芽’葉片的最大光化學效率(Fv/Fm)的百分比為37.17%和17.58%，T3顯著提高13:00和15:00時‘黃金芽’葉片的最大光化學效率(Fv/Fm)的百分比為41.60%和19.35%；除13:00和17:00外，同一時間的T1及CK的Fv/Fm無顯著差異；各時間的T2及T3的Fv/Fm無顯著差異。與CK相比，T3（棚膜+遮陽網）顯著提高了13:00和15:00的‘黃金芽’葉片的光下開放的PSⅡ反應中心的激發能捕獲效率(Fv′/Fm′)，提高的百分比分別為 23.42%和29.41%，其余同一時間各處理之間的Fv′/Fm′無顯著差異；同一時間的T2及T3的Fv′/Fm′無顯著差異；T1的 15:00 的‘黃金芽’葉片的Fv′/Fm′顯著低于 9:00 和11:00的。PSⅡ反應中心電荷分離實際量子效率(ΦPSⅡ)方面，遮蔭顯著降低了11:00、13:00和15:00‘黃金芽’葉片的ΦPSⅡ，與CK相比，T2顯著降低11:00、13:00和15:00時‘黃金芽’葉片的ΦPSⅡ的百分比為40.60%、45.46%和49.68%，T3顯著降低11:00、13:00和15:00時‘黃金芽’葉片的ΦPSⅡ的百分比為46.08%、31.58%和38.09%；同一時間的T2及T3的ΦPSⅡ無顯著差異，同一時間的T1及CK的ΦPSⅡ無顯著差異。遮蔭顯著降低了13:00‘黃金芽’葉片的電子傳遞速率(ETR)；同一時間的T2及T3的ETR無顯著差異，同一時間的T1及CK的ETR無顯著差異。

圖2 不同光溫處理對‘黃金芽’葉片光系統Ⅱ光化學效率參數的影響

2.4 不同光溫處理對‘黃金芽’葉片葉綠素熒光猝滅參數的影響

如圖3所示，遮蔭顯著降低了11:00、13:00和15:00時的‘黃金芽’葉片的光化學猝滅系數(qP)；與CK相比，T2顯著降低11:00、13:00和15:00時‘黃金芽’葉片的光化學猝滅系數(qP)的百分比分別為46.75%、55.36%和47.44%，T3顯著降低11:00、13:00和15:00時‘黃金芽’葉片的光化學猝滅系數(qP)的百分比分別為52.85%、50.55%和55.65%；除13:00外，同一時間的T1和CK的qP無顯著差異；同一時間的T2及T3的qP無顯著差異。T2的非光化學猝滅系數(qN)在15:00時顯著低于CK，且T2在15:00的qN顯著低于9:00、11:00和19:00；T1在15:00的qN顯著低于9:00和19:00；CK在13:00的qN顯著低于9:00；T3在一天中的qN無顯著差異；除15:00外各處理其余各時間的qN均無顯著差異。

圖3 不同光溫處理對‘黃金芽’葉片葉綠素熒光猝滅參數的影響

3 結論與討論

孔海云[11]對泰安茶的研究表明，茶樹經遮蔭處理后其春梢生長勢要明顯優于未遮蔭處理，遮蔭處理的新梢長度、節間距、葉面積、百芽重等指標均大于未遮蔭處理。而本試驗表明，‘黃金芽’單一的遮蔭44天夏梢長度顯著減少，可能是2018年7月碧口鎮暴雨天氣導致光照強度比往年的7月弱，遮蔭影響了茶樹干物質的積累[12]，且遮蔭時間過長引起的。

光是植物進行光合作用的最基本能源，光照不足會限制光合作用的高效率進行，而光過量會引起光抑制，甚至造成光合機構不可逆的破壞[13]。進行遮蔭栽培的最直接效應是降低了茶園太陽直射光照照度、調節了光強、改善了光質[11]。F0為PSⅡ反應中心完全開放時的熒光強度，稱為初始熒光，其可以判斷PSⅡ反應中心的運轉情況，F0的大小與植物葉綠素濃度密切相關[14]。筆者之前的研究表明，T2和T3的‘黃金芽’葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b含量均顯著高于T1和CK[15]；結合筆者之前的研究，本試驗同樣表明F0的大小與植物葉綠素的濃度呈正相關關系。武沖[16]對紅葉櫻花進行遮蔭研究表明，隨著遮光率的提高，紅葉櫻花的F0增加；本試驗表明，遮蔭提高了‘黃金芽’葉片的初始熒光(F0)。最大熒光Fm指的是PSⅡ反應中心完全關閉時的熒光水平；植物在強光照強度下其光合作用受到光抑制時，Fm值下降[14]。本試驗表明，遮蔭顯著提高了‘黃金芽’葉片最大熒光(Fm)，說明‘黃金芽’在甘肅隴南文縣茶區適合遮蔭栽培，遮蔭栽培下‘黃金芽’葉片吸收、傳遞光能的能力要大于全光照栽培；結合筆者之前的研究，本研究表明Fm的大小與植物葉綠素的濃度呈正相關關系。最大光化學量子產量Fv/Fm指的是植物的光合作用效率，反映了植物葉片PSⅡ反應中心的最大光化學量子效率[14]，其變化是由非光化學猝滅效率變化所引起的。正常光照條件下，植物的Fv/Fm一般在0.75～0.85，其變化很小[17]。本試驗中T2和T3的Fv/Fm在0.75～0.80，而T1和CK的Fv/Fm在0.55～0.80；T1處理下15:00的Fv/Fm低至0.61，CK處理下13:00的Fv/Fm低至0.55。光合機構所吸收的光能超過植物利用的能量時極大可能會導致光合作用的光抑制，Fv/Fm降低是光抑制現象的主要特征[18]，其被認為是判斷植物是否發生光抑制的重要指標[19]。本研究發現遮蔭顯著提高了13:00和15:00‘黃金芽’葉片的Fv/Fm，說明全光在13:00和15:00時對‘黃金芽’造成光抑制。本研究中T1和CK的Fv/Fm雖然在13:00和15:00較遮蔭處理顯著下降，但其最低值為0.55（大于0.44）；前人發現當Fv/Fm值小于0.44時表示PSⅡ反應中心完全失去活性即反應中心出現破壞[20]，說明在13:00和15:00時T1和CK對‘黃金芽’造成光抑制，但未造成PSⅡ反應中心出現破壞。

光化學猝滅系數(qP)與非光化學猝滅系數(qN)呈負相關[13]。光化學猝滅系數(qP)反映的是PSⅡ天線色素吸收的光能用于光化學電子傳遞的比例[21]，是QA氧化態的度量單位[22]，包括‘黃金芽’光合作用和光呼吸這2個生理過程，可以直接反映‘黃金芽’光合效率和對光能的利用。如果要保持比較高的光化學猝滅系數，就得使PSⅡ反應中心處于“開放”的狀態，所以qP在一定程度上又可以反映PSⅡ反應中心的開放程度[13]。本研究表明，遮蔭顯著降低了11:00、13:00和15:00時‘黃金芽’葉片的光化學猝滅系數(qP)，說明遮蔭‘黃金芽’葉片在11:00、13:00和15:00時的PSⅡ反應中心的開放程度較全光處理小、用于光化學反應的光能所占比例顯著下降[23]。非光化學猝滅系數(qN)指的是PSⅡ天線色素所吸收的光能不能用于光合電子傳遞而熱耗散掉的光能部分；這是PSⅡ的一種自我保護機制，熱耗散在抵御光破壞的過程中起到了關鍵作用[24-25]；當植物受到了光抑制時，常會伴隨出現Fv/Fm的降低、qN的增加[26]。本研究表明CK的qN在15:00時顯著高于T2，說明在15:00時CK‘黃金芽’葉片的熱耗散最大，其通過耗散多余的能量保護光合機構免受強光的傷害。

三伏天出現在小暑與處暑之間，是一年中氣溫最高且又潮濕、悶熱的日子[27]。綜上所述，甘肅省文縣碧口鎮‘黃金芽’在三伏天遮蔭可以提高其Fv/Fm，同時降低qP；‘黃金芽’在全光照下會導致13:00和15:00時其PSⅡ反應中心失活而出現光抑制；因此在甘肅省文縣碧口茶區‘黃金芽’栽培光溫管理方面，應該在三伏天進行適度遮蔭處理。本試驗作為首個關于甘肅隴南茶區‘黃金芽’光溫管理的相關研究，但效果最佳的遮蔭時長沒有定論，還有待于后續結合其他生理生化指標進行深入研究。