不同光照強度對兩份五味子資源PSII活性的影響

郭建輝，王振興，孫 丹，石廣麗，張蘇蘇，艾 軍，于 淼，劉雨萌，吳姝逸

(吉林農業大學園藝學院，長春 130118)

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取吉林農業大學五味子基地生長健壯、長勢一致的3年生‘鐵嶺-0601’ 和‘早紅’嫁接苗為試驗材料。2020年7月，每個資源各選5株長勢一致的健壯植株，以新梢頂部下數第15～20片完全展開的典型功能葉進行各參數的測定。

1.2 試驗設計

將已選取的兩份五味子資源植株葉片摘下后迅速用濕紗布包裹帶回實驗室，用打孔器避開葉脈取直徑10 mm的葉圓片并葉面朝上平鋪在裝有清水的培養皿中，進行強光脅迫試驗。共設置4個處理：① 在0 μmol/(m2·s)光照強度的熒光燈下處理3 h(T1)；② 在600 μmol/(m2·s)光照強度的熒光燈下處理3 h(T2)；③ 在1200 μmol/(m2·s)光照強度的熒光燈下處理3 h(T3)；④ 在1800 μmol/(m2·s)光照強度的熒光燈下處理3 h(T4)。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 快速葉綠素熒光誘導動力學曲線的測定 照光結束后，立即黑暗處理1 h，隨后采用英國Hansatech公司生產的M-PEA在飽和激發光下測定葉綠素熒光參數及快速葉綠素熒光誘導動力學曲線，每組均測20個葉圓片。參考Strasser等[12]的方法對獲得曲線進行分析，得到如下參數: 電子傳遞效率(φO)=ETO/TRO、電子傳遞的量子產額(φEo)=ETO/ABS、用于熱耗散的量子比率(φDo)=1-φPo、單位PSII葉綠素天線可還原QA反應中心的數量(RC/ABS)、單位面積吸收的光能(ABS/CSO)、單位面積的熱耗散(DIO/CSO)=(ABS/CSO)-(TRO/CSO)、單位面積捕獲的光能(TRO/CSO)=φPo×(ABS/CSO)、單位面積電子傳遞的量子產額(ETO/CSO)=φEo×(ABS/CSO)。

1.3.2 丙二醛含量及花色苷相對含量的測定 采用硫代巴比妥酸(TBA)顯色法測定MDA含量[13]。各處理重復3次。利用英國Hansatech公司生產的UniSpec-SC光譜分析儀測量葉片反射光譜，光譜儀的測定波段范圍為310～1130 nm，根據不同波段光譜反射率，按照Wang等[14]的方法計算花色苷的相對含量，ARI=R800×[(1/R550) - (1/R700)]，兩個品系均測20片葉。

1.3.3 數據分析方法 采用SPSS 20軟件進行數據統計分析，采用Excel 2019作圖。

2 結果與分析

2.1 不同光照強度對兩份五味子資源葉片熒光誘導動力學曲線的影響

根據公式(Ft-Fo) /(Fm-Fo)將不同時間的熒光強度標準化，并繪制成OJIP標準曲線(圖1)。不同光照強度對‘早紅’和‘鐵嶺0601’ 的O點和P點影響較小，隨著光照強度的改變，二者出現明顯的K、J與I點。‘早紅’與‘鐵嶺-0601’VK排序為T1

圖1 不同光照強度對兩份五味子資源葉片O-J-I-P熒光誘導曲線的影響Fig.1 Effects of different light intensity on O-J-I-P fluorescence induction curves in leaves of two S. chinensis lines

2.2 不同光照強度對兩份五味子資源葉片PSII能量分配比率的影響

φo和φEo表示電子傳遞效率和電子傳遞的量子產額。由圖2-A～2-B可知，隨著光照強度的增加，‘早紅’與‘鐵嶺-0601’葉片的φo和φEo呈下降趨勢，且T2、T3、T4與T1具有顯著差異。φDo表示用于熱耗散的量子比率，不同光照強度對‘早紅’與‘鐵嶺-0601’葉片φDo的影響與φo和φEo呈相反趨勢，其隨著光照強度的增加逐漸上升，與T1相比，T2、T3、T4光強處理下‘早紅’與‘鐵嶺-0601’φDo分別增加23.17%、37.80%、93.90%和16.93%、19.58%、111.64%。RC/ABS為單位PSII葉綠素天線可還原QA反應中心的數量，由圖2-D可知，隨著光照強度的上升，兩份資源葉片的RC/ABS呈下降趨勢。與T1相比，‘早紅’和‘鐵嶺-0601’T2、T3、T4處理的RC/ABS分別下降16.74%、20.30%、36.42%和12.87%、18.27%、44.22%。這意味著由于光照強度的升高，葉片吸收過多的光能，但RC/ABS數量減少，φo與φEo降低，從而大量的能量被積累，導致φDo增加。

A. 電子傳遞效率(φO)；B. 電子傳遞效率和電子傳遞的量子產額(φEo)；C. 熱耗散的量子比率(φDo)；D. 單位PSII葉綠素天線可還原QA反應中心的數量(RC/ABS)；不同小寫字母表示在0.05水平顯著差異A. The electron transport efficiency (φO); B. Quantum yield of electron transport (φEo); C. The quantum ratio for heat dissipation (φDo); D. Number of reaction centers (RC/ABS); Different lowercase letters indicate significant differences at the level of 0.05圖2 不同光照強度對兩份五味子資源葉片PSII能量分配比率的影響Fig.2 Effects of different light intensities on PSII energy distribution ratio in leaves of two S. chinensis prime lines

2.3 不同光照強度對兩份五味子資源葉片比活性參數的影響

由圖3可知，‘早紅’與‘鐵嶺-0601’葉片單位面積吸收的光能(ABS/CSO)隨著光照強度的增加整體呈上升趨勢，其中‘早紅’T1與其余3個處理均有顯著差異，‘鐵嶺-0601’T3、T4與T1差異顯著。‘早紅’與‘鐵嶺-0601’葉片單位面積內熱耗散(DIO/CSO)T2、T3和T4較T1相比，分別增加30.52%、44.18%、122.09%和16.63%、24.81%、101.14%。‘早紅’與‘鐵嶺-0601’單位面積捕獲的光能(TRO/CSO)隨光照強度增加整體呈下降趨勢，其中‘早紅’T2與T1無顯著差異，T3和T4較T1相比分別下降2.87%、6.58%，‘鐵嶺-0601’T2、T3與T1無顯著差異，T4較T1相比下降27.95%。‘早紅’與‘鐵嶺-0601’單位面積電子傳遞的量子產額(ETO/CSO)隨光照強度增加而下降，與T1相比，T2、T3、T4分別下降13.93%、13.83%、41.76%和16.57%、14.41%、55.02%。ABS/CSO、DIO/CSO都隨光照強度的升高而增加，而ETO/CSO和TRO/CSO則隨光照強度升高而下降，且在T4處理下，TRO/CSO的降低程度和DIO/CSO的上升幅度較大，這說明由于光照強度的升高，單位面積吸收的光能不斷增加，但強光脅迫導致葉片單位面積部分反應中心關閉、失活或裂解。

A. 單位面積吸收的光能(ABS/CSO)；B. 單位面積的熱耗散(DIO/CSO)；C. 單位面積捕獲的光能(TRO/CSO)；D. 單位面積電子傳遞的量子產額(ETO/CSO)；不同小寫字母表示在0.05水平顯著差異A. Quantum yield of electron transport per unit area (ABS/CSO); B. The heat dissipation per unit area (DIO/CSO); C. Captured light energy per unit area (TRO/CSO); D. The light energy absorbed per unit area (ETO/CSO);Different lowercase letters indicate significant differences at the level of 0.05圖3 不同光照強度對兩份五味子資源葉片比活性參數的影響Fig.3 Effects of different light intensities on specific activity parameters of leaves of two S. chinensis superiorlines

同時，在更高的光強下電子受體側才會受到嚴重損害，電子傳遞體活性下降，導致熱耗散增加。

2.4 兩份五味子資源葉片膜脂過氧化程度及葉片花色苷相對含量測定結果

由圖4-A可知，隨著光照強度的上升，‘早紅’與‘鐵嶺-0601’葉片中MDA含量呈逐漸升高趨勢，‘早紅’與‘鐵嶺-0601’T2、T3、T4較T1分別增加3.46%、13.39%、23.95%和3.80%、12.77%、33.99%。無論哪種光照強度處理下，‘鐵嶺-0601’MDA積累量始終高于‘早紅’。由圖4-B可知，‘早紅’與“鐵嶺-0601”的花色苷相對含量分別為0.278、0.088，‘早紅’花色苷相對含量是‘鐵嶺-0601’的3.16倍，二者差異顯著。

不同小寫字母表示在0.05水平顯著差異Different lowercase letters indicate significant differences at the level of 0.05圖4 不同光照強度對兩份五味子資源葉片MDA含量的影響及兩個五味子優系花色苷相對含量Fig.4 Effects of different light intensities on the content of malondialdehyde in leaves of two S. chinensis lines and the determination of relative content of anthocyanins in the two S. chinensis lines

3 討 論

3.1 不同光照強度對五味子PSII活性的影響

研究發現不同種質資源的PSII活性對強光響應存在差異，楊琳[16]通過對長圓石韋、柔軟石韋和有柄石韋3種石韋屬植物的研究發現，隨著強光脅迫加深，有柄石韋的電子傳遞活性、反應中心開放數量、光能捕獲效率及轉化效率均高于其他二者，表明強光脅迫對有柄石韋的影響較小，其不易發生光抑制。本研究中，強光脅迫下‘鐵嶺-0601’電子傳遞效率受抑制程度更大。通過進一步分析數據發現，強光處理下‘早紅’φO、φEo、RC/ABS、TRO/CSO、ETO/CSO均高于‘鐵嶺-0601’，而φDo、ABS/CSO、DIO/CSO卻比‘鐵嶺-0601’低，表明強光脅迫下‘早紅’具有更高的光能捕獲和電子傳遞效率，抗強光能力較強，而‘鐵嶺-0601’則在強光條件下通過下調電子傳遞效率、上調熱耗散比率來啟動自我防御機制、避免過量激發能造成的損傷。

3.2 不同光照強度對五味子膜脂過氧化的影響

植物細胞膜含大量的不飽和脂肪酸，逆境環境下易被活性氧攻擊從而發生膜質過氧化作用，MDA是主要產物，會導致生物膜的結構與功能受到破壞，其含量高低是膜質過氧化作用強弱的一個重要指標[17]。本試驗中，隨著光照強度的升高，‘早紅’與‘鐵嶺-0601’的MDA積累量增加，說明五味子葉片在強光脅迫下，由于ROS沒有被及時清除而使其在葉片內大量積累，發生膜質過氧化。不同處理下‘鐵嶺-0601’的積累量始終高于‘早紅’，說明‘鐵嶺-0601’對強光的抗性較弱，ROS大量累積，使得蛋白質失活、DNA鏈斷裂以及膜質過氧化。反之，‘早紅’對強光的抗性較強，MDA含量上升幅度較小，推測可能由于抗氧化酶與滲透調節共同參與調節，從而防止逆境對細胞膜的過氧化損傷。

3.3 不同資源五味子花色苷光破壞防御能力差異

葉片內部積累的花色苷可通過其物理化學特性來降低光能吸收并且抵御過剩光能危害。花色苷可以通過“光屏蔽”或“光衰減”的作用保護葉綠體，也可以耗散過剩光能，從而使保護光合機構免受破壞。此外，花色苷具有抗氧化功能，可氧化清除光能過剩而產生的ROS[10]。本試驗結果發現，‘早紅’葉片的花色苷積累量是‘鐵嶺-0601’的3.16倍，因此，在強光脅迫下‘早紅’可利用較多的花色苷耗散部分光能，同時清除ROS來保護光合機構免受過剩光能及ROS的損害。

4 結 論

不同五味子種質資源對強光的響應具有差異，‘早紅’強光脅迫下PSII電子傳遞體活性強，抵御強光能力更強。因此，大田推廣栽培建議選用‘早紅’,人工栽培管理應根據不同種質資源的抗強光能力而采取相應的防曬保濕等技術措施。