树形模式对梨树叶片荧光特性的影响

谢鹏，牛自勉，蔚露，林琭，王红宁

（1.山西省农业科学院现代农业研究中心，山西太原030031；2.山西省农业科学院果树研究所，山西太谷030800）

树形模式对梨树叶片荧光特性的影响

谢鹏1，牛自勉1，蔚露1，林琭1，王红宁2

（1.山西省农业科学院现代农业研究中心，山西太原030031；2.山西省农业科学院果树研究所，山西太谷030800）

以玉露香梨高光效开心树形为试材进行了不同树形模式试验，测定了不同树形树冠区光能利用能力、光能利用特性日变化、光能利用适应性、光系统Ⅱ的光能传递特性、光能过剩时热耗散途径5个方面的试验参数，比较了开心树形与对照树形东、西侧叶片的叶绿素荧光参数的差异。结果表明，开心树形处理提高了梨树叶片一天中的光合有效辐射（PAR）与电子传递速率（ETR），并通过减少依赖于能量和类囊体膜质子梯度的猝灭（qE）来降低非光化学猝灭（qN），提高了果园梨树叶片的光能利用效率。

梨树；树形模式；叶片；叶绿素荧光

乔化栽培是目前我国梨树生产的主要模式，其幼树阶段采用乔化密植栽培技术配套实施各种早花早果整形修剪技术，促进梨树早期产量[1]。但由于乔化果园密度较大、树体较高，盛果期间普遍面临树冠郁闭和果园郁闭问题，影响了梨树果实品质和结果寿命。为了改善果园光照、缓解盛果期果树郁闭问题，近年来高光效开心树形及其果园改造技术在我国苹果、梨树生产上开始应用[2-4]，并且显著提高了叶片光合效率，改善了果实品质[5]。叶绿素荧光动力学技术被称为研究植物光合功能的快速、无损伤探针，与直接以CO2消耗量来表示净光合速率的表观性气体交换参数相比，叶绿素荧光参数更具有反映内在性的特点[6]，有助于进一步揭示果树的光合机制。

以往的研究表明，间伐提高了高光效开心树形梨树叶片的光合有效辐射（PAR）与PSⅡ电子传递速率（ETR）[7]，且在冠层的不同部位存在一定的差异[8]。为了更深入地了解高光效开心树形梨树叶片的叶绿素荧光特性，本试验以山西省农业科学院现代农业研究中心果树课题组近年来试验提出的梨树高光效开心树形技术模式[9-10]为基础，从潜在的光能利用能力、光能利用特性日变化、光能利用适应性、光系统Ⅱ的光能传递特性、光能过剩时热耗散途径5个方面研究比较了高光效开心树形改造对梨树东、西侧叶片叶绿素荧光参数的影响，以期为今后的果树生产栽培实践提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2016年5月在山西省隰县示范果园进行，试验树砧木为杜梨（Pyrus betulaefolia Bunge），嫁接品种为玉露香梨（Pyrus bretschneideri Rehd），树龄19 a。试验处理树形为高光效开心树形，树高3.0～3.5 m，干高1.6～1.8 m，永久性主枝4～5个，果园株行距4 m×6 m，南北行向；对照树形为自由纺锤形，树高3.5 m左右，果园株行距3 m×4 m，南北行向。果园土质为沙壤土，每年开沟施用农家肥和果树专用复合肥，土壤管理水平较高。

1.2 试验方法

在5月无云的晴天进行叶绿素荧光特性试验。分别选择开心树形（处理）及自由纺锤形（对照）梨树东、西两侧的叶片进行测定。叶绿素荧光参数的测定用WALZ公司的PAM-2500调制叶绿素荧光仪进行，选择树势相同、长势一致的成龄叶作为材料，重复3次。

1.2.1 潜在的光能利用能力于一天中的9：00—11：00进行潜在的光能利用能力的测定。先将待测的叶片进行暗适应，之后给叶片0.1 μmol/（m2·s）的测量光，然后给一个12 000 μmol/（m2·s）的饱和脉冲光，测得潜在的光化学效率Fv/Fm。

1.2.2 光能利用特性的日变化分别在一天中的8：00，10：00，12：00，14：00，16：00进行光能利用特性的测定。先给叶片0.1μmol/（m2·s）的测量光，然后给一个12000μmol/（m2·s）的饱和脉冲光，测得叶片接受的光合有效辐射PAR（μmol/（m2·s））、自然光照下的实际光化学效率Y（Ⅱ），PSⅡ电子传递速率ETR（μmol/（m2·s））。

1.2.3 光能利用适应性于一天中的9：00—11：00进行测定。先将待测的叶片进行暗适应，之后进行快速光曲线（RLC）的测定。作用光的光合有效辐射依次为0，64，165，290，494，796，1 212，1 680，2 372，3 402 μmol/（m2·s）。根据Eilers等[11]的方法得出RLC拟合参数：快速光曲线的初始斜率α（e-/hv），PSⅡ最大电子传递速率ETRmax（μmol/（m2·s）），最小饱和光强Ik（μmol/（m2·s））。

1.2.4 光系统Ⅱ的光能传递特性于一天中的9：00—11：00进行测定。先将待测的叶片进行暗适应，之后给叶片0.1 μmol/（m2·s）的测量光，然后给一个12 000 μmol/（m2·s）的饱和脉冲光，得到1 s内的叶绿素荧光快相OJIP曲线，并得出4个特征点的荧光值Fo，Fj，Fi，Fp。

1.2.5 光能过剩时热耗散途径于一天中的9：00—11：00进行测定。先将待测的叶片进行暗适应，然后进行慢相曲线+暗驰豫恢复曲线的测定。参照Horton等[12]的方法，计算非光化学猝灭参数qN及其三组分qE，qT，qI。

1.3 数据分析

测定所得数据用DPS软件进行差异显著性分析，以不同小写字母表示5%的显著性差异，并用Excel进行作图。

2 结果与分析

2.1 潜在的光能利用能力分析

从图1可以看出，处理东西侧与对照东西侧的Fv/Fm在0.770～0.800，且处理与对照同侧的Fv/Fm相比均无显著性差异。

2.2 光能利用特性的日变化分析

从图2可以看出，处理东侧的Y（Ⅱ）呈现出逐渐升高的趋势，而处理西侧则逐渐降低，对照东西侧的Y（Ⅱ）在一天中变化较小，可达0.7以上，且大部分时间都要高于处理同侧。

由图3可知，处理东、西侧的ETR均呈现出先升高后降低的趋势，最高可达339 μmol/（m2·s），而对照东、西侧的ETR基本不变，且在一天中均低于50 μmol/（m2·s）。绝大部分时间处理东、西侧的ETR要显著高于对照同侧。

由图4可知，处理东、西侧的PAR均呈现出先升高后降低的趋势，最高可达1 963 μmol/（m2·s），而对照东、西侧的PAR基本不变且在一天中均在500 μmol/（m2·s）以下，绝大部分时间处理东、西侧的PAR要显著高于对照东、西侧。

2.3 光能利用适应性分析

由图5可知，处理的东西侧与对照的东西侧的α均在0.200～0.250 e-/hv，与对照相比，处理东、西侧的α均无显著性差异。

从图6可以看出，仅在东侧，处理的ETRmax显著高于对照，可达99 μmol/（m2·s），处理西侧的ETRmax与对照间没有显著差异。

由图7可知，最小饱和光强（Ik）能反映出植物适应强光的能力。处理与对照东、西侧的Ik变化范围较大，在200～500 μmol/（m2·s），但处理东、西侧与对照同侧的Ik均无显著性差异。

2.4 光系统Ⅱ的光能传递特性分析

从图8可以看出，梨树叶片的Fo在0.285～0.297，Fj在0.913～1.036，Fi在1.070～1.047，而Fp则在1.345～1.453。4个处理均以Fo，Fj，Fi，Fp的顺序逐渐增高，且处理东、西侧的Fo，Fj，Fi，Fp与对照相比均无显著差异。

2.5 光能过剩时热耗散途径分析

从图9可以看出，处理东、西侧的qN低于0.800，而对照东、西侧的qN高于0.800，处理与对照间存在显著性差异。qN为qE，qT，qI三者之和，而只有qE在同侧的处理与对照间存在显著性差异，处理东、西侧的qE小于0.600，而对照东、西侧的qE大于0.600。与对照相比，处理东、西侧的qT与qI均无显著性差异。

3 讨论

开心树形改造改善了树体冠层的光照环境[13-15]，从而提高了叶片的光合速率并最终提高了产量和品质[16-18]。随光合作用研究的深入，叶绿素荧光分析技术能够提供关于植物光合器官结构和功能的丰富信息[19]。

Fv/Fm能反映出叶片光系统Ⅱ潜在的光能利用能力，开心树形梨树东、西侧叶片的Fv/Fm与对照相比没有显著差异。江振斌等[20]研究表明，库尔勒香梨水平棚架形、疏散分层形和自然开心形3种树形叶片的Fv/Fm在上午差异较小，这与本试验结果相似。以往研究[21]表明，开心形苹果树叶片的Y（Ⅱ）在中午较低，这与本试验结果也较为相似。ETR的大小与PAR，Y（Ⅱ）这2个指标有关，与对照相比，开心形梨树东、西侧叶片接受的PAR增加很多，ETR也随之提高。由于光合磷酸化与光系统Ⅱ内的电子传递相偶联，因此，ETR提高的同时光合磷酸化也受到了促进，从而增加了与其相关联的ATP与NADPH的生成，为光合作用下游的碳同化过程提供了更多的动力[22]。可以通过考察与PAR密切相关的ETR来了解植物的光合能力，其与气体交换法测得的Pn-PAR响应曲线有着同样的意义，二者都能反映出植物的光合速率[23]。向芬等[24]研究表明，生境不同的吉首蒲儿根的RLC拟合参数α，ETRmax，Ik并不一定存在显著性差异，这与本研究中开心形与对照果园梨树东、西侧叶片的RLC拟合参数基本不存在差异的结果相似。叶绿素a快相荧光动力学曲线（OJIP曲线）能全面反映位于类囊体膜上的蛋白复合体光系统Ⅱ（PSⅡ）的光反应过程、效率和结构[25]。典型的OJIP曲线有O，J，I，P等相，通过这些相点的荧光特征可对电子传递过程的量子效率等信息进行评估，实现无损条件下对植物光合性能的有效监测[26-27]。本研究中，与对照相比，开心形果园梨树东、西侧叶片OJIP曲线4个特征点的荧光值Fo，Fj，Fi，Fp均无显著性差异，表明开心形树形改造对梨树东、西侧叶片光系统Ⅱ内的电子传递特性没有显著影响。基于暗驰豫动力学，非光化学猝灭qN可以分为3个组分：qE（快相）、qT（中相）、qI（慢相）[12]。其中，在大多数藻类和高等植物中最主要、最快速的组分便是依赖于能量和类囊体膜质子梯度的猝灭qE[28]。与草莓叶片光合作用对强光的响应特性[29]类似，本研究对照果园梨树东、西侧叶片的qN与qE要显著高于开心形果园，但qT与qI没有显著差异，表明非光化学猝灭qN的差异主要是由依赖于能量和类囊体膜质子梯度的猝灭qE引起的，这与遮光处理增加了玉米叶片非光化学猝灭qN中的快组分qE的研究结果[30]较为相似。

综上所述，开心树形处理提高了一天中果园梨树东、西侧叶片的PAR，从而使PSⅡ电子传递速率ETR升高，进而提高了一天中的光合作用效率，并主要通过减少依赖于能量和类囊体膜质子梯度的猝灭qE从而减少果园梨树东、西侧叶片的非光化学猝灭qN来提高叶片接收光能的利用率。相关的研究结果及理论推断可为今后梨高光效开心树形改造提供相关的理论依据与技术支持。

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Effect of Tree Form Models on Fluorescence Characteristics of Pear Leaves

XIE Peng1，NIUZimian1，YULu1，LINLu1，WANGHongning2
（1.Research Center ofModern Agriculture，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；2.Institute ofPomology，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taigu 030800，China）

Experiments of different tree form models were carried out with Yuluxiang pear of high light efficiency open-centered tree form as test materials.Potential light energy utilized ability,diurnal variation of light energy utilization,adaptation of light energy utilization,transmission oflight energyin PSⅡ,heat dissipation pathway ofexcess light energy ofcrown areas ofdifferent tree forms were determined.Difference of chlorophyll fluorescence parameters in pear leaves of east and west parts between the open-centered and control tree forms were compared.The results showed that treatments of open-centered tree form improved photosynthetically active radiation（PAR）and electron transport rate（ETR）in pear leaves in one day,and reduced non-photochemical quenching（qN）from decreasing energy and thylakoid membrane proton gradient depended quenching（qE）,which increased light use efficiency of pear leaves in orchards.

pear trees;tree formmodels;leaves;chlorophyll fluorescence

S661.2

A

1002-2481（2016）09-1263-06

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.09.08

2016-08-11

国家科技支撑计划课题（2014BAD16B03）

谢鹏（1985-），男，山西太原人，助理研究员，硕士，主要从事果树栽培生理生化研究工作。