遮阴对金叶风箱果叶绿素荧光参数的影响

梁文华,杨露,史宝胜

(河北农业大学园林与旅游学院，河北 保定 071000)

光是植物进行光合作用必不可少的因素，而植物光合机构所能利用的光能是有限的，如果植物吸收的光能过多，光合机构无法全部利用，那么就会导致光抑制和光破坏[1]。叶绿素荧光技术是探究和分析植物叶片光合作用内在反应的科学探针，可以检测光合机构在光抑制下的内在变化，可记录植物1s内的荧光反应[2-3]。有试验研究发现，光合原初反应和叶绿素荧光存在着密不可分的关系[4-5]。Strasser等人[6]经过研究得出了关于快速叶绿素荧光诱导曲线的数据分析方法以及JIP-test处理方法，更有助于对植物光合作用中原初反应的进一步研究与探索。目前，以JIP-test为基础的快速叶绿素荧光诱导动力学分析技术已被广泛应用于植物光合作用研究中[7-8]。

金叶风箱果(Physocarpusopulifolius‘Lutein’)为蔷薇科(Rosaceae)风箱果属(Physocarpus)的彩叶花灌木[9]，叶色迷人，叶型优美，叶、花及果均可观赏，可丰富绿化、彩化园林景观。前人已对金叶风箱果的繁殖技术[10-11]、抗逆性[12]、光合[13]等进行了研究，但对其快速叶绿素荧光特性的研究较少。本试验以金叶风箱果为试材，深入分析了不同遮阴条件下其叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线及其参数的变化特征，旨在探讨不同遮阴处理下金叶风箱果叶片原初光化学反应的差异及不同光照对其光系统Ⅱ的影响，明确遮阴后金叶风箱果的光保护机制，探明其适宜的光照条件，为其在园林中更好的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在河北农业大学苗圃进行。选取长势一致、生长良好的3年生金叶风箱果60株作为试验材料，进行正常田间养护管理。

1.2 试验方法

1.2.1 处理方法

于2016年6月，选取长势一致、生长良好的金叶风箱果，用遮阴网进行遮阴处理。共设置4个梯度：0%、30%、50%和80%。其中，以全光照(0%)处理为对照，每处理15株，3次重复。处理30d后，对叶片(植株外围枝条由上向下第6-8片)进行快速叶绿素荧光参数测定，每处理测定7片叶片。

1.2.2 测定方法

试验选择晴朗、无风的天气进行，在上午8:00-10:00时，采用FP100便携式荧光仪进行测定。具体测定参数为最大荧光(Fm)，初始荧光(Fo)，PSII最大光化学效率(Fv/Fm)，吸收的光能被反应中心捕获的量子产量(φPo)，捕获的激子将电子传递到电子传递链中超过QA的其他电子受体的概率(ψo)，反应中心吸收的光能用于电子传递的量子产量(φEo)，用于热耗散的量子产量(φDo)，单位反应中心吸收的能量(ABS/RC)，单位反应中心捕获的用于还原QA的能量(TRo/RC)，单位反应中心捕获的用于电子传递的能量(ETo/RC)，单位反应中心耗散掉的能(DIo/RC)，具体测定方法见杨露等人[13]。测定前需先用暗适应叶片夹将叶片进行30min暗适应，然后测定各荧光参数。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel绘图及SPSS 17.0软件进行具体的方差分析及显著性比较。

2 结果与分析

2.1 遮阴对金叶风箱果OJIP曲线的影响

快速叶绿素荧光诱导动力学曲线又被称为0-J-I-P曲线[5]，该曲线可体现PSII反应中心原初光化学反应的许多信息，其中，曲线各拐点变化能够说明电子传递情况。不同遮阴处理下金叶风箱果叶片的OJIP曲线的变化见图1，由图1可知，30%、50%及80%遮阴处理在O点的荧光值差异不明显，随着遮阴度的增加，在I-P阶段的荧光值整体呈现上升趋势，均在P点达到最大，且均比对照高。综上分析可得，不同遮阴处理下金叶风箱果叶片的OJIP曲线整体在O点变化差异不大，通过J及I点差异的积累，直到达到P点时，各处理与对照的差异逐渐加大。

图1 遮阴处理下OJIP曲线的变化

2.2 遮阴对Fo与Fm的影响

如图2所示，遮阴处理下，金叶风箱果Fo的值随遮阴度的增加整体同样先升高后下降，在30%遮阴处理下达到最大，比对照增大12.79%；50%遮阴处理下Fo的值减小到低于对照，比对照减小18.78%；而80%遮阴处理比对照略高，仅比对照组增加4.05%。图2表明，遮阴处理下金叶风箱果Fm的值显著增加，30%、50%、80%遮阴处理下均与对照之间差异极显著(P<0.01)，分别比对照增加了36.73%、31.47%、43.89%；但各遮阴处理之间差异不显著。

图2 不同遮阴处理下Fo和Fm的变化

2.3 遮阴对Fv/Fm和Fv/Fo的影响

由试验结果可知，遮阴条件下金叶风箱果Fv/Fm的值随着遮阴度的增加表现为增大后减小的趋势(图3)。30%遮阴处理比对照增加9.91%，但两者无显著差异；遮阴度为50%时达到最大值，比对照增加22.48%，存在极显著差异(P<0.01)；80%遮阴处理有所下降，比50%降低4.52%，但仍高于对照及30%遮阴处理，比对照增加16.94%，较对照差异极显著(P<0.01)。遮阴对金叶风箱果Fv/Fo的影响见图3，其变化趋势与Fv/Fm的变化趋势类似。金叶风箱果Fv/Fo的值随遮阴度的增加呈先升高后降低的趋势，30%、50%遮阴处理下分别比对照增加25.44%、74.10%，存在极显著差异(P<0.01)；在50%遮阴处理下达到最大值后，80%遮阴处理显著下降，比50%处理减小18.79%，与50%处理相比差异极显著(P<0.01)，但比对照增加41.83%，较对照差异极显著(P<0.01)。

图3 不同遮阴处理下Fv/Fm和Fv/Fo的变化

2.4 遮阴对能量分配比率的影响

由表1可知，金叶风箱果φPo的变化趋势与Fv/Fm相似。随遮阴度的增加，金叶风箱果φPo的值呈先增大后减小的趋势，在50%遮阴处理下达到最大，比对照增大了22.48%，存在极显著差异(P<0.01)，80%遮阴处理下有所下降，但与对照差异极显著(P<0.01)，比对照增加了16.94%。

随着遮阴度的增加，金叶风箱果ψo的值逐渐增大。金叶风箱果在30%遮阴处理下比对照增大37.02%，但两者之间差异不显著；50%、80%处理下与对照之间差异极显著(P<0.01)，分别比对照增大了108.30%、110.00%。

试验结果表明，金叶风箱果φEo的值表现为先增大后减小的变化趋势，在50%处理达到最大，比对照提高130.72%；80%遮阴处理下略有下降，与50%遮阴处理未达到显著差异，但仍比对照增加121.23%；在显著性差异方面，遮阴度为30%条件下则与对照之间无明显差异，50%与80%处理均与对照差异极显著(P<0.01)。

金叶风箱果φDo的值整体呈下降趋势(表1)，30%遮阴处理比对照减少17.56%，但两者之间差异不显著；50%遮阴处理的值最小，比对照减小39.84%，达到极显著差异水平；与50%遮阴处理相比，80%遮阴处理略有上升，但与其差异不显著，而极显著低于对照，比对照减少30.03%。

表1 不同遮阴处理下能量分配比率

注：大写字母表示不同遮阴度之间差异达到极显著水平(P<0.01)；小写字母表示不同遮阴度之间差异达到显著水平(P<0.05)。下同。

2.5 遮阴对PSII比活性参数的影响

在不同遮阴处理下，金叶风箱果的PSII活性参数的变化见表2。金叶风箱果ABS/RC的值在遮阴处理下整体呈下降趋势，30%、50%处理下分别比对照减少4.57%、20.83%；80%遮阴处理下略有上升，但仍小于对照，比对照减少8.02%。金叶风箱果TRo/RC的值仅在80%遮阴条件下与对照组达到显著差异水平(P<0.05)，比对照增加13.03%。随着遮阴度的增加，金叶风箱果ETo/RC的值逐渐增大。金叶风箱果ETo/RC的值在遮阴度为30%条件下，比对照增加54.02%，但两者之间差异不显著；遮阴度为50%、80%条件下分别比对照增加122.32%、145.27%，较对照差异极显著(P<0.01)。遮阴处理下，金叶风箱果DIo/RC的值整体表现为下降的趋势。遮阴度为30%条件下比对照减少24.85%，但两者无显著差异；遮阴度为50%条件下比对照减少55.80%，较对照差异极显著(P<0.01)；遮阴度为80%条件下相比与50%略有增加，但差异不显著，且仍比对照低，比对照减少40.51%。

表2 不同遮阴处理下比活性参数变化

3 讨论与结论

在逆境胁迫中，PSII特别敏感，因此，植物叶片PSII反应中心的光化学反应可以反映逆境胁迫对光合器官的影响[5]。快速叶绿素荧光诱导动力学曲线涵盖了大量关于PSII的原初反应信息，一方面可体现PSII的原初光化学反应的具体变化，另一方面可反映光合机构的内部结构及状态等的变化[14]。在荧光上升阶段，一般快速荧光动力学曲线有O，J，I，P相[14]，曲线J点的荧光值上升，说明PSII反应中心受体侧QA-瞬时大量积累[3]。荧光强度在J-I及I-P阶段升高，说明电子传递过程中QB和PQ库被还原能力受到限制。P点荧光强度反映了PSII的电子传递情况[15]。本试验表明，各遮阴处理下金叶风箱果叶片荧光动力学曲线J点的荧光值均比对照大，说明遮阴处理阻碍了电子在PSII受体侧的传递。随遮阴度的升高，I-P阶段的荧光值逐渐增大，又表明遮阴处理使PSII的QB和PQ库的还原能力减弱，进而影响电子传递。可见，遮阴处理显著影响了金叶风箱果PSII反应中心电子传递。

叶绿素荧光参数是体现PSII生理状态的良好指标，可以了解光合机构内部许多重要的调节过程[16]，如评估PSII光化学效率，电子传递效率和碳同化效率[17]。Fv/Fm可反映植物是否受到光抑制，其值显著下降，说明植物受到胁迫[18]。本试验结果表明，遮阴后，金叶风箱果Fv/Fm的值先升高后下降，在50%遮阴处理下达到最大，但各遮阴处理下均高于对照。可见，金叶风箱果在遮阴后没有受到胁迫，这与本试验中对表观量子效率分析得出的结论一致。前人试验得出，Fv/Fm及Fv/Fo的升高可提高碳固定和碳同化的效率，进而提高光合速率[19]。遮阴处理下，Fv/Fm和Fv/Fo的值逐渐增大反映出植物在低光强环境中的适应性，其值下降则表明植物不能适应低光强的环境[20-21]。本试验中，金叶风箱果遮阴后Fv/Fo的值也比对照高，表明金叶风箱果能适应一定的弱光环境。

叶绿素荧光参数φPo是吸收的光能中被反应中心所捕获到的量子产量，同Fv/Fm具有同等含义[3]；ψo反映了被反应中心捕获的激子中，促进电子传递到电子传递链中超过QA的电子受体的激子与促进QA还原的激子的比值[3]；φEo是吸收的光能应用到电子传递的量子产量[3]；φDo反映了用于热耗散的量子产量[3]。试验结果表明，金叶风箱果φPo、ψo、φEo与遮阴度呈显著正相关，遮阴处理下，φPo、ψo、φEo的值均大于对照，80%遮阴处理下分别比对照增加16.94%、110.00%、121.23%，而φDo的值则小于对照。这表明遮阴后金叶风箱果增加了电子传递的量子比率，而减小了热耗散的量子比率。究其原因，或许是因为金叶风箱果叶片PSII对低光照强度的一种适应机制。可见，金叶风箱果对弱光环境存在一定的适应性。ABS/RC、TRo/RC、ETo/RC、DIo/RC反映了在QA可还原的状态时，单位PSII反映中心的活性[3]。其中，ABS/RC是衡量天线色素大小的指标，该值减小，说明天线色素尺寸减小[22]。本试验中，金叶风箱果ABS/RC的值在各遮阴处理下均低于对照，表明其在遮阴处理下叶片天线色素吸收的光能减少，从而导致用于电子传递的能量减少。各遮阴条件下DIo/RC的值均小于对照，说明金叶风箱果PSII反应中心用于热耗散的能量减少。在遮阴处理下，金叶风箱果ETo/RC的值上升，DIo/RC的值下降，再次说明可能是由于其PSII对弱光环境存在适应机制。

综上所述，遮阴会在一定程度上降低金叶风箱果叶片电子在PSII受体侧的传递能力，而不同遮阴处理会限制PSII的QB和PQ被还原的能力；遮阴下金叶风箱果对光能的吸收减少，说明遮阴在一定程度上阻碍了金叶风箱果对光能的吸收。但金叶风箱果对弱光环境存在一定的适应性，遮阴后，其叶片PSII反应中心通过增加用于电子传递的能量，以及减少用于热耗散的能量的方式来适应弱光环境。