3个金柑品种叶绿素荧光特性的比较研究

龙凌云 毛立彦 刘功德 苏艳兰 黄秋伟 唐毓玮 张宇

摘 要：以融安金柑、滑皮金柑和脆蜜金柑3个金柑品种为研究对象，测定其叶绿素含量和叶绿素荧光参数，并进行数据比较分析，探究3个品种间的光合生理特性，旨在为金柑品种的光合作用机理和栽培技术研究提供科学参考。研究结果表明融安金柑的叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）、总叶绿素（Chl）及类胡萝卜（Car）含量显著高于滑皮金柑和脆蜜金柑，但叶绿素a与叶绿素b比值（Chla/Chlb）显著低于滑皮金柑和脆蜜金柑。此外，3个金柑品种的叶片叶绿素荧光参数比较分析结果显示，融安金柑的Fo和NPQ值显著高于滑皮金柑和脆蜜金柑，Fv/Fm、ΦPSII和ETR值显著低于滑皮金柑和脆蜜金柑，滑皮金柑和脆蜜金柑之间的叶绿素荧光参数差异不显著。综合比较，滑皮金柑和脆蜜金柑的叶片光合效率高于融安金柑，但融安金柑对抵御光抑制的能力强于前两者，具有较强的耐光性。

关键词：金柑 叶绿素 叶绿素荧光

中图分类号：S666.1             文献标志码：A

Abstract： The chlorophyll content and fluorescence parameters of three kumquat varieties：“Rongan”，“Huapi”，“Cuimi”were determined and analyzed to study their photosynthetic physiologic characteristics， aiming to provide a reference for exploring the photosynthetic mechanism and cultivation techniques of kumquat varieties. Results indicated that the contents of chlorophyll （Chl）， Chla， Chlb and Car of“Rongan”were significantly higher than that of“Huapi”and“Cuimi”， but its ratio of Chla to Chlb （Chla/Chlb） was significantly lower than that of the latter two. The fluorescence parameters of Fo and NPQ of“Rongan”were significantly higher than that of“Huapi”and“Cuimi”，  and its Fv/Fm、ΦPSII and ETR were significantly lower than that of the latter two. There were no significant differences in chlorophyll fluorescence parameters between“Huapi”and“Cuimi”. The photosynthetic efficiency of“Huapi”and“Cuimi”were higher than that of“Rongan”， but the photostability of “Rongan”was better than that of “Huapi”and“Cuimi”.

Key words： Kumquat; chlorophyll; chlorophyll fluorescence

金柑（Citrus japonica）原產于中国，属于芸香科（Rutaceae）金柑属（Citrus）常绿果树，在我国野生和栽培的有金枣、圆金柑、长叶金柑和山金柑4个种，以及金弹、长寿金柑两个杂种金柑[1-2]。金柑是经济价值较高的食、药、赏兼用型果树，在华南地区如广西、广东等省的栽培和食用历史悠久[3]。开展金柑不同品种的栽培生理生化特性研究，可为筛选不同地区引进适宜栽培品种，以及改进与优化田间栽培技术提供理论参考依据。光合作用是植物的一项重要的生理生态特征，植株光合作用能力强弱是决定植物生产力大小关键因素之一，对于果树而言也是影响果实产量和品质的重要因素之一[4]。叶绿素是植物光合色素中一类重要色素，在植株对光能的吸收、传递和转化等光合作用过程中扮演着极为重要的角色，它的含量高低、类型比值以及荧光特性，可作为评判植物光合作用能力大小的重要指标[5-6]。因此，在果树的光合生理特性研究中，通过分析比较果树不同品种叶片的叶绿素含量、类型及其荧光特性，可为认识果树不同品种的光合特性和优化田间栽培技术提供理论支持。

广西是中国金柑主产区之一，又以融安县出产的金柑最负盛名。融安县现主栽金柑品种为融安金柑及其实生苗变异株选育出的滑皮金柑，近年来科研人员又从“滑皮金柑”芽变单株中选育出“脆蜜金柑”新品种[7]。目前，金柑相关研究主要集中在果实营养与功能成分[8-9]、遗传育种与多样性[10-11]、高效栽培技术[12-13]、花器官发育机理[14-15]、果皮油腺细胞形成机理[16-17]等方面，而关于金柑不同品种的光合生理特性研究报道较少。叶绿素荧光（chlorophyll fluorescence，CF）技术是以叶绿素荧光为探针快速、灵敏检测植物对光能的吸收、传递、耗散、分配等光合作用状态，无损伤研究植物光合生理特性，评价植株光合能力强弱的一种技术[18]。经文献检索，目前尚未见有将叶绿素荧光技术应用于金柑不同品种叶绿素荧光特性研究的报道。本研究通过测定融安金柑、滑皮金柑和脆蜜金柑3个品种叶片的叶绿素含量和类型，并利用叶绿素荧光成像技术对3个品种的叶绿素荧光参数进行测定和比较，探究3个品种内在的光合生理特性差异，研究结果将为调整和优化融安金柑、滑皮金柑和脆蜜金柑3个品种的丰产栽培技术提供基础理论数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为融安金柑、滑皮金柑和脆蜜金柑来自广西亚热带作物研究所科研基地温室大棚，叶绿素含量和荧光参数测定在广西亚热带优势作物繁育及综合开发新技术实验室中进行。选用上述3个金柑品种的3年生嫁接盆栽苗（盆径50 cm，栽培基质为园土：泥炭土：椰糠：蛭石体积比为2∶2∶1∶1）作为研究对象。每个品种随机选择4盆长势健壮的植株，每盆植株选定同等数目且受光一致、长势健壮的成熟叶片进行测定。

1.2 方法

1.2.1 叶绿素和类胡萝卜素提取与测定

从每盆金柑中采集新鲜叶片，去除叶脉后剪碎并称取0.1 g作为测试样品。参照李玲等[19]的乙醇提取和测定方法，将样品放入离心管中，加入10 ml 95 %乙醇，黑暗处常温放置24 h，待提取至无绿色后，分别在665 nm、649 nm和470 nm波长处测定提取液的吸光度，并按公式计算叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）、总叶绿素（Chl）、类胡萝卜素含量（Car）及叶绿素a/叶绿素b比值（Chla/Chlb）。

1.2.2 叶绿素荧光参数测定

采用叶绿素荧光成像系统CF Imager测定3个金柑品种的叶片叶绿素荧光参数。测定前，将叶片暗处理20 min，处理后用弱光1.0 μmol/（m2·s）测定暗适应下的最小初始荧光F0，然后给周期性饱和脉冲[6000 μmol/（m2·s），脉冲时间0.8 s]，测得PSII反应中心潜在的激发能捕获效率Fv/Fm、PSII实际光化学量子效率ΦPSII和非光化学淬灭系数NPQ，并计算出电子传递速率ETR。

1.3 数据统计分析

以上每个品种各参数重复测试3次，测定的数据采用Excel 2007和SPSS 19.0软件进行单因素方差分析，差异显著性分析采用新复极差法（Duncan）。

2 结果与分析

2.1 不同品种金柑叶片光合色素的含量

3个品种金柑的叶片光合色素含量及变化如表1所示，3个品种金柑的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素含量均值呈融安金柑>滑皮金柑>脆蜜金柑的趋势，融安金柑的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素含量均显著高于滑皮金柑和脆蜜金柑，而滑皮金柑和脆蜜金柑上述测定参数之间的差异性不显著。脆蜜金柑的叶绿素a/叶绿素b比值最高，滑皮金柑次之，融安金柑最低，且融安金柑的叶绿素a/叶绿素b比值显著低于滑皮金柑和脆蜜金柑，而滑皮金柑和脆蜜金柑两者之间差异性不显著。

2.2 不同品种金柑叶绿素荧光参数比较

3个品种金柑的叶片叶绿素荧光参数如表2所示。融安金柑的初始荧光Fo显著高于脆蜜金柑和滑皮金柑，后两者的差异不显著，脆蜜金柑Fo值最低，这与叶绿素含量测定的结果一致。Fv/Fm指PSII反应中心潜在的激发能捕获效率，反映出植物光合系统潜在的光化学效率，正常生长环境条件下通常恒定在0.75～0.85之间[20，21]，融安金柑等3个品种的Fv/Fm值均在0.78～0.80之间符合这个范围，差异性分析结果显示融安金柑的Fv/Fm值显著低于脆蜜金柑和滑皮金柑，表明融安金柑潜在的光化学效率低于脆蜜金柑和滑皮金柑。PSII实际光化学量子效率ΦPSII值大小与PSII反应中心开放程度成正比，在一定范围内，ΦPSII值越大说明PSII反应中心的光能转化效率越高，更有利于有机物的积累。从表2中可知，脆蜜金柑和滑皮金柑的ΦPSII值显著高于融安金柑，说明脆蜜金柑和滑皮金柑有较高的PSII光能捕获效率。非光化學淬灭系数NPQ可用于反映植物将过剩光能耗散成热，防御光抑制破坏的能力[22]。由表2可知融安金柑的NPQ值显著高于滑皮金柑和脆蜜金柑，说明融安金柑抵御光抑制破坏能力强于滑皮金柑和脆蜜金柑。研究表明，在同等光强条件下，植物的ETR越高表明植株叶片可以形成的ATP和NADPH等活跃化学能越多，从而为暗反应进行光合碳同化提供充足能力，可加快有机物的积累和碳同化运转效率[23]。3个金柑品种中，脆蜜金柑和滑皮金柑的ETR值显著高于融安金柑，结合ΦPSII值的比较分析结果，表明这2个品种的糖分等有机物积累能力高于融安金柑。

3 讨论与结论

叶绿素是植物光合色素中最重要一个类型，与植物光合作用过程密切相关，参与了植物对光能的吸收、传递和转化等过程，其中叶绿素a是光合反应中心复合体的主要组成部分，参与了对光能的吸收和转化成电能的过程，叶绿素b作为捕光色素蛋白复合体的重要组成部分，其主要作用是捕获和传递光能，而类胡萝卜素是植物光合色素不可缺少的组分，在保护光合器官免受单线态氧的伤害中起着重要作用[5-6]。有研究表明，植物叶绿素含量的高低可影响叶片的光合速率，叶绿素a与叶绿素b比值可反映出植株对光能的利用能力大小，通常叶绿素a/叶绿素b比值高的植物对光照的需求量较大[23-25]。本研究中发现脆蜜金柑和滑皮金柑的叶绿素与类胡萝卜素含量均显著低于融安金柑，但两者的叶绿素a/叶绿素b比值显著高于融安金柑，结合叶绿素荧光特性比较分析结果，发现脆蜜金柑和滑皮金柑的Fv/Fm、ΦPSII和ETR均显著高于融安金柑，而两者的NPQ值却显著低于融安金柑。试验结果表明，在耐阴能力和适应强光、抵御光抑制破坏能力方面融安金柑优于脆蜜金柑和滑皮金柑，但在光合效率和有机物积累能力方面，脆蜜金柑和滑皮金柑优于融安金柑。因此，与原有的融安金柑栽培技术相比较，在脆蜜金柑和滑皮金柑的栽培过程中可采取适宜增强修剪枝条力度，降低植株叶片密度;在采取地表铺设反光膜增加日光照量措施时，应注意避免强光过度，而增强了脆蜜金柑和滑皮金柑叶片光合作用的光抑制强度。

植物体内叶绿素荧光特性与光合作用紧密相关，荧光参数指标可反映植物在光合作用过程中对光吸收、耗散和分配等方面的内在联系和变化规律，作为反映植物光合效率高低的主要指标[26]。本研究结果显示，融安金柑的Fv/Fm值显著低于脆蜜金柑和滑皮金柑，但后两者的Fv/Fm值差异不显著。有研究表明当植物受到环境胁迫或者植株基因发生突变情况下，该值会发生显著变化[21]结合3个品种之间的亲缘关系分析，滑皮金柑来源于融安金柑实生苗变异株，脆蜜金柑来源于滑皮金柑芽变四倍体，推测融安金柑的Fv/Fm值与滑皮金柑、脆蜜金柑存在显著差异，可能是因为实生苗变异更容易形成较多的基因变异。

本研究借助葉绿素荧光检测技术测定和分析了3个金柑品种叶片叶绿素荧光参数的变化规律，结合叶片叶绿素含量变化，发现融安金柑的光合效率与滑皮金柑、脆蜜金柑存在显著差异，这表明叶绿素荧光技术可直接、快速鉴定不同金柑品种间的光合特性，可为金柑不同品种的高效丰产栽培技术的研究和优化提供理论参考。

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