硼酸对草莓叶片光合特性及叶绿素荧光参数的影响

晋莹莹 张妍妍 杨文龙 杨 辰 汤菊香 单长卷

（河南科技学院 河南新乡453003）

硼是植物所必需的微量元素， 对植物的开花结实、幼果发育及果实品质有着重要的作用。 它不仅能够促使植物果实的膨大，增加甜度，促进糖分在植物体内的运输， 还能提高植物的光能利用率及增加叶片的叶绿素含量等[1-3]。 但是，硼的使用从缺乏到过量的范围过窄，因此，植物易出现缺硼和硼毒害现象。

绿色植物是通过光合作用， 利用光能将二氧化碳和水转化为碳水化合物。 而光合作用是植物产量和品质形成的基础， 它除了提供植物本身所需要的养料外，还受多种环境因子的影响[4]。 植物的光合作用对植物的形态建成和物质积累有着重要意义，这不仅能探明植物的光合能力与生产潜力， 还能通过光合特性来调节环境并提高植物的产量及品质。

目前，已有大量研究表明，硼对植物的光合特性有一定的促进作用。 何丹妮等人的研究表明，施用硼肥能够促进板栗的光合作用，从而提高板栗的产量[5]。袁婷婷等人的研究表明，适宜硼钼铜配施能有效提升太子参叶片的光合性能[6]。 柴喜荣等人的研究表明，浓度为0.4 mg/L 的硼肥可以明显改善菜薹的光合特性，提高碳水化合物及蛋白质含量[7]。 而在草莓方面，Kitird 等人的研究表明，叶面施用生物硼肥能够提高草莓叶片的叶绿素含量及气孔导度[8]；韦海忠等人的研究结果表明，外施硼砂不仅可以提高草莓产量，而且可以提高草莓果实的含糖量[9]；刘彬等人的研究结果表明， 喷施八硼酸钠和硼砂均可以改善草莓果实的可溶性固形物、糖酸比和维生素C 的含量，且八硼酸钠的效果优于硼砂[10]。 近年来，硼在草莓上的应用研究已取得一定进展， 但硼酸对草莓叶片光合特性及叶绿素荧光参数的相关研究尚未见报道。

本研究以草莓 ‘甜查理’‘红颜’ 品种为试验材料，以盆栽的形式进行试验，旨在研究硼酸对草莓叶片光合特性及荧光参数的影响， 以探究草莓叶片光合特性及荧光参数的适宜浓度， 为草莓高效栽培提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为‘甜查理’‘红颜’草莓苗。 ‘甜查理’草莓是2003 年由北京市农林科学院自美国引进的优质品种，‘红颜’草莓是2007 年由四川省农业科学院园艺研究所自日本引进的优质品种。 选用植株生长状况良好且大小相近的草莓苗定植于12 cm×16 cm 的塑料花盆中，每盆装培养土2 kg，由泥炭和园土按7∶3 混合而成。培养土体积质量为1.10 g/cm3，有机质含量为18.9 g/kg，氮肥、磷肥和钾肥的含量分别为 150.31 mg/kg、167.62 mg/kg 和 240.23 mg/kg，土壤pH 6.9。 定植后，每盆浇水500 mL，置于室内进行缓苗处理。

1.2 试验设计

将已选取好的草莓幼苗置于环境条件为日间温度 25℃、夜间温度 15℃、日间光强度 600 μmol/（m2·s）、夜间光强度0、光周期为10 h、相对湿度60%的人工气候培养箱中进行培养。 期间， 利用称重法将含水率控制在65%~70%之间。从草莓现蕾期开始，每6 d 1 次，利用叶面喷肥的方法对草莓植株进行不同浓度的硼酸（H3BO3）处理。 本研究共设置5 个不同浓度处理 ， 分 别 为 0.025% （T1）、0.05% （T2）、0.15% （T3）、0.25%（T4）处理和对照组（CK），对照组仅采用等体积清水喷施叶片，共喷施2 次，每个处理3 次重复，2 个品种共计30 盆。

1.3 测定方法

选取大小相近，无损伤、病害及黄叶且叶片完全展开的各处理草莓叶片进行测定。

1.3.1 光合色素 光合色素采用丙酮比色法进行测定。取新鲜叶片0.1 g 切碎，放入研钵中，加入10 mL叶绿素提取液研磨，再倒入试管中密封，在暗处放置6～8 h，然后分别进行 470 nm、663 nm、645 nm 比色，所测参数为叶绿素 a（Chla）、叶绿素 b（Chlb）及类胡萝卜素（Car）。

1.3.2 光合生理参数 光合生理参数采用LI-6800便携式光合仪测定，分别在‘甜查理’和‘红颜’草莓品种的不同处理中随机选取成熟及无病虫害的叶片进行测定， 时间选择在晴朗天气的 08:00～16：00 之间， 分别测定2 个草莓品种不同处理叶片的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）及蒸腾速率（Tr），并计算气孔限制值（Ls）及水分利用率（WUE），计算公式如下：

1.3.3 叶绿素荧光参数 叶绿素荧光参数的测定采用PAM-2500 便携式叶绿素荧光仪进行测定。 测定参数包括实际光化学效率［Y（II）］、最大光化学量子产量（Fv/Fm）、有效光化学量子产量（Fv′/Fm′）、表观电子传递速率（ETR）、非光化学淬灭系数（NPQ）及光化学淬灭系数（qP）。

1.3.4 数据处理与统计分析 所得数据以Graph Pad Prism 8 软件进行计算及制图， 以SPSS statistics 25 进行差异显著性分析（显著性水平P≤0.05，极显著水平P≤0.01）。

2 结果与分析

2.1 硼酸对草莓叶片光合色素含量的影响

光合色素主要包括叶绿素、 类胡萝卜素和藻胆素。 其中， 类胡萝卜素是一种保护叶绿素的特殊成分，二者的比值越大，就代表光保护能力越强。由图1可知，‘甜查理’和‘红颜’草莓的试验结果趋势基本相同，均呈现出先升高后降低的趋势。 2 个品种草莓叶片在喷施硼酸后， 各处理的光合色素含量均以T2处理达到最大值，其排列顺序为T2>T1>T3>T4，且T2处理与CK 之间差异均达到显著水平。 由此可见，随着浓度的不断增加，光合色素含量逐渐下降。 其中，T2 处理的‘甜查理’草莓品种叶片Car 含量、Chla+b含量、Car/Chla+b 含量及 Chla/b 含量与 CK 相比，分别增加 76.2%、72.8%、2.0%及 8.4%；T2 处理的 “红颜”草莓品种叶片 Car 含量、Chla+b 含量、Car/Chla+b含量及 Chla/b 含量与CK 相比， 分别增加 92.4%、56.6%、22.9%及 3.6%。 而 T4 处理的“甜查理”草莓品种 叶 片 Car 含 量 、Chla+b 含 量 、Car/Chla+b 含 量 及Chla/b 含量与 CK 相比， 分别增加9.5%、29.8%、2.0%及1.6%；T4 处理的‘红颜’草莓品种叶片Car 含量、Chla+b 含量、Car/Chla+b 含量及 Chla/b 含量与 CK 相比，分别增加49.4%、48.6%、18.4%及0.3%。说明喷施0.05%浓度的硼酸能提高草莓叶片光合色素含量，0.25%浓度的硼酸会降低草莓叶片的光合色素含量。

图1 硼酸对草莓叶片光合色素含量的影响

2.2 硼酸对草莓叶片光合生理参数的影响

由图2 可知， 随着硼酸浓度的不断增加，‘甜查理’和‘红颜’草莓叶片的 Pn、Gs、Tr、Ls 及 WUE 值变化情况基本一致，均呈现先升高后降低的趋势。

图2 硼酸对草莓叶片光合生理参数的影响

与 CK 相比，2 个品种的 Pn、Gs 和 Tr 值均以 T2处理达到最大值，其排列顺序为T2>T1>T3>T4，且T2处理与CK 之间差异均达到显著水平。 其中，T2 处理的‘甜查理’草莓品种叶片 Pn、Gs、Tr、Ls 及 WUE 值与 CK 相比， 分别增加 58.8%、44.5%、63.2%、0.6%及10.0%；T2 处理的‘红颜’草莓品种叶片 Pn、Gs、Tr、Ls及 WUE 值与 CK 相比， 分别增加 68.0%、49.1%、74.9%、10.8%及 3.9%。 而 T4 处理的‘甜查理’草莓叶片 Pn、Gs、Tr、Ls 及 WUE 值与 CK 相比， 分别增加42.6%、49.1%、38.4%、6.7%及 10.7%；T4 处理的 ‘红颜’草莓叶片 Pn、Gs、Tr、Ls 及 WUE 值与 CK 相比，分别增加14.7%、22.6%、22.3%、10.7%及 0.5%。 说明喷施不同浓度的硼酸， 草莓叶片中的Ls 和WUE 值变化较一致，但效果并不显著。由此可见，喷施0.05%浓度的硼酸能提高草莓叶片的光合生理参数，而0.25%浓度的硼酸会降低草莓叶片的光合生理参数。

2.3 硼酸对草莓叶片叶绿素荧光参数的影响

由图3 可知，不同浓度的硼酸处理‘甜查理’和‘红颜’草莓叶片的Y（II）值呈现先升高后降低的趋势。 与 CK 相比，“甜查理”草莓叶片的 Y（II）值均以T2 处理达到最大值，其排列顺序为T2>T1>T3>T4，且其值分别增加了19.1%、17.1%、16.9%及10.1%；‘红颜’草莓叶片的Y（II）值均以T2 处理达到最大值，其排列顺序为T2>T1>T3>T4， 且其值分别增加10.5%、9.1%、8.2%及7.6%。 由此可见，喷施0.05%浓度的硼酸处理能提高草莓叶片的光化学速率，而0.25%浓度的硼酸处理效果不明显。

图3 硼酸对草莓叶片叶绿素荧光参数的影响

Fv/Fm 作为光合特性的敏感指标，Fv/Fm 值越高，就表示叶片的光合效率越高[11]。 与 CK 相比，“甜查理” 草莓叶片的Fv/Fm 和Fv‘/Fm‘ 值均以T2 处理达到最高值，其排列顺序为T2>T1>T3>T4，且T2 处理与CK 之间差异均达到显著水平， 其值分别增加46.4% 、42.7% 、36.7% 及 23.1% 和 18.5% 、17.5% 、15.8%、7.0%。 与 CK 相比，‘红颜’草莓叶片的 Fv/Fm和Fv′/Fm′值均以T2 处理达到最高值， 其排列顺序为T2>T1>T3>T4， 且T2 处理与CK 之间差异均达到显著水平， 其值分别增加 57.4%、57.2%、48.6%、33.4%和25.9%、23.4%、18.3%、16.9%。由此可见，喷施0.05%浓度的硼酸处理可以显著提高‘甜查理’和‘红颜’草莓叶片的 Fv/Fm 和 Fv′/Fm′值。

ETR 是表示植物光合作用能力高低的重要因素之一。 随着不同浓度的硼酸处理，2 个品种草莓叶片的ETR 值均呈现先升高后降低的趋势， 各处理均高于CK 处理，且以T2 处理达到最大值，其排列顺序为T2>T1>T3>T4。 ‘甜查理’草莓叶片的 ETR 值分别增加36.7%、36.1%、35.6%及21.8%，且各处理与CK 之间差异均达到显著水平；‘红颜’ 草莓叶片的ETR 值分别增加17.5%、15.5%、11.4%及7.6%。

光化学淬灭系数（qP）是反映PSⅡ反应中心的开放程度，即植物光合活性的强度。 与CK 相比，2 个品种草莓叶的qP 值变化趋势与上述相同， 均以T2 处理达到最大值，其排列顺序为T2>T1>T3>T4，且各处理与CK 之间差异均达到显著水平。“甜查理”草莓叶片的qP 值分别增加 83.8%、69.7%、48.6%及32.3%，‘红颜’ 草莓叶片的qP 值分别增加67.9%、53.3%、41.3%及11.4%。由此可见，低浓度的硼酸处理比高浓度的处理效果好。

NPQ 是以热形式耗散掉的光能部分[12]。浓度的硼酸处理，‘甜查理’ 草莓叶片的NPQ 值均低于CK，以T2 处理的NPQ 值为最小， 并且显著低于对照处理，其排列顺序为 T2>T1>T3>T4，NPQ 值分别降低25.5%、24.3%、23.4%及11.6%。 不同浓度的硼酸处理，‘红颜’草莓叶片的NPQ 值均低于CK，以T2 处理的NPQ 值为最小，并且显著低于对照，其排列顺序为 T2>T1>T3>T4，NPQ 值分别降低 39.8%、23.5%、18.3%及12.1%。 说明喷施0.05%浓度的硼酸处理，在一定程度上降低了草莓叶片的非光化学损耗。 由此可见，‘甜查理’和‘红颜’草莓叶片的叶绿素荧光参数均以T2（0.05%）处理的效果为最佳。

3 讨论

光照是植物生长发育的必要条件之一， 植物可以利用光合色素捕获光能进行光合作用[13]。叶绿体是植物光合作用的主要场所， 而叶绿素作为一类与光合作用有关的重要色素，主要存在于叶绿体中。 本试验研究发现，随着喷施硼酸浓度的不断增加，草莓叶片的光合色素含量均呈现先升高后降低的现象，并且以0.05%浓度的硼酸处理效果最为显著。 其中，类胡萝卜素是一种保护叶绿素的特殊成分， 二者的比值越大，就代表光保护能力越强，即类胡萝卜素与叶绿素的比值均以T2 处理效果最好。这与宋柏权等[14]、刘盼盼等[15]的研究结果类似。 也有研究发现，水培柠檬橙在适量的硼处理下光合色素含量可达到最高值，而缺硼和硼过量则会降低光合色素的含量[16]，这与本研究的结果一致， 即喷施0.025%、0.05%浓度的硼酸均对草莓叶片生长产生促进作用， 而喷施0.15%、0.25%浓度的硼酸会抑制植物生长。

光合作用是植物基本的生理生化过程， 是为植物提供能量的主要化学反应之一， 它还决定了植物的生长和干物质积累。 植物的净光合速率、 蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度随光照、湿度和温度等环境因子的变化而变化。 本试验研究发现，不同浓度的硼酸处理对草莓叶片中的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）值均有一定的提高，且以T2（0.05%）处理效果最为显著，这表明喷施硼肥所引起的草莓光合能力的变化主要是因为非气孔因素的改善[17]。 这与谢志南等[18]、宗毓铮[19]等分别在番木瓜、紫花苜蓿上的研究结果类似。 另外，硼酸处理下的草莓叶片Tr 值的变化趋势与Gs 值的变化趋势基本一致， 由于气孔的蒸腾作用作为植物水分吸收与运输的主要动力， 在一定程度上影响着植物叶片的气体交换，间接地对光合作用起到促进作用。

叶绿素荧光参数可以在一定程度上反映植物光合作用的表现， 光合作用每一步的变化都会影响PSII 从而引起荧光的变化。 本研究发现，喷施0.05%浓度的硼酸处理能够有效地提高草莓叶片中Y(II)、Fv/Fm、Fv‘/Fm‘、ETR 及 qP 的值， 同时在一定程度上降低叶片的NPQ 值。 说明硼酸能够有效地将叶片吸收的光能转化为化学能来提高光合电子传递速率，这与李延菊[20]等、陈森[21]等研究结果类似。Fv/Fm 值和ETR 值的升高， 推测是由于硼促进植物体内的PSⅡ反应中心原初光能的捕捉效率， 从而有利于光合还原力（NADPH 和ATP）的生成和碳同化，最终导致草莓叶片光合能力的提高。

4 结论

本试验结果表明， 在硼酸浓度为0.05%（T2 处理）时，显著提升了2 个草莓品种叶片的光合色素含量、光合生理参数及叶绿素荧光参数；在硼酸浓度为0.15%、0.25%时，2 个品种草莓叶片的边缘受到了严重的伤害， 从而使草莓叶片的光合色素含量和荧光参数下降及光合效率减弱。 由此可见，叶面喷施硼酸均以T2（0.05%）处理效果最佳。