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不同品種獼猴桃葉綠素?zé)晒鈪?shù)的日變化研究

2022-08-10 08:07董云龍王夢欽嚴(yán)勝柒張?jiān)品?/span>
湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2022年13期
關(guān)鍵詞:海沃德獼猴桃青海

申 婷,董云龍,王夢欽,徐 達(dá),嚴(yán)勝柒,張?jiān)品澹?/p>

(1.云南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,昆明 650500;2.生物能源持續(xù)開發(fā)利用教育部工程中心,昆明 650500)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)氣候生態(tài)條件的依賴性強(qiáng),氣候條件不僅決定作物的分布和品質(zhì)的形成[1],且會(huì)改變農(nóng)作物的適宜性區(qū)劃[2,3]。中國是獼猴桃資源最為豐富的國家[4],也是獼猴桃的主要產(chǎn)地,栽培面積和產(chǎn)量均居世界第一。到2011 年,僅陜西省獼猴桃栽培面積和產(chǎn)量就分別達(dá)到50 303 hm2和735 748 t[5]。在野生狀態(tài)下,獼猴桃多分布于濕潤區(qū)和半濕潤區(qū)的常綠闊葉林、常綠落葉混交林和針闊混交林,具有喜濕潤陰冷、喜陽懼烈陽的特性[6]。長期的林下生境,致使獼猴桃形成了復(fù)雜的溫度、光照互作關(guān)系及在這種關(guān)系下的光抑制敏感特征[7-9]。張指南等[10]研究表明,獼猴桃植株不耐高溫,35 ℃或以上的環(huán)境溫度會(huì)使葉片發(fā)生灼傷。Allan 等[11]研究表明,遮光率達(dá)30%~40%時(shí),能提高獼猴桃果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì),但遮光率高于55%時(shí)反而對(duì)獼猴桃有害,適當(dāng)遮陰能顯著提高獼猴桃葉片的光合速率。原寒等[12]的研究也表明,不同獼猴桃品種對(duì)光照度的適應(yīng)性存在較大差異,高光強(qiáng)會(huì)引發(fā)獼猴桃光合機(jī)構(gòu)的損傷,且中華獼猴桃的光強(qiáng)適應(yīng)性一般高于美味獼猴桃。同時(shí),獼猴桃植株也不耐低溫,近年來極端低溫天氣時(shí)有發(fā)生,低溫導(dǎo)致獼猴桃園遭遇凍害[13]。特別是葉片,由于其組織熱量較小,易受到冷凍壓力的影響,且葉片組織直接暴露于光照下,活細(xì)胞內(nèi)致死性冷凍的風(fēng)險(xiǎn)要比其他器官高[14,15]。因此,尋找適宜的獼猴桃栽培條件成為獼猴桃栽培產(chǎn)業(yè)亟待解決的問題。

近年來,葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)作為研究光合作用的重要手段之一,對(duì)研究植物葉片對(duì)光能的吸收、傳遞、耗散以及對(duì)外界脅迫的響應(yīng)等具有重要作用[3,16]。對(duì)植物葉綠素?zé)晒獾难芯浚煽焖?、?zhǔn)確地檢測植物光合生理狀態(tài)、對(duì)脅迫環(huán)境及生境條件的適應(yīng)性[17]。美味獼猴桃、中華獼猴桃、軟棗獼猴桃作為目前獼猴桃栽培中應(yīng)用較為廣泛的3 種類型[18],其野生資源地理分布差異明顯,美味獼猴桃主要分布在中國西部,中華獼猴桃分布在東部,但更偏南,與美味獼猴桃的分布有交叉重疊,而軟棗獼猴桃主要分布區(qū)為東北、華中及陜西等地[19],3 個(gè)栽培類型地理位置差異也很明顯。為此,本研究選取這3 種栽培類型的品種作為試驗(yàn)材料,經(jīng)短暫低溫、葉面遮陰、背部增光等處理措施,以葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)為手段,對(duì)其葉綠素?zé)晒鈪?shù)的差異及日變化進(jìn)行研究,以期為獼猴桃品種的選育、栽培、區(qū)劃研究提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料

供試材料為3 個(gè)獼猴桃品種,分別為美味獼猴桃海沃德(Actinidia chinensisvar.deliciosa.cv.Hay?ward,Hw)、中華獼猴桃黃金果(Actinidia chinensiscv.Hort16A,Ho)及軟棗獼猴桃青海(Actinidia argutacv.Qinghai,Qh),栽培苗于2019 年冬季種植在云南師范大學(xué)生物能源持續(xù)開發(fā)利用教育部工程中心的溫室(E 102°45′—103°00′,N 24°42′—25°00′)。該地區(qū)年平均日照時(shí)數(shù)為2 200 h,年均降雨量為789.6 mm,年均溫度為14.7 ℃。所有栽培苗均在自然條件下進(jìn)行栽培,定期澆水。當(dāng)獼猴桃藤條長到30 片葉子以上,選取長勢良好、葉片完整、無病變、發(fā)育成熟的葉片進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2020 年6 月26—28 日分別測定3 個(gè)品種成熟葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。試驗(yàn)共設(shè)置6 個(gè)處理,分別為空白對(duì)照(CK)、0 ℃冰水短暫處理(Low tempera?ture,LT)、葉片表 面遮陰[Shade,遮光率(23%±2%)]、葉片背面錫箔紙打光[Light,增光率(20%±2%)]、上午低溫短暫處理后中午及下午遮陰(Shade+LT)、上午低溫短暫處理后中午及下午打光(Light+LT)。早上6:30 將成熟葉片放入0 ℃冰浴2 h,其他葉片同時(shí)段分別進(jìn)行處理,遮陰葉片使用遮陰網(wǎng)進(jìn)行遮陰,打光葉片用錫箔紙對(duì)葉片背面進(jìn)行打光。所有成熟葉片將葉柄插入水中,間隔45 min噴灑適量水,防止葉片水分流失,所有試驗(yàn)均在溫室內(nèi)進(jìn)行,試驗(yàn)重復(fù)3 次。

1.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)

采用FC 800-O 型FluorCam 開放式葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)(捷克PSI 公司)測定獼猴桃葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù),測定時(shí)間為上午8:30、中午12:00、下午16:00。測定前進(jìn)行15 min 以上暗處理。測定初始熒光(F0)、最大熒光(Fm)、非光化學(xué)熒光淬滅系數(shù)(NPQ)以及光量子效率(Fv/Fm)等指標(biāo)。葉綠素含量測定采用日本柯尼卡美能達(dá)葉綠素測定儀SPAD-502 Plus測定,測定方法參照說明書。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使 用Grphpad prism 8.0、Microsoft Excel 及PAST3 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 3 個(gè)品種獼猴桃葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)F0的日變化

2.1.1 3 個(gè)品種獼猴桃的葉綠素含量 圖1 和圖2為3 個(gè)品種獼猴桃的葉綠素含量及葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定時(shí)的植株周邊溫度。從圖1 可以看出,海沃德的葉綠素含量較黃金果的略低,而青海的葉綠素含量高于海沃德和黃金果。上午、中午、下午測定時(shí)的溫度、光照度分別為(23±1)℃、(300±150)lx,(27±1)℃、(1 200±150)lx,(30±1)℃、(500±170)lx。因此,上午、中午、下午測定時(shí)的光照度為低、高、中。

圖1 不同品種獼猴桃葉片葉綠素SPAD 值

圖2 供試獼猴桃植株周邊上午、中午、下午的溫度變化

2.1.2 3 個(gè)品種獼猴桃葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)F0的分析 圖3 為3 個(gè)獼猴桃品種的葉綠素?zé)晒獾腇0成像圖,圖中測試葉片區(qū)域中紅色區(qū)域越大、色澤越偏紅,表明其熒光越高。圖3 顯示不同品種、不同處理獼猴桃葉片的F0熒光成像結(jié)果具有較大差異,表明獼猴桃葉片的F0不僅與品種有關(guān),與測定時(shí)間、處理方式也有密切關(guān)系。為進(jìn)一步研究不同處理對(duì)3個(gè)獼猴桃品種葉綠素?zé)晒鈪?shù)F0的影響,對(duì)各處理、各品種的F0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并利用Grphpad prism 8.0 軟件進(jìn)行繪圖(圖4)。

圖3 3 個(gè)獼猴桃品種不同處理的F0葉綠素?zé)晒獬上窠Y(jié)果

比較3 個(gè)獼猴桃品種上午葉片正面對(duì)照組的F0及其葉綠素含量(圖4A、圖1),發(fā)現(xiàn)各品種的F0與葉綠素含量并不具有一致性,3 個(gè)品種的葉綠素含量為青海>黃金果>海沃德,其中黃金果與海沃德間不存在顯著差異(P>0.05),但二者均與青海存在顯著差異(P<0.05);而在對(duì)照組的F0中,海沃德與青海的F0較高,黃金果的F0較低,且前兩者間不存在顯著差異(P>0.05),但與后者間存在顯著差異(P<0.05)。作為葉綠素?zé)晒夥治龅幕A(chǔ),F(xiàn)0是PSⅡ(光系統(tǒng)Ⅱ)反應(yīng)中心完全開放時(shí)的熒光產(chǎn)量,在植物適宜生長環(huán)境下,F(xiàn)0恒定在一定范圍,大小與葉綠素濃度有關(guān)[20]。結(jié)果表明,試驗(yàn)地環(huán)境并非3 個(gè)獼猴桃品種的最適宜環(huán)境。3 個(gè)品種的野生基原植物分屬中華獼猴桃、美味獼猴桃和軟棗獼猴桃,其地理分布存在很大差異[19],反映出各基原植物在其長期演化過程中形成了其獨(dú)特適應(yīng)性,與試驗(yàn)地昆明存在一定的差異。

圖4 不同品種獼猴桃葉片初始熒光F0值的日變化

圖4A 顯示,上午的低溫處理組中海沃德、黃金果及青海葉片正面的F0間均無顯著差異(P>0.05);遮陰處理組中海沃德與黃金果間不存在顯著差異(P>0.05),但與青海間均存在顯著差異(P<0.05);低溫遮陰處理組中,3 個(gè)品種間均存在明顯差異。結(jié)果表明,3 個(gè)品種對(duì)低溫、遮陰及其組合的響應(yīng)不一致,在環(huán)境適應(yīng)性上存在差異。

在中午的測量中(圖4B),與上午相比,對(duì)照組中海沃德葉片正面的F0下降,而黃金果和青海的F0上升,表明隨中午溫度、光照的升高,3 個(gè)獼猴桃品種的光合作用機(jī)構(gòu)都有一定程度的損傷。至下午(圖4C),對(duì)照組中海沃德的F0與中午的基本持平,黃金果的F0有所上升,而青海的F0回落,且較上午的F0低。F0反映的是處于最低激發(fā)態(tài)下葉綠素分子所吸收的光能,可從3 個(gè)途徑釋放所吸收的能量而回到基態(tài),包括光化學(xué)反應(yīng)、熱耗散、熒光釋放[16]。當(dāng)植物受到環(huán)境脅迫致使光合作用機(jī)構(gòu)受到損傷,F(xiàn)0會(huì)發(fā)生變化,F(xiàn)0增加意味著光合作用機(jī)構(gòu)受到損傷,如隨后F0降低則表明葉片損傷的光合作用機(jī)構(gòu)能以熱耗散增加而得到修復(fù)[21,22]。結(jié)果表明,在溫度、光照升高條件下,海沃德、青海以熱耗散的方式對(duì)損傷光合作用機(jī)構(gòu)進(jìn)行修復(fù);黃金果的損傷會(huì)進(jìn)一步加深,但這種損傷并非不可逆,雖然黃金果下午的F0有所升高,但與中午的F0間差異不明顯。試驗(yàn)結(jié)論表明,獼猴桃對(duì)低溫處理后的修復(fù)能力與葉片的葉綠素含量具一定的相關(guān)性。因此,在獼猴桃的抗性品種選育及抗性材料篩選時(shí),可將葉片中葉綠素含量的高低作為一個(gè)指標(biāo)考慮。

由圖4A 可知,上午經(jīng)短暫低溫處理后,與對(duì)照相比,2 個(gè)獼猴桃品種葉片正面的F0均有增高,其中海沃德的升高不明顯,而黃金果升高較明顯,與對(duì)照呈顯著差異(P<0.05)。至中午,海沃德的F0比對(duì)照高,而黃金果和青海的F0比對(duì)照低,但海沃德與對(duì)照間無顯著差異,而黃金果、青海與其同時(shí)段的對(duì)照間差異顯著(P<0.05)(圖4B)。至下午,2 個(gè)獼猴桃品種海沃德、黃金果的F0變化趨勢與中午的變化趨勢一致(圖4C),青海的F0稍高于對(duì)照,但二者差異不顯著。表明3 個(gè)品種盡管其光合機(jī)構(gòu)有損傷,但均能以熱耗散的方式而修復(fù)[21,22],且修復(fù)能力與其葉綠素含量有關(guān),黃金果與青海的葉綠素含量較高(圖1)。魏樺[23]利用電導(dǎo)率評(píng)價(jià)法對(duì)不同獼猴桃資源的抗寒性進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果為海沃德屬高抗品種,而黃金果是中抗品種,與本研究結(jié)果不同,可能是其他因素不同導(dǎo)致的。獼猴桃葉片由于組織熱量較小、保護(hù)結(jié)構(gòu)單一,對(duì)冷害的敏感性要高于其他器官[14,15],且休眠狀態(tài)下的抗性往往要高于生長活躍狀態(tài)。

對(duì)低溫遮陰處理組進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)上午海沃德葉片正面的F0與對(duì)照相比顯著下降,黃金果與青海的F0顯著升高。而在中午、下午的測定中,與上午相應(yīng)的低溫遮陰處理組相比,海沃德雖有上升,但上升幅度不明顯;而黃金果、青海的F0下降,且與上午相應(yīng)處理間差異明顯,但中午、下午間差異不明顯。表明低溫遮陰處理后,經(jīng)中午、下午的高溫、高光強(qiáng)環(huán)境后,雖然海沃德的損傷一直延續(xù),但這種情況并沒有加深,說明海沃德經(jīng)過低溫、高溫、高光強(qiáng)生境后,遮陰能在一定程度上緩解其損傷。結(jié)果同時(shí)表明,遮陰處理后,不管經(jīng)中午、下午的高溫、高光強(qiáng),黃金果和青海都能以熱耗散的形式緩解光合機(jī)構(gòu)的損傷。遮陰不僅有利于提高3 個(gè)獼猴桃品種的光合效率,同時(shí)也有助于緩解溫度、光照、低溫對(duì)其葉片光合機(jī)構(gòu)的損傷。國內(nèi)外的諸多研究均表明,適當(dāng)遮陰能顯著提高獼猴桃葉片的光合速率及提高獼猴桃的產(chǎn)量、質(zhì)量[11,14],與本試驗(yàn)的結(jié)果相同,同時(shí)還表明在非適應(yīng)條件下,遮陰會(huì)降低非適宜環(huán)境對(duì)獼猴桃葉片的損傷。因此,在獼猴桃栽培過程中,如發(fā)生低溫、高溫、高光強(qiáng)等環(huán)境脅迫時(shí),可采用遮陰以避免進(jìn)一步受害。

從圖3 可以看出,在對(duì)照組中,海沃德葉片背面所顯現(xiàn)熒光的紅色明顯,其次是黃金果,而青海的較弱,與前文所述試驗(yàn)地并非3 個(gè)品種的適宜地一致。表明就試驗(yàn)地昆明而言,獼猴桃品種海沃德不適宜在這里生長;同時(shí)經(jīng)中午高溫、高光強(qiáng)后,背部打光處理有助于黃金果和青海2 個(gè)品種光合機(jī)構(gòu)的損傷修復(fù)。因此,在經(jīng)歷低溫、高溫、高光強(qiáng)等環(huán)境脅迫時(shí),除采用葉片正面的遮陰處理外,采用葉片背部打光處理,在一定程度上也有助于避免脅迫的加劇。

圖4D 顯示,上午對(duì)照組的3 個(gè)獼猴桃品種葉片背面的F0存在差異,黃金果最高,青海次之,海沃德最低,且黃金果、青海的F0與海沃德間存在顯著差異(P<0.05),而黃金果與青海間無顯著差異。經(jīng)低溫處理后,3 個(gè)品種的F0均發(fā)生不同程度的降低,其中只有黃金果低溫處理的F0與對(duì)照差異顯著,表明低溫處理對(duì)獼猴桃葉片背面F0的影響沒有葉片正面的影響大,這可能與獼猴桃葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有一定的相關(guān)性,獼猴桃葉片的角質(zhì)層薄,柵欄細(xì)胞層少,一般為2 層,海綿細(xì)胞多。這也是強(qiáng)光照會(huì)降低獼猴桃光合效率,適當(dāng)遮陰有助于獼猴桃光合效率提高的根本原因。

由圖4D 可知,背面打光處理后,在上午測定時(shí)段,海沃德及黃金果的F0與對(duì)照間差異顯著(P<0.05);雖然青海的F0升高,但與對(duì)照間無顯著差異。低溫背面打光處理的F0變化與背面打光處理的F0變化一致。至中午、下午,隨著溫度、光照的提高,3個(gè)獼猴桃品種的F0均發(fā)生變化,但大部分處理組與對(duì)照間并無明顯差異,表明背面打光在一定程度上可緩解低溫處理對(duì)葉片光合機(jī)構(gòu)的損傷。F0的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果(圖4D、E、F)與上述熒光成像的分析結(jié)論相一致。葉綠素?zé)晒獬上褡鳛橐环N能直觀反映植物光合生理狀態(tài)、對(duì)環(huán)境脅迫及生境條件適應(yīng)性的檢測手段[17],從圖像與數(shù)據(jù)分析的高度吻合性可直接利用圖像分析技術(shù)來進(jìn)行植物生長及其對(duì)環(huán)境適宜性的判定。目前,已廣泛用于植物的光合效率評(píng)價(jià)、突變體篩選、表型組研究等領(lǐng)域[24],隨著遙感技術(shù)、數(shù)字農(nóng)業(yè)的發(fā)展,葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)有了更為廣泛的運(yùn)用前景。

2.2 3 個(gè)品種獼猴桃葉片正面葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm和NPQ 的變化

2.2.1 3 個(gè)品種獼猴桃葉片正面葉綠素?zé)晒鈪?shù)

Fv/Fm分析 圖5 中數(shù)值反映測試獼猴桃葉片的外界脅迫及熱耗散情況(最大坐標(biāo)值分別為1.00、0.60、0.75)。Fv/Fm是反映植物PSII 光化學(xué)的最大量子效率,用于植物脅迫檢測[25,26]。Fv/Fm在正常范圍值為0.74~0.83,非脅迫條件下該參數(shù)很少變化,但外界的任何類型脅迫都會(huì)導(dǎo)致PSII 損壞(通常稱為光抑制),從而導(dǎo)致Fv/Fm降低,該參數(shù)常用來指示環(huán)境的脅迫程度或環(huán)境脅迫對(duì)光合作用機(jī)構(gòu)的損傷程度[27]。

圖5 顯示,不同品種、不同處理獼猴桃葉片正面的Fv/Fm具有較大差異,與品種、測定時(shí)間、處理方式密切相關(guān)。上午測定中,對(duì)照組3 個(gè)獼猴桃品種間Fv/Fm差異不明顯。中午,對(duì)照組3 個(gè)獼猴桃品種的Fv/Fm相對(duì)上午黃金果上升,海沃德略下降,青海變化不明顯。下午,對(duì)照組中海沃德的Fv/Fm略低于正常范圍值,青海在正常范圍內(nèi),而黃金果相對(duì)中午回落,且在3 個(gè)時(shí)段中Fv/Fm最低。結(jié)果表明,在溫度、光照升高的條件下,海沃德、青海葉片受到的光抑制得到部分修復(fù);黃金果能承受的溫度、光照異于其他2 個(gè)品種,反映出3 個(gè)品種在環(huán)境脅迫下光抑制存在一定差異。

低溫處理組中,上午經(jīng)過短暫低溫處理后與對(duì)照組相比,海沃德和青海的Fv/Fm升高較明顯,黃金果的Fv/Fm略有降低。至中午,海沃德和青海的Fv/Fm急劇下降,但黃金果的Fv/Fm呈上升趨勢,3 個(gè)品種與其同時(shí)段的對(duì)照間差異明顯。表明隨溫度、光照的增強(qiáng),海沃德和青海受到短暫低溫后,光抑制加劇,可能由于在短暫低溫后凍害造成反應(yīng)機(jī)制受損。但黃金果光抑制降低,說明在一定的溫度、光強(qiáng)下,不同品種間光抑制響應(yīng)不同。至下午,3個(gè)品種的Fv/Fm變化趨勢與其相應(yīng)的對(duì)照組差異明顯;與中午的變化趨勢相反,海沃德和青海的Fv/Fm上升,黃金果的Fv/Fm略有降低,與上午相應(yīng)低溫處理的變化相比呈下降趨勢。遮陰處理組中,3 個(gè)品種的Fv/Fm變化趨勢與低溫處理組一致,但下午有所差異。3 個(gè)獼猴桃品種的Fv/Fm變化趨勢有差異,與不同品種間對(duì)溫度及光強(qiáng)的適應(yīng)性有關(guān),黃金果的高光合效率需要一定的高光照,這也許是黃金果需種植于氣溫較高的區(qū)域;而對(duì)于海沃德和青海,適度光照有助于光合作用損傷的修復(fù)(圖5)。

經(jīng)低溫遮陰處理后,上午3 個(gè)獼猴桃品種葉片正面的Fv/Fm與對(duì)照相比略升高。而中午、下午的測定中,與上午相應(yīng)處理組相比,海沃德和青海的Fv/Fm雖有下降,但變化并不明顯,而黃金果無明顯變化。表明低溫遮陰處理后,經(jīng)中午、下午的高溫、高光強(qiáng)環(huán)境后,雖然3 個(gè)獼猴桃品種光抑制一直延續(xù),但并沒有加深趨勢(圖5)。此結(jié)果與F0的分析結(jié)果相一致,說明在發(fā)生低溫、高溫、高光強(qiáng)等環(huán)境脅迫時(shí),可采用遮陰以避免進(jìn)一步的危害。上述結(jié)果對(duì)3 個(gè)品種獼猴桃在試驗(yàn)地昆明的種植有一定的理論指導(dǎo)意義。

圖5 不同品種獼猴桃葉片正面的非光化學(xué)熒光淬滅NPQ和光量子效率Fv/Fm的日變化

2.2.2 3 個(gè)品種獼猴桃葉片正面葉綠素?zé)晒鈪?shù)

NPQ的分析NPQ是植物的一個(gè)光保護(hù)過程,在光照下,葉綠素的散熱速率常數(shù)迅速增加,激發(fā)能可反映PSⅡ反應(yīng)中心以熱形式耗散掉過剩光能的比例,避免植物光合機(jī)構(gòu)受損傷[28]。NPQ主要由熱耗散引起,用其估算熱能耗散掉的光能從而降低光合反應(yīng)中心的光能分配。在環(huán)境脅迫下,NPQ的增加對(duì)降低光抑制有重要作用[29]。

圖5 顯示,上午對(duì)照組和低溫處理組3 個(gè)品種間NPQ差異不明顯;遮陰處理組中海沃德、黃金果及青海的NPQ差異明顯,其大小順序?yàn)楹N值?青海>黃金果,海沃德和青海的NPQ與對(duì)照組相比明顯上升,黃金果無明顯差異;低溫遮陰處理組中,海沃德和黃金果的NPQ差異明顯,兩者與青海無明顯差異。結(jié)果表明,3 個(gè)獼猴桃品種的葉綠素含量不同,葉綠素的散熱速率常數(shù)呈不同程度的增加,由于光保護(hù)機(jī)制不同,低溫、遮陰及其組合處理的熱耗散程度不同。

至中午(圖5),對(duì)照組中黃金果的NPQ上升,海沃德的NPQ下降,青海的NPQ變化不明顯;表明隨中午溫度、光照的變化,青海應(yīng)對(duì)脅迫環(huán)境的光保護(hù)機(jī)制優(yōu)于海沃德和黃金果;在低溫處理組中,海沃德和黃金果的NPQ與同期對(duì)照組差異明顯,且較上午NPQ略高,但青海的NPQ較上午低。結(jié)果表明,隨著溫度、光照變化,不同品種通過增加NPQ以降低光抑制。在遮陰和低溫遮陰處理組中,3 個(gè)獼猴桃品種的NPQ與同時(shí)段的對(duì)照組差異明顯,且大部分處理高于對(duì)照組,但較上午呈下降趨勢。

至下午(圖5),短暫低溫、遮陰、低溫遮陰處理組中,3 個(gè)品種的NPQ與同時(shí)段的對(duì)照組差異明顯,其NPQ都高于對(duì)照組,且大部分處理與中午、上午相比呈下降趨勢。F0和Fv/Fm的結(jié)果分析表明,在獼猴桃栽培過程中,如發(fā)生低溫、高溫、高光強(qiáng)等環(huán)境脅迫時(shí),可采用遮陰來避免進(jìn)一步的為害。

2.3 3 個(gè)品種獼猴桃葉片背面葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm和NPQ 的變化

從圖6 中可以看出,3 個(gè)獼猴桃品種不同處理不同時(shí)段集中在Fv/Fm變化,而NPQ沒有明顯變化。說明在葉片背面不通過增加NPQ來降低光抑制,可能通過其他途徑來減輕光抑制對(duì)植株的影響。

圖6 不同品種獼猴桃葉片背面的非光化學(xué)熒光淬滅NPQ和光量子效率Fv/Fm的日變化

上午對(duì)照組3 個(gè)品種的Fv/Fm存在差異,青海最高,黃金果次之,海沃德最低,且黃金果與海沃德、青海間存在明顯差異。經(jīng)低溫處理后,雖然3 個(gè)品種的Fv/Fm均發(fā)生不同程度的變化,與對(duì)照組相比,海沃德的Fv/Fm上升,青海的Fv/Fm下降,黃金果的Fv/Fm無明顯變化。表明短暫低溫處理對(duì)3 個(gè)品種葉片背面的Fv/Fm也造成了脅迫,且脅迫程度高于葉片正面。背面打光處理后,在上午測定時(shí)段,3 個(gè)品種的Fv/Fm與對(duì)照呈明顯差異;雖然青海的Fv/Fm升高了,但低于對(duì)照組,黃金果與對(duì)照組相比明顯降低,海沃德差異不明顯。

至中午、下午,在低溫處理組中,與上午相比3個(gè)獼猴桃品種的Fv/Fm均發(fā)生降低,除黃金果外都高于同時(shí)段的對(duì)照組;背面打光及低溫背面打光處理組中,3 個(gè)品種與同時(shí)段的對(duì)照組相比,除低溫背面打光處理組黃金果的Fv/Fm偏低外,其他的Fv/Fm變化較??;與上午相比,黃金果的Fv/Fm呈明顯上升趨勢,海沃德和青海的Fv/Fm呈下降趨勢。隨溫度、光照的提高,3 個(gè)品種的Fv/Fm均發(fā)生變化,但海沃德和青海的Fv/Fm各處理組大體上明顯高于對(duì)照組,說明不同處理一定程度上能緩解海沃德和青海的光抑制作用,但黃金果的光抑制加深,表明不同品種可采取適當(dāng)?shù)娜~背低溫及打光來降低光抑制對(duì)葉片的損壞,但整體變化表明,過高溫度、光強(qiáng)會(huì)加重光抑制。

3 討論

葉綠素?zé)晒鈪?shù)可作為植物應(yīng)對(duì)外界脅迫能力的參考指標(biāo)。初始熒光F0是PSⅡ(光系統(tǒng)Ⅱ)反應(yīng)中心完全開放時(shí)的熒光產(chǎn)量,F(xiàn)0是熒光分析的基礎(chǔ),在植物適宜生長環(huán)境下,F(xiàn)0恒定在一定范圍,其大小與葉綠素濃度有關(guān)。葉綠素是植物光合作用的基礎(chǔ),其含量的變化對(duì)光合作用有重要影響,含量下降會(huì)影響總?cè)~綠素?zé)晒馑剑?0]。本研究中雖然3 個(gè)品種的葉綠素含量與F0變化不具有一致性,但當(dāng)受到低溫脅迫時(shí)不同品種間的修復(fù)能力與葉片的葉綠素含量有關(guān),且3 個(gè)品種的F0在不同處理不同時(shí)段的變化幅度不同,總體上為海沃德>黃金果>青海。

光是影響植物通過光合作用獲取能量的重要因素之一,植物在長期的進(jìn)化過程中,演化形成了物種的獨(dú)特光照適應(yīng)性[31],植物形態(tài)和生理上可對(duì)不同光照條件作出可塑性反應(yīng)[32]。葉片是對(duì)環(huán)境敏感性較高的器官[33]。植物葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)能夠快速反應(yīng)植物受到外界脅迫的響應(yīng)。在高輻照度下,光合裝置吸收過多的光能導(dǎo)致葉綠體含有葉綠素的反映中心失活或受損[34-36]。因此,光合活性受到光的抑制[37,38]。許大全等[21]研究表明,F(xiàn)0降低表明熱耗散增加,植物光合機(jī)構(gòu)的損傷能以熱耗散的方式修復(fù)。本研究中,經(jīng)過短暫低溫處理后,3 個(gè)獼猴桃品種均能以熱耗散的方式修復(fù),但修復(fù)能力跟葉綠素含量有關(guān)。遮陰處理中,海沃德在經(jīng)過低溫、高溫、高光強(qiáng)環(huán)境后,遮陰能在一定程度緩解損傷;葉片背面打光在一定程度上也可緩解低溫處理對(duì)葉片光合機(jī)構(gòu)的損傷,該結(jié)果與李西文等[39]、榮立蘋等[40]、閆小莉等[41]的研究結(jié)果一致。

分布在溫帶地區(qū)的許多植物都具有感知非凍結(jié)低溫并增強(qiáng)防凍的能力,這種現(xiàn)象稱為冷適應(yīng)[42]。短暫低溫引起葉片氣孔部分關(guān)閉的氣孔限制和葉肉細(xì)胞光合活性下降的非氣孔限制,從而導(dǎo)致植物光合速率降低[43]。任何脅迫都會(huì)導(dǎo)致PSΠ 的失活損傷,即光抑制[44]。Fv/Fm常被作為判斷是否發(fā)生光抑制的標(biāo)準(zhǔn),其降低是光合作用光抑制的顯著特征[45]。本研究中,3 個(gè)獼猴桃品種葉片正背面不同處理的Fv/Fm值均低于正常范圍,但在不同處理組中,3 個(gè)品種的Fv/Fm變化程度為黃金果>海沃德>青海。隨溫度、光照增加,對(duì)照組的Fv/Fm呈上升趨勢,上升程度為青海>海沃德>黃金果,表明不同品種間的適應(yīng)性存在差異;在遮陰及低溫遮陰處理組中,3個(gè)品種與對(duì)照組相比,呈先升高后降低的趨勢,變化幅度較小,說明遮陰能對(duì)光抑制起到一定的削弱作用。對(duì)于葉片背面,不同品種可采取適當(dāng)?shù)娜~背低溫及打光來降低光抑制對(duì)葉片的損壞。這一結(jié)果與李清雪等[46]研究結(jié)果相似。

本研究中,NPQ整體呈下降趨勢,在不同時(shí)段不同處理的變化幅度為海沃德>黃金果>青海。NPQ和Fv/Fm的協(xié)同變化,在Fv/Fm增加(降低)的大部分處理中,NPQ都增加(降低),表明光合效率的提高是以提高NPQ(熱耗散)為代價(jià),可能是獼猴桃栽培中易發(fā)生葉片灼傷的原因,當(dāng)其光合作用機(jī)構(gòu)發(fā)生損傷時(shí),增加NPQ是緩解光合作用機(jī)構(gòu)損傷的途徑之一,獼猴桃光合作用機(jī)構(gòu)損傷的修復(fù)依賴于NPQ(熱耗散)。

由于獼猴桃分布全國,品種較多,不同品種間對(duì)環(huán)境的適應(yīng)機(jī)能存在差異,因此,運(yùn)用植物葉片葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行不同品種抗逆性評(píng)價(jià)時(shí),需根據(jù)品種各自特征,結(jié)合植物生理特性以及其他抗逆性指標(biāo),綜合分析獼猴桃抗性育種及不同獼猴桃品種的地域栽培。

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