乳源木莲幼树叶片叶绿素荧光特性1)

赵海燕 刘桂华 何小定 陈 辰

(安徽农业大学，合肥，230036)

叶绿素荧光动力学技术是通过测定叶片光合作用过程中光系统对光能的吸收、传递、耗散和分配等方面的属性来揭示植物光合作用的内在特点，因此，被称之为测定叶片光合功能快速、无损伤的探针。植物叶片叶绿素荧光参数的变化可以在一定程度上反映环境因子的变化及其对植物的影响，因此，近些年来被广泛应用到植物光合机理、逆境生理等研究领域［1－7］。

乳源木莲(MangLietia yuyuanensis)属木兰科木莲属植物，是中亚热带常绿阔叶林中的珍稀濒危树种［8］，也是优良的用材树种和庭园观赏及四旁绿化树种［9］。目前，对于乳源木莲的研究报道主要涉及其核型比较、苗木生长、地理种源分化、群落结构、林分培育和叶片光合特性等方面［8－16］，尚未见到对其叶片叶绿素荧光特性的研究报道。文中以人工栽植的乳源木莲幼林(3年生)为研究对象，测定了不同季节叶片叶绿素荧光参数的日变化，为揭示乳源木莲光合机理和提出其种质资源的保护和培育途径提供相关的科学依据。

1 试验地概况

试验地设在安徽枞阳县大山林场，地处北亚热带季风湿润区。气候温和湿润，四季分明，日照充足。年均气温16.5 ℃，历年极端最高气温40.9 ℃，极端最低气温－13.5 ℃，≥10 ℃的年均积温5 129℃，无霜期250 d 左右。年均日照时数2 060 h。年平均降水量1 330 mm，其中梅雨季节降水约占总降水量的40%左右，秋季少雨易发秋旱。主要土壤类型为黄棕壤，pH 值5.5 ～6.5，质地较轻，易耕作，但保水保肥能力差，养分贫乏。由于人类活动的影响，试验地原生植被已被破坏殆尽，现存植被多为次生马尾松纯林及次生松阔混交林，不存在典型的地带性常绿落叶阔叶混交林。

2007年，从安徽南部引进200 株2年生乳源木莲苗木，采用大穴整地(60 cm×60 cm)造林，3 a 后形成乳源木莲的幼林［平均树高(1.72±0.41)m，平均地径(4.12±0.41)cm］。本试验以其上述林分为研究对象，分别选其代表性的植株为试材，分别于1、5、7、9月份对其叶绿素荧光参数进行测定。

2 材料与方法

在林分内选择生长健康、无病虫害、无被压的代表性林木3 株并涂漆标记。在被选株中上部选择生长中等的代表性枝条同样涂漆标记。分别于春(5月中旬)、夏(7月下旬)、秋(9月下旬)和冬(1月中旬)4 个季节选择晴朗天气，在上述各标记枝条上分别选取3 片功能叶(重复3 次)，并标记，于08:00—18:00 每隔2 h，采用便携式调制叶绿素荧光仪(PAM2100，WALZ，Germany)测定叶绿素荧光参数Fo、Fm和F'm。测定前先用叶夹使叶片暗适应20 min，后打开测量光，测暗适应叶片的最小荧光(F0)，再打开饱和脉冲光测暗适应叶片的最大荧光(Fm)，继而在自然光照下适应15 ～20 min，施加饱和闪光脉冲，测定光适应下最大荧光(F'm)［1，16－17］。依此获得可变荧光(Fv=Fm－Fo)、PSⅡ最大光能转换效率(Fv/Fm)、电子传递效率(Fm/Fo)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、非光化学猝灭系数NP，Q(NP，Q=Fm/F'm－1)等荧光参数。采用LI－6400(美国Licor 公司生产)便携式光合系统测定气温和光强等环境因子(表1)。

数据处理采用Excel 和DPS 统计软件分析。

表1 不同季节主要气象因子日变化

3 结果与分析

3.1 不同季节叶绿素荧光参数的日变化

由表2可看出，不同季节乳源木莲幼树叶片叶绿素荧光参数日变化呈现不同的规律。最小荧光参数(Fo)在各个季节的1 d 中变化幅度较小，其中冬夏季节1 d 中对应时刻的测定值差异较小，但明显高于春秋两季的测定值，后两个季节的差异也较小。暗适应下最大荧光(Fm)、光适应下最大荧光(F'm)、可变荧光(Fv)、电子传递效率(Fm/Fo)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)在春秋季节的日变化都呈现先缓升后缓降的平缓规律。而这些荧光参数在夏季则都呈现明显的先降后升的单谷型日变化规律，其最低值都出现在14:00。表明乳源木莲幼树叶片PSⅡ反应中心活性在夏季12:00—14:00 受到抑制，但从这些参数14:00 以后回升的情况看，夏季试验区的强光高温对乳源木莲幼树叶片PSⅡ反应中心活性的抑制是可逆的。

与夏季相反，暗适应下最大荧光(Fm)、光适应下最大荧光(F'm)、可变荧光(Fv)、电子传递效率(Fm/Fo)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)在冬季都呈现先升后降的单峰型日变化规律，其最大值大约都出现在14:00。这些参数在1 d 中早晚出现明显的低值，说明PSⅡ反应中心活性在早晚受到抑制，这种抑制可能是由于早晚低温造成的，而12:00—14:00 的回升又说明乳源木莲幼树叶片PSⅡ反应中心活性在试验区受其低温的抑制也是可逆的。

PSⅡ最大光能转换效率(Fv/Fm)在春秋季1 d中不同时刻的测定值差异很小。但是，Fv/Fm的测定值在夏季1 d 中则呈现先降后升的单谷型日变化规律，其最小值出现在14:00 左右，而冬季则呈现先升后降的单峰型日变化规律，其最大值出现在14:00左右。上述荧光参数在不同季节的日变化规律进一步证明乳源木莲幼树叶片PSⅡ反应中心活性在冬夏季节受到一定程度的抑制，而在春秋季节几乎没有出现抑制现象。

非光化学猝灭系数(NP，Q)，在春秋两季的日变化都呈现先缓升后缓降的平缓型规律。但NP，Q1d中的测定值在夏季呈现先升后降的单峰型日变化规律，其最大值都出现在12:00，而冬季的NP，Q则呈先降后升的单谷型日变化规律，其最小值出现在14:00左右。NP，Q在夏季12:00 和冬季1 d 中早晚出现高峰可能是乳源木莲光合器官对试验区夏季中午前后高温强光和冬季早晚低温胁迫的保护性机制。

表2 不同季节乳源木莲叶绿素荧光参数日变化

3.2 不同季节叶绿素荧光参数日均值差异

叶片叶绿素荧光参数日均值反映叶片1 d 中内在光合效率及其机理的平均状况。表3中数据表明，不同季节乳源木莲幼树叶绿素荧光参数日均值存在不同程度的差异。冬夏季节Fo的日均值极显著高于春秋季节，春季Fo的日均值极显著(P＜0.01)高于秋季，而冬夏季节之间则不存在显著差异。Fo的差异可能与不同季节乳源木莲幼树叶片叶绿素含量有关［18－19］。

Fm、F'm、Fv、Fm/Fo、Fv/Fo的日均值在不同季节表现相同的规律，即春秋两季极显著(P＜0.01)高于冬夏两季，而春季和夏季则分别极显著(P＜0.01)高于秋季和冬季。从表3中还可以看出，Fv/Fm日均值表现为春秋季节极显著(P＜0.01)高于冬夏季节，而夏季也极显著(P＜0.01)高于冬季。Fm与Fv在不同光环境下的差异，反映了乳源木莲幼树叶片在其试验区不同季节PSⅡ的电子传递和原初电子受体QA 还原状况的差异。F'm是光适应下叶片叶绿素最大荧光参数，其值高低与PSⅡ天线色素吸收的光能用于光化学淬灭和非光化学淬灭的比例相关联，F'm越低则用于非光化学淬灭的比例相应越高，说明PSⅡ天线色素吸收的光能用于耗散的比例则越大。Fv/Fo反映PSⅡ潜在活性的高低，由此可见，冬夏季节乳源木莲幼树叶片PSⅡ的潜在活性极显著低于春秋季节。Fm/Fo是反映通过PSⅡ的电子传递效率，可见，冬夏季节乳源木莲幼树1 d 中叶片光合过程中的电子传递效率极显著低于春秋季节。Fv/Fm常用于度量植物叶片PSⅡ原初光能转化效率［19］。非胁迫情况下，Fv/Fm的变化极小，胁迫情况下该参数明显下降［19］。由此可见，本试验区乳源木莲幼树叶片在冬夏季节都受到一定程度的胁迫，而且冬季受到的胁迫更为严重。

与上述参数相反，冬季和夏季乳源木莲幼树叶片的NP，Q日均值则极显著(P＜0.01)高于春秋两季，春秋之间不存在显著差异。非光化学淬灭系数(NP，Q)反映的是PSⅡ天线色素吸收的用于热耗散的光能部分，植物叶片出现非光化学淬灭是一种对其光合机构保护的机制［18］。冬夏季节，乳源木莲幼树叶片NP，Q值极显著高于春秋季节的对应值，说明冬夏季节乳源木莲幼树叶片PSⅡ天线色素吸收的光能用于热耗散的比例极显著高于春秋季节，而用于光合的比例则极显著低于春秋季节。

表3 不同季节乳源木莲叶绿素荧光参数日均值差异

3.3 不同季节荧光参数日变化与环境因子的相关性

不同季节各荧光参数日变化与其光热水因子日变化的相关分析结果(表4)表明，不同季节存在不同程度的相关性。在春季，Fm、F'm、Fv、Fm/Fo、Fv/Fo的日变化与其光合有效辐射和气温的日变化呈显著或极显著正相关，其他荧光参数的日变化与其光合有效辐射和气温的日变化没有显著相关性。春季的NP，Q与其大气相对湿度呈显著负相关。在夏季，Fm、F'm、Fv、Fm/Fo、Fv/Fo、Fv/Fm的日变化与其光合有效辐射和气温的日变化呈显著或极显著负相关，而与大气相对湿度呈显著正相关。NP，Q的日变化在夏季与其光合有效辐射和气温的日变化呈极显著正相关，与大气相对湿度呈显著负相关。在秋季，NP，Q的日变化与其气温、光合有效辐射的日变化分别呈极显著和显著正相关，而Fm、Fv、Fm/Fo、Fv/Fo、Fv/Fm的日变化与其光合有效辐射和气温的日变化呈不同程度的正相关关系。但是，秋季的大气相对湿度日变化则与NP，Q的日变化呈显著负相关。在冬季，Fm、F'm、Fv、Fm/Fo、Fv/Fo、Fv/Fm的日变化与其光合有效辐射、气温和大气相对湿度的日变化不存在显著相关，但NP，Q的日变化则与其气温的日变化呈现极显著的负相关。

表4 不同季节荧光参数测定值与主要气象因子的相关性

4 结论与讨论

乳源木莲幼树叶片叶绿素荧光参数的日变化在不同季节表现不同的规律。春秋季节叶绿素荧光参数的日变化幅度较小，而且反映PSⅡ反应中心电子传递等光合效率的各荧光参数值(NP，Q除外)均在不同程度上高于冬夏季节。说明乳源木莲幼树在春秋季节叶片PSⅡ反应中心电子传递和潜在活性等光合效率高于冬季和夏季。

从夏季和冬季的荧光日变化规律看，夏季试验区的强光高温和冬季的低温对乳源木莲幼树叶片PSⅡ反应中心活性的抑制是可逆的。一方面说明在冬夏季节需要对乳源木莲幼树采取不同的培育措施，以提高其光合效率和抗逆性，同时可逆性抑制说明本试验区在气候上可以作为乳源木莲的人工培育区。

PSⅡ最大光能转换效率(Fv/Fm)在春秋季节1 d 中不同时刻的测定值差异很小。但是，Fv/Fm的测定值在夏季和冬季1 d 中变化明显，且各个时刻的测定值和日均值显著低于春秋季节的对应值。Fv/Fm反映PSⅡ反应中心内禀光能转化效率(Intrinsic PSⅡEfficiency)，非胁迫情况下，Fv/Fm的变化极小;胁迫情况下该参数明显下降［20］。由此也进一步说明乳源木莲在冬季和夏季受到了试验区的环境胁迫。

非光化学淬灭系数(NP，Q)值能更准确地反映植物光合过程中的非光化学淬灭情况［20］。与其他参数相反，冬季和夏季乳源木莲幼树叶片的NP，Q参数极显著(P＜0.01)高于春秋季节，非光化学淬灭也是反映PSⅡ天线色素吸收的不能用于光合电子传递而以热耗散掉的光能部分，是一种自我保护机制［18］。春秋季节的NP，Q值较低，说明PSⅡ天线色素吸收的光能用于光合的效率高。相反，冬季和夏季的NP，Q值高，说明PSⅡ天线色素吸收的光能用于保护自身光合机构的比例大，故其光合效率低。这与上述其他荧光参数反映的问题具有本质上的一致性。

荧光参数的日变化与主要气象因子的日变化相关分析表明，不同季节的日变化的相关规律不同。在春季，除NP，Q和Fo与气象因子不呈显著关系外，其他荧光参数的日变化与其光合有效辐射和气温的日变化呈显著正相关，说明在春季的光热因子范围内，光热因子指标越高，乳源木莲幼树的光合效率越高。在夏季，乳源木莲幼树叶片的NP，Q的日变化与其光热因子日变化呈显著正相关，而其他荧光参数日变化(除Fo外)则与其光热因子日变化呈显著负相关。进一步说明夏季的光热因子对乳源木莲幼树叶片的光合机构产生了抑制作用，PSⅡ天线色素吸收的不能用于光合电子传递而以热耗散掉的光能比例高。在秋季，乳源木莲幼树叶片的荧光参数与其光热因子的日变化大多呈现显著正相关关系。在冬季，乳源木莲幼树叶片NP，Q的日变化与其气温日变化呈显著负相关，说明冬季低温是乳源木莲幼树叶片光合机构受抑制的主导因子，在培育过程中，应注意防冻。

在春、夏和秋3 个季节，NP，Q的日变化都一致地与大气相对湿度日变化呈显著负相关，说明大气相对湿度越高，NP，Q越低，PSⅡ天线色素吸收的光能用于保护自身光合机构的比例也越低，光合效率则越高。由此可见，乳源木莲幼树在本试验区适宜栽培在大气相对湿度高的环境中。

在秋季，NP，Q和其他荧光参数都与光热因子呈现显著正相关关系，这种相互矛盾的现象可能还与秋季大气相对湿度较低相关联，其合理的解释还需要深入研究。

文中以乳源木莲幼树为研究对象，其研究结果可能不完全适合成年大树。

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