桃树不同品种叶片叶绿素荧光特性的比较

郭学民，刘建珍，李 娜，肖 啸，张立彬

(河北科技师范学院1生命科技学院，2园艺科技学院, 河北 秦皇岛，066600)

桃树不同品种叶片叶绿素荧光特性的比较

郭学民1，刘建珍2，李 娜1，肖 啸2，张立彬2

(河北科技师范学院1生命科技学院，2园艺科技学院, 河北 秦皇岛，066600)

利用叶绿素荧光技术测定了桃树 ‘21世纪’，‘96-3-4’，‘华玉’，‘农字6号’，‘瑞红一枝’，‘迎霜’和‘早霞露’等7个品种叶片光强依赖的叶绿素荧光特性。结果表明：在各个光强[PAR，0～1 856 μmol·(m2·s)-1]下，表观电子传递速率r(ETR)、实际光化学效率Y(II)和光化学淬灭qP在品种间的变化趋势一致，基本上按照‘96-3-4’，‘21世纪’，‘华玉’，‘瑞红一枝’，‘农字6号’，‘迎霜’，‘早霞露’的顺序由小变大。‘96-3-4’的最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、实际光化学效率Y(II)、表观电子传递速率r(ETR)值均高于其它6个品种。表明‘96-3-4’有较高的PSⅡ活性和较强的光合生理功能，而‘早霞露’，‘迎霜’等则光化学效率较低。

桃树；叶绿素荧光；光响应曲线

我国的桃树品种有上千种，掌握不同品种的光合作用特点和光合效能差异，有利于高光效亲本的选择和优良品种的筛选。目前，国内外对桃树的研究有很多，大多研究桃树育种[1]和栽培技术[2～4]、桃树抗性生理[5,6]以及保鲜技术[7]，而对桃树不同品种间光合活性差异的研究较少。

研究表明，植物叶绿素荧光与植物光合作用的整个过程紧密相关，能够探测许多有关植物光合作用的信息，是光合作用研究的有效探针之一[8]。通过植物叶绿素荧光动力学可以快速、灵敏、可靠、无损伤地了解植物光合作用生理状况及其与环境的关系[9]，实现了在现场或自然条件下，以完整植物整体或含有叶绿素的部分器官为材料，精确测定和研究光合作用动态变化的可能性[10]。近年来，叶绿素荧光测定技术已被广泛应用于植物光合作用、环境科学、蔬果贮藏、植物抗性生理等领域[11]，为筛选桃树优良品种提供了条件。

本次研究选取国内栽培较广泛的桃品种，采用叶绿素荧光技术测定不同品种桃树叶片的叶绿素荧光特性，以期为桃树的高效优质栽培和良种选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地自然概况

试验地为河北科技师范学院园艺科技学院实验基地，位于秦皇岛市昌黎县，属中国东部季风区暖温带、半湿润大陆性气候。最高月平均气温25.1 ℃，最低月平均气温-5.2 ℃，年平均气温11 ℃。平均年降水量712.7 mm。四季分明，日照充足，年均日照数达2 800 h。

1.2 试验材料

7个供试桃树品种为：‘21世纪’，‘96-3-4’，‘华玉’，‘农字6号’，‘瑞红一枝’，‘迎霜’和‘早霞露’，栽培管理措施相同。每个品种选择3株长势健壮、光照一致的植株，每株分别取方位相同、健康、完全展开的第3片叶，以湿纱布包裹后带回实验室进行测定。

1.3 叶绿素荧光参数的测定方法

叶绿素荧光测定采用MINI-Imaging-PAM荧光仪进行。测定前，叶片先经过20 min的充分暗适应，用测量光照射叶片，测得初始荧光(Fo)，随后施加饱和脉冲光，测得最大荧光(Fm)。并由Fo，Fm计算可变荧光(Fv)，暗适应叶片PSII最大光化学效率(Fv/Fm)，PSII潜在光化学效率(Fv/Fo)。

荧光参数光响应曲线(光曲线，r(ETR-PAR))根据White和Critchley的方法[8]进行测定，光合有效辐射(PAR)设置为0，1，21，42，76，134，205，249，298，371，456，581，726，923，1 176，1 466，1 856 μmol·(m2·s)-1，每个梯度持续10 s。测定各PAR下的PSⅡ实际光化学效率Y(II)，光化学淬灭系数qP，非光化学淬灭系数NPQ，表观电子传递速率r(ETR)。

1.4 数据分析

所有测定指标均3次重复，结果取平均值±标准误，数据通过DPS v3.01专业版软件进行方差分析，使用多重比较中的新复极差法(Duncan)，图表在Excel软件下绘制。叶绿素荧光光曲线用拟合方程P=Pm [1-exp(-αPAR/Pm)]×exp(-βPAR/Pm)拟合，其中Pm代表无光抑制时的最大光合速率，也就是最大潜在相对电子传递速率r(ETR)max；α是光曲线的初始斜率；β是光抑制参数；由Pm和α可以得出半饱和光强Ik=Pm/α。曲线拟合采用最小二乘法，用Statistica软件进行。

2 结果与分析

2.1 桃树不同品种叶片叶绿素荧光参数的比较

试验结果表明，‘96-3-4’的Fm，Fv，Y(II)和r(ETR)值高于其它6个品种(表1)。‘迎霜’的Fo，Fm和Fv值与‘21世纪’，‘华玉’，‘农字6号’，‘瑞红一枝’之间差异显著；‘96-3-4’的Y(II)值与‘农字6号’，‘迎霜’差异显著。反映PSⅡ最大光化学效率Fv/Fm在品种间差异不显著，而反映PSⅡ潜在活性Fv/Fo仅在和‘早霞露’和‘瑞红一枝’与‘21世纪’，‘96-3-4’，‘华玉’，‘农字6号’，‘迎霜’之间达到显著水平。

表1 桃树不同品种叶片叶绿素荧光参数的比较

注：表中小写字母表示0.05水平上差异显著,以下同。

2.2 桃树不同品种叶片光响应曲线(r(ETR-PAR))的比较

从光响应曲线可以看出，7个品种r(ETR)都随PAR增加而迅速升高(图1)；达到一定PAR[726 μmol·(m2·s)-1]后增加缓慢；PAR在1 176～1 466 μmol·(m2·s)-1时，除‘21世纪’，‘华玉’，‘农字6号’，‘瑞红一枝’的r(ETR)缓慢上升外，其它3个品种r(ETR)则缓慢下降。低PAR下，桃树7个品种r(ETR)无明显差异；当光强超过371 μmol·(m2·s)-1时，品种间光合电子传递能力不同，‘96-3-4’最强，之后依次为‘瑞红一枝’和‘华玉’，‘迎霜’和‘早霞露’的光合电子传递能力最弱。但在高PAR下，7个桃树品种都不同程度的受到强光的抑制。

通过拟合方程可以得出r(ETR)max，α，Ik等拟合参数(表2)。r(ETR)max在品种之间的变化趋势为，由‘瑞红一枝’，‘96-3-4’，‘农字6号’，‘21世纪’，‘华玉’，‘早霞露’，‘迎霜’依次降低。拟合参数α反映了叶片捕光能力的高低，也用来表示光化学反应的启动速率，α值在品种之间的变化趋势为由‘96-3-4’，‘瑞红一枝’，‘华玉’，‘早霞露’，‘迎霜’，‘21世纪’，‘农字6号’依次变小。半饱和光强在品种之间的变化趋势和前两者不同，其顺序为由‘农字6号’，‘21世纪’，‘瑞红一枝’，‘华玉’，‘96-3-4’，‘迎霜’，‘早霞露’变小，但是3个参数在品种之间差异均未达到显著水平。

表2 桃树不同品种叶片光响应曲线拟合参数

2.3 桃树不同品种叶片实际光化学效率(Y(II))的比较

Y(II) 表示PSⅡ电子传递量子产率，反映了PSⅡ反应中心部分关闭情况下的实际原初光能捕获效率，也是实际的PSⅡ反应中心进行光化学反应的效率。桃树7个品种的Y(II)均随PAR的增强而降低；同一PAR下，‘96-3-4’的Y(II)高于其它6个品种，各品种在低PAR下无明显差异，当PAR超过298 μmol·(m2·s)-1时，Y(II)的值按照‘96-3-4’，‘瑞红一枝’，‘华玉’，‘21世纪’，‘农字6号’，‘迎霜’，‘早霞露’的顺序依次增大(图2)。

图1 桃树不同品种叶片相对电子传递速率(r(ETR))对光强的响应 图2 桃树不同品种叶片实际光化学效率(Y(II))对光强的响应

2.4 桃树不同品种叶片非光化学淬灭(NPQ)和光化学淬灭(qP)的比较

NPQ指非光化学淬灭系数，反映了植物耗散过剩光能为热的能力，热耗散可以防御光抑制的破坏，对光合机构起自我保护作用[12]，是PSⅡ天线色素吸收的光能不能用于光合电子传递而以热的形式耗散掉的光能部分。图3为NPQ对光强的响应曲线，7个桃树品种的NPQ均随PAR的增加而升高，在低PAR下，7个桃树品种无明显差异，当PAR>726 μmol·(m2·s)-1时，NPQ的值按照‘96-3-4’，‘华玉’，‘早霞露’，‘瑞红一枝’，‘21世纪’，‘迎霜’，‘农字6号’的顺序依次增大。

qP指光化学淬灭系数，即由光合作用引起的荧光淬灭，反映了光合活性的高低。要保持高的光化学淬灭就要使PSⅡ反应中心处于“开放”状态，所以光化学淬灭又在一定程度上反映了PSⅡ反应中心的开放程度。qP愈大，PSⅡ的电子传递活性愈大[13]。7个桃树品种在PAR为0～1 856 μmol·(m2·s)-1时，qP都呈现逐渐降低的趋势(图4)。在PAR<1 466 μmol·(m2·s)-1时，‘96-3-4’最强，‘华玉’，‘21世纪’，‘瑞红一枝’次之，‘农字6号’，‘迎霜’，‘早霞露’最低。当PAR>1 466 μmol·(m2·s)-1时7个桃树品种没有明显规律，同一PAR下，qP值相差很小。

图3 桃树不同品种叶片非光化学系数(NPQ)对光强的响应 图4 桃树不同品种叶片光化学淬灭系数(qP)对光强的响应

3 讨 论

本次研究表明，桃树不同品种叶绿素荧光参数存在差异。在银杏[14]、草坪草[15]、一品红[16]等植物上也有类似的结论。有研究表明，Fv/Fm在非胁迫条件下比较恒定，一般介于0.80～0.85之间。本次研究的7个桃树品种Fv/Fm值接近0.80或大于0.80，而小于0.830。说明这7个桃树品种生长状态基本良好，也从侧面说明了其它荧光指标的可靠性。

在荧光参数中，Y(II)，r(ETR)和Fv/Fm值被公认为是叶片光合效率的重要依据。光曲线可以很好的反映样品对强光的耐受能力。前人研究发现，在同样光强下，ETR越高形成的活跃化学能(ATP和NADPH)就越多，可以为暗反应的光合碳同化积累更多所需的能量，以促进碳同化的高效运转和有机物的积累[17，18]。本次研究的7个桃树品种中，‘96-3-4’的PSⅡ反应中心处于完全开放和完全关闭时的荧光产量较高，具有较高的PSⅡ活性，可为光合碳同化提供充分的能量和还原能力，且具有较高的最大光合速率。

品种间Fv/Fm，NPQ变化趋势相对较为复杂(表1，图3)，与r(ETR)等表现并不完全一致，这也说明了光合作用过程中的光能吸收、传递转化的复杂性所在。NPQ的高低与植物光合能力的关系，目前有不同的观点。有研究认为，在同等条件下较高的NPQ值有利于光能的耗散，会降低光化学淬灭能力，NPQ愈大，qP愈小，阻碍植物高效地利用所捕获的光能及更有效地用于光合作用，所以较低的NPQ值具有较好的光合性能[19, 20]。但也有相反的结论，郑淑霞等[21]在研究阔叶树种的叶绿素荧光特性时发现qP与NPQ值呈极显著正相关，较高的NPQ值并没有降低qP值。本次研究也发现，具有较好光合性能的栽培类型同样具有较高的NPQ值。因此，笔者认为不能用NPQ值笼统地定义品种光合效率的高低。

[1] Ma Ruijuan,Yu Mingliang,Shen Zhijun.Progress on the Research of Peach Germplasm Resources and Breeding in China[J].The Asian and Australasian Journal of Plant Science and Biotechnology,2007,1(1)：29-32.

[2] 周淑平,王明金,谢孔安,等.大棚桃栽培技术[J].山东林业科技, 2006(1):57.

[3] 李涛.黄桃栽培技术[J].现代农业科技,2010(21):137-138.

[4] 马占婕,张玉兰,马占琼.日光温室油桃丰产栽培技术[J].农业科技与信息,2010(9):32-33.

[5] 刘亮梅,张喆嫄,谢宏山,等.干旱胁迫对4种碧桃品种抗性生理生化指标的影响研究[J].园林科技,2010(2):5-7，13.

[6] 张玉宵,王孝威,曹慧,等.水分胁迫对桃树叶片氮代谢相关指标的影响[J].安徽农业科学,2010,38(3):1 200-1 202.

[7] 何惠霞,高海燕,曹玉明,等.桃采后保鲜技术研究进展[J].食品与发酵工业,2009,35(2):130-133.

[8] White A J,Critchley C.Rapid light curves: A new fluorescence method to assess the state of the photosynthetic apparatus[J].Photosynthesis Research,1999,59(1):63-72.

[9] 李正华，李海霞，李静,等.叶绿素荧光分析技术在林木研究中的应用[J].安徽农业科学,2015,43(23):156-158.

[10] 钟娟,刘九辉,兰世超,等.遮光对观赏植物虎舌红叶绿素荧光参数的影响[J].安徽农业科学,2014,42(35):12 404-12 408.

[11] 刘志辉,朱旭东.叶绿素荧光分析技术在烟草研究中的应用[J].安徽农业科学,2015,43(3):10-11.

[12] 张守仁.叶绿素荧光动力学参数的意义及讨论[J].植物学通报,1999,16(4):444-448.

[13] 王可玢,许春辉,赵福洪,等.水分胁迫对小麦旗叶某些体内叶绿素a荧光参数的影响[J].生物物理学报,1997,13(2):273-278.

[14] 贺立红,贺立静,梁红.银杏不同品种叶绿素荧光参数的比较[J].华南农业大学学报,2006,27(4):43-46.

[15] 李雪芹,徐礼根,金松恒,等.4种草坪草叶绿素荧光特性的比较[J].园艺学报,2006,33(1):164-167.

[16] 李畅,苏家乐,刘晓青,等.一品红不同品种叶片叶绿素荧光特性比较[J].园艺学报,2009,36(10):1 519-1 524.

[17] 郑蓉,郑维鹏,郑清芳,等.观赏竹叶绿素荧光特性的比较研究[J].福建林学院学报,2008,28(2):146-150.

[18] 郑蓉,黄耀华,连巧霞,等.刚竹属13个竹种叶绿素荧光特性比较[J].江西农业大学学报,2008,30(2):263-267.

[19] 何炎红,郭连生,田有亮.7种针阔叶树种不同光照强度下叶绿素荧光猝灭特征[J].林业科学,2006,42(4):27-31.

[20] 任士福,史宝胜,王志彦,等.果用型银杏品种叶绿素荧光特性的研究[J].河北农业大学学报,2002,25(2):38-41.

[21] 郑淑霞,上官周平.8种阔叶树种叶片气体交换特征和叶绿素荧光特性比较[J].生态学报,2006,26(4):1 080-1 087.

(责任编辑：朱宝昌)

Comparison of Chlorophyll Fluorescence Characteristics in Leaves of Different Peach Cultivars

GUO Xuemin1, LIU Jianzhen2, LI Na1, XIAO Xiao2, ZHANG Libin2

(1 College of Life Science & Technology; 2 College of Horticulture Science & Technology; Hebei Normal University of Science & Technology, Qinhuangdao Hebei, 066600, China)

The chlorophyll fluorescence technique was used to measure the light-dependent Chlorophyll fluorescence characteristics of leaves in seven peach cultivars, including ‘21stcentury’, ‘96-3-4’, ‘Huayu’, ‘Nongzi 6’, ‘Ruihongyizhi’, ‘Yingshuang’ and ‘Zaoxialu’. The results indicated that the changing trend of relative electron transport rate [r(ETR)], the effective quantum yield of PSⅡ [Y(II)] and photochemical quenching (qP) were identical under the photosynthetically active radiation (PAR) from 0 to 1856 μmol·(m2·s)-1, which increased in the order: ‘96-3-4’, ‘21stcentury’, ‘Huayu’, ‘Ruihongyizhi’, ‘Nongzi 6’, ‘Yingshuang’, ‘Zaoxialu’. The values of maximal fluorescence (Fm),Y(II),r(ETR) of ‘96-3-4’ were higher than those of the other cultivars. All those suggested that the photosynthetic physiological function of ‘96-3-4’ was the best, and that of ‘Yingshuang’ and ‘Zaoxialu’ the worst.

peach; chlorophyll fluorescence; light response curve

10.3969/J.ISSN.1672-7983.2016.02.002

河北省自然科学基金项目(项目编号：C2014407077)。

2016-04-05; 修改稿收到日期: 2016-05-11

S662.101

A

1672-7983(2016)02-0011-05

郭学民(1965-)，男，教授，博士，硕士研究生导师。主要研究方向：植物结构生理学。