基于叶绿素荧光技术的日本荚蒾最佳扦插条件研究

陈献志，王宝党，刁 硕，胡 蔚，张馨月，章嘉磊，吕洪飞

（1.临海市农业林业局，浙江 台州 318000；2.浙江理工大学 生命科学学院，浙江 杭州 310018）

基于叶绿素荧光技术的日本荚蒾最佳扦插条件研究

陈献志1，王宝党1，刁 硕2，胡 蔚2，张馨月2，章嘉磊2，吕洪飞2

（1.临海市农业林业局，浙江 台州 318000；2.浙江理工大学 生命科学学院，浙江 杭州 310018）

扦插繁殖是植物重要的营养繁殖方式之一，但很难快速确定其最佳的扦插条件. 利用叶绿素荧光仪检测不同IAA浓度处理及不同温度条件下的日本荚蒾扦插苗的叶绿素荧光参数的变化进行研究. 结果表明，日本荚蒾的非循环电子传递速率及非光化学淬灭系数随光照强度的增加而增加，最终保持稳定；光化学焠灭系数随着光照强度的增加而降低，最终趋于稳定；不同温度和IAA浓度处理，各项叶绿素荧光参数变化存在差异. 结论：日本荚蒾最佳扦插条件为20 ℃、IAA激素浓度为0.1%；叶绿素荧光技术可作为快速确定植物最佳扦插条件技术.

日本荚蒾；扦插；叶绿素荧光；温度；IAA；ETR；qP

日本荚蒾（Viburnum japonicum）为忍冬科荚蒾属常绿灌木，中国—日本间断分布，在国内仅浙江台州临海的部分区域分布，属濒危植物. 该植物花型优美，且大多生长于肥沃湿润的环境，具有强抗干旱性、抗盐碱性，因此，具有开发成景观园林植物的潜力. 但由于胚芽与胚轴的双重休眠机制［1-3］，其种子一般在第二年萌发，这阻碍了该植物作为景观园林植物进行广泛栽培. 目前，日本荚蒾大多数为野生种，结果少，人工栽培少，导致种苗不足，绿化苗木缺失. 在植物栽培中，扦插繁殖具有以下优点：周期短、操作简单、成活率高，可以进行批量生产，因此，开展对该植物扦插实验的研究在生产实践有着重要的意义. 植物叶绿素荧光动力学是植物光合机理研究过程中的重要内容［4］，本研究通过对日本荚蒾叶绿素荧光特性的研究，能够无损伤判断植物生理状态，可为日本荚蒾扦插的条件筛选提供理论依据，同时，也为其他经济植物扦插筛选最佳条件研究提供一种新方法.

1 材料与方法

1.1 材料

选取临海市林业局苗圃栽培的日本荚蒾植株. 剪取长势良好、无病虫害的枝条截成插穗，下切口呈45°斜面，剪口位于腋芽下1 cm左右. 基质采用园土+河沙（3∶1），扦插前2 d用0.1%高锰酸钾溶液对基质进行消毒后晾干. 选取两个节间长度截取插穗，在8~13 cm之间. 用木棒在基质中扎合适深度的孔，将插穗放入孔中，压实周围的基质. 扦插完成后浇透水使基质和插穗充分接触.

1.2 实验方法

选用生根剂IAA（吲哚乙酸）处理，设置4个浓度分别为0.01%，0.05%，0.1%，0.2%，放置于不同温度的培养箱中，分别为20 ℃恒温、25 ℃恒温、30 ℃/20 ℃变温. 扦插之前用不同浓度的IAA浸泡插穗基部5~6 s. 每个处理设3个重复，每个重复扦插5根枝条. 利用便携式调制叶绿素荧光仪Mini-PAM（Walz，Germany）测定叶绿素荧光参数，测定在浙江理工大学的培养箱内生长超过3个月的日本荚蒾扦插苗叶片.每次测定前叶片均经过暗适应30 min［5］. 记录叶片经过暗适应后的最小荧光值（Fo）、最大荧光值（Fm）、光系统II最大量子产量（Fv/Fm）、电子传递速率（ETR）、光化学淬灭系数（qP）和非光化学淬灭系数（NPQ）.

2 结果与分析

2.1 不同浓度IAA对日本荚蒾叶绿素荧光参数的影响

图1为不同浓度IAA处理后，日本荚蒾叶片表现出的在不同光强下叶绿素荧光参数的变化曲线. 图1

（a）显示在低光强下（PAR在0~200 μmol·m-2·s-1之间），不同激素处理下的电子传递速率差异不明显，当PAR值超过200 μmol·m-2·s-1时，随着光强的增加，出现不同程度的差异. 光强越高，差异越明显. 激素浓度为0.1%的日本荚蒾叶片的ETR增加速率显著高于其他3种激素浓度处理的日本荚蒾叶片，4种处理下的日本荚蒾叶片的ETR均在PAR在达到500 μmol·m-2·s-1左右受到抑制开始平缓下降，最后趋于平衡.

从图1（b）中可以看出4种激素处理后的日本荚蒾的qP随着光强的增加迅速下降然后趋于平缓，其中激素浓度为0.1%的日本荚蒾叶片的光化学淬灭系数明显高于其他3种浓度；图1（c）显示4种激素处理的日本荚蒾叶片的非光化学淬灭（NPQ）均随着光照强度的增加不断增加，但是激素浓度为0.01%的日本荚蒾叶片在PAR大于200 μmol·m-2·s-1后上升更为明显，其值显著高于其他几种激素处理的日本荚蒾叶片.

2.2 不同温度对日本荚蒾叶绿素荧光参数的影响

图2为经过不同温度培养以后，日本荚蒾叶片的叶绿素荧光参数随光强变化的曲线. 图2（a）显示在低光强下（PAR在0~100 μmol·m-2·s-1之间），不同温度之间的非循环电子传递速率（ETR）没有明显差异，但在高光强下（PAR在100~500 μmol·m-2·s-1之间），温度为20 ℃的日本荚蒾叶片的ETR不断升高，反映了20 ℃下培养的日本荚蒾具有较强的光合潜力. 当PAR超过500 μmol·m-2·s-1后ETR基本保持平衡.

图2（b）显示qP随着光强的增加而降低，20 ℃培养下的qP下降幅度明显低于另外两种，另外两种下降趋势基本保持一致；图2（c）显示非光化学淬灭系数（NPQ）出现较为明显的差异，其中25 ℃下培养的日本荚蒾叶片的NPQ增幅最大，变温条件下的NPQ增幅最小，表明其用于光合作用的光能高于其他两种处理.

图1 不同激素浓度条件下日本荚蒾叶绿素荧光参数的比较

3 讨论

植物光合作用受生长的环境条件，如水分、温度、光照强度等影响［6］. 环境条件通过改变植物内部生理生化活动从而影响光合作用的进行. 叶绿素荧光作为研究植物生理条件变化的重要指标，广泛应用于植物生理生化检测的诸多方面. 叶绿素荧光测定具有简单快速高效等特点，已广泛应用于评估水果果实成熟度、确定水果最佳采收期等方面，并且可以对果实发育中总酚、总黄酮等成分含量的变化进行非破坏性研究［7-9］. 不仅如此，叶绿素荧光技术还具有监测病虫害及环境胁迫影响方面的功能［10-11］，并被科研工作者广泛应用.

本实验将叶绿素荧光作为探针对经过不同处理的日本荚蒾的生理生化等特性进行研究，结果发现，在相同温度条件下，经过0.1%激素处理的日本荚蒾的ETR、qP高于其他3种激素处理的日本荚蒾，但是在低光照条件下不同激素处理的日本荚蒾光抑制能力并无显著变化；在高光强下0.1%激素处理的日本荚蒾比其他3种具有更高的ETR、qP值. 非循环电子传递速率（ETR）反应了实际光强下的表观电子效率［12］. 光化学淬灭系数（qP）是PSII天线色素吸收的光能用于光化学电子传递的份额，代表PSII反应中心开放的比率［13］. 实验结果表明0.1%激素处理的日本荚蒾PSII反应中心原初电子受体QA库相对较大，使PSII反应中心开放的比列增大，这必然相应地降低不能稳定电荷分离和不能参与光合电子传递的PSII反应中心关闭的比例，从而使光线色素所捕获的光能以更高比例用于推动光合电子传递，促进电子传递能力的提高，这将有助于为光合碳同化提供更多的能量（ATP）和还原力（NADPH），形成更多的光合成产物［14］. 非光化学淬灭系数（NPQ）反映了植物将多余光能转化为热的能力，对植物光合起到自我保护的作用［15］. 在强光下都显示了较高的非化学淬灭，说明阻碍了植物更高效地利用所捕获的光能及更有效地用于光合作用，使日本荚蒾在强光条件下能更好地避免强光对系统的损伤，光合生理运转受抑制，这符合植物光合机构的自我保护机制.

在相同的激素条件下，恒温20 ℃培养箱内培养的日本荚蒾，其非循环电子传递效率明显高于其他处理条件的日本荚蒾，反映叶片具有较高的光合潜力；其光化学淬灭系数不断降低但相对缓慢，说明随着光照强度的增加，进行光合作用的电子逐渐减少，PSⅡ反应中心受体QA可能逐渐呈现为还原态，其反应中心开放部分比例也随着光照强度的增加而下降，从而关闭部分比例相应提高了，呈现关闭状态的PSⅡ反应中心则很难进行稳定的电荷分离，因此不能参与光合电子的线性传递. 随着光照强度的增加，叶片的非光化学淬灭系数NPQ增大. 在相同条件下，NPQ越高，qP越低，植物捕获的光能用于光合作用的效率降低，表明叶片以热耗散方式释放的能量增加，用于光合作用的能量减少.

图2 不同温度条件下日本荚蒾叶绿素荧光参数的比较

4 结论

本文以植物体内叶绿素荧光作为天然探针，来检测不同激素处理和培养温度下的日本荚蒾扦插苗叶片的光合荧光特性，并考察日本荚蒾扦插苗的活性. 本文的实验研究表明，在恒温20 ℃，0.1%激素处理条件下，日本荚蒾植株具有较好的光合生理功能，适宜生长，这也与海边昼夜温差较小、海岛植物生长在相对恒温环境的习性相符合. 这些结果可为日本荚蒾的栽培及生长条件的选择提供理论依据，同时也可为植物最佳扦插条件的快速无损判断提供新思路和新方法.

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Abstract:Cutting propagation is one of the important vegetative breeding methods of plants, but it is difficult to quickly determine its optimal cutting conditions. The chlorophyll fluorescence parameters of V.japonicum were studied by chlorophyll fluorescence spectrometry at different IAA concentrations and different temperature conditions. The results showed that the non-cyclic electron transport rate and non-photochemical quenching coefficient of V.japonicum increased with the increase of light intensity, and finally remained stable. The photochemical quenching coefficient decreased with the increase of light intensity, and finally stabilized. At different temperatures and IAA concentration, the chlorophyll fluorescence parameters were different. Therefore, the conclusion was reached that the best cutting conditions of V.japonicum were 20 ℃, that IAA hormone concentration was 0.1%, and that chlorophyll fluorescence technique could be used as a technology to determine the best cutting conditions.

Key words:Viburnum japonicum; cuttings; chlorophyll fluorescence; temperature; IAA; ETR; qP

The Rapid Determination of Optimum Cutting Conditions of Viburnum japonicum by Chlorophyll Fluorescence Technique

CHEN Xianzhi1, WANG Baodang1, DIAO Shuo2, HU Wei2, ZHANG Xinyue2, ZHANG Jialei2, LU Hongfei2
(1. Linhai Municipal Bureau of Agriculture and Forestry, Taizhou 318000; 2. College of Life Sciences, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

Q945.51

A

1008-2794（2017）04-00100-04

2017-05-20

吕洪飞，教授，博士，研究方向：植物学、食品科学和食品工程，E-mail：luhongfei0164@163.com.