毛竹快速生长期的叶绿素荧光参数特征

周哲宇，徐 超，胡 策，王海湘，梁谢恩，张汝民,2，温国胜,2

（1.浙江农林大学 林业与生物技术学院，浙江 杭州 311300；2.浙江农林大学 省部共建亚热带森林培育国家重点实验室，浙江 杭州311300）

叶绿素荧光与光合作用中各个反应过程密切相关，植物体内的叶绿素荧光信号能够快速灵敏地反映植物光合生理状况。与 “表观性”的气体交换指标相比，叶绿素荧光参数更具 “内在性”的特点［1－3］。目前，植物叶片叶绿素荧光特性已经被广泛应用到植物光合机制和逆境生理等研究领域［4－5］。毛竹Phyllostachys edulis属禾本科 Gramineae植物，广泛分布于中国南方亚热带地区。中国毛竹林面积已达270万hm2，是中国竹类植物中分布最广、面积最大的竹种［6］。毛竹有着与其他树种不同的生长方式即 “爆发式生长”［7］。 “爆发式生长”又称快速生长，指毛竹出笋后的伸长生长，从3月底开始约60 d内，从笋长成10 m以上的竹秆。为探讨毛竹快速生长的机制，从毛竹不同生长期的蒸腾速率、气孔导度、水分利用关系、器官变化、水势变化及液流特征和环境因子的关系等方面进行了研究［8－11］，但是针对毛竹快速生长期的叶片叶绿素荧光参数的研究较为匮乏。本研究测定了毛竹快速生长不同时期叶片叶绿素荧光参数，分析其变化规律，试图探究毛竹快速生长与毛竹叶片叶绿素荧光参数之间的关系，为揭示毛竹快速生长机制提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验地概况与实验材料

实验地位于浙江省杭州市临安区东部的青山镇研里村（30°14′N，119°42′E）的浙江农林大学毛竹生理生态监测定位站。实验地地处低山丘陵区，海拔为48～50 m。属中亚热带季风气候，光照充足，雨水充沛。年平均气温为15.9℃，全年降水量为1 427.0 mm，全年日照时数为1 920.0 h。选取实验地竹林向阳方向，长势良好的1年生和2年生毛竹各2株，搭建观测塔，选取林冠中层健康完好的叶片测定叶绿素荧光参数。

1.2 实验方法

1.2.1 毛竹年龄的确定 通过对毛竹外部特征（枝痕个数、基部笋箨、皮色、白粉环和附着物等）的观察，并结合当地竹农的意见，确定毛竹年龄进行，作标记。

1.2.2 叶绿素荧光的测定 从2016年3月底开始，每月选择天气晴朗，光照较好的一天，利用PAM-2100型荧光仪对选取的实验地毛竹叶片进行叶绿素荧光测定。在8：30－16：30，2 h测定1次，重复4次·株－1。叶片经过30 min暗适应后测定初始荧光产量（Fo），最大荧光产量（Fm），最大光化学量子产量光系统Ⅱ（PSⅡ）的最大光化学效率（Fv/Fm）。在自然光下适应30 min，当荧光基本稳定时测定实际光化学量子产量（Yield）， 光下最大荧光（Fm′）。 计算出可变荧光（Fv）， PSⅡ潜在光化学效率（Fv/Fo）， 非光化学猝灭系数（qNP）。

1.3 数据处理

取2016年3月25日，4月18日，5月11日的毛竹叶片叶绿素荧光数据分别作为毛竹快速生长前期、中期、后期的叶片叶绿素荧光数据。利用SPSS 19.0对不同生长期不同竹龄的毛竹叶绿素荧光参数进行单因素方差分析（one-way ANOVA），使用最小显著性差异（LSD）法进行多重比较。用Excel制图。

2 结果与分析

2.1 不同生长期不同竹龄毛竹叶片Fv/Fm日变化

Fv/Fm指最大光化学效率，是用来研究植物逆境响应的重要参数，主要用于判断植物是否受到了光抑制。Fv/Fm在非胁迫下变化极小，且不受物种和生长条件影响，在受到胁迫的情况下Fv/Fm显著降低［7］。 正常情况下植物叶片 Fv/Fm的数值为 0.75～0.85［12］。

不同生长期不同竹龄毛竹的Fv/Fm如表1所示。在同一生长期内，毛竹叶片的Fv/Fm测定值无明显日变化。毛竹叶片在快速生长的前期和中期Fv/Fm测定值均低于0.75，表明在这一阶段毛竹叶片受到了环境胁迫。在同一生长期内，不同竹龄毛竹叶片的Fv/Fm测定值差异显著。不同生长期毛竹叶片的Fv/Fm测定值均为1年生毛竹＜2年生毛竹。表明2年生毛竹叶片在快速生长期内有更高的光能利用率。不同生长期内，同一竹龄毛竹叶片的Fv/Fm测定值均为前期＜中期＜后期。不同生长期对同一竹龄毛竹叶片Fv/Fm影响达到了显著水平（P＜0.05）。反映在整个生长期内，毛竹叶片光能利用率后期最强，中期居中，前期最弱，2年生毛竹大于1年生毛竹。

表1 不同生长期毛竹叶绿素参数Fv/Fm日变化Table 1 Diurnal changes of Fv/Fmof Phyllostachys edulis in different growth stages

2.2 不同生长期不同竹龄毛竹叶片Fv/Fo日变化

Fo表示PSⅡ反应中心全部开放式即原初电子受体全部氧化时的荧光水平，理论上用来指反应中心未能发生光化学反应时的叶绿素荧光。Fv/Fo常用来度量PSⅡ的潜在光化学效率，它对环境引起的变化比Fv/Fm更加敏感。毛竹快速生长期不同时期的Fv/Fo测定值见表2。在毛竹快速生长期的不同时期，毛竹叶片Fv/Fo值无明显日变化，表明在同一时期实验区的环境较为稳定无明显变化。

在不同生长期内，毛竹叶片的Fv/Fo的差异均达到显著水平（P＜0.05），呈现为前期＜中期＜后期。在同一生长期内，不同竹龄毛竹叶片Fv/Fo差异显著。在毛竹快速生长的前期、中期、后期，2年生毛竹叶片Fv/Fo均大于1年生毛竹。表明2年生毛竹叶片对环境胁迫有着更强的适应性。

表2 不同生长期毛竹叶绿素参数Fv/Fo日变化Table 2 Diurnal changes of Fv/Foof Phyllostachys edulis in different growth stages

2.3 不同生长期不同竹龄毛竹叶片Yield日变化

实际光化学量子产量（Yield）是指植物光合作用下PSⅡ总的光化学量子产量，它一定程度上反映了PSⅡ反应中心在部分关闭情况下的实际原初光能捕获效率［10－11］。较高的Yield值代表了更高的光能转换效率，能够为植物暗反应的光合碳同化积累更多的能量，促进碳同化的高效运转和有机物的积累［13］。

从表3可以看出：不同生长期毛竹叶片的Yield值，从8：30开始随着时间推移不断降低，在14：30达到最低点并开始回升。多重比较表明，2种竹龄的毛竹叶片在毛竹快速生长的不同时期，其实际光化学量子产量存在显著差异（P＜0.05）。在同一生长期中，2年生毛竹的Yield值均大于1年生毛竹，表明2年生毛竹的光合转化率要优于1年生的毛竹。在毛竹快速生长的不同阶段，不同竹龄毛竹的Yield值均为前期＜中期＜后期，反映了毛竹叶片光能利用率随着毛竹的快速生长而提高。这变化规律与毛竹Fv/Fm和Fv/Fo基本保持一致。

2.4 不同生长期不同竹龄毛竹叶片qNP日变化

非光化学猝灭系数（qNP）反映PSⅡ吸收的光能中不能用于光合电子传递而是以热的形式耗散掉的光能部分，是表示热耗散多少的指标［14］。

表3 不同生长期毛竹叶绿素参数Yield日变化Table 3 Diurnal changes of Yieldof Phyllostachys edulis in different growth stages

不同生长期不同竹龄毛竹叶片qNP日变化见表4。毛竹不同生长期内，叶片qNP从8：30开始随着时间推移不断升高，峰值出现在12：30至14：30，之后逐渐下降。这主要是因为随着光照强度的增加，叶片把吸收的光能较多地转化到热耗散，用于光化学反应上的能量随之减少。

在同一生长期内，不同竹龄的毛竹qNP差异不显著。在毛竹快速生长的前期、中期、后期，毛竹叶片qNP呈现出先下降后上升的规律，不同竹龄毛竹叶片qNP均为中期＜后期＜前期。这说明在毛竹快速生长的中期，毛竹叶片能更充分地利用吸收的光能进行光合作用，光合利用率更高。

表4 不同生长期毛竹叶绿素参数qNP日变化Table 4 Diurnal changes of qNPof Phyllostachys edulis in different growth stages

3 结论与讨论

通过叶绿素荧光参数可以了解毛竹光合作用的内在特征，Fv/Fm，Fv/Fo，Yield这3个参数一般被认为是判断植物光合作用大小的重要依据。张其德等［15］研究表明：这3个参数之间具有很好的一致性。本研究表明：在毛竹快速生长的不同时期，毛竹叶片叶绿素荧光参数变化明显，随着毛竹的快速生长，不同竹龄的毛竹叶片Fv/Fm，Fv/Fo，Yield均显著上升，显示毛竹PSⅡ反应中心的开放程度、PSⅡ潜在光化学效率和最大光化学效率均得到了提升。由此可以判断：毛竹快速生长的不同时期，毛竹叶片的光合作用能力为前期＜中期＜后期。毛竹快速生长前期，由于气温较低，毛竹叶片易受到环境胁迫，低温对毛竹叶片PSⅡ反应中心内禀光能转化效率产生了可逆性的胁迫影响，使毛竹叶片Fv/Fm低于正常值，光化学效率降低［16］。毛竹快速生长的中期，后期，气温回升，低温胁迫消失，毛竹叶片PSⅡ反应中心内禀光能转化效率得到了显著的提升，毛竹的光合作用能力增强。实验结果显示：PSⅡ潜在活性（Fv/Fo）和Fv/Fm的变化规律基本一致，推测环境因素在这一阶段对毛竹的光合作用能力有着显著影响。

对不同竹龄毛竹的叶绿素荧光参数研究发现，2年生竹比1年生竹有着更强的光合作用能力。这是因为2年生竹需要为幼竹的生长提供大量的有机物质。叶淑贤等［17］和施建敏等［18］对毛竹光合作用季节变化规律进行了研究，证明在快速生长过程中老竹会为新竹提供一部分生长所需的营养物质。说明2年生竹为了满足新竹的需要，加强了其光合作用效率。

在毛竹快速生长期的不同时期，非光化学猝灭系数（qNP）先降低后升高。植物叶片在吸收光能之后一般有3种利用途径：一种是以热量耗散的部分，一种是用于光化学反应的部分，还有一种是反应中心由非光化学反应耗散的能量［19］，光合作用和热耗散的变化会引起相应的荧光变化［20］。在毛竹快速生长初期，毛竹光合作用能力较弱，吸收的光能更多被用于热耗散，因此qNP较高。随着毛竹的快速生长，毛竹光合作用能力增强，光能转化效率提升，qNP也因此降低。在毛竹快速生长的后期，因为气温升高，光照强度增强，植物通过增加对吸收光能的利用和耗散避免过量光对光合机构造成伤害［21］，因此毛竹的qNP上升。

结合张守仁［2］和温国胜等［3］对叶绿素荧光参数的研究，证明叶绿素荧光参数反映了植物的光合作用能力。毛竹的快速生长和其本身的光合作用能力有着密切的关系，这种关系在毛竹快速生长的中后期尤为明显。毛竹快速生长的中后期是毛竹生长最快的时期，可以认为毛竹光合作用能力的增强是毛竹快速生长的重要因素。

本研究仅对1～2年生毛竹的叶绿素荧光参数进行了研究。今后可以进一步从环境因素、毛竹竹龄等影响因素来探求它们和毛竹叶绿素荧光参数之间的深层联系，进一步深入分析毛竹快速生长的生理机制。

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