高温下猕猴桃光合作用和叶绿素荧光特性的日变化

钟 敏，张文标，邹梁峰，黄 清，陈 璐，黄春辉，陶俊杰，徐小彪*

(1.江西农业大学 林学院，江西 南昌 330045；2.江西农业大学 猕猴桃研究所，江西 南昌 330045)

猕猴桃是一种较不耐高温的藤本果树，气温达35 ℃时，叶片和果实就易遭受高温伤害发生灼伤现象，影响果实的着色和产量[1]。随着“温室效应”的加剧，我国7、8月份室外最高温长期超过38 ℃，部分地区达40 ℃以上。在高温胁迫下众多细胞机能被抑制或激发，其中光合作用对高温胁迫最敏感[2]。高温对植物光合作用产生一定的抑制作用，严重时会破坏光合机构，导致气孔关闭，光合作用的相关酶钝化或变性，降低光合速率，碳素代谢失调[3]。叶绿素荧光指标包含光合作用过程中重要的信息，如光能的吸收和转化、能量转运和PSⅡ反应中心的活性等，在植物光合作用与环境关系的研究中起着重要作用。很多学者对植物高温胁迫下光合特性进行研究，如棉花[4]、芝麻[5]、葡萄[6]、银杏[7]和水稻[8]等，目前光合特性研究已成为鉴定评价作物抗逆能力的关键技术之一。猕猴桃对高温胁迫的应答反应研究较少，在高温环境下光合作用和叶绿素荧光日变化的研究未见报道。据此，本文拟从夏季田间高温环境下毛花猕猴桃 ‘赣猕6号’，中华猕猴桃‘红阳’、‘金艳’和美味猕猴桃‘金魁’叶片的叶绿素荧光指标、Pn、Tr、Ci和Gs日变化，研究猕猴桃在高温环境下光合作用的变化，为猕猴桃抗热栽培及耐热机理研究提供理论依据，并为猕猴桃耐热资源的开发利用提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料

供试材料采自江西省奉新县猕猴桃研究所内种植的盛果期毛花猕猴桃‘赣猕6号’、中华猕猴桃‘红阳’和‘金艳’以及美味猕猴桃 ‘金魁’。在夏季田间持续高温38 ℃以上1周后，于2016年8月16日、17日、18日连续3 d分别于08:00(温湿度：36 ℃，61.3%)、10:00(38.8 ℃，57.6%)、12:00(41.5 ℃，47.3%)、14:00(42.6 ℃，42.9%)、16:00(41.4 ℃，43.9%)和18:00(36.4 ℃，57.3%)，取猕猴桃当年生枝条[基部直径为(0.8±0.3)cm]，近基部的1/3长度处第6～8片成熟功能叶进行光合作用和叶绿素荧光参数测定，每棵树测定东、南、西、北各3根枝条，每个品种重复3株。

1.2 方法

样叶用便携式光合仪LI-6400XT(北京力高泰科技有限公司)测定，测定指标包括Pn(μmol·m-2·s-1)、Gs(mol·m-2·s-1)、Tr(mmol ·m-2·s-1)和Ci(μmol·mol-1)，结果取10次及以上测定值的平均值；叶绿素荧光参数采用便携式调制荧光仪MINI-PAM-II(上海泽泉科技股份有限公司)测定。测定Fo、Fm、Fv/Fm、qP、qN、ETR(μmol·m-2s-1)、Yeild、Y(NPQ)和Y(NO)。根据公式计算可变荧光(Fv，Fv=Fm-Fo)、Fm/Fo(最大荧光与最小荧光比)、Fv/Fo(PSⅡ的潜在活性)，每片叶片数值均记录10次。

1.3 数据处理与分析

数据的处理和图表的制作采用Excel 2007进行。使用 SPSS Statistics17统计软件对植株的光合作用和叶绿素荧光参数进行方差方析。

2 结果与分析

2.1 夏季田间高温下猕猴桃叶片Pn和Ci的日变化

夏季高温下，4个猕猴桃品种的Pn日变化与Ci日变化分别如图1和2所示。4个猕猴桃品种的叶片Pn日变化趋势一致，都是先上升后下降，呈单峰曲线变化，其峰值均出现在12:00，此时‘赣猕6号’Pn值为20.76 μmol/(m2·s)，高于其它品种。08:00—12：00为净光合速率快速上升阶段，12：00后净光合速率下降。4个猕猴桃品种的Ci是08：00较高，12：00时最低，傍晚最高。在16:00—18:00时，‘赣猕6号’积累CO2最多，其他3个品种无显著差异。

图1 猕猴桃叶片的净光合速率的日变化Fig.1 Diurnal changes of the net photosynthetic rate in leaves of kiwifruit

图2 猕猴桃叶片的胞间CO2浓度的日变化Fig.2 Diurnal changes of intercellular CO2 concentration in leaves of kiwifruit

2.2 夏季高温下猕猴桃气孔导度和蒸腾速率的日变化

4个猕猴桃品种叶片Gs和Tr在08：00—12：00呈上升趋势，在12：00—18：00呈下降趋势(图3，图4)经历高温后，猕猴桃品种‘赣猕6号’Gs和Tr值均保持最低，与其他品种有显著差异。

图3 猕猴桃叶片的气孔导度的日变化Fig.3 Diurnal changes of stomatal conductance in leaves of kiwifruit

图4 猕猴桃叶片的蒸腾速率的日变化Fig.4 Diurnal changes of transpiration rate in leaves of kiwifruit

2.3 夏季高温猕猴桃叶Fo、Fm、Fv/Fm与Fv/Fo的日变化

由图5可知，4个猕猴桃品种叶片的Fo呈现先上升后下降的趋势；Fm变化趋势一致，都在08：00—10：00和14：00—16：00上升，其余阶段下降。 ‘红阳’的Fm变化幅度最大，‘金魁’其次，‘赣猕6号’变化最平缓；Fv/Fm和Fv/Fo都在08：00—10：00和14：00—16：00上升，在10：00—14：00和16：00—18：00下降。

图5 猕猴桃叶片的Fo、Fm、Fv/Fm以及Fv/Fo的日变化Fig.5 Diurnal changes of Fo,Fm,Fv/Fm and Fv/Fo in leaves of kiwifruit

2.4 夏季高温下猕猴桃叶片Y(NPQ)、Yeild、qN、ETR、qP以及Y(NO)的日变化

4个猕猴桃品种叶片的叶绿素荧光参数如图6所示，其ETR变化趋势一致，先上升后降低再上升，‘赣猕6号’和‘金艳’叶片的ETR变化较为缓慢。 在高温胁迫期间(12：00—14：00)，‘赣猕6号’的qP值在4个猕猴桃品种中最高，‘红阳’最低。‘红阳’、‘金艳’叶片的qN在08：00—12：00迅速升高，在14：00—16：00显著降低，‘赣猕6号’和‘金魁’变化较平缓。4个猕猴桃品种叶片的Yeild值先降低后上升，在14：00处于最低，其中‘赣猕6号’降幅最小。4个猕猴桃品种叶片的Y(NPQ)呈现与Yeild相反的变化，在08：00—14：00这段升温期增加，在14：00—18：00降低。‘赣猕6号’变化平缓，其他3种猕猴桃变化幅度较大。4个猕猴桃品种叶片的Y(NO)日变化较为平缓。

3 讨论与结论

有研究者认为植物Pn、Ci和Tr显著相关[9]。4个猕猴桃品种Pn、Gs和Tr均随着日气温的变化，呈单峰曲线变化。上午温度逐渐升高，光合作用速度加快，气孔开度加大，蒸腾作用增强，叶肉细胞中的二氧化碳被固定，因此Ci降低。12:00后，Pn、Gs和Tr均出现下降的趋势，Ci同时升高。在高温胁迫下，气孔开度的限制和叶肉细胞活性下降2种原因均会造成植物叶片光合速率降低[10]。Pn与Ci同时降低，说明猕猴桃叶片光合速率降低的原因主要是气孔开度下降。猕猴桃在田间高温下通过提高蒸腾作用来降低植物温度，是对高温胁迫的一种响应机制[11-12]，但短期的高温可能使猕猴桃植株进入休眠状态，降低Pn、Gs和Tr，以提高植株在逆境下的生存率，与前人的研究结果相似[13-16]。

图6 猕猴桃叶片的Y(NPQ)、Yeild、qN、ETR、qP以及Y(NO)的日变化Fig.6 Diurnal changes of Y(NPQ),Yeild,qN,ETR,qP and Y(NO) in leaves of kiwifruit

叶绿素荧光动力学参数是快速反映叶片光合机构工作情况的有效工具，被广泛应用于高温胁迫的有关研究中[17-18]。本试验中38.8 ℃以上高温可诱导猕猴桃叶片Fo上升，原因可能是高温迫使PSⅡ反应中心失活，也可能是高温诱导光天线到反应中心之间的能量传递受阻[19-20]。在非胁迫条件下，植物Fv/Fm最大值保持在0.832左右[13]，在高温时段中所有猕猴桃品种的Fv/Fm均低于此值，同时Fv/Fo、ETR均有降低现象，在14：00达最低，表明PSⅡ反应中心光化学转换效率下降。另一方面在较高温度胁迫下，猕猴桃叶片的Yeild显著降低，qN和Y(NPQ)上升，说明高温胁迫下猕猴桃叶片中的光能热耗散增加，有利于猕猴桃叶片耗散过剩的光能，维护PSⅡ的稳定性，来适应高温[21-23]。就供试的4个猕猴桃品种而言，在相同温度下，‘赣猕6号’Pn、NPQ、qN值较其他品种较高，Gs和Tr值较低，与其他品种有显著差异，表明其利用太阳光的能力较强且具有相对较低的蒸腾作用；‘赣猕6号’Fo、Fm和qN在全天变化幅度最小，说明‘赣猕6号在高温下光合中心较为稳定。

综上所述，高温胁迫导致气孔的闭合从而限制了猕猴桃的光合作用，在高温下猕猴桃通过提高蒸腾及加强热耗散来进行调节。高温胁迫下的猕猴桃叶片中，叶绿素荧光特性指标中的Fo、Y(NPQ)和qN升高，Fm、Fv/Fm、Fv/Fo、ETR、Yeild降低，Y(NO)保持稳定。这表明猕猴桃叶片PSⅡ反应中心在高温下其捕光天线或反应中心结构发生了变化，光化学转化效率降低，同时抑制了PSⅡ的电子传递。具体机制如何还需要对该材料进行更深入的研究。 毛花猕猴桃‘赣猕6号’在高温环境中具有较高的光合速率和较低的蒸腾速率，光合中心较为稳定，在4个猕猴桃品种中综合表现最好。植物虽然可以通过自身的调节使受伤害的程度降至最低，实现植株的自我保护，但随着温度持续升高和胁迫时间延长，必将打破生理平衡，除选育耐热性良好的品种以外，遮荫可能是防止猕猴桃叶片受到热伤害的有效措施。

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