白花丹参和紫花丹参叶绿素荧光日变化比较研究

孙文帅，秦宁，王菲，张秀婷，衣凌飞，祝丽香

（山东农业大学农学院，山东 泰安 271018）

丹参（Salvia miltiorrhiza Bunge）根入药，是治疗心血管疾病的常用中药。丹参广泛用于治疗冠心病、高血脂、高血压、心肌梗塞、脑梗塞、脉管炎等疾病，疗效显著，因此丹参市场需求量不断增加。为提高丹参的产量和品质，研究人员对丹参栽培技术进行深入研究。作物的光合性能与其生长和生产力水平密切相关，而叶绿素荧光与光合作用紧密相关，植物的叶绿素荧光参数反映植物光合作用与环境之间的关系，能灵敏地反映植物光合生理特性，具有“内在性”的特点[1]。植物光合能力的差异可以通过一系列光合和荧光指标综合反映[2]。贺立红等[3]研究银杏荧光变化发现，品种间叶绿素荧光参数存在显著差异。金银花[4]、厚朴[5]、女贞[6]等药用植物同样存在不同品种间叶绿素荧光参数间的差异，并将研究结果用于高光效药用植物品种的筛选。目前，丹参的种植品种主要有紫花丹参（S.miltiorrhiza Bunge）和白花丹参（S.miltiorrhiza Bunge var alba C.Y.）。在生产上，紫花丹参产量普遍高于白花丹参。薛永锋[7]、钟国成[8]分别对紫花丹参的光合速率、光合日变化进行了研究，但未涉及白花丹参和紫花丹参叶绿素荧光比较方面的研究。本试验选择丹参生长最快的夏季，比较白花和紫花丹参叶绿素荧光参数变化特性，旨在从叶绿素荧光参数的角度阐明紫花丹参产量高于白花丹参的原因，为丹参栽培管理提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年在山东农业大学农学实验站进行，紫花丹参和白花丹参均采用1年生种苗，按照行距30cm、株距25 cm 于4月1 日移栽，生育期内采用相同的管理措施。

1.2 叶绿素荧光参数测定方法。

2017年7月，选取生长良好的紫花丹参和白花丹参各5 株，每株选取长势均一的成熟叶片3 片标记并作为后续测定对象。2017年7月15、18、21 日晴朗天气6：00～18:00，采用便携式调制叶绿素荧光仪每隔2 h测定1 次，每叶片测定3 次。测定初始荧光产量（Fo）、最大荧光产量（Fm）、PSⅡ的最大光化学效率（Fv/Fm）、PSⅡ潜在光化学效率（Fv/Fo）、PSII实际光化学效率（PSII）、光化学猝灭系数（qP）、非光化学猝灭系数（qN）。

1.3 数据分析

利用SPSS 22.0 对丹参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 2016 进行数据整理并作图。

2 结果分析

2.1 白花丹参和紫花丹参PSII初始荧光产量和最大荧光产量日变化

PSII初始荧光产量又称为最小荧光产量，是光能从吸收到传递给PS II 反应中心色素过程中所释放的荧光。用Fo 值的变化来推测反应中心可能发生的光保护机制。白花丹参和紫花丹参的Fo 值呈单峰曲线，最大值出现在12:00（图1A）。1d 内白花丹参Fo 值始终显著高于紫花丹参，说明白花丹参叶片吸收光能以荧光发散方式耗散的比例高于紫花丹参。

Fm是PSⅡ反应中心处于完全关闭时的荧光产量，可反映通过PSⅡ的电子传递最大潜力。白花丹参和紫花丹参的Fm 值均呈“V”型变化，紫花丹参Fm 值始终高于白花丹参（图1B）。10：00～14：00 白花和紫花丹参Fm 值变化差异显著，最小值出现在12:00，此时，白花丹参Fm 值比紫花丹参低118 个单位。6:00～10:00白花和紫花丹参Fm 值略有增加，且二者差异不显著，14:00～18:00 后逐步下降，白花和紫花丹参Fm 值差异逐渐缩小。

图1 白花丹参和紫花丹参PSII 初始荧光和最大荧光日变化Fig.1 Diurnal course of Fo and Fm of S.miltiorrhiza Bunge and S.miltiorrhiza Bunge var alba C.Y.

2.2 白花丹参和紫花丹参PSⅡ光化学效率日变化

图2可知，白花丹参和紫花丹参PSII最大光化学效率、潜在光化学效率和实际光化学效率变化趋势基本相同，紫花丹参的PSII 最大光化学效率、潜在光化学效率和实际光化学效率显著高于白花丹参。

PSII的Fv/Fm 反映PSⅡ反应中心内光能转化效率，Fv/Fm 值的变化可反映植物受环境胁迫的程度。白花丹参和紫花丹参的Fv/Fm值呈双峰变化（图2A），峰值出现在8:00 和16:00，白花丹参的峰值分别为0.81和0.81，紫花丹参分别为0.84 和0.86。最小值出现在12:00，白花丹参为0.64，紫花丹参为0.74，说明12:00白花和紫花丹参发生光抑制。

PSII潜在光化学效率表示植物光合电子传递速率。白花丹参和紫花丹参的PSII 变化趋势亦呈双峰变化（图2B），峰值分别出现在8:00 和18:00，且18:00峰值显著高于8:00。白花丹参和紫花丹参Fv/Fo 值在6:00～8:00、16:00～18:00 保持稳定。8:00～16:00 白花丹参和紫花丹参Fv/Fo 值先降低后增加，最小值出现在12:00。在此期间，紫花丹参的Fv/Fo 值变化幅度显著低于白花丹参。

PSII实际光化学效率反映在PSⅡ反应中心部分关闭情况下的实际光化学效率，PSII 高表示其光合作用电子传递速率和原初光能捕获效率高。白花丹参和紫花丹参的PSII值8:00 最大，随后呈快速下降后又迅速上升的变化，最小值出现在12:00，18:00 白花丹参和紫花丹参的PSII 值与8:00 基本相同（图2C）。

图2 白花丹参和紫花丹参PSII 光化学效率日变化Fig.2 Diurnal course of photochemical efficiency of S.miltiorrhiza Bunge and S.miltiorrhiza Bunge var alba C.Y.

2.3 白花丹参和紫花丹参的PSII光化学猝灭和非光化学猝灭日变化

PSII 光化学猝灭反映光化学反应PSⅡ天线色素吸收的光能用于光化学电子传递比例，直接反映植物光合效率和对光能的利用。白花丹参和紫花丹参的qp值日变化趋势相同，呈“M”型变化，紫花丹参的qp 值显著高于白花丹参（图3A）。白花丹参和紫花丹参的qp 值第1 个峰值出现在10:00，第2 个峰值在16:00，而且后者明显高于前者，最小值出现在12:00。qp 值越高说明植物捕获的光能用于光化学反应形成还原力的能力越强。紫花丹参qp值高于白花丹参说明紫花丹参的PSII电子传递和QA还原状态受光抑制的影响低于白花丹参。

白花丹参和紫花丹参PSII 非光化学猝灭日变化趋势相同，总体呈先升高后降低的变化趋势，最大值出现在12:00，白花丹参的qN值始终高于紫花丹参（图3B）。

图3 白花丹参和紫花丹参PSII 光化学猝灭和非光化学猝灭日变化Fig.3 Diurnal course of qp and qN of S.miltiorrhiza Bunge and S.miltiorrhiza Bunge var alba C.Y.

3 讨论

叶绿素荧光参数反映了叶片光合作用过程中对光能吸收与转化、能量传递与分配、过剩能量耗散、光抑制等特性[9]，是研究和探测植物生理状况的理想探针。

Fo值与光系统的组成和结构有关[10]。Fo 值增大与能量在捕光色素复合体内部的传递效率、捕光色素复合体向反应中心复合体的传递效率及活性反应中心数量有关。Fo 值增加说明PS II 反应中心结构发生变化，减少了叶片吸收能量向PS II 反应中心色素的供应，产生光抑制[11]。以此，根据Fo值变化可推测光合反应中心是否发生光抑制。从图1 可以看出，白花和紫花丹参Fo 值先升后降，12:00 最高，说明12:00 发生光抑制。白花和紫花丹参Fo 最高值与Fv/Fm 最低值同时存在，说明12:00 白花和紫花丹参PS II 反应中心失活。12:00 后随着光强减弱，Fo 值下降、Fv/Fm 值升高，表明PS II 反应中心失活是可逆的。

Fv/Fm值在非胁迫条件下比较稳定，处于0.75～0.89之间，植物在胁迫生长条件下，Fv/Fm 值显著降低[12]。12:00 白花和紫花丹参的Fv/Fm值低于0.75，说明12:00 白花和紫花丹参均受到光抑制，从而使光合机构活性降低，这与薛永锋[7]对丹参光合日变化的研究结果一致。Mivashita 等[13]研究表明，环境光线过强时，PS II 反应中心降低电子传递和光化学效率响应CO2 同化能力的降低，PS II反应中心主要通过热耗散将过剩的光能释放，避免强光对进一步光系统，Fo升高和Fv/Fo下降，表示光合机构受损。12: 00 白花和紫花丹参Fo 值最高、Fv/Fo 最低也佐证这一结论。

Maxwell 等[14]认为，植物固定CO2的能力和其光合性能及吸收光能后的电子传递具有相关性。紫花丹参的PSII 最大光化学效率、潜在光化学效率和实际光化学效率显著高于白花丹参，表明紫花丹参光合电子传递效率、光合能力高于白花丹参。由此表明，紫花丹参产量高于白花丹参的主要原因是紫花丹参对光能的利用率高于白花丹参。