葫芦叶绿素荧光参数的日变化研究

张锡齐 穆红梅

摘 要：以1年生观赏葫芦品种亚腰葫芦为实验材料，测定了夏末秋初1天的叶绿素荧光参数的变化。结果表明，随着温度和光照的时间变化，初始荧光（F0）、相对可变荧光（Vj）和单位反应中心热耗散的能量（DI0/RC）呈现出先上升后下降的趋势;最大荧光产量（Fm）、PSⅡ最大光合效率（Fv/Fm）和光化学性能指数（PI abs）呈现出先下降后升高的趋势。

关键词：葫芦;叶绿素荧光参数;日变化，相关性分析

中图分类号 Q945.11文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）01-0012-04

Abstract：In this study，1-year-old ornamental Gourd Variety Yayao gourd planted in the same year was used as the experimental material.The changes of chlorophyll fluorescence parameters at the end of summer and the beginning of autumn were measured.The results show that：with the change of temperature and light time，F0，Vj and DI0/RC show a trend of rising first and then declining.Fm，Fv/Fm and PI abs show a trend of first decreasing and then increasing.

Key words：Lagenaria siceraria;Chlorophyll fluorescence parameters;Diurnal variation;Correlation analysis

葫芦科植物分布广泛，在全世界约125个属，960个种[1]。具有多种化学成分，如黄酮类、脂肪酸类、氨基酸类、甾醇类、糖苷类、挥发性成分及三萜类等化合物[2]。葫芦化学成分的复杂与多样性决定了其重要的医学研究意义。研究表明，葫芦主要成分具有较强的抗氧化、利尿、抗高血糖、抗癌、镇痛和抗抑郁作用。葫芦果实成熟后，果皮坚硬，可做乐器、瓢、工艺品以及虫具、小装饰品等[3]，具有较高的艺术与观赏价值。

目前，对葫芦的研究主要集中在栽培技术[4-8]、化学成分分析、药理研究[9-12]、种子引发及破除休眠[13-17]、DNA条形码筛选及分子标记[18-24]等方面。在光合作用及叶绿素荧光特性方面研究尚不多见。因此，本研究通过测定葫芦的夏末秋初的自然条件下叶绿素荧光特性日变化，来探究葫芦叶绿素荧光的响应机制，旨在为观赏葫芦的优质栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料 试验于2019年8月在聊城大学农学院生态园进行，选取2019年5月定植的生长状况良好的观赏葫芦品种亚腰葫芦1年生盆栽苗作为试验材料。

1.2 测定方法 采用浙江托普云农科技公司研制的农业环境监测仪（TNHY-8-G）对当日的光照强度进行了测定，采用英国HANSATECH公司研制的便携式Handy PEA荧光仪在8月份晴天对盆栽常规养护的葫芦苗进行叶绿素荧光参数的测定，选择长势一致的植株5棵，以健康成熟的功能叶为测试叶片。测试前，暗处理30min，从早上8∶00到傍晚18∶00，每隔2h测定1次。测定的荧光数据有初始荧光（F0）、相对可变荧光（Vj）、最大荧光产量（Fm）、PSⅡ最大光合效率（Fv/Fm）、单位反应中心热耗散的能量（DI0/RC）和光化学性能指数（PI abs）。

1.3 数据分析 采用IBM SPSS Statistics 22和Excel软件对数据进行分析处理，并进行差异显著性分析及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 光合有效辐射日变化 通过光合有效辐射日变化的折线图（图1），可以看出随着时间的推移（早上8∶00到傍晚18∶00），光合有效辐射呈现先增加后减少的趋势，在中午12∶00达到最大，为906μmol·m-2·s-1，在傍晚18∶00达到最小值为32μmol·m-2·s-1。在9∶00到15∶00期间，光合有效辐射变化较平缓，在15∶00到17∶00，光合有效辐射值从715μmol·m-2·s-1到107μmol·m-2·s-1急剧下降。

2.2 初始荧光F0的日变化 初始荧光F0，是PSⅡ光化学反应中心处于完全开放时的荧光值，F0反映了植物体色素含量的多少[25]。一般来说，F0值的高低与光化学系统对能量的利用率成反比。PSⅡ系统的热耗散增加或者PSⅡ可逆失活可以引起F0值的波动变化，因此，可根据F0参数变化程度推测植物的光保护机制和PSⅡ反应中心的状况[26]。从图2可以看到，随着时间的变化，F0呈现出先上升后下降的趋势，在中午12∶00时达到最高值，为689.75，此时的光照强度最高，抑制了葫芦的光合作用，PSⅡ系统对能量的利用效率最低，流向光化学部分的能量减少。下午14∶00—18∶00时，随着光照强度的减弱，F0值逐渐下降（图2）。

由表1可以看出，F0在8∶00、12∶00时存在显著性差异（P<0.05）。

2.3 相对可变荧光Vj的日变化 Vj表示在快速叶绿素荧光诱导动力学曲线参数中J相的相对可变荧光强度，反映了照光2ms时有活性的反应中心的关闭程度。Vj升高，表明了在PSⅡ的受体侧，原初电子供体QA到次级电子供体QB間的电子传递受到严重抑制，导致QA-的积累[26]。从图3可以看到，Vj的变化趋势是先上升后下降，在12∶00—14∶00时处于巅峰值，为0.649，比10∶00时最低值增长了36.92%（图3）。通过表1的显著性差异分析，Vj在12∶00、14∶00时与其他时间段存在显著性差异（P<0.05）。

2.4 最大荧光Fm的日变化 Fm为最大荧光产量，是光系统PSⅡ反应中心处于完全关闭时的荧光产量，通过Fm可以反映出PSⅡ的电子传递情况[27]。Fm的下降和Fv/Fm一样，都被作为重要表现特征来指示光抑制。从图4可以看到，Fm的变化呈现出先下降后上升的趋势，在8∶00—12∶00时逐渐下降，在12∶00时达到最小，为2163，比8∶00时下降了35.17%;12∶00—18∶00时开始上升，Fm在中午12∶00—14∶00时处于最低，此时，光照强度较大，光抑制现象较明显。通过对Fm的方差分析可以发现，8∶00、12∶00、14∶00与其他时刻之间存在显著性差异，其他时刻间没有显著差异（P<0.05）。

2.5 最大光合效率Fv/Fm的日变化 Fv/Fm为PSⅡ最大光合效率，即最大光化学量子产量，最大光能转换效率，反映了植物潜在的最大光合能力，其数值的下降被看作是植物产生光抑制的重要条件。公式为Fv/Fm=（Fm-F0）/Fm，反映 PSⅡ反应中心内禀光能的转换效率，是植物产生光抑制的敏感指标[28]，用来反映光抑制程度，其值越高说明发生光抑制的程度越低，值越低光抑制程度越高。由图5可知，Fv/Fm日变化的总体趋势是先下降后上升，在8∶00—14∶00持续下降，14∶00达到最低，为0.706，下降幅度为17.23%，说明随着温度和光强的逐渐增加，葫芦的光合活性受到了暂时的抑制。14∶00—18∶00，随着光照强度的减弱，Fv/Fm上升，光合活性得到恢复。

2.6 反应中心热耗散能量DI0/RC的日变化 DI0/RC是单位反应中心热耗散能量的多少，其数值上升时，说明反应中心在热耗散方面消耗的能量增加。由图6可知，DI0/RC的日变化呈现先升后降的变化趋势，在14∶00时达到峰值（1.16），与Fv/Fm先降后升截然相反，说明了Fv/Fm降低与热耗散的增加有关。此外，DI0/RC的变化趋势还说明葫芦会通过增加热耗散的能量来免受强光和高温对其造成的伤害，是葫芦光合反应中心的一种保护机制[26]。

2.7 光化学性能指数PI abs的日变化 光化学性能指数PI abs，能够反映植物叶片的光合综合性能，也是判断光合活性是否受损的一个指标。从图7可以看出，从8∶00到12∶00，随着光强和温度的升高，PI abs值从2.03降低到0.46，与Fv/Fm的变化趋势相同，说明高光强和高温对葫芦的光合活性造成了严重抑制，14∶00到18∶00光强和温度降低，PI abs值又逐渐恢复，表明在一定范围内，可逆的PSⅡ功能下调是对强光和高温伤害的一种保护机制[26]。

2.8 电子传递速率psi（Eo）的日变化 psi（Eo）是单位反映中心将电子传递链中超过QA的其他电子受体的概率，即推动电子传递的效率，公式为psi（Eo）=ET0/TRO=（1-Vj）。其日变化如图8，在10∶00达到最高，为0.53，在12∶00和14∶00最低，分别为0.37、0.36。

2.9 葫芦叶绿素荧光参数的相关性分析 由表2可以看出，F0与Vj、DI0/RC成顯著正相关，与Fm、Fv/Fm、PI abs、psi（Eo）成负相关;Fm与Fv/Fm、PI abs、psi（Eo）成正相关，与日变化趋势相对应。

3 结论与讨论

本研究中，在8∶00—14∶00，Fv/Fm下降，反应中心热耗散能量DI0/RC上升，F0上升，说明此时PSⅡ反应中心出现光抑制，这可能是因为高温、高强度光照下的反应中心的可逆失活及热耗散的增加。最大荧光Fm、光化学性能指数PI abs、电子传递速率psi（Eo）的日变化趋势与Fv/Fm相同，都是先下降后上升。这些参数在14∶00—18∶00都出现了恢复性上升，说明反应中心的失活是可逆的，是葫芦对高温高强度光照的一种自我保护机制。此次研究针对的是常规管理下的葫芦的荧光参数日变化，下一步将对盐胁迫、干旱胁迫逆境环境下的荧光参数进行研究，以期为逆境环境下葫芦的栽培管理提供理论依据与指导。

参考文献

[1]Ayyad SE，Abdel-Lateff A，Alarif WM，et al.In vitro and in vivo study of cucurbitacins-type triterpene glucoside from Citrullus colocynthis growing in Saudi Arabia against hepatocellular carcinoma [J].Environ Toxicol Pharmaco，2012，33（2）：245-251.

[2]刘飞，方磊，李佳，等.葫芦科药用植物黄酮类化合物化学成分与药理研究进展[J].山东中医药大学学报，2016，4（40）：380-384.

[3]赵俊.太原地区观赏葫芦栽培的关键技术[J].长江蔬菜，2010，1：26-27.

[4]曹涤环.观赏葫芦的栽培技术[J].林业与生态，2019（5）：34-35.

[5]陆景伟.观赏葫芦关键栽培技术[J].农村百事通，2017（16）：30-31.

[6]陆景伟，黄永红，王远会，等.重庆地区观赏葫芦关键栽培技术[J].南方农业，2015（25）：38-39.

[7]胡晓康.发展观光旅游农业的主栽品种——观赏葫芦[J].吉林蔬菜，2012（2）：27-28.

[8]郑积荣，王慧俐，杨小荣，等.观赏葫芦品种及其设施栽培技术[J].长江蔬菜，2003（10）：12-13.

[9]R.P.Prajapati，M.V.Kalaria，V.P.Karkare，et al.Sheth. Effect of methanolic extract of Lagenaria siceraria （Molina） Standley fruits on marble-burying behavior in mice：Implications for obsessive-compulsive disorder [J].Pharmacognosy Research，2011，3：62-66.

[10]Maria Maqsood，Dildar Ahmed，Iqra Atique，et al.Lipase inhibitory activity of Lagenaria siceraria fruit as a strategy to treat obesity [J].Asian Pacific Journal of Tropical Medicine，2017，10（3）：305-310.

[11]刘飞，方磊，李佳，等.葫芦科药用植物黄酮类化合物化学成分与药理研究进展[J].山东中医药大学学报，2016，40（4）：380-384.

[12]覃惠敏，陈全斌，梁永生，等.葫芦科植物叶黄酮成分分析及抗氧化能力研究[J].广西热带农业，2009（4）：25-28.

[13]亢敏.种子引发对葫芦种子萌发及生理特性的影响[D].武汉：华中农业大学，2011.

[14]刘洁.引发提高老化葫芦种子活力的机理研究[D].武汉：华中农业大学，2013.

[15]刘振国.破除葫芦种子休眠预措处理技术的研究[J].广西园艺，2002（4）：3-4.

[16]宋顺华，宫国义，耿丽华，等.干热处理对葫芦科种子质量的影响及对黄瓜绿斑驳花叶病毒的防治效果[J].中国蔬菜，2018（2）：58-63.

[17]黄芸萍，严蕾艳，张华峰，等.干热处理对葫芦砧木种子发芽及子叶生长的影响[J].中国瓜菜，2014，27（3）：36-38.

[18]王永行，白立华，单飞彪，等.葫芦种质资源遗传多样性分析[J].陕西农业科学，2018，64（8）：62-66.

[19]赵胜杰，刘文革，阎志红，等.葫芦科主要瓜类作物EST-SSR标记的开发与应用[J].生物技术通报，2011（10）：72-76.

[20]李妮，陈士林，刘义梅，等.葫芦科植物通用DNA条形码的筛选[J].中草药，2011，42（7）：1396-1401.

[21]邹明学，许勇，张海英，等.葫芦科瓜类作物分子标记辅助育种研究进展[J].生物技术通报，2007（4）：72-78.

[22]蹇黎.ISSR和SRAP标记技术在葫芦科植物种质资源研究中的应用[J].长江蔬菜，2012（2）：13-16.

[23]唐銀琳，刘镛，姚辉，等.DNA条形码（ITS2）在葫芦科鉴定中应用价值的评估[J].植物科学学报2012，30（6）：631-638.

[24]宋文洁，穆红梅，张倩，等.二十八个观赏葫芦品种的RAPD分析[J].北方园艺，2018（22）：61-64.

[25]乔梅梅，刘翔，罗龙，等.黑果枸杞叶绿素荧光参数日变化研究[J].北方园艺，2017（12）：167-173.

[26]王直亮，陈静芳，林静怡，等.不同菜心品种叶绿素荧光参数日变化的研究[J].分子植物育种，2017，15（9）：3654-3659.

[27]陈兰兰，郭圣茂，刘辉，等.薄荷叶片在春季的荧光特性研究[J].北方园艺，2015（2）：22-25.

[28]姚春娟，郭圣茂，陈兰兰，等.草决明叶绿素荧光特性的秋季日变化[J].农业与技术，2015，35（20）：27-28.

（责编：张 丽）