不同光照强度对紫鸭跖草色素及叶绿素荧光强度的影响
2020-10-21吴仕兰兰世超钱长江
钟 娟， 吴仕兰， 余 玮, 兰世超， 钱长江
(贵州师范学院 生物科学学院， 贵州 贵阳 550000)
紫鸭跖草(SetcreaseapurpureaBoom)是多年生观花观叶草本植物，全株呈紫色，观赏价值高。植株喜光也耐阴，喜湿润也耐旱，生命力强。国内外关于紫鸭跖草已有研究，主要集中于实验教学、叶片光谱测量、生理生化、金属(铜)盐胁迫影响、体内放射性核素及色素分析等方面[1-7]，而关于紫鸭跖草叶绿素荧光方面的研究未见报道。植物光合机构吸收的光能超过其所能利用的限量时就会发生光抑制，光系统Ⅱ光化学效率降低是其表现之一。光化学效率是叶绿素荧光中最为重要的一个参数，对研究植物对光适应响应非常重要。鉴于此，通过MINI-PAM-Ⅱ超便携式调制叶绿素荧光仪研究不同光照条件下(100%光照、65%光照、30%光照及5%光照)紫鸭跖草的叶绿素含量和光系统Ⅱ光化学效率的变化，探讨其对遮光环境的适应性，以期为其栽培繁育和园林应用上适宜光照强度的选择提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 植物 紫鸭跖草，采自贵州师范学院格致楼植物资源(花卉)开发实践教学点，选择生长健壮、长势一致的植株备用。
1.1.2 仪器设备 MINI-PAM-Ⅱ超便携式调制叶绿素荧光仪，德国WALZ，MINI；755B紫外分光光度计；黑色遮光网(遮光率35%，用VC1010A照度计测定遮光率)，市购。
1.1.3 试剂 乙醇-丙酮混合液，V/V为1∶1，自制。
1.2 方法
1.2.1 试验设计 试验在贵州师范学院实验楼楼顶进行。用黑色遮光网(遮光率35%)搭建6 m×1.5 m×1.5 m的遮光棚。根据遮光强度，试验设4个处理，T0，无网，即100%自然光照；T1，一层网，65%自然光照；T2，二层网，30%自然光照；T3，三层网，5%自然光照。5次重复，共计20盆紫鸭跖草。
1.2.2 指标测定
1) 叶绿素含量。在0 d(处理当天)时，随机从20个样品中抽取5个样本测叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量，取平均值，作为4个处理的初始含量。在30 d和60 d时分别测定4个处理的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量。叶绿素含量测定采用丙酮乙醇混合液法，即用打孔器在叶片主脉两侧打取0.2 g叶圆片，用乙醇-丙酮混合液浸提过夜，用分光光度计测663 nm和645 nm波段的光密度值，计算叶绿素含量。
2) 荧光参数。遮光处理共60 d，分别在处理0 d、15 d、30 d、45 d和60 d时测定各处理紫鸭跖草饱和脉冲激发最大荧光值(Fm’)、最小荧光值(Fo’)、光系统Ⅱ最大量子产量(Fv/Fm )和光系统Ⅱ电子传递(Fm/Fo)等荧光参数；同时，采用叶绿素荧光仪测定9:00、11:00、13:00、15:00、17:00和19:00时的叶绿素荧光参数。每处理每次测定5株，每株测定中部3片叶，每次读数3次重复。
1.3 数据统计与分析
采用Excel 2010进行数据处理和图表绘制，用SPSS 21.0进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 不同光照强度紫鸭跖草叶片叶绿素的含量
从表1看出，不同光照处理紫鸭跖草叶片叶绿素含量的变化。
表1 不同光照强度各时长紫鸭跖草的叶绿素含量Table 1 Chlorophyll content of S. purpurea under different light intensity mg/L
2.1.1 叶绿素a含量 随着遮光处理时间延长，除T3外，其余处理叶绿素a的含量均呈持续下降趋势，T3叶绿素a的含量呈先降后升趋势，差异不显著。30 d时紫鸭跖草叶片的叶绿素a含量变化为T2=T1>T3>T0，4个处理间无显著差异；60 d时紫鸭跖草叶片的叶绿素a含量变化为T3>T2>T1>T0，T3显著高于其余处理，其余处理间差异不显著。60 d时T2、T1和T0紫鸭跖草叶片的叶绿素a含量均显著小于0 d时，也显著小于30 d时。
2.1.2 叶绿素b含量 随着遮光处理时间延长，除T0外，其余处理叶绿素b的含量均呈持续下降趋势，T0叶绿素b的含量呈先降后升趋势，差异不显著。30 d时，紫鸭跖草各处理的叶绿素b含量为T1>T2>T3>T0；60 d时，各处理的叶绿素b含量为T0>T3>T2>T1；30 d和60 d时4个处理紫鸭跖草叶片中叶绿素b含量均无显著差异。
2.1.3 叶绿素总量 随着遮光处理时间延长，除T3外，其余处理的叶绿素总量均呈持续下降趋势，T3叶绿素总量的含量呈先降后升趋势。30 d时，紫鸭跖草各处理的叶绿素总量为T1>T2>T3>T0；60 d时，紫鸭跖草各处理的叶绿素总量为T3>T0>T2>T1；30 d和60 d时4个处理紫鸭跖草叶片中叶绿素总量均无显著性差异。
2.2 不同光照强度紫鸭跖草叶片的叶绿素荧光参数
2.2.1 最大荧光值(Fm’)的日变化 由图1可知，各处理Fm’日变化曲线呈“V”型，即呈先降后升趋势。0 d时(遮光处理前)，Fm’从9:00开始持续下降，至11：00时降至最低，之后逐渐上升，至19:00时逐渐回升至基本与9:00水平相当。15 d时，不同处理Fm’降至最低的时间存在差异，其中，T3在13:00时降至最低，T0、T1和T2在15:00时降至最低，Fm’的最低值集中出现在13:00-15:00。30 d和45 d时，各处理Fm’的最低值集中出现在11:00-15:00。60 d时，T3、T1与T2的Fm’走势曲线相近，均呈先降后升趋势，最低值集中出现在11:00-13:00；T0的Fm’远小于T1～T3。
2.2.2 最小荧光值(Fo’)的日变化 从图2看出，各处理Fo’的日变化曲线大致呈“V”型。0 d时，Fo’呈先降后升再降再升趋势，最低值出现在11:00时，之后逐渐回升，在19:00时Fo’又升至7:00时的水平，日变化曲线呈“V”型。15 d时，9:00-17:00时，T1和T3的Fo’大于T0和T2，各处理Fo’最低值和最高值出现时间不一致，T0分别为13:00和15:00，T1和T2均为9:00和19:00，T3分别为13:00和19:00。30 d时，T0的Fo’日变化曲线呈先降后升趋势，最低值出现在13:00；T1的Fo’日变化曲线呈先降后升再降再升趋势，最低值出现在17:00；T2的Fo’日变化曲线呈先升后降再升趋势，11:00时升至最高，之后开始下降，13:00时降至最低；T3的Fo’日变化曲线呈先降后升再降再升趋势，最低值出现在11:00，19:00时升至最高。45 d时，T0的Fo’日变化曲线在17:00前起伏不大，之后迅速上升，至19:00升至最高；T1的Fo’日变化曲线起伏不大，最低值出现在13:00；T2的Fo’日变化曲线呈先升后降再升趋势，17:00升至最高，之后开始下降；T3的Fo’日变化曲线呈先降后升再降趋势，最低值出现在19:00。60 d时，4个处理紫鸭跖草Fo’以T1最高，各时刻的值均大于其余3个处理(T217:00除外)，其Fo’最低值出现在13:00时；T3和T2的Fo’最低值均出现在13:00，最大值都出现在17:00；由于太阳暴晒，T0的Fo’在13:00后急速下降，至15:00时降至最低值，然后逐渐回升，其变化规律大致呈“V”型。
2.2.3 光系统Ⅱ最大量子产量(Fv/Fm)的日变化 从图3可知，不同时间节点各处理Fv/Fm的日变化呈不规则“V”型。随着中午光照增强及温度升高，Fv/Fm降低，下午光照减弱及温度逐渐降低，Fv/Fm上升，光照及温度与Fv/Fm呈反比例关系。各处理的Fv/Fm日变化中每个时刻的数值大致呈T3>T2>T1>T0。当植物处于非逆境条件时，植株叶片Fv/Fm一般为0.75～0.85[8-9]。可见，紫鸭跖草在不同的光照处理下中午Fv/Fm均低于0.75，即均有不同程度的光抑制现象，且T0的Fv/Fm各时段均低于0.75，光抑制现象严重，不适宜紫鸭跖草的生长。
2.2.4 光系统Ⅱ电子传递(Fm/Fo)的日变化 从图4看出，各处理不同时间节点Fm/Fo的日变化呈不规则“V”型，多数情况下最低值均出现在13:00—15:00，各处理的Fm/Fo的日变化中每个时刻的数值大致呈T3>T2>T1>T0。0 d时，最低值出现在15:00。15 d时，各处理的Fm/Fo在13:00-15:00时出现最低值，每个时刻的数值大致呈T2>T3>T1>T0。30 d时，各处理的Fm/Fo在11:00-15:00时出现最低值，最低值呈T3>T2>T0>T1。45 d时，各处理的Fm/Fo在11:00-13:00时出现最低值，最低值呈T3>T2>T1>T0。60 d时，各处理的Fm/Fo在11:00-13:00时出现最低值，最低值呈T3>T2>T1>T0。
3 结论与讨论
叶绿素是高等植物和其他所有能进行光合作用的生物体含有的一类重要的色素分子。光合作用是植物的重要生理过程之一，光强直接影响叶绿素的含量[10]。紫鸭跖草是半阴性草本植物，其叶绿素对不同光照强度的响应不同，光强过强或过弱均影响其叶绿素的合成。研究结果表明，遮光处理60 d时，65%光照下的紫鸭跖草颜色呈紫红色，颜色最好，100%光照下其颜色返青；5%光照处理紫鸭跖草的叶绿素a含量、叶绿素总量及100%光照处理的叶绿素b含量突然上升，其原因有待进一步研究。
在对叶片光合作用进行研究的过程中，叶绿素荧光技术具有十分重要的意义，其通过对光系统光能的吸收、传递、耗散及分配等指标的测定，反映光合作用的内在性特点[11-12]。光胁迫条件下，Fv/Fm明显下降，是光抑制的体现，光抑制导致光系统Ⅱ反应中心光化学活性下降[13]，光合机构发生逆失活，但未发生光破坏[14]。研究结果表明，5%光照和100%光照处理不适宜紫鸭跖草生长；30%光照和65%光照较适宜紫鸭跖草生长，且65%光照处理紫鸭跖草的观赏性最好。
