光温处理对‘黄金芽’茶生长及叶绿素荧光参数的影响

张露荷，赵 通，黄华梨，张广忠，殷德怀，武 蕾，王多锋

（1甘肃省林业科学研究院，兰州 730020；2甘肃农业大学园艺学院，兰州 730070）

0 引言

叶绿素荧光分析技术以光合作用理论为基础，测量时不会对植物叶片造成伤害，利用体内叶绿素作为天然探针，能够快速有效对植物光合生理机制的内部信息进行探究，是研究和探测植物的光合生理状况、各种环境因子对植物细微影响的新型植物活体测定和诊断技术。在植物的光合作用、逆境生理的研究中广泛应用了该技术[1-2]。叶绿素荧光分析技术主要可以测定植物叶片光合作用过程中光系统对光能的吸收、传递、耗散、分配等各方面的相关指标。与光合作用相关表观性的气体交换指标相比较而言，叶绿素荧光参数更具有反映内在性的特征。因此，叶绿素荧光分析技术被称为是能够快速测定叶片光合的无损伤探针[3-4]。叶绿素荧光信号包含了十分丰富的光合作用信息，可以通过荧光特性的探测，判定植物的生长状况，一定程度上反映植物受病害和胁迫的程度等生理状况[5]。

‘黄金芽’是光照敏感型、黄色系变异绿茶新品种，它的新梢及叶片均是黄色，光合作用能力较差，有机物质的形成和积累均较弱；由于其蒸腾作用所能起的降温的自我保护能力有限，极易被强光和高温所灼伤；对环境的适应性较弱，抗性较差，对环境、管理技术等的要求高[6-7]。虽然前人已对‘黄金芽’的光合作用与光照关系进行了研究[8-9]，但对其叶绿素荧光特性变化的研究尚少[10]。笔者对不同光温条件下‘黄金芽’的荧光参数进行研究，探讨‘黄金芽’幼苗对不同光照条件响应的生理机制，以期全面了解‘黄金芽’的光适应机理。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在甘肃省陇南市文县碧口镇石龙沟流域乱石窖村高殿军家茶园进行。该地属于北亚热带气候区，海拔624 m，气候温和、雨量充沛、无霜期长、雨雾缭绕，很适宜茶树生长。茶园土壤为砂质土。试材为2年生的‘黄金芽’茶苗，于2017年8月下旬定植，采用双行双株错窝定植，大小行距分别为100、40 cm，株距30 cm，每窝定植茶苗2株；栽植‘黄金芽’前该地栽植‘龙井长叶’。

1.2 试验设计

试验设计4个处理。T1为单一棚膜（2018年1月10—24日搭塑料棚膜，即搭棚膜15天），T2为单一遮阳网（2018年7月3日—8月17日搭遮阳网，即搭遮阳网46天），T3为棚膜+遮阳网（2018年1月10—24日搭塑料棚膜，2018年7月3日—8月17日期间搭遮阳网），CK为无棚膜无遮阳网（即自然温度、自然光照）。遮阳网型号为SZW-14，黑色，遮光率为45%～65%，所搭高度距地面1.7 m。塑料棚膜为0.1 mm厚的白色PE薄膜，保温透光性能高，所搭高度距地面1.7 m，搭塑料棚膜期间每天早晨揭小口通风，每天傍晚盖小口。除试验设计外，各处理其余各项栽培管理措施均一致。

1.3 测定指标及方法

各处理于2018年7月选6株生长势好且长势一致的茶苗；用钢卷尺测量夏梢长度，数夏梢节间数和夏梢叶片数。测定叶绿素荧光参数时选之前选好茶苗新梢的第5片无机械损伤、无病虫害的叶作为测定叶片，每处理共测定6片叶；测量时尽量保持叶片本来的位置、角度，于2018年7月29日和8月16日的9:00—19:00分别进行测定，每隔2 h测定一次，共测定2天。测定前用黑色纸包裹‘黄金芽’叶片让其暗适应0.5 h，使用美国Li-COR公司制造的LI-6400便携式光合测定分析仪提供的测量光、光化光及饱和脉冲光测定叶片的F0、Fm；作用光打开后测定F0′、Fm′和Fs；以荧光慢诱导模式测定Fv/Fm、Fv′/Fm′、ΦPSⅡ、ETR、qP和qN[10]。结果数据为2天所测同一时刻的平均值。

1.4 数据处理与分析

用Excel 2003软件进行数据整理及作图，用SPSS 22统计分析软件对数据进行统计和差异显著性分析(P≤0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同光温处理对‘黄金芽’夏梢生长的影响

由表1可以看出，与CK相比，T1显著增加了‘黄金芽’的夏梢长度，T2显著缩短了‘黄金芽’的夏梢长度；而T3与CK相比，差异不显著。T2显著减少了‘黄金芽’的夏梢节间数；而T1、T3分别与CK相比，差异不显著。各处理的夏梢总叶数之间无显著差异。

表1 不同光温处理对‘黄金芽’夏梢生长的影响

2.2 不同光温处理对‘黄金芽’叶片叶绿素荧光基础参数的影响

如图1所示，除T2 15:00的初始荧光(F0)和未遮荫处理之间无显著差异外，其余时间遮荫均显著提高了‘黄金芽’叶片的F0；且各时间的T1及CK 2个未遮荫处理的F0无显著差异；除T2 15:00的F0显著低于T3外，各时间的T2及T3遮荫处理的F0无显著差异。遮荫显著提高了‘黄金芽’叶片最大荧光(Fm)，且各时间的T1及CK 2个未遮荫处理的Fm无显著差异，各时间的T2及T3遮荫处理的Fm无显著差异。遮荫显著提高了13:00和15:00‘黄金芽’叶片光下最小荧光(F0′)，与CK相比，T2显著提高13:00和15:00时‘黄金芽’叶片的最小荧光(F0′)的百分比为34.88%和58.15%，T3显著提高13:00和15:00时‘黄金芽’叶片的最小荧光(F0′)的百分比为43.04%和53.20%；各时间的T1及CK的F0′无显著差异，各时间的T2及T3的F0′无显著差异，各处理19:00的F0′均无显著差异。遮荫显著提高了15:00‘黄金芽’叶片的光下最大荧光(Fm′)，与CK相比，T2和T3显著提高15:00时‘黄金芽’叶片的光下最大荧光(Fm′)的百分比分别为76.94%和102.77%；各时间的T1及CK的Fm′无显著差异，各时间的T2及T3的Fm′无显著差异，各处理19:00的Fm′均无显著差异。遮荫显著提高了11:00、13:00和15:00‘黄金芽’叶片的稳态荧光(Fs)，与CK相比，T2显著提高11:00、13:00和15:00时‘黄金芽’叶片的稳态荧光(Fs)的百分比为75.68%、94.17%和105.72%，T3显著提高11:00、13:00和15:00时‘黄金芽’叶片的稳态荧光(Fs)的百分比为75.86%、110.14%和122.33%；各时间的T1及CK的Fs无显著差异；除19:00外，各时间的T2及T3的Fs无显著差异。

图1 不同光温处理对‘黄金芽’叶片叶绿素荧光基础参数的影响

2.3 不同光温处理对‘黄金芽’叶片叶绿素荧光光系统Ⅱ光化学效率参数的影响

如图2所示，遮荫显著提高了13:00和15:00‘黄金芽’叶片的最大光化学效率(Fv/Fm)，与CK相比，T2显著提高13:00和15:00时‘黄金芽’叶片的最大光化学效率(Fv/Fm)的百分比为37.17%和17.58%，T3显著提高13:00和15:00时‘黄金芽’叶片的最大光化学效率(Fv/Fm)的百分比为41.60%和19.35%；除13:00和17:00外，同一时间的T1及CK的Fv/Fm无显著差异；各时间的T2及T3的Fv/Fm无显著差异。与CK相比，T3（棚膜+遮阳网）显著提高了13:00和15:00的‘黄金芽’叶片的光下开放的PSⅡ反应中心的激发能捕获效率(Fv′/Fm′)，提高的百分比分别为 23.42%和29.41%，其余同一时间各处理之间的Fv′/Fm′无显著差异；同一时间的T2及T3的Fv′/Fm′无显著差异；T1的 15:00 的‘黄金芽’叶片的Fv′/Fm′显著低于 9:00 和11:00的。PSⅡ反应中心电荷分离实际量子效率(ΦPSⅡ)方面，遮荫显著降低了11:00、13:00和15:00‘黄金芽’叶片的ΦPSⅡ，与CK相比，T2显著降低11:00、13:00和15:00时‘黄金芽’叶片的ΦPSⅡ的百分比为40.60%、45.46%和49.68%，T3显著降低11:00、13:00和15:00时‘黄金芽’叶片的ΦPSⅡ的百分比为46.08%、31.58%和38.09%；同一时间的T2及T3的ΦPSⅡ无显著差异，同一时间的T1及CK的ΦPSⅡ无显著差异。遮荫显著降低了13:00‘黄金芽’叶片的电子传递速率(ETR)；同一时间的T2及T3的ETR无显著差异，同一时间的T1及CK的ETR无显著差异。

图2 不同光温处理对‘黄金芽’叶片光系统Ⅱ光化学效率参数的影响

2.4 不同光温处理对‘黄金芽’叶片叶绿素荧光猝灭参数的影响

如图3所示，遮荫显著降低了11:00、13:00和15:00时的‘黄金芽’叶片的光化学猝灭系数(qP)；与CK相比，T2显著降低11:00、13:00和15:00时‘黄金芽’叶片的光化学猝灭系数(qP)的百分比分别为46.75%、55.36%和47.44%，T3显著降低11:00、13:00和15:00时‘黄金芽’叶片的光化学猝灭系数(qP)的百分比分别为52.85%、50.55%和55.65%；除13:00外，同一时间的T1和CK的qP无显著差异；同一时间的T2及T3的qP无显著差异。T2的非光化学猝灭系数(qN)在15:00时显著低于CK，且T2在15:00的qN显著低于9:00、11:00和19:00；T1在15:00的qN显著低于9:00和19:00；CK在13:00的qN显著低于9:00；T3在一天中的qN无显著差异；除15:00外各处理其余各时间的qN均无显著差异。

图3 不同光温处理对‘黄金芽’叶片叶绿素荧光猝灭参数的影响

3 结论与讨论

孔海云[11]对泰安茶的研究表明，茶树经遮荫处理后其春梢生长势要明显优于未遮荫处理，遮荫处理的新梢长度、节间距、叶面积、百芽重等指标均大于未遮荫处理。而本试验表明，‘黄金芽’单一的遮荫44天夏梢长度显著减少，可能是2018年7月碧口镇暴雨天气导致光照强度比往年的7月弱，遮荫影响了茶树干物质的积累[12]，且遮荫时间过长引起的。

光是植物进行光合作用的最基本能源，光照不足会限制光合作用的高效率进行，而光过量会引起光抑制，甚至造成光合机构不可逆的破坏[13]。进行遮荫栽培的最直接效应是降低了茶园太阳直射光照照度、调节了光强、改善了光质[11]。F0为PSⅡ反应中心完全开放时的荧光强度，称为初始荧光，其可以判断PSⅡ反应中心的运转情况，F0的大小与植物叶绿素浓度密切相关[14]。笔者之前的研究表明，T2和T3的‘黄金芽’叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量均显著高于T1和CK[15]；结合笔者之前的研究，本试验同样表明F0的大小与植物叶绿素的浓度呈正相关关系。武冲[16]对红叶樱花进行遮荫研究表明，随着遮光率的提高，红叶樱花的F0增加；本试验表明，遮荫提高了‘黄金芽’叶片的初始荧光(F0)。最大荧光Fm指的是PSⅡ反应中心完全关闭时的荧光水平；植物在强光照强度下其光合作用受到光抑制时，Fm值下降[14]。本试验表明，遮荫显著提高了‘黄金芽’叶片最大荧光(Fm)，说明‘黄金芽’在甘肃陇南文县茶区适合遮荫栽培，遮荫栽培下‘黄金芽’叶片吸收、传递光能的能力要大于全光照栽培；结合笔者之前的研究，本研究表明Fm的大小与植物叶绿素的浓度呈正相关关系。最大光化学量子产量Fv/Fm指的是植物的光合作用效率，反映了植物叶片PSⅡ反应中心的最大光化学量子效率[14]，其变化是由非光化学猝灭效率变化所引起的。正常光照条件下，植物的Fv/Fm一般在0.75～0.85，其变化很小[17]。本试验中T2和T3的Fv/Fm在0.75～0.80，而T1和CK的Fv/Fm在0.55～0.80；T1处理下15:00的Fv/Fm低至0.61，CK处理下13:00的Fv/Fm低至0.55。光合机构所吸收的光能超过植物利用的能量时极大可能会导致光合作用的光抑制，Fv/Fm降低是光抑制现象的主要特征[18]，其被认为是判断植物是否发生光抑制的重要指标[19]。本研究发现遮荫显著提高了13:00和15:00‘黄金芽’叶片的Fv/Fm，说明全光在13:00和15:00时对‘黄金芽’造成光抑制。本研究中T1和CK的Fv/Fm虽然在13:00和15:00较遮荫处理显著下降，但其最低值为0.55（大于0.44）；前人发现当Fv/Fm值小于0.44时表示PSⅡ反应中心完全失去活性即反应中心出现破坏[20]，说明在13:00和15:00时T1和CK对‘黄金芽’造成光抑制，但未造成PSⅡ反应中心出现破坏。

光化学猝灭系数(qP)与非光化学猝灭系数(qN)呈负相关[13]。光化学猝灭系数(qP)反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能用于光化学电子传递的比例[21]，是QA氧化态的度量单位[22]，包括‘黄金芽’光合作用和光呼吸这2个生理过程，可以直接反映‘黄金芽’光合效率和对光能的利用。如果要保持比较高的光化学猝灭系数，就得使PSⅡ反应中心处于“开放”的状态，所以qP在一定程度上又可以反映PSⅡ反应中心的开放程度[13]。本研究表明，遮荫显著降低了11:00、13:00和15:00时‘黄金芽’叶片的光化学猝灭系数(qP)，说明遮荫‘黄金芽’叶片在11:00、13:00和15:00时的PSⅡ反应中心的开放程度较全光处理小、用于光化学反应的光能所占比例显著下降[23]。非光化学猝灭系数(qN)指的是PSⅡ天线色素所吸收的光能不能用于光合电子传递而热耗散掉的光能部分；这是PSⅡ的一种自我保护机制，热耗散在抵御光破坏的过程中起到了关键作用[24-25]；当植物受到了光抑制时，常会伴随出现Fv/Fm的降低、qN的增加[26]。本研究表明CK的qN在15:00时显著高于T2，说明在15:00时CK‘黄金芽’叶片的热耗散最大，其通过耗散多余的能量保护光合机构免受强光的伤害。

三伏天出现在小暑与处暑之间，是一年中气温最高且又潮湿、闷热的日子[27]。综上所述，甘肃省文县碧口镇‘黄金芽’在三伏天遮荫可以提高其Fv/Fm，同时降低qP；‘黄金芽’在全光照下会导致13:00和15:00时其PSⅡ反应中心失活而出现光抑制；因此在甘肃省文县碧口茶区‘黄金芽’栽培光温管理方面，应该在三伏天进行适度遮荫处理。本试验作为首个关于甘肃陇南茶区‘黄金芽’光温管理的相关研究，但效果最佳的遮荫时长没有定论，还有待于后续结合其他生理生化指标进行深入研究。