不同生境掌叶覆盆子叶绿素荧光参数比较研究

侯向飞，商靓婷，张立朝，郭圣茂

（江西农业大学·园林与艺术学院，江西 南昌330045）

叶绿素荧光技术具有无损伤、快速、灵敏的特性，对植物光能的分配进行准确分析，现已广泛应用于植物光合作用的测量中。叶绿素荧光与植物光合作用密切相关，也能直接或间接反映植物光合作用过程[1]。有研究表明不同生境的光照、温度、湿度等生态因子存在一定差异[2]，其中光是植物光合作用最重要的生态因子，且不同光环境下植物叶绿素荧光参数存在差异[3]。因此，研究叶绿素荧光日变化有助于了解植物对光环境的适应性，对指导覆盆子栽培具有重要意义。目前叶绿素荧光在光[4]、温度[5]、施肥[6]、逆境胁迫[7]等方面应用较多。

植物与光环境的关系密切相关，不同光环境下，植物叶绿素荧光参数均会发生不同程度改变[8]。李鑫对林下、林缘兴安胡枝子（Lespedeza daurica）光环境的研究表明，随光强增加，弱光下林下热耗散能力高于林缘，对高光强利用能力低[2]。李月灵等对不同生境的华东野核桃（Juglans cathayensisvar.formosana）叶绿素荧光进行研究，发现林缘、林下生境植物的光化学效率（Fv/Fm）较林窗生境高[8]。植物对光环境适应能力是决定植物光合能力的关键。

掌叶覆盆子（Rubus chingii）是蔷薇科悬钩子属的一种藤状落叶灌木[9]，主要分布在安徽、浙江、江西、江苏、福建等省。其果实、根、茎、叶均可入药[10]，有很高的药用价值。掌叶覆盆子主要以药用为主，具有补足精气，治肾虚之功能；其果实富含多种维生素具有抗衰、保健、美容之功效，被称为“第三代新型水果[11]”。目前关于掌叶覆盆子的研究大多集中在繁育栽培[12-13]、化学成分[14]、采收加工[15]、开发利用[16]等方面，而关于不同生境下掌叶覆盆子叶绿素荧光特性的研究相对较少。本文从叶绿荧光入手，比较了掌叶覆盆子在林缘、露地生境荧光特性的差异，探讨不同生境下掌叶覆盆子叶绿荧光的响应机制，为掌叶覆盆子的栽培管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为自然条件下4年生掌叶覆盆子，试验于2020年8月上旬在江西农业大学中药园进行，该地区属于亚热带湿润季风气候，热量丰富，光照充足。年降水量1 600~1 700 mm；年平均气温17℃~17.7℃；年日照时间1 723~1 820 h。

1.2 测定方法

采用PAM-2500便携式调制叶绿素荧光仪，于2020年8月上旬晴朗天气，在林缘、露地选取长势一致的掌叶覆盆子植株各3株。每个植株均取中上部冠层阳面、健康、生长部位基本相同的功能叶进行叶绿荧光参数日变化（8:00－18:00，每2 h测定一次）的测定。用暗适应夹夹住叶片进行20 min暗适应后，测定初始荧光Fo，最大荧光Fm，他们之间的差值Fv是可变荧光，最大光化学效率Fv/Fm，通过PSII的电子传递速率ETR，光化学淬灭系数qP，非光化学淬灭系数NPQ等值，每株重复3次。最大光化学效率计算公式为：Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm。

1.3 数据分析

数据用Excel 2010进行汇总和整理，用SPSS 22.0和Origin 2017进行数据整理和作图。用单因素方差分析，以P＜0.05为显著水平。

2 结果与分析

2.1 初始荧光Fo的日变化

Fo是指植物经过充分暗适应后光合反应中心处于完全开放状态时的荧光产量[17]。如图1所示，林缘生境覆盆子Fo值在8:00－12:00呈下降趋势，12:00最低，之后上升，16:00后下降。露地生境掌叶覆盆子8:00－10:00 Fo值上升，10:00－16:00下降较为平缓，16:00之后逐渐升高。

图1 不同生境掌叶覆盆子Fo日变化Fig.1 The diurnal variations of Fo of R.chingii in different habitat

2.2 最大荧光Fm的日变化

Fm是最大荧光产量，是PSII（光系统II）反应中心处于完全关闭时的荧光产量，可反映通过PSII的电子传递情况[18]。林缘和露地生境的Fm日变化趋势如图2，都呈现出先降后升趋势。林缘和露地生境覆盆子出现谷值的时间不同，林缘生境Fm在16:00时达到最小值，露地生境最小值出现在14:00。且露地生境的最小值小于林缘，说明露地生境对高光强产生的光抑制作用高于林缘。

图2 不同生境掌叶覆盆子Fm日变化Fig.2 The diurnal variations of Fm of R.chingii in different habitats

2.3 最大光化学效率Fv/Fm的日变化

Fv/Fm是指PSII最大光化学效率，是光化学反应状况的一个重要参数，反映PSII反应中心的最大光能转换效率[19]。不同生境下掌叶覆盆子Fv/Fm的日变化有所差异，大体呈现出先降后升趋势。不同生境下谷值出现时间、降幅以及恢复幅度差别较大。如图3所示，清晨时Fv/Fm值较高，随着光照强度增强及温度升高，露地和林缘生境覆盆子Fv/Fm值大幅度下降，先后在14:00、16:00出现最低值，并出现光合作用光抑制，之后逐渐回升。露地和林缘生境覆盆子Fv/Fm在达到谷值后逐渐恢复，二者恢复幅度及快慢程度不同，相对而言，露地覆盆子Fv/Fm值恢复幅度较快，所需时间短，这表明可逆的PSII功能下调是植物体抵御强光及高温的一种适应模式。

图3 不同生境掌叶覆盆子Fv/Fm日变化Fig.3 The diurnal variations of Fv/Fm of R.chingii in different habitats

2.4 表观光合电子传递速率ETR的日变化

ETR是反映实际光强下的表观光合电子传递速率。由图4可看出，林缘和露地环境覆盆子ETR均表现出先上升后下降趋势。林缘ETR随光强增加快速上升，在12:00达到峰值122.57，露地ETR在10:00达到峰值171.56，与初始值相比分别增长了20.3%、11.4%。达到峰值后ETR开始降低，在18:00降到最低值。1天中露地掌叶覆盆子ETR各时间点均高于林缘，说明露地生境掌叶覆盆子捕获电子的效率较高。

图4 不同生境掌叶覆盆子ETR日变化Fig.4 The diurnal variations of ETR of R.chingii in different habitats

2.5 光化学淬灭系数qP日变化和非光化学淬灭系数NPQ日变化

qP是反映PSII天线色素吸收的光能用于光化学电子传递的份额，其值高低反映PSII反应中心开放程度[20]。由图5可知，两种生境覆盆子光化学淬灭系数qP日变化呈现出先上升后下降趋势。露地和林缘qP在10:00和14:00出现峰值。林缘qP各个时间点值均低于露地。NPQ反映的是PSII天线色素吸收的光能不能用于光合电子传递，而以热的形式耗散掉的部分[21]。不同环境条件下非光化学淬灭系数NPQ日变化呈现单峰曲线，在10:00－12:00达到最高，期间以热的形式耗散的能量最多。达到峰值后NPQ值逐渐降低，且不同环境下NPQ值降低幅度不同，露地NPQ值变化幅度较林缘小。

图5 不同生境掌叶覆盆子q P和NP Q日变化Fig.5 The diurnal variations of qP and NPQ of R.chingii in different habitats

3 讨论

叶绿素荧光与植物光合作用紧密相关，任何环境条件变化对光合作用产生的影响都可以通过叶绿素荧光反映出来。

本研究中，两种生境下覆盆子叶绿素荧光参数均表现出相似的规律：林缘和露地生境下覆盆子Fo、Fm、Fv/Fm日变化大体呈现出先下降后上升趋势，ETR、qP、NPQ表现出先升后降趋势。

Fo是判断植物对光系统利用情况的重要指标。PSII天线热耗散增加常导致Fo降低，而PSII反映中心失活或破坏会导致Fo升高，因此可根据Fo的变化程度推测植物的光保护机制。本研究中，两种生境覆盆子Fo值在8:00－12:00降低，说明该段时间内植物叶片热耗散增强。露地生境的Fo值全天低于林缘且峰值较低，说明露地覆盆子对强光胁迫具有较强耐受性。

露地和林缘生境覆盆子Fv/Fm的日变化曲线呈“V”型，表现出先下降后升高趋势，这与草决明[22]（Catsia tora）、大豆[23]（Glycine max）、黑果枸杞[24]（Lycium ruthenicum）研究结论一致。Fm、Fv/Fm的降低也作为反映光抑制程度的指标。本研究中，两种生境Fv/Fm与Fm日变化趋势相近，在14:00－16:00降至最低，说明这段时间出现了光抑制，PSII反应中心受到光损伤。但是这种损伤是暂时的，晚上逐渐恢复至清晨水平，说明PSII反应中心的破坏是可逆的，并未造成光合机构破坏，这与王直亮等关于菜心（Brassica campestrisL.ssp.chinensisvar.utilis）的研究结果一致[18]。午间林缘掌叶覆盆子的Fv/Fm比值较露地生境高，说明一定程度的遮光处理提高了PSII的光化学效率。

露地掌叶覆盆子ETR较林缘覆盆子高，说明露地生境覆盆子电子捕获效率较林缘生境高，能保持较高的光合效率，适宜种植在光照较强的环境中。

本研究中，露地和林缘覆盆子qP在10:00和14:00达到峰值，说明在这段时间内覆盆子光合活性最强，具有较高的光能转换效率。两种生境覆盆子NPQ日变化均呈现先升高后降低的规律，在10:00－12:00达到峰值，说明在光强下，植物通过热耗散途径减轻过量光能对PSII反应中心的损伤[25]。两种环境下覆盆子热耗散程度不同，露地的热耗散程度低于林缘，反映以热耗散形式散失的光量子能量少，可能是露地覆盆子较耐强光。

4 结论

强光下露地Fo值低于林缘，且Fv/Fm出现光抑制后恢复速度较快，表现出对强光的适应能力较强。而午间林缘Fv/Fm值高于露地，表明一定程度遮阴又有利于光合作用。因此，掌叶覆盆子适宜生长的光环境较宽。在露地生境中，覆盆子具有很高的光保护机制，且电子捕获效率高于林缘，从侧面表明了露地覆盆子对强光的抗性较强。因此，叶绿荧光参数可作为覆盆子栽培管理的一项参考指标，为覆盆子优质高效栽培提供理论依据。