甘肃沿黄灌区10个枣树品种叶绿素荧光特性的比较分析

张广忠，张露荷，黄华梨，马存世，赵 通，胡秉芬，戚建莉，朱红斌

（甘肃省林业科学研究院，甘肃 兰州 730020）

甘肃沿黄河灌溉区（以下简称为“甘肃沿黄灌区”）作为我国枣树的原产地之一，其枣树栽培历史悠久，而枣树作为生态经济兼用型的水土保持树种在甘肃沿黄灌区的发展面积大，是当地农民致富的支柱产业之一。该区域主栽的枣树品种主要有‘靖远小口枣’与‘五佛圆枣’，这2个优良品种均为制干枣品种。该区域在红枣生产经营管理中存在品种老化、优质果率低、效益低等问题，甚至出现了因枣果收购价格太低而致枣果成熟却无人采摘的现象，这严重降低了当地枣产业的整体水平和市场竞争力[1]。针对这一问题，急需调整枣品种结构，更换适应性强、抗性强、产量高、枣果品质好的优良枣树新品种，适当增加鲜食枣的种植面积。近几年来，该区域已从全国各地引进了‘七月鲜’‘骏枣’‘冬枣’‘赞皇大枣’‘新郑早红枣’‘小梨枣’‘晋矮3号’‘晋矮4号’‘马牙白’‘新郑灰枣’‘早脆王’等30余个优良枣树品种，并对其适应性展开了研究。

叶绿素荧光作为植物体内所发出的天然信号，是植物体的内在探针，可以反映植物的生理状态及其与所在环境的关系[2-3]；叶绿素荧光技术是一种用叶绿素荧光为探针，快速、灵敏地检测植株对光能的吸收、传递、耗散和分配等光合作用状态，没有损伤地研究植物光合生理特性、评价植株光合能力的技术[4]。通过分析植株的叶绿素荧光特性能直接或间接地了解其光合作用过程，与叶片“表观性”的气体交换指标相比，叶绿素荧光参数能更加直接地反映其“内在性”状况[5]。因为采用叶绿素荧光技术进行检测，既快捷又准确，还不会对植物造成损伤[6]，而且叶绿素荧光参数又是反映植物光合能力和栽培适应性、决定产量的重要因素，所以近年来叶绿素荧光分析技术得到了广泛的应用，这种技术可用于选种研究[7]，也可用于对植物的耐涝或耐旱[7-8]、耐低温胁迫[9-10]、耐盐碱[11]、耐干热[12]、耐重金属胁迫[13]、缺素胁迫[14]等抗性方面的评价。目前，有关不同品种枣树叶绿素荧光特性的研究报道较少：王林云[15]已对3个鲜食枣品种的叶绿素荧光参数进行了研究；李庆亮等[16]研究了遭到绿盲蝽危害后枣树叶片的绿素荧光特性；刘倩等[17]已对3个枣树品种的光合荧光特性进行了研究；付广军等[18]对陕西榆林沙区的10个不同鲜食枣品种的光合、叶片叶绿素和氮（N）含量进行了研究。本课题组之前对引进到甘肃沿黄灌区的30个品种枣树的光合特性及水分利用效率进行了初步的研究，从中初筛出了10个优良品种[19]，但对这10个品种的叶绿素荧光特性还未作研究。为了进一步了解这10个枣树品种光合能力的差异情况，本研究对其叶绿素荧光参数进行了观测与分析，旨在探讨不同品种枣树对光能的利用能力和对甘肃沿黄灌区环境的适应能力，为该区域选择更适宜的枣树品种提供一定的理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在甘肃省靖远县双龙乡北城村的枣树园里进行。该地地势平坦，有充足的水源和农业灌溉条件，背风向阳，光照条件好。该地海拔1 350 m，年平均气温7.5 ℃，年平均降水量185.6 mm。试验枣园的土壤是沙壤土，土壤有机质含量在1%左右，pH值为8.0～8.5。

1.2 试验材料

试验以10个6年生的枣树品种为供试材料，其树高为1.6～3.2 m；南北行向种植，株行距为1.5 m×3.0 m，整形修剪、土肥水管理和病虫害防治等田间管理一致。供试的10个枣树品种分别为‘金谷大枣’‘金昌一号’‘小梨枣’‘孔府酥脆枣’‘骏枣’‘蜂蜜罐’‘马牙白’‘甘酥佛枣’‘晋矮3号’‘壶瓶枣’，其中的‘甘酥佛枣’为暂定品种。

1.3 测定指标与测定方法

于2018年7月中旬晴天的9:00—11:00时进行观测。每个品种各选3株样树，在每株样树树冠的东南方向外围第1层主枝上选取新稍顶部向下数的第3、第4片叶为待测叶片，应选取成熟且健康完整的功能叶片（其叶色浓郁，叶绿素含量较高）作为待测叶片，每个品种共测定6片样叶。测定光强设为1 000 μmol·m-2s-1，采用开放气路，叶室温度为25 ℃。测定前先对枣树叶片进行30 min的暗适应，然后采用美国Li-COR公司制造的LI-6400型光合分析仪配备的叶绿素荧光叶室，按照仪器使用说明，分别测定暗适应后样叶的初始荧光（F0）、最大荧光（Fm）等荧光参数；再对样叶进行远红光的照射，之后测定其光下最小荧光（F0′）、光下最大荧光（Fm′）和稳态荧光（Fs）等荧光参数；观测仪器会间接自动地计算出光化学量子效率（Fv/Fm）、开放的PSⅡ反应中心的激发能捕获效率（Fv′/Fm′）、PSⅡ反应中心电荷分离实际量子效率（ΦPSⅡ）、电子传递速率（ETR）、光化学猝灭系数（qP）和非光化学猝灭系数（qN）。

1.4 数据处理与分析

利用Excel 2003软件进行数据整理和作图，采用SPSS 22统计分析软件进行数据统计和差异显著性分析（P≤0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同枣树品种叶片叶绿素荧光基础参数的比较

10个枣树品种的叶绿素荧光基础参数如图1所示。从图1中可以看出，10个品种枣树的初始荧光（F0）为443.90～495.00，各品种间不存在显著性差异（P＞0.05）。10个枣品种中，‘蜂蜜罐’的最大荧光（Fm）最大，为2 746.55；‘金谷大枣’‘金昌一号’‘小梨枣’‘孔府酥脆枣’‘骏枣’‘马牙白’‘晋矮3号’‘壶瓶枣’的最大荧光（Fm）为2 378.42～2 591.47，且各品种间亦无显著性差异（P＞0.05）；其中，‘蜂蜜罐’与‘甘酥佛枣’的最大荧光（Fm）均显著高于‘金谷大枣’和‘骏枣’的。‘孔府酥脆枣’‘马牙白’‘甘酥佛枣’的光下最小荧光（F0′）分别为531.97、528.42、522.80，均显著高于‘晋矮3号’的（P＜0.05），‘晋矮3号’的F0′值为478.47，其余9个品种的F0′值无显著性差异（P＞0.05）。‘小梨枣’‘孔府酥脆枣’‘甘酥佛枣’的光下最大荧光（Fm′）分别为2 411.30、2 471、2 414.45，均显著高于‘晋矮3号’和‘壶瓶枣’的（P＜0.05），‘晋矮3号’与‘壶瓶枣’的Fm′值分别为2 070.28和2 050.75，其余9个品种的Fm′值亦无显著性差异（P＞0.05）。‘壶瓶枣’的稳态荧光（Fs）为554.62，显著高于‘金谷大枣’和‘金昌一号’（P＜0.05）的，‘金谷大枣’与‘金昌一号’的Fs值分别为453.52和449.97，其余各个品种的Fs值亦无显著性差异（P＞0.05）。

图1 10个枣树品种叶片叶绿素荧光基础参数的比较Fig.1 Comparison of basic parameters of chlorophyll fluorescence in leaves of 10 jujube cultivars

2.2 不同枣树品种叶片叶绿素荧光光系统Ⅱ光化学效率参数的比较

10个枣树品种的叶绿素荧光光系统Ⅱ光化学效率参数如图2所示。从图2中可以看出，10个枣树品种叶片的光化学量子效率（Fv/Fm）为0.80～0.83，10个品种之间叶片的Fv/Fm值不存在显著性差异（P＞0.05）。‘壶瓶枣’叶片的光下开放的PSⅡ反应中心的激发能捕获效率（Fv′/Fm′）最低，为0.72，显著低于其余9个品种（P＜0.05）的；其余9个品种间叶片的Fv′/Fm′值无显著性差异（P＞0.05）。‘壶瓶枣’叶片的PSⅡ反应中心电荷分离实际量子效率（ΦPSⅡ）最低，为0.72，且显著低于其余9个品种的（P＜0.05）；其余9个品种间其ΦPSⅡ值无显著性差异（P＞0.05）。电子传递速率（ETR），‘壶瓶枣’的最高，为0.55；‘金昌一号’的最低，为0.34；‘壶瓶枣’和‘马牙白’的ETR无显著性差异（P＞0.05）；‘金谷大枣’‘金昌一号’‘小梨枣’‘骏枣’‘蜂蜜罐’的ETR为0.34～0.39，且此5个品种之间其ETR无显著性差异（P＞0.05）；马牙白’‘甘酥佛枣’‘晋矮3号’的ETR为0.45～0.50，且此三者之间其ETR亦无显著性差异（P＞0.05）。

图2 10个枣树品种叶片光系统Ⅱ光化学效率参数的比较Fig.2 Comparison of the photochemical efficiency parameters of photosystem II in leaves of 10 Jujube cultivars

2.3 不同枣树品种叶片叶绿素荧光猝灭参数的比较

10个枣树品种叶片的叶绿素荧光猝灭参数如图3所示。从图3中可以看出，10个枣树品种叶片的光化学猝灭系数（qP）为0.86～1.02，10个品种之间叶片的qP不存在显著性差异（P＞0.05）。‘壶瓶枣’的非光化学猝灭系数（qN）最大，为0.22；‘孔府酥脆枣’的qN最小，为0.04；‘金谷大枣’‘金昌一号’‘小梨枣’‘孔府酥脆枣’‘骏枣’‘马牙白’‘甘酥佛枣’的qN为0.04～0.12，且这几个品种间叶片的qP无显著性差异（P＞0.05）；‘壶瓶枣’与‘晋矮3号’的qN均显著高于‘小梨枣’‘孔府酥脆枣’‘骏枣’‘马牙白’‘甘酥佛枣’的（P＜0.05）。

图3 10个枣树品种叶片叶绿素荧光猝灭参数的比较Fig.3 Comparison of chlorophyll fluorescence quenching parameters in leaves of 10 jujube cultivars

2.4 枣树叶片各个叶绿素荧光参数间的相关性分析

枣树的各个叶绿素荧光参数间的相关系数见表1。从表1中可以看出，枣树叶片的Fm′与F0′、Fv/Fm与Fm、Fv′/Fm′与Fm′、ΦPSⅡ与Fm′、ΦPSⅡ与Fv′/Fm′之间均呈极显著正相关，其相关系数分别为0.455、0.539、0.701、0.575、0.923。ETR与F0显著正相关，其相关系数为0.313。Fv/Fm与F0、Fv′/Fm′与Fs、ΦPSⅡ与Fs、ETR与Fv′/Fm′、qN与Fm′、qN与Fv′/Fm′之间均呈极显著负相关，其相关系数分别为-0.677、-0.76、-0.841、-0.458、-0.543、-0.395。ETR与ΦPSⅡ、qN与F0′、qN与ΦPSⅡ之间均呈显著负相关，其相关系数分别为-0.388、-0.337、-0.35。

表1 枣树叶片叶绿素荧光参数间的相关性分析结果†Table 1 The correlation of chlorophyll fluorescence parameters of jujube leaves

3 讨 论

初始荧光（F0）是经过暗适应后光合机构PSⅡ反应中心完全开放时的荧光强度，是可以用来判断PSⅡ反应中心运转情况的重要指标，指的是理论上反应中心正好能发生光化学反应时的叶绿素荧光[20]；F0的增加可能是因PSⅡ反应中心被破坏或者可逆失活而引起的，F0的下降可能是因PSⅡ天线的热耗散增多而造成的[21]。观测结果表明，10个枣树品种之间叶片的初始荧光（F0）不存在显著性差异（P＞0.05）。最大荧光（Fm）是PSⅡ反应中心完全关闭时的荧光强度（即充分暗适应情况下的最大荧光），Fm值反映的是光合作用的实际相关光化学量子产率[22]；外部环境的胁迫和光抑制均可以造成Fm值的下降[23]。本研究结果表明，‘蜂蜜罐’与‘甘酥佛枣’的最大荧光（Fm）均显著高于‘金谷大枣’和‘骏枣’的，即说明单从Fm值来看，‘金谷大枣’和‘骏枣’可能均受到了外部环境的胁迫或光抑制。最大光化学量子产量（Fv/Fm）指的是植物的光合作用效率，可以反映植物叶片在充分暗适应情况下PSⅡ反应中心的光化学量子效率[10，24]，非光化学猝灭效率的变化能够引起Fv/Fm值的变化；正常光照条件下，植物的Fv/Fm值一般为0.75～0.85，其变化很小[25]。观测结果表明，10个枣树品种叶片的光化学量子效率（Fv/Fm）为0.80～0.83，10个枣树品种之间其Fv/Fm值不存在显著性差异（P＞0.05）。因为Fv/Fm值的降低是光抑制现象的主要表征[26-27]，故其被认为是判断植物是否发生光抑制现象的重要指标[28-29]。本研究观测到的10个枣树品种的光化学量子效率（Fv/Fm）均在正常范围值之内；虽然单从Fm值来看，‘金谷大枣’和‘骏枣’可能均受到了外部环境的胁迫或光抑制，但是，‘金谷大枣’与‘骏枣’的Fv/Fm值分别为0.82和0.81，表明供试的这10个枣树品种均未受到环境胁迫或光抑制。

实际量子效率（ΦPSⅡ）表示植物光合作用的电子传递的量子产额，实际量子效率高则有利于植物光能转化效率的提高，更有利于为暗反应的碳（C）同化积累更多的能量[30]。观测结果表明，‘壶瓶枣’叶片的PSⅡ反应中心电荷分离实际量子效率（ΦPSⅡ）最低，为0.72，且显著低于其余9个品种的（P＜0.05），这一观测结果说明，‘壶瓶枣’为暗反应的碳同化积累的能量少于其余9个品种的。

电子传递速率（ETR）通常由光抑制程度、天线光能转化效率和PSⅡ反应中心的开放程度等因素决定[31]。原初电子受体（QA）的氧化还原状态、PSⅡ开放中心的数目均可以通过光化学猝灭系数（qP）反映出来[32]。观测结果还表明，10个枣树品种之间其光化学猝灭系数（qP）不存在显著性差异（P＞0.05）。供试的这10个不同枣树品种均未受到环境胁迫或光抑制，且这10个不同枣树品种的光化学猝灭系数（qP）之间不存在显著性差异；以上这两点可以表明：‘壶瓶枣’较高的电子传递速率（ETR）不是由于光抑制程度和PSⅡ反应中心的开放程度不同造成的。‘壶瓶枣’和‘晋矮3号’的qN均显著高于‘小梨枣’‘孔府酥脆枣’‘骏枣’‘马牙白’‘甘酥佛枣’的（P＜0.05），说明‘壶瓶枣’和‘晋矮3号’耗散反应中心天线色素吸收过量光能的能力比‘小梨枣’‘孔府酥脆枣’‘骏枣’‘马牙白’‘甘酥佛枣’都要强，即‘壶瓶枣’和‘晋矮3号’对光合机构的保护能力均较强。本研究推断‘壶瓶枣’较高的电子传递速率（ETR）是通过耗散过剩的激发能有效保护光合机构而造成的。

本研究不足之处是该试验系统性不强，没有对这10个枣树品种叶片的气孔结构进行观察，也没有观察其叶片组织结构和测定相应的组织结构指标。

4 结 论

综上所述，‘壶瓶枣’为暗反应的碳同化所积累的能量少于其余9个品种的；‘壶瓶枣’和‘晋矮3号’对光合机构的保护能力均较强；与其余9个供试的枣树品种相比，‘壶瓶枣’较高的电子传递速率（ETR）不是由于光抑制程度和PsII反应中心的开放程度的不同而造成的，可以推断，‘壶瓶枣’较高的电子传递速率（ETR）是通过耗散过剩的激发能有效保护光合机构而造成的。

‘金谷大枣’‘金昌一号’‘小梨枣’‘孔府酥脆枣’‘骏枣’‘蜂蜜罐’‘马牙白’‘甘酥佛枣’‘晋矮3号’等9个枣树优良品种对甘肃沿黄河灌溉区环境的适应能力均较强，值得在该区域推广。