不同光照强度对两份五味子资源PSII活性的影响

郭建辉，王振兴，孙 丹，石广丽，张苏苏，艾 军，于 淼，刘雨萌，吴姝逸

(吉林农业大学园艺学院，长春 130118)

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取吉林农业大学五味子基地生长健壮、长势一致的3年生‘铁岭-0601’ 和‘早红’嫁接苗为试验材料。2020年7月，每个资源各选5株长势一致的健壮植株，以新梢顶部下数第15～20片完全展开的典型功能叶进行各参数的测定。

1.2 试验设计

将已选取的两份五味子资源植株叶片摘下后迅速用湿纱布包裹带回实验室，用打孔器避开叶脉取直径10 mm的叶圆片并叶面朝上平铺在装有清水的培养皿中，进行强光胁迫试验。共设置4个处理：① 在0 μmol/(m2·s)光照强度的荧光灯下处理3 h(T1)；② 在600 μmol/(m2·s)光照强度的荧光灯下处理3 h(T2)；③ 在1200 μmol/(m2·s)光照强度的荧光灯下处理3 h(T3)；④ 在1800 μmol/(m2·s)光照强度的荧光灯下处理3 h(T4)。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的测定 照光结束后，立即黑暗处理1 h，随后采用英国Hansatech公司生产的M-PEA在饱和激发光下测定叶绿素荧光参数及快速叶绿素荧光诱导动力学曲线，每组均测20个叶圆片。参考Strasser等[12]的方法对获得曲线进行分析，得到如下参数: 电子传递效率(φO)=ETO/TRO、电子传递的量子产额(φEo)=ETO/ABS、用于热耗散的量子比率(φDo)=1-φPo、单位PSII叶绿素天线可还原QA反应中心的数量(RC/ABS)、单位面积吸收的光能(ABS/CSO)、单位面积的热耗散(DIO/CSO)=(ABS/CSO)-(TRO/CSO)、单位面积捕获的光能(TRO/CSO)=φPo×(ABS/CSO)、单位面积电子传递的量子产额(ETO/CSO)=φEo×(ABS/CSO)。

1.3.2 丙二醛含量及花色苷相对含量的测定 采用硫代巴比妥酸(TBA)显色法测定MDA含量[13]。各处理重复3次。利用英国Hansatech公司生产的UniSpec-SC光谱分析仪测量叶片反射光谱，光谱仪的测定波段范围为310～1130 nm，根据不同波段光谱反射率，按照Wang等[14]的方法计算花色苷的相对含量，ARI=R800×[(1/R550) - (1/R700)]，两个品系均测20片叶。

1.3.3 数据分析方法 采用SPSS 20软件进行数据统计分析，采用Excel 2019作图。

2 结果与分析

2.1 不同光照强度对两份五味子资源叶片荧光诱导动力学曲线的影响

根据公式(Ft-Fo) /(Fm-Fo)将不同时间的荧光强度标准化，并绘制成OJIP标准曲线(图1)。不同光照强度对‘早红’和‘铁岭0601’ 的O点和P点影响较小，随着光照强度的改变，二者出现明显的K、J与I点。‘早红’与‘铁岭-0601’VK排序为T1

图1 不同光照强度对两份五味子资源叶片O-J-I-P荧光诱导曲线的影响Fig.1 Effects of different light intensity on O-J-I-P fluorescence induction curves in leaves of two S. chinensis lines

2.2 不同光照强度对两份五味子资源叶片PSII能量分配比率的影响

φo和φEo表示电子传递效率和电子传递的量子产额。由图2-A～2-B可知，随着光照强度的增加，‘早红’与‘铁岭-0601’叶片的φo和φEo呈下降趋势，且T2、T3、T4与T1具有显著差异。φDo表示用于热耗散的量子比率，不同光照强度对‘早红’与‘铁岭-0601’叶片φDo的影响与φo和φEo呈相反趋势，其随着光照强度的增加逐渐上升，与T1相比，T2、T3、T4光强处理下‘早红’与‘铁岭-0601’φDo分别增加23.17%、37.80%、93.90%和16.93%、19.58%、111.64%。RC/ABS为单位PSII叶绿素天线可还原QA反应中心的数量，由图2-D可知，随着光照强度的上升，两份资源叶片的RC/ABS呈下降趋势。与T1相比，‘早红’和‘铁岭-0601’T2、T3、T4处理的RC/ABS分别下降16.74%、20.30%、36.42%和12.87%、18.27%、44.22%。这意味着由于光照强度的升高，叶片吸收过多的光能，但RC/ABS数量减少，φo与φEo降低，从而大量的能量被积累，导致φDo增加。

A. 电子传递效率(φO)；B. 电子传递效率和电子传递的量子产额(φEo)；C. 热耗散的量子比率(φDo)；D. 单位PSII叶绿素天线可还原QA反应中心的数量(RC/ABS)；不同小写字母表示在0.05水平显著差异A. The electron transport efficiency (φO); B. Quantum yield of electron transport (φEo); C. The quantum ratio for heat dissipation (φDo); D. Number of reaction centers (RC/ABS); Different lowercase letters indicate significant differences at the level of 0.05图2 不同光照强度对两份五味子资源叶片PSII能量分配比率的影响Fig.2 Effects of different light intensities on PSII energy distribution ratio in leaves of two S. chinensis prime lines

2.3 不同光照强度对两份五味子资源叶片比活性参数的影响

由图3可知，‘早红’与‘铁岭-0601’叶片单位面积吸收的光能(ABS/CSO)随着光照强度的增加整体呈上升趋势，其中‘早红’T1与其余3个处理均有显著差异，‘铁岭-0601’T3、T4与T1差异显著。‘早红’与‘铁岭-0601’叶片单位面积内热耗散(DIO/CSO)T2、T3和T4较T1相比，分别增加30.52%、44.18%、122.09%和16.63%、24.81%、101.14%。‘早红’与‘铁岭-0601’单位面积捕获的光能(TRO/CSO)随光照强度增加整体呈下降趋势，其中‘早红’T2与T1无显著差异，T3和T4较T1相比分别下降2.87%、6.58%，‘铁岭-0601’T2、T3与T1无显著差异，T4较T1相比下降27.95%。‘早红’与‘铁岭-0601’单位面积电子传递的量子产额(ETO/CSO)随光照强度增加而下降，与T1相比，T2、T3、T4分别下降13.93%、13.83%、41.76%和16.57%、14.41%、55.02%。ABS/CSO、DIO/CSO都随光照强度的升高而增加，而ETO/CSO和TRO/CSO则随光照强度升高而下降，且在T4处理下，TRO/CSO的降低程度和DIO/CSO的上升幅度较大，这说明由于光照强度的升高，单位面积吸收的光能不断增加，但强光胁迫导致叶片单位面积部分反应中心关闭、失活或裂解。

A. 单位面积吸收的光能(ABS/CSO)；B. 单位面积的热耗散(DIO/CSO)；C. 单位面积捕获的光能(TRO/CSO)；D. 单位面积电子传递的量子产额(ETO/CSO)；不同小写字母表示在0.05水平显著差异A. Quantum yield of electron transport per unit area (ABS/CSO); B. The heat dissipation per unit area (DIO/CSO); C. Captured light energy per unit area (TRO/CSO); D. The light energy absorbed per unit area (ETO/CSO);Different lowercase letters indicate significant differences at the level of 0.05图3 不同光照强度对两份五味子资源叶片比活性参数的影响Fig.3 Effects of different light intensities on specific activity parameters of leaves of two S. chinensis superiorlines

同时，在更高的光强下电子受体侧才会受到严重损害，电子传递体活性下降，导致热耗散增加。

2.4 两份五味子资源叶片膜脂过氧化程度及叶片花色苷相对含量测定结果

由图4-A可知，随着光照强度的上升，‘早红’与‘铁岭-0601’叶片中MDA含量呈逐渐升高趋势，‘早红’与‘铁岭-0601’T2、T3、T4较T1分别增加3.46%、13.39%、23.95%和3.80%、12.77%、33.99%。无论哪种光照强度处理下，‘铁岭-0601’MDA积累量始终高于‘早红’。由图4-B可知，‘早红’与“铁岭-0601”的花色苷相对含量分别为0.278、0.088，‘早红’花色苷相对含量是‘铁岭-0601’的3.16倍，二者差异显著。

不同小写字母表示在0.05水平显著差异Different lowercase letters indicate significant differences at the level of 0.05图4 不同光照强度对两份五味子资源叶片MDA含量的影响及两个五味子优系花色苷相对含量Fig.4 Effects of different light intensities on the content of malondialdehyde in leaves of two S. chinensis lines and the determination of relative content of anthocyanins in the two S. chinensis lines

3 讨 论

3.1 不同光照强度对五味子PSII活性的影响

研究发现不同种质资源的PSII活性对强光响应存在差异，杨琳[16]通过对长圆石韦、柔软石韦和有柄石韦3种石韦属植物的研究发现，随着强光胁迫加深，有柄石韦的电子传递活性、反应中心开放数量、光能捕获效率及转化效率均高于其他二者，表明强光胁迫对有柄石韦的影响较小，其不易发生光抑制。本研究中，强光胁迫下‘铁岭-0601’电子传递效率受抑制程度更大。通过进一步分析数据发现，强光处理下‘早红’φO、φEo、RC/ABS、TRO/CSO、ETO/CSO均高于‘铁岭-0601’，而φDo、ABS/CSO、DIO/CSO却比‘铁岭-0601’低，表明强光胁迫下‘早红’具有更高的光能捕获和电子传递效率，抗强光能力较强，而‘铁岭-0601’则在强光条件下通过下调电子传递效率、上调热耗散比率来启动自我防御机制、避免过量激发能造成的损伤。

3.2 不同光照强度对五味子膜脂过氧化的影响

植物细胞膜含大量的不饱和脂肪酸，逆境环境下易被活性氧攻击从而发生膜质过氧化作用，MDA是主要产物，会导致生物膜的结构与功能受到破坏，其含量高低是膜质过氧化作用强弱的一个重要指标[17]。本试验中，随着光照强度的升高，‘早红’与‘铁岭-0601’的MDA积累量增加，说明五味子叶片在强光胁迫下，由于ROS没有被及时清除而使其在叶片内大量积累，发生膜质过氧化。不同处理下‘铁岭-0601’的积累量始终高于‘早红’，说明‘铁岭-0601’对强光的抗性较弱，ROS大量累积，使得蛋白质失活、DNA链断裂以及膜质过氧化。反之，‘早红’对强光的抗性较强，MDA含量上升幅度较小，推测可能由于抗氧化酶与渗透调节共同参与调节，从而防止逆境对细胞膜的过氧化损伤。

3.3 不同资源五味子花色苷光破坏防御能力差异

叶片内部积累的花色苷可通过其物理化学特性来降低光能吸收并且抵御过剩光能危害。花色苷可以通过“光屏蔽”或“光衰减”的作用保护叶绿体，也可以耗散过剩光能，从而使保护光合机构免受破坏。此外，花色苷具有抗氧化功能，可氧化清除光能过剩而产生的ROS[10]。本试验结果发现，‘早红’叶片的花色苷积累量是‘铁岭-0601’的3.16倍，因此，在强光胁迫下‘早红’可利用较多的花色苷耗散部分光能，同时清除ROS来保护光合机构免受过剩光能及ROS的损害。

4 结 论

不同五味子种质资源对强光的响应具有差异，‘早红’强光胁迫下PSII电子传递体活性强，抵御强光能力更强。因此，大田推广栽培建议选用‘早红’,人工栽培管理应根据不同种质资源的抗强光能力而采取相应的防晒保湿等技术措施。