淹水脅迫期獼猴桃幼苗光能分配變化規律

任亞萍　周勃　米銀法

摘要：探討淹水條件下，獼猴桃（Actinidia deliciosa）葉綠素熒光參數的變化動態及光能分配規律，結果表明，隨著脅迫時間的延長，葉片Fo、Fo′、qN、Hd逐漸升高；Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/ Fo、Fv′/ Fm′、qP、Pc、ETR逐漸降低；Ex先升后降。PSⅡ吸收光能用于天線熱耗散的百分率逐漸升高，用于光化學反應的能量百分率前3 d內基本穩定，Hd ∶ Pc ∶ Ex基本穩定在35.47% ∶ 49.41% ∶ 15.12%，與對照無差異，之后顯著降低。獼猴桃在遭受淹水脅迫時，幼苗葉片光化學效率明顯降低，但在一定程度上可通過非光化學猝滅耗散能量，來保護光合機構免遭破壞。

關鍵詞：淹水脅迫；獼猴桃；熒光參數；光能分配

中圖分類號： S663.401 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0205-04

植物遭受淹水脅迫時易造成氣孔關閉，羧化酶失活、葉片失綠和衰老都會引起植物光合速率迅速下降。因此，植物受到淹水脅迫時，幼葉吸收的光能不能全部被利用，容易產生光抑制[1]，致使PSⅡ反應中心可逆失活，泛酯QB電子傳遞鏈阻斷，原初受體質體醌QA再氧化能力降低[2]，進而影響植物光合作用的內部調控機制，主要包括卡爾文循環酶活性、PSⅡ活性及電子流等[3]。PSⅡ能量合理分配對于防止植物光合機構損傷、保證植物正常生長具有重要意義[4]。研究表明，紫丁香[5]、桑樹[6]等植物淹水脅迫時植物可啟動體內調節機制來調整過量能量的耗散，以降低PSⅡ反應中心過剩光能的壓力，保護中心免受過剩光能的傷害[7-8]。目前國內外尚未發現關于淹水脅迫期獼猴桃幼苗光能分配規律變化研究相關報道。獼猴桃（Actinidia deliciosa）屬多年生藤本果樹，生長期既喜水又怕水，由于中國雨水季節性和地域性分布不均，栽培中往往會遇到土壤澇害、淹水等災害，引起根際低氧[9]。本試驗探討淹水條件下，獼猴桃葉綠素熒光參數的變化動態及光能分配規律，旨在為獼猴桃新品種選育和高產栽培措施確立提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在河南科技大學林學院進行。以獼猴桃盆栽嫁接苗為材料，砧木為2年生秦美獼猴桃實生苗，接穗為海沃德獼猴桃。2014年3月20日上盆盆栽，8月6日開始淹水，淹水處理11 d，共處理30株。處理時挑選長勢均一的試材，將其帶盆全部放入水池中淹水處理，每天傍晚補水，水的深度與盆高平齊，以正常澆水（每3 d澆1次透水）為對照。

1.2 方法

淹水處理第1、3、5、7、9、11 天每天10：00用LI-6400XT光合儀（美國LI-COR公司 ）按操作手冊測定葉片葉綠素熒光參數。選植株基部靠上第3節位完全展開的葉片，進行 0.5 h 暗適應測定。測定前葉片暗適應20 min，1.3 數據處理

采用DPS、Excel軟件分析數據。

2 結果與分析

2.1 淹水脅迫對獼猴桃葉片基礎熒光Fo及最大熒光Fm變化的影響

基礎熒光Fo反映了PSⅡ反應中心全部開放即QA全部氧化時的熒光水平，PSⅡ反應中心的破壞或可逆失活會引起Fo的增加。Fo的大小與激發光的強度以及葉片葉綠素含量有關，是重要的物理參數，它的增加表明了PSⅡ反應中心不易逆轉的破壞或可逆失活。圖1-A反映了根際淹水條件下，獼猴桃幼苗葉片基礎熒光Fo隨脅迫時間的延長呈逐漸升高的趨勢。第11天，獼猴桃幼苗葉片基礎熒光Fo比對照增加了55.18%，說明隨脅迫時間的延長，獼猴桃葉片光合中心發生可逆破壞。最大熒光Fm是PSⅡ反應中心全部關閉時的熒光，它的降低是光抑制的一個特征。從圖1-B可知，獼猴桃幼苗葉片最大熒光Fm隨脅迫時間的延長呈逐漸降低的趨勢。第11天，獼猴桃幼苗葉片最大熒光Fm比對照降低1684%，表明隨脅迫時間的延長，獼猴桃幼苗葉片光合作用逐漸受到光抑制。

2.2 淹水脅迫對獼猴桃幼苗葉片可變熒光Fv和PSⅡ光化學效率變化的影響

可變熒光Fv是Fm與Fo之差，它的大小反映了PSⅡ最初的電子受體QA的氧化還原狀況。在光抑制條件下，Fv的降低主要是由于Fm的降低。圖2-A表明，獼猴桃幼苗可變熒光隨脅迫時間的延長呈逐漸降低的趨勢。第11天，獼猴桃幼苗可變熒光比對照降低34.27%，淹水脅迫對于獼猴桃幼苗葉綠素可變熒光的影響顯著?？勺儫晒釬v的降低可能主要是由于Fo的增加引起的。植物葉片對光能的吸收、傳遞、利用與環境密切相關，光系統Ⅱ（PSⅡ）的光合電子傳遞受環境因子的影響更顯著。Fv/ Fm 是暗適應下PSⅡ的最大光化學效率，表示原初光能轉化效率，它和光合電子傳遞活性成正比，是反映葉綠素熒光和光系統Ⅱ的重要參數。圖2-B反映了獼猴桃幼苗葉片Fv/ Fm隨時間的延長呈逐漸降低趨勢，前5 d Fv/ Fm變化較小，之后顯著下降，第11天比對照降低20.95%，表明遭受根際淹水脅迫時，獼猴桃幼苗葉片光化學效率明顯降低。

2.3 淹水脅迫對獼猴桃幼苗葉片PSⅡ光潛在活性變化的影響

PSⅡ潛在活性一般由Fv/ Fo代表，正常的獼猴桃苗期PSⅡ光潛在活性在4.0～4.5（圖3）。遭受根際淹水時，PSⅡ潛在活性顯著下降，11 d時最低，為1.75，比對照值降低576%。

2.4 淹水脅迫對獼猴桃幼苗葉片光下葉片初始熒光Fo′、最大熒光Fm′及實際光能轉換效率Fv′/ Fm′變化的影響

葉片熒光參數Fv/ Fm 與Fv′/ Fm′分別表示PSⅡ的最大光能轉換效率與實際光能轉換效率。從圖4可以看出，淹水脅迫下，獼猴桃葉片光下初始熒光Fo′隨脅迫時間的延長呈逐漸升高趨勢，第11天較對照增加18.70%。光下最大熒光Fm′、可變熒光Fv′及實際光能轉換效率Fv′/ Fm′均隨脅迫時間的延長而逐漸降低，第11天較對照分別降低了56.65%、97.55%、94.29%。

2.5 根際淹水對獼猴桃幼苗葉片光下葉綠素熒光光化學猝滅系數qP及非光化學猝滅系數qN變化的影響

熒光猝滅是葉綠體耗散能量的一種途徑，分為光化學猝滅（qP）和非光化學猝滅（qN） 2種。圖5-A結果表明，隨著處理時間的延長，淹水脅迫程度加劇，qP下降。第11天，qP較對照降低了52.01%。qP減少反映了淹水脅迫下QA的重新氧化能力減弱，即PSⅡ的電子傳遞活性減弱，從而使植株光合碳同化能力受到影響。從圖5-B可以看出，qN與qP相反，淹水脅迫加劇時qN顯著升高，第11天，qN較對照升高了116.46%，說明淹水脅迫使PSⅡ的非輻射能量耗散增加，表明獼猴桃在遭受淹水脅迫時，在一定程度上可通過非光化學猝滅耗散能量，來保護光合機構免遭破壞。

2.6 淹水脅迫對獼猴桃幼苗葉片光下天線熱耗散百分率Hd、光化學反應百分率Pc、PSⅡ反應中心非光化學耗散百分率Ex、表觀光合電子傳遞速率ETR變化的影響

從圖6可以看出，隨脅迫時間的延長，獼猴桃葉PSⅡ吸收光能用于天線熱耗散的百分率（Hd）呈逐漸升高趨勢；光化學反應的能量百分率（Pc） 和表觀光合電子傳遞速率（ETR）呈逐漸降低的趨勢；反應中心非光化學能量耗散百分率（Ex）呈先升后降的趨勢。

2.7 淹水脅迫對獼猴桃幼苗葉片葉綠素熒光能量分配變化的影響

正常生長條件下，獼猴桃葉片PSⅡ吸收光能用于天線熱耗散的百分率（Hd）、光化學反應的能量百分率（Pc）、反應中心非光化學能量耗散百分率（Ex）比較穩定（圖7）。PSⅡ吸收光能用于葉片葉綠素熒光能量的分配率基本穩定在Hd ∶ Pc ∶ Ex=34.14% ∶ 51.48% ∶ 14.38%左右。隨著脅迫時間的延長，PSⅡ吸收光能用于天線熱耗散的百分率（Hd） 呈現逐漸升高的變化趨勢。與此不同的是，PSⅡ用于光化學反應的能量百分率（Pc） 隨光照時間的延長，前3 d內基本穩定，之后顯著降低。PSⅡ反應中心非光化學能量耗散百分率（Ex）則先升后降。脅迫條件下前3 d Hd ∶ Pc ∶ Ex基本穩定在3547% ∶ 49.41% ∶ 15.12%左右，與對照無差異，可見脅迫前3 d獼猴桃PSⅡ吸收光能用于葉片葉綠素熒光能量的分配沒有受到影響，5 d后受到顯著影響，PSⅡ 吸收光能用于天線熱耗散的百分率（Hd）所占份額逐漸加大，第11天，Hd ∶ Pc ∶ Ex= 96.3% ∶ 1.39% ∶ 2.31%。Hd增加說明進入PSⅡ反應中心的能量減少，通過天線熱耗散的能量增多，表明獼猴桃遭受淹水脅迫時，具有一定的光合保護機制。

3 結論與討論

Fv / Fm 代表PSⅡ的原初光能轉換效率。本研究結果表明，淹水脅迫時獼猴桃葉片的Fv / Fm 呈下降趨勢。Fv / Fm下降包含兩個意思：PSⅡ反應中心光化學傷害（伴隨Fo上升） 和系統提高熱耗散（伴隨Fo猝滅），后者實際上就是保護機制。脅迫處理還導致了光合電子傳遞量子效率（ΦPSⅡ） 的大幅度降低，ΦPSⅡ的降低阻礙了植株同化力NADPH、ATP的形成，因而影響了植物對碳的固定和同化。Fv / Fo代表了PSⅡ的潛在活性，與對照相比，淹水處理導致了獼猴桃葉片Fv / Fo的降低。qP是對原初電子受體QA氧化態的一種量度，代表PSⅡ反應中心開放部分的比例，可以反映光合電子鏈的電子傳遞速率[11]。qP較高表示QA處在較高的氧化態，即PSⅡ反應中心開放部分的比例較大，光合電子傳遞的速率較快[12]。水分脅迫均導致獼猴桃葉片Fv/Fm和Fv/Fo下降，Fv/Fm和Fv/Fo分別代表PSⅡ原初光能轉化效率和PSⅡ的潛在活性，二者的下降表明淹水迫使PSⅡ受到了損傷，植株受到了光抑制，傷害部位可能位于PSⅡ氧化側或PSⅡ反應中心或PSⅡ原初電子受體，也可能三者皆受到傷害[13]。ΦPSⅡ反映PSⅡ反應中心部分關閉情況下的實際PSⅡ光能捕獲的效率，與碳同化反應的強度密切相關。光化學猝滅反映PSⅡ天線色素吸收的光能用于光化學電子傳遞的份額，要保持高的光化學猝滅就要使PSⅡ反應中心處于開放狀態，所以光化學猝滅在一定程度上反映了PSⅡ反應中心的開放程度。光化學猝滅系數qP越大，還原態QA重新氧化形成QA的量越大，即PSⅡ的電子傳遞活性越大。獼猴桃葉片qP劇烈下降說明QA-QB的電子傳遞受到了抑制[14]。qP下降說明用于進行光合作用的電子減少，以熱或其他形式耗散的光能增加，這與Hd升高是吻合的。qN指由非輻射能量耗散等引起的熒光猝滅，與光合電子傳遞和光合氣體交換無直接關系，僅與ATP和NADPH的形成、累積及光合膜的狀態有關，qN升高說明獼猴桃幼苗通過耗散多余能量以保護光合機構免受低溫傷害的能力增強[15]。

本研究結果表明，淹水脅迫引起了獼猴桃葉片PSⅡ天線熱耗散Hd和反應中心非光化學能量耗散Ex的增加，導致光化學反應能量轉化百分率Pc下降。這與低溫弱光對黃瓜葉片PSⅡ能量分配的效應類似[10]。研究認為，Hd效應的提高可能與葉黃素循環有關[16]，還可能與光合單位中葉綠素分子數目增加有關[17]。脅迫后許多植物葉片葉綠素a/b下降，天線色素比例上升，捕光色素吸收的能量傳遞到PSⅡ反應中心的距離增大，“線耗”增加。除了以上兩種可能性外，Hd值增加還可能與脅迫后PSⅡ光化學效率（Pc）下降有關。Pc在一定范圍內下降并不意味著凈光合速率下降，相反與之相偶聯的光合磷酸化受促，ATP和NADPH生成增加，可以為暗反應提供更多還原力[18]。因而，PSⅡ光化學能量轉化能力也影響到天線熱耗散Hd，這是由于PSⅡ反應中心出現了某種適應性機制，用以耗散PSⅡ反應中心內部因光化學效率（Pc）下降而增多的能量[19]，相關機制尚待進一步闡明。

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