蘋果四倍體品種葉綠素熒光參數的日變化

摘要：以同源四倍體品種天星、煙嘎1號和對應的二倍體品種富士、煙嘎1號為試材，研究了蘋果四倍體品種葉綠素熒光參數的日變化規律。結果表明，初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、PSⅡ原初光能轉化效率(Fv／Fm)、PSⅡ的潛在光化學效率(Fv／Fo)、以吸收光能為基礎的光合性能指數(PⅠ)均存在明顯的日變化。其中Fm、Fv／Fm和Fv／Fo變化趨勢基本一致，總體上呈先下降后上升趨勢，14:00降到最低值，且四倍體品種的下降較二倍體品種明顯，傍晚有回升，但仍比早晨低；四倍體品種Fo呈明顯的雙峰曲線，而二倍體品種總體呈單峰曲線，最大值均出現在14:00；P1日變化均表現為‘下降一升高一下降’變化。說明不同倍性蘋果品種防御強光破壞的主要機制可能不同。

關鍵詞：蘋果；四倍體；葉綠素熒光；日變化；光抑制

中圖分類號：S661.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-980(2011)01-129-05

多倍體在植物進化中有很重要的意義，也是促進植物發生進化改變的重要力量，植物界約有二分之一的物種屬于多倍體。果樹中的多倍體也很普遍，多倍體果樹一般具有生長健壯、枝粗、葉厚、果大、少子或無子、產量高、適應性和抗逆性強等特點。雖然蘋果的多倍體在自然界中早已存在，但自然突變產生多倍體的頻率比較低。在利用現有優良品種基因背景的基礎上，用秋水仙素誘導獲得蘋果四倍體，不僅有利于提高獲得多倍體的效率，也會得到更多的多倍體資源，并有可能獲得更有經濟和利用價值的蘋果新品種。目前，葉綠素熒光分析技術在果樹研究中主要用于果樹逆境生理、果樹光合、果實品質鑒定和抗性品種的選擇，對于不同倍性蘋果品種的研究鮮見報道。我們利用葉綠素熒光技術對四倍體蘋果品種的主要熒光參數及其日變化進行了測定，以期了解不同倍性蘋果品種之間熒光特性的差異：并通過對蘋果四倍體特性的了解，為蘋果的高效優質栽培及多倍體育種提供重要參考依據。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗于2008年7月下旬在沈陽農業大學果樹教學試驗基地進行。供試的蘋果品種為1a生盆栽平邑甜茶(Ma／us hupehensis)作砧木的富士自然芽變獲得的四倍體品種天星(Tensei)及其二倍體品種富士(Fuji)，通過秋水仙素誘變獲得的四倍體煙嘎1號(4x Yan 1 Gala)及其二倍體煙嘎1號(Yan 1Gala)。四倍體品種均為同源四倍體。盆土為壤質土，生長季常規管理。

1.2 方法

1.2.1 葉綠素含量測定參照李合生的方法。取天星、富士、4x煙嘎1號和煙嘎1號4個品種的功能葉，剪碎葉片，稱取0.2g，研磨，過濾，放入25mL95％乙醇提取液中。以95％乙醇提取液為對照，取4個品種的浸提液分別用UV-1600分光光度計(北京瑞利分析儀器公司)在波長665nm、649nm、470nm下測定吸光度，計算葉綠素(Chlorophyll)和類胡蘿卜素(carotenoid)含量。

1.2.2 葉綠素熒光測定 選取生長勢一致的植株為試材，單盆小區，每個品種6次重復，每株選高度和方位一致的健壯營養枝中部功能葉1枚，并掛牌標記，于晴天測定葉綠素熒光參數的日變化(8:00-18:00)，每隔1h測定1次。利用連續激發式植物熒光效率儀Handy-PEA(Hansatech Instruments，英國)測定葉綠素熒光參數。

測定前將葉片暗適應20min，暗適應后將葉片暴露在飽和脈沖光(3000mmol·m^-2s^-1)下1s，從儀器中直接讀取初始熒光Fo，最大熒光Fm，PSⅡ的原初光能轉化效率Fv／Fm，PSⅡ的潛在光化學效率Fv／Fo，以吸收光能為基礎的光合性能指數PⅠ等。

數據用DPS7.05軟件進行數據分析，Duncan’s新復極差法進行顯著性檢驗，Excel繪圖軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 葉綠素和類胡蘿卜素含量比較

由表1可知，同源四倍體天星和4x煙嘎1號的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量及類胡蘿卜素均分別高于二倍體的富士和煙嘎1號，且差異顯著。而葉綠素a／b比值天星小于富士，4x煙嘎1號大于煙嘎1號。說明，同源四倍體蘋果品種葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量和類胡蘿h素均高于其二倍體品種，但葉綠素a／b比值與倍性沒有表現出一致的變化規律。

2.2 葉綠素熒光參數日變化

光合日變化是維持植物光合機構內不同組分響應和適應環境條件的一種平衡能力的反映，葉綠素熒光參數則反映光合機構內一系列重要的適應調節過程。供試品種葉片熒光參數日變化趨勢如圖1-5。

2.2.1 Fo的日變化 初始熒光Fo是PSⅡ反應中心全部開放即QA全部氧化時的熒光水平。4個蘋果品種葉片Fo的日變化趨勢如圖1，四倍體品種天星和4x煙嘎1號Fo分別在9:00-10:00和9:00-12:00下降，而后F0驟然升高，天星和4x煙嘎1號Fo日變化峰值均出現在15:00。天星和4x煙嘎1號Fo在下午下降后又上升，可能是經歷高光強和高溫后，才出現PSⅡ反應中心短暫可逆失活；二倍體蘋果品種富士和煙嘎1號葉片的Fo呈先上升后下降趨勢，峰值分別為223.3和214.3，說明光抑制是葉片光合機構受到強光破壞或可逆失活的結果。

2.2.2 Fm的日變化 最大熒光Fm是PSⅡ反應中心處于完全關閉時的熒光產量，可反映通過PSⅡ的電子傳遞情況，Fm的降低可以作為光抑制的一個特征。4個蘋果品種葉片Fm的日變化趨勢如圖2，Fm最小值均出現在14:00，天星、富士、4X煙嘎1號和煙嘎1號的最小值分別為897.8、997.0、993.8和1081.1，同源四倍體的最小值分別小于其二倍體，說明同源四倍體品種對高光強產生的光抑制作用強于二倍體品種。

2.2.3 Fv／Fm的日變化 光化學效率Fv／Fm的變化是研究的最為廣泛的光抑制指標。不同蘋果品種葉片的Fv／Fm均呈日動態變化(圖3)，8:00時Fv／Fm值較高，8:00-13:00，4個品種Fv／Fm值變化較為平緩，且同源四倍體品種天星和4x煙嘎1號分別高于其二倍體富士和煙嘎1號；隨高光強及溫度升高，4個品種Fv／Fm值急劇下降，但各品種Fv／Fm值波谷的降幅和持續時間差別較大，而且恢復快慢也不盡相同，天星、富士、4x煙嘎1號和煙嘎1號14:00時到達低谷，到達低谷后，各品種Fv／Fm逐漸恢復，18:00時天星、富士、4x煙嘎1號和煙嘎1號分別恢復到8:00時Fv／Fm值的96.3％、97.8％、97.6％和98.2％，其中煙嘎1號和富士的恢復最好，但天星恢復最快，其次是4x煙嘎1號。Fv／Fm下降說明所有品種在強光、高溫下，表現PSⅡ光化學效率下調，出現光合作用的光抑制。而下午隨光強減弱，Fv／Fm值逐漸回升至接近于早晨水平，可見其中午PSⅡ的功能下調是可逆的，說明這種PSⅡ的功能下調可能是避免中午過大光強傷害的一種適應方式。比較4個品種Fv／Fm的降低過程，發現同源四倍體品種天星和4x煙嘎1號下降幅度分別大于其二倍體品種富士和煙嘎1號，說明同源四倍體品種天星和4x煙嘎1號的光抑制強于與之對應的二倍體品種富士和煙嘎1號。

2.2.4 Fv／Fo的日變化 Fv／Fo用于衡量植物葉片PSⅡ潛在活性，Fv／Fo高說明具有較高的PSⅡ潛在活性。不同蘋果品種葉片的Fv／Fo趨勢與Fv／Fm一致(圖4)。說明四倍體品種天星和4x煙嘎1號在8:00－13:00分別比其二倍體品種富士和煙嘎1號具有較高的PSⅡ潛在活性，16:00天星比富士具有較高的PSⅡ潛在活性，14:00-18:00煙嘎1號比4x煙嘎1號具有較高的PSⅡ潛在活性。

2.2.5 PⅠ的日變化PⅠ表示以吸收光能為基礎的性能指數。由圖5可知，4個蘋果品種葉片PⅠ的日變化整體上呈‘下降一升高一下降’變化，天星最小值出現在15:00，為1.53，8:00—13:00、16:00天星的PⅠ值高于富士，其他時間均小于富士；富士和煙嘎1號最小值均出現在16:00，分別為1.56和2.00：8:00-13:004x煙嘎1號的PⅠ值高于煙嘎1號，14:00-18:00小于煙嘎1號；天星、富士、4x煙嘎1號和煙嘎1號PⅠ的日平均值分別為2.73、2.50、2.94和2.66，同源四倍體品種天星和4x煙嘎1號的PⅠ值分別高于其二倍體品種富士和煙嘎1號。說明，四倍體品種的性能指數高于二倍體品種。

3 討論

本研究中同源四倍體葉綠素和類胡蘿卜素含量明顯高于二倍體品種，四倍體的吸收光能為基礎的性能指數PⅠ也高于二倍體品種，說明四倍體表現出較好的光合性能。下一步將對田間條件下蘋果不同倍性品種樹冠不同部位葉片的熒光特性進行研究，探討其對高溫、高光強及弱光響應。

關于Fm、Fv／Fo和Fv／Fm幾個主要熒光參數日變化曲線趨勢圖基本取得一致觀點。葉片光合機構吸收過剩光能后會引起PSⅡ的光化學效率Fv／Fm降低，即產生光抑制現象，嚴重的光抑制可以導致反應中心的不可逆破壞。本研究結果表明，四倍體的Fm、Fv／Fo和Fv／Fm幾個主要熒光參數下降趨勢較二倍體明顯，光抑制比二倍體嚴重。隨著太陽光輻射降低4個品種均可以恢復，但沒有恢復到早晨水平，說明強太陽輻射使4個品種的光合機構功能遭受破壞或可逆失活。以吸收光能為基礎的性能指數PⅠ在這個時期也明顯降低，也證明這個時期光合機構功能遭受破壞或可逆失活。

Demmig等引認為，非輻射能量耗散的增加會使初始熒光Fo下降，而其上升是由PSⅡ反應中心的破壞造成。但是，反應中心的可逆失活也會使Fo升高。Xu等認為，導致Fo改變的至少有非輻射能量耗散、反應中心可逆失活和破壞3個因素，所以Fo變化的方向取決于這些因素中起主要作用的因素。本研究表明，同源四倍體品種比其二倍體品種的Fo低，四倍體品種Fo呈雙峰曲線。四倍體開始下降表明，上午隨著光照增強，非輻射能量耗散增大，保護光合機構免受光破壞。到中午后，光照越來越強，Fo驟然升高說明PSⅡ反應中心出現可逆失活或破壞，與在梨樹的研究結論一致。而二倍體品種總體呈單峰曲線說明不是PSⅡ天線的熱耗散增加的結果，而是PSⅡ反應中心的可逆失活或破壞引起的。說明不同倍性蘋果品種防御強光破壞的主要機制可能不同。

4 結論

Fm、Fv／Fm和Fv／Fo變化趨勢基本一致，總體上呈先下降后上升趨勢，在中午降到最低值，且四倍體品種的下降較二倍體品種明顯，傍晚有回升，但仍比早晨低；四倍體品種Fo呈明顯的雙峰曲線，而二倍體品種總體呈單峰曲線；PⅠ日變化均表現為“下降一升高一下降”的變化。熒光動力學參數變化說明光合器官在中午強光和溫度較高下其光合活性受到了抑制，隨著光強和溫度的下降其光合器官的功能得到恢復。