甘肅沿黃灌區10個棗樹品種葉綠素熒光特性的比較分析

張廣忠，張露荷，黃華梨，馬存世，趙 通，胡秉芬，戚建莉，朱紅斌

（甘肅省林業科學研究院，甘肅 蘭州 730020）

甘肅沿黃河灌溉區（以下簡稱為“甘肅沿黃灌區”）作為我國棗樹的原產地之一，其棗樹栽培歷史悠久，而棗樹作為生態經濟兼用型的水土保持樹種在甘肅沿黃灌區的發展面積大，是當地農民致富的支柱產業之一。該區域主栽的棗樹品種主要有‘靖遠小口棗’與‘五佛圓棗’，這2個優良品種均為制干棗品種。該區域在紅棗生產經營管理中存在品種老化、優質果率低、效益低等問題，甚至出現了因棗果收購價格太低而致棗果成熟卻無人采摘的現象，這嚴重降低了當地棗產業的整體水平和市場競爭力[1]。針對這一問題，急需調整棗品種結構，更換適應性強、抗性強、產量高、棗果品質好的優良棗樹新品種，適當增加鮮食棗的種植面積。近幾年來，該區域已從全國各地引進了‘七月鮮’‘駿棗’‘冬棗’‘贊皇大棗’‘新鄭早紅棗’‘小梨棗’‘晉矮3號’‘晉矮4號’‘馬牙白’‘新鄭灰棗’‘早脆王’等30余個優良棗樹品種，并對其適應性展開了研究。

葉綠素熒光作為植物體內所發出的天然信號，是植物體的內在探針，可以反映植物的生理狀態及其與所在環境的關系[2-3]；葉綠素熒光技術是一種用葉綠素熒光為探針，快速、靈敏地檢測植株對光能的吸收、傳遞、耗散和分配等光合作用狀態，沒有損傷地研究植物光合生理特性、評價植株光合能力的技術[4]。通過分析植株的葉綠素熒光特性能直接或間接地了解其光合作用過程，與葉片“表觀性”的氣體交換指標相比，葉綠素熒光參數能更加直接地反映其“內在性”狀況[5]。因為采用葉綠素熒光技術進行檢測，既快捷又準確，還不會對植物造成損傷[6]，而且葉綠素熒光參數又是反映植物光合能力和栽培適應性、決定產量的重要因素，所以近年來葉綠素熒光分析技術得到了廣泛的應用，這種技術可用于選種研究[7]，也可用于對植物的耐澇或耐旱[7-8]、耐低溫脅迫[9-10]、耐鹽堿[11]、耐干熱[12]、耐重金屬脅迫[13]、缺素脅迫[14]等抗性方面的評價。目前，有關不同品種棗樹葉綠素熒光特性的研究報道較少：王林云[15]已對3個鮮食棗品種的葉綠素熒光參數進行了研究；李慶亮等[16]研究了遭到綠盲蝽危害后棗樹葉片的綠素熒光特性；劉倩等[17]已對3個棗樹品種的光合熒光特性進行了研究；付廣軍等[18]對陜西榆林沙區的10個不同鮮食棗品種的光合、葉片葉綠素和氮（N）含量進行了研究。本課題組之前對引進到甘肅沿黃灌區的30個品種棗樹的光合特性及水分利用效率進行了初步的研究，從中初篩出了10個優良品種[19]，但對這10個品種的葉綠素熒光特性還未作研究。為了進一步了解這10個棗樹品種光合能力的差異情況，本研究對其葉綠素熒光參數進行了觀測與分析，旨在探討不同品種棗樹對光能的利用能力和對甘肅沿黃灌區環境的適應能力，為該區域選擇更適宜的棗樹品種提供一定的理論參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在甘肅省靖遠縣雙龍鄉北城村的棗樹園里進行。該地地勢平坦，有充足的水源和農業灌溉條件，背風向陽，光照條件好。該地海拔1 350 m，年平均氣溫7.5 ℃，年平均降水量185.6 mm。試驗棗園的土壤是沙壤土，土壤有機質含量在1%左右，pH值為8.0～8.5。

1.2 試驗材料

試驗以10個6年生的棗樹品種為供試材料，其樹高為1.6～3.2 m；南北行向種植，株行距為1.5 m×3.0 m，整形修剪、土肥水管理和病蟲害防治等田間管理一致。供試的10個棗樹品種分別為‘金谷大棗’‘金昌一號’‘小梨棗’‘孔府酥脆棗’‘駿棗’‘蜂蜜罐’‘馬牙白’‘甘酥佛棗’‘晉矮3號’‘壺瓶棗’，其中的‘甘酥佛棗’為暫定品種。

1.3 測定指標與測定方法

于2018年7月中旬晴天的9:00—11:00時進行觀測。每個品種各選3株樣樹，在每株樣樹樹冠的東南方向外圍第1層主枝上選取新稍頂部向下數的第3、第4片葉為待測葉片，應選取成熟且健康完整的功能葉片（其葉色濃郁，葉綠素含量較高）作為待測葉片，每個品種共測定6片樣葉。測定光強設為1 000 μmol·m-2s-1，采用開放氣路，葉室溫度為25 ℃。測定前先對棗樹葉片進行30 min的暗適應，然后采用美國Li-COR公司制造的LI-6400型光合分析儀配備的葉綠素熒光葉室，按照儀器使用說明，分別測定暗適應后樣葉的初始熒光（F0）、最大熒光（Fm）等熒光參數；再對樣葉進行遠紅光的照射，之后測定其光下最小熒光（F0′）、光下最大熒光（Fm′）和穩態熒光（Fs）等熒光參數；觀測儀器會間接自動地計算出光化學量子效率（Fv/Fm）、開放的PSⅡ反應中心的激發能捕獲效率（Fv′/Fm′）、PSⅡ反應中心電荷分離實際量子效率（ΦPSⅡ）、電子傳遞速率（ETR）、光化學猝滅系數（qP）和非光化學猝滅系數（qN）。

1.4 數據處理與分析

利用Excel 2003軟件進行數據整理和作圖，采用SPSS 22統計分析軟件進行數據統計和差異顯著性分析（P≤0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同棗樹品種葉片葉綠素熒光基礎參數的比較

10個棗樹品種的葉綠素熒光基礎參數如圖1所示。從圖1中可以看出，10個品種棗樹的初始熒光（F0）為443.90～495.00，各品種間不存在顯著性差異（P＞0.05）。10個棗品種中，‘蜂蜜罐’的最大熒光（Fm）最大，為2 746.55；‘金谷大棗’‘金昌一號’‘小梨棗’‘孔府酥脆棗’‘駿棗’‘馬牙白’‘晉矮3號’‘壺瓶棗’的最大熒光（Fm）為2 378.42～2 591.47，且各品種間亦無顯著性差異（P＞0.05）；其中，‘蜂蜜罐’與‘甘酥佛棗’的最大熒光（Fm）均顯著高于‘金谷大棗’和‘駿棗’的。‘孔府酥脆棗’‘馬牙白’‘甘酥佛棗’的光下最小熒光（F0′）分別為531.97、528.42、522.80，均顯著高于‘晉矮3號’的（P＜0.05），‘晉矮3號’的F0′值為478.47，其余9個品種的F0′值無顯著性差異（P＞0.05）?！±鏃棥赘执鄺棥仕址饤棥墓庀伦畲鬅晒猓‵m′）分別為2 411.30、2 471、2 414.45，均顯著高于‘晉矮3號’和‘壺瓶棗’的（P＜0.05），‘晉矮3號’與‘壺瓶棗’的Fm′值分別為2 070.28和2 050.75，其余9個品種的Fm′值亦無顯著性差異（P＞0.05）?！畨仄織棥姆€態熒光（Fs）為554.62，顯著高于‘金谷大棗’和‘金昌一號’（P＜0.05）的，‘金谷大棗’與‘金昌一號’的Fs值分別為453.52和449.97，其余各個品種的Fs值亦無顯著性差異（P＞0.05）。

圖1 10個棗樹品種葉片葉綠素熒光基礎參數的比較Fig.1 Comparison of basic parameters of chlorophyll fluorescence in leaves of 10 jujube cultivars

2.2 不同棗樹品種葉片葉綠素熒光光系統Ⅱ光化學效率參數的比較

10個棗樹品種的葉綠素熒光光系統Ⅱ光化學效率參數如圖2所示。從圖2中可以看出，10個棗樹品種葉片的光化學量子效率（Fv/Fm）為0.80～0.83，10個品種之間葉片的Fv/Fm值不存在顯著性差異（P＞0.05）?！畨仄織棥~片的光下開放的PSⅡ反應中心的激發能捕獲效率（Fv′/Fm′）最低，為0.72，顯著低于其余9個品種（P＜0.05）的；其余9個品種間葉片的Fv′/Fm′值無顯著性差異（P＞0.05）。‘壺瓶棗’葉片的PSⅡ反應中心電荷分離實際量子效率（ΦPSⅡ）最低，為0.72，且顯著低于其余9個品種的（P＜0.05）；其余9個品種間其ΦPSⅡ值無顯著性差異（P＞0.05）。電子傳遞速率（ETR），‘壺瓶棗’的最高，為0.55；‘金昌一號’的最低，為0.34；‘壺瓶棗’和‘馬牙白’的ETR無顯著性差異（P＞0.05）；‘金谷大棗’‘金昌一號’‘小梨棗’‘駿棗’‘蜂蜜罐’的ETR為0.34～0.39，且此5個品種之間其ETR無顯著性差異（P＞0.05）；馬牙白’‘甘酥佛棗’‘晉矮3號’的ETR為0.45～0.50，且此三者之間其ETR亦無顯著性差異（P＞0.05）。

圖2 10個棗樹品種葉片光系統Ⅱ光化學效率參數的比較Fig.2 Comparison of the photochemical efficiency parameters of photosystem II in leaves of 10 Jujube cultivars

2.3 不同棗樹品種葉片葉綠素熒光猝滅參數的比較

10個棗樹品種葉片的葉綠素熒光猝滅參數如圖3所示。從圖3中可以看出，10個棗樹品種葉片的光化學猝滅系數（qP）為0.86～1.02，10個品種之間葉片的qP不存在顯著性差異（P＞0.05）?！畨仄織棥姆枪饣瘜W猝滅系數（qN）最大，為0.22；‘孔府酥脆棗’的qN最小，為0.04；‘金谷大棗’‘金昌一號’‘小梨棗’‘孔府酥脆棗’‘駿棗’‘馬牙白’‘甘酥佛棗’的qN為0.04～0.12，且這幾個品種間葉片的qP無顯著性差異（P＞0.05）；‘壺瓶棗’與‘晉矮3號’的qN均顯著高于‘小梨棗’‘孔府酥脆棗’‘駿棗’‘馬牙白’‘甘酥佛棗’的（P＜0.05）。

圖3 10個棗樹品種葉片葉綠素熒光猝滅參數的比較Fig.3 Comparison of chlorophyll fluorescence quenching parameters in leaves of 10 jujube cultivars

2.4 棗樹葉片各個葉綠素熒光參數間的相關性分析

棗樹的各個葉綠素熒光參數間的相關系數見表1。從表1中可以看出，棗樹葉片的Fm′與F0′、Fv/Fm與Fm、Fv′/Fm′與Fm′、ΦPSⅡ與Fm′、ΦPSⅡ與Fv′/Fm′之間均呈極顯著正相關，其相關系數分別為0.455、0.539、0.701、0.575、0.923。ETR與F0顯著正相關，其相關系數為0.313。Fv/Fm與F0、Fv′/Fm′與Fs、ΦPSⅡ與Fs、ETR與Fv′/Fm′、qN與Fm′、qN與Fv′/Fm′之間均呈極顯著負相關，其相關系數分別為-0.677、-0.76、-0.841、-0.458、-0.543、-0.395。ETR與ΦPSⅡ、qN與F0′、qN與ΦPSⅡ之間均呈顯著負相關，其相關系數分別為-0.388、-0.337、-0.35。

表1 棗樹葉片葉綠素熒光參數間的相關性分析結果?Table 1 The correlation of chlorophyll fluorescence parameters of jujube leaves

3 討 論

初始熒光（F0）是經過暗適應后光合機構PSⅡ反應中心完全開放時的熒光強度，是可以用來判斷PSⅡ反應中心運轉情況的重要指標，指的是理論上反應中心正好能發生光化學反應時的葉綠素熒光[20]；F0的增加可能是因PSⅡ反應中心被破壞或者可逆失活而引起的，F0的下降可能是因PSⅡ天線的熱耗散增多而造成的[21]。觀測結果表明，10個棗樹品種之間葉片的初始熒光（F0）不存在顯著性差異（P＞0.05）。最大熒光（Fm）是PSⅡ反應中心完全關閉時的熒光強度（即充分暗適應情況下的最大熒光），Fm值反映的是光合作用的實際相關光化學量子產率[22]；外部環境的脅迫和光抑制均可以造成Fm值的下降[23]。本研究結果表明，‘蜂蜜罐’與‘甘酥佛棗’的最大熒光（Fm）均顯著高于‘金谷大棗’和‘駿棗’的，即說明單從Fm值來看，‘金谷大棗’和‘駿棗’可能均受到了外部環境的脅迫或光抑制。最大光化學量子產量（Fv/Fm）指的是植物的光合作用效率，可以反映植物葉片在充分暗適應情況下PSⅡ反應中心的光化學量子效率[10，24]，非光化學猝滅效率的變化能夠引起Fv/Fm值的變化；正常光照條件下，植物的Fv/Fm值一般為0.75～0.85，其變化很小[25]。觀測結果表明，10個棗樹品種葉片的光化學量子效率（Fv/Fm）為0.80～0.83，10個棗樹品種之間其Fv/Fm值不存在顯著性差異（P＞0.05）。因為Fv/Fm值的降低是光抑制現象的主要表征[26-27]，故其被認為是判斷植物是否發生光抑制現象的重要指標[28-29]。本研究觀測到的10個棗樹品種的光化學量子效率（Fv/Fm）均在正常范圍值之內；雖然單從Fm值來看，‘金谷大棗’和‘駿棗’可能均受到了外部環境的脅迫或光抑制，但是，‘金谷大棗’與‘駿棗’的Fv/Fm值分別為0.82和0.81，表明供試的這10個棗樹品種均未受到環境脅迫或光抑制。

實際量子效率（ΦPSⅡ）表示植物光合作用的電子傳遞的量子產額，實際量子效率高則有利于植物光能轉化效率的提高，更有利于為暗反應的碳（C）同化積累更多的能量[30]。觀測結果表明，‘壺瓶棗’葉片的PSⅡ反應中心電荷分離實際量子效率（ΦPSⅡ）最低，為0.72，且顯著低于其余9個品種的（P＜0.05），這一觀測結果說明，‘壺瓶棗’為暗反應的碳同化積累的能量少于其余9個品種的。

電子傳遞速率（ETR）通常由光抑制程度、天線光能轉化效率和PSⅡ反應中心的開放程度等因素決定[31]。原初電子受體（QA）的氧化還原狀態、PSⅡ開放中心的數目均可以通過光化學猝滅系數（qP）反映出來[32]。觀測結果還表明，10個棗樹品種之間其光化學猝滅系數（qP）不存在顯著性差異（P＞0.05）。供試的這10個不同棗樹品種均未受到環境脅迫或光抑制，且這10個不同棗樹品種的光化學猝滅系數（qP）之間不存在顯著性差異；以上這兩點可以表明：‘壺瓶棗’較高的電子傳遞速率（ETR）不是由于光抑制程度和PSⅡ反應中心的開放程度不同造成的?！畨仄織棥汀畷x矮3號’的qN均顯著高于‘小梨棗’‘孔府酥脆棗’‘駿棗’‘馬牙白’‘甘酥佛棗’的（P＜0.05），說明‘壺瓶棗’和‘晉矮3號’耗散反應中心天線色素吸收過量光能的能力比‘小梨棗’‘孔府酥脆棗’‘駿棗’‘馬牙白’‘甘酥佛棗’都要強，即‘壺瓶棗’和‘晉矮3號’對光合機構的保護能力均較強。本研究推斷‘壺瓶棗’較高的電子傳遞速率（ETR）是通過耗散過剩的激發能有效保護光合機構而造成的。

本研究不足之處是該試驗系統性不強，沒有對這10個棗樹品種葉片的氣孔結構進行觀察，也沒有觀察其葉片組織結構和測定相應的組織結構指標。

4 結 論

綜上所述，‘壺瓶棗’為暗反應的碳同化所積累的能量少于其余9個品種的；‘壺瓶棗’和‘晉矮3號’對光合機構的保護能力均較強；與其余9個供試的棗樹品種相比，‘壺瓶棗’較高的電子傳遞速率（ETR）不是由于光抑制程度和PsII反應中心的開放程度的不同而造成的，可以推斷，‘壺瓶棗’較高的電子傳遞速率（ETR）是通過耗散過剩的激發能有效保護光合機構而造成的。

‘金谷大棗’‘金昌一號’‘小梨棗’‘孔府酥脆棗’‘駿棗’‘蜂蜜罐’‘馬牙白’‘甘酥佛棗’‘晉矮3號’等9個棗樹優良品種對甘肅沿黃河灌溉區環境的適應能力均較強，值得在該區域推廣。