遮光對西藏林芝市草莓脫毒原種苗光合與葉綠素熒光特性的影響

敬志豪,郭亞軒,伍 海,邊巴吉拉,拉 姆,桑木頓

(西藏農牧學院 植物科學學院,西藏 林芝 860000)

光合作用對作物產量具有重要的影響[1]。光照強度是影響光合作用的主要因素之一,每種植物適宜的光照強度不同,光照過強或不夠時均會影響光合作用的進行,進而影響有機物積累[2]。長時間的強光照射對植物光合作用有明顯的抑制作用[3],通過人工控光,將光照強度調低,不但會影響植物的生長,還會影響其發育。本實驗在高原強光照的自然環境下采用遮光處理,研究寧玉草莓脫毒原種苗光合與葉綠素的熒光特性,為草莓苗在高原地區生長的光照調控提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗設計

試驗于2021年7—8月在西藏農牧學院農場實習地日光溫室外空地進行。使用遮陽網、紗網等遮光材料,將光照強度調整為開放環境中的75%、50%、25%和對照,分別記為T1、T2、T3、CK。試驗期間,日平均溫度為19.06 ℃,供試材料為寧玉草莓的組培脫毒原種苗。

1.2 測定指標與方法

1.2.1 光合特性指標測定

在遮光處理后第3 d選擇草莓中上部的功能葉,利用Li-6400XT光合儀(LI-COR公司生產,美國)在晴天9:00-11:00時測量凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)及胞間CO2濃度(Ci)4項指標,重復3次。按公式計算:水分利用效率(WUE)=Pn/Tr。

1.2.2 葉綠素熒光參數測定

分別在遮光處理后第1 d、2 d、3 d選取草莓中上部的功能葉,采用OS5p+葉綠素熒光儀(北京澳作生態儀器有限公司生產,中國)測量葉綠素熒光的各項指標。在Fv/Fm測量模式下,用暗適應葉夾對準選取的葉片進行暗適應約30 min,以充分進行暗適應。測定熒光參數Ft、Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo等。在Yield模式下獲取各種熒光參數Ft、F′、Fm′、ETR及Yield等。其中Ft代表終端熒光值,Fo為暗適應后的最小熒光參數,Fm為暗適應后的最大熒光參數,Fv/Fm是暗適應后PSⅡ的最大量子產量,Fv/Fo代表PSⅡ的潛在活性,Yield是利用飽和脈沖法進行熒光淬滅分析的根本,此時PSⅡ的有效量子產量最接近光合作用的實際量子產量[7]。Fv/Fm及Yield的計算公式如下:

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2010進行數據統計并作圖,使用IBM SPSS statistics 21軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 遮光率對草莓葉片光合參數的影響

由表1可得,Pn隨著遮光率的增大而呈下降的變化趨勢,Gs、Tr隨著遮光率的增大呈先上升后下降的變化趨勢,與CK差異顯著(P<0.05)。其中,CK與50%遮光處理相比,Pn、Gs、Ci、Tr顯著差異,WUE無顯著差異。50%遮光處理與25%遮光處理相比,Gs、Tr、WUE無顯著差異,Pn、Ci顯著差異。與CK相比,Pn、Gs、Tr均下降,Pn依次下降了15.45%、29.74%、40.16%,Gs依次下降了40.91%、35.45%、58.18%,Tr依次下降了41.45%、36.01%、59.84%。Ci則隨著遮光率的減小呈現持續下降趨勢,在50%遮光處理時達到最大值,與CK相比,Ci相對CK升高了24.22%。WUE隨著遮光率的減小呈先上升再下降后上升的變化趨勢,均大于CK,在50%脅迫遮光率時達到波峰,與CK相比,WUE相對CK升高了44.22%。

表1 遮光率對草莓葉片光合參數的影響

2.2 遮光率對草莓葉片葉綠素熒光參數的影響

2.2.1 遮光率對草莓葉片初始熒光的影響

Fo的減少表明天線色素的熱耗散增加[4],Fo的增加則表明PSⅡ反應中心破壞或可逆失活[5]。由表2可以看出,75%、50%、0%遮光率的初始熒光在1 d、2 d、3 d均呈現先下降后升高的趨勢,25%遮光率的初始熒光呈持續升高趨勢,75%、50%、25%、0%遮光率在3 d所測量的Fo均高于1 d,但浮動幅度不大,表明遮光率與初始熒光Fo無關。

表2 遮光率對草莓葉片葉綠素熒光暗適應參數的影響

2.2.2 遮光率對草莓葉片實際光量子產量的影響

Yield能夠反映PSⅡ反應中心在部分關閉情況下的實際原初光能捕獲效率,可作為植物葉片光合電子傳遞速率快慢的相對指標[6]。由表3可以看出,隨著時間的增長,75%遮光率呈現逐漸上升趨勢,50%、25%、0%遮光率呈現先上升后下降的趨勢。50%遮光率在2 d上升幅度較大,比1 d高5.47%。25%遮光率在3 d下降幅度較大,比2 d低6.45%。這說明一定遮光率可以提高草莓葉片實際光量子產量。

表3 遮光率對草莓葉片葉綠素熒光光適應參數的影響

2.2.3 遮光率對草莓葉片Fv/Fm、Fv/Fo、ETR的影響

PSⅡ反應中心可以將天線色素吸收的過量光能以熱耗散的形式消耗,從而避免對光合機構造成失活或破壞[7]。ETR在一定程度上可以反映出PSⅡ反應中心的電子傳遞速率。由表2、表3可以看出,隨著時間的增長,遮光率處理的Fv/Fm、Fv/Fo均呈逐漸下降的變化趨勢,ETR呈現先上升后下降的變化趨勢。在Fv/Fm中,3 d比1 d分別下降2.05%、2.91%、2.83%。隨著遮光率的增大,Fv/Fm、Fv/Fo均呈現先下降再升高后下降的變化趨勢,均在在50%遮光率時達到波谷,25%遮光率時達到波峰。隨著遮光率的增大,ETR在1 d和3 d時均呈現先下降再升高后下降的變化趨勢,在50%遮光率時達到波谷,25%遮光率時達到波峰,但2 d時,ETR呈現先上升后下降的變化趨勢,且在25%遮光率時達到波峰。各處理組的ETR在2 d達到最大值,說明遮光率的增大提高了草莓光合作用光系統Ⅱ反應中心的電子傳遞速率。

3 結論與討論

葉綠體是光合作用的場所,葉綠素含量的高低直接關系到光合速率的大小。研究發現,凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)均顯著高于CK,說明此時植株的光合作用受到了抑制。大量研究表明,影響植株Pn降低的因素包括氣孔因素與非氣孔因素[8]。本研究中,隨著遮光率的增大,50%、0%遮光率處理草莓葉片Pn下降的同時,其Gs、胞間CO2濃度(Ci)相應下降,而在25%遮光處理草莓葉片Pn下降的同時,其Gs下降而Ci升高,說明50%、0%遮光處理與25%遮光處理影響Ci變化的原因不同,50%、0%遮光處理Ci降低的主要原因是由于氣孔因素造成的,而非氣孔因素是25%遮光處理Ci升高的主要原因,這與張志剛等[9]對辣椒幼苗低溫、低溫弱光處理的研究結果一致,因為非氣孔因素阻礙了CO2的利用[10],造成細胞間隙CO2的積累[11]。

葉綠素熒光參數可直接反映脅迫對光合作用的內在影響,Fo、Fv/Fm的變化可推斷反應中心的變化情況及可能的光保護機制。初始熒光Fo升高表明其光合機構遭到破壞,而Fo降低則表明其非光化學能量耗散的增加。經遮光率處理后,75%、50%、0%遮光處理Fo均有下降的過程,后又上升,說明本試驗草莓在暗適應過程中的首要原因是非光化學能量的耗散。隨著遮光率的降低,均能夠提高草莓Yield、Fv/Fm、Fv/Fo、ETR葉綠素熒光參數,但不做遮光處理則表現出一定的抑制。3 d時,草莓Yield、Fv/Fm、Fv/Fo、ETR葉綠素熒光參數均出現了下降變化趨勢,造成這一結果的因為是植物為了更好地適應逆境條件,體內的一些蛋白發生變性、滲透調節物質含量變化或一些酶的活性受到了顯著的抑制,進而抑制了草莓葉綠素的合成,造成葉綠素熒光參數的下降。50%遮光處理對草莓生理特性影響顯著,表明草莓不適合西藏的強光環境,需要適當遮光,最佳遮光率為25%～50%。