草决明叶绿素荧光特性的秋季日变化

 摘 要：采用PAM-2500型叶绿素荧光仪对秋季自然生长的草决明1d的叶绿素荧光参数进行测定。结果表明：秋季时刻变化对草决明的荧光指标有显著性影响（p< 0.05）。草决明的Fo、Fm、Fv/Fm这3项参数的变化趋势一致，都呈现出先下降后上升的趋势，1d中的不同时刻间存在显著性差异（p< 0.05），其中在12：00这3个参数均达到最小值。而ETR的变化趋势与其他荧光指标的变化趋势相反，在12：00达到最大值。 
　　关键词：草决明；秋季；叶绿素荧光；日变化 
　　中图分类号：S567 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20151033024 
　　近年来，叶绿素荧光分析技术在植物生理信息采集中得到广泛应用，在检测植物光合作用的过程中它能快速、准确、无损伤的表达光能的吸收与转换、能量的传递与分配、过剩光能及其耗散等一系列的生物信息，更具反映光合作用"内在性"的特点[1-4]。秋季作为植物生长的第2季，这一阶段的生长状况会对植物的整个形成发育产生重要影响。因而，通过对植物在秋季的叶绿素荧光特性进行研究，在一定程度上可以体现各种环境因子变化对植物的影响，从而能够了解其在这个重要阶段的生理调节过程。 
　　草决明为豆科1a生草本植物，分布于我国长江以南的各省区。以干燥成熟的种子入药，味苦、微寒，入肝、肾、大肠经；具有清肝明目、治疗便秘、润肠通便、防治高血压和高血脂等多种功效，是国家卫生部第1批公布的69种药食同源的中药之一[5-6]。目前，关于草决明的研究主要集中在药理作用、化学成分、临床应用等几方面，而对草决明的叶绿素荧光特性的研究却相对缺乏。因此，通过对草决明的叶绿素荧光的秋季日变化进行研究，掌握其荧光特性，为草决明的优质高产栽培提供理论依据。 
　　1 材料与方法 
　　1.1 试验材料 
　　试验于江西农业大学中药园内进行，试验材料为自然生长条件下，无遮阴处理，健康状况良好的1a生草决明。 
　　1.2 测定方法 
　　采用 PAM-2500便携式调制叶绿素荧光仪，于2014年9月中旬，选晴天，现场随机选取健康的草决明盆栽3株，对每株外围的中上部叶片进行测定。测定前先对测试叶片进行暗适应20 min，用铅笔轻划1条线，保证测定时夹子每次都能夹在相同位置，同时确保测定时叶片的自然生长角度不变，测定的时间为8：00～18：00，2 h测定1次，每株重复3片叶。测定的荧光参数主要有：初始荧光Fo、最大荧光Fm、光化学效率Fv/Fm以及表观光合电子传递速率ETR。 
　　1.3 数据处理 
　　应用SPSS17.0和Excel2013进行数据处理和统计作图分析。用One-way ANOVA进行分析，以P< 0.05为显著水平。 
　　2 结果与分析 
　　2.1 初始荧光Fo的秋季日动态 
　　初始荧光Fo，表示的是PSⅡ反应中心处于完全开放状态时（充分暗适应以后）的荧光产量，是PSⅡ光能辐射中不参与光化学反应的部分。因此，可以根据Fo的变化来推测反???应中心可能发生的光保护机制的状况和天线色素被激发后的电子密度[7]。从图1可以看出，Fo的日变化趋势为：先下降后上升，在12：00达到最小值。8：00～12：00，Fo值下降，说明该时段内发生了热耗散，有部分天线色素吸收的能量流向了光化学部分，12：00以后随着光强减弱，光化学反应减弱则导致了初始荧光参数的回升。 
　　图1 初始荧光Fo的秋季日动态 
　　对草决明各时刻Fo值进行方差分析：1d中10：00、12：00、14：00、18：00存在显著性差异，其各余时刻间不存在显著性差异（P< 0.05）；12：00时均值最小，18：00时均值最大。 
　　2.2 最大荧光Fm的秋季日动态 
　　最大荧光 Fm，表示的是PSⅡ反应中心处于完全关闭状态时（强光照射后）的荧光产量，用来反映通过PSⅡ反应中心的电子传递情况[8]。从图2可以看出，Fm的日变化趋势为：8：00～12：00呈下降趋势，在12：00达到最小值，12：00以后持续上升，恢复到早晨时的水平，变化幅度不大。 
　　对草决明各时刻最大荧光 Fm值进行方差分析：草决明Fm值在10：00、12：00、14：00有显著性差异，其它时刻不存在显著性差异（P< 0.05）（见表1）。 
　　图2 最大荧光Fm的秋季日动态 
　　2.3 光化学效率Fv/Fm的秋季日动态 
　　Fv/Fm表示的是PSⅡ反应中心的最大光能转换效率，一般用公式：Fv/Fm=（Fm-Fo）/Fm来计算，反映PSⅡ反应中心内禀光能的转换效率，是植物发生光抑制的敏感指标，用来反映植物发生光抑制的程度，其值越高说明发生光抑制的程度越低，值越低光抑制程度越高。从图3可以看出Fv/Fm在8：00～12：00随着光强的增加快速下降，出现光抑制，在12：00达到1d中的最小值，说明此时草决明对光的抑制程度最强。12：00以后随着光强减弱又在直线回升，到18：00光化学速率恢复到超过8：00时的水平达到最大值，说明草决明的光合机构在高光强下并没有收到损伤，只是光合作用暂时受到抑制。 
　　通过方差分析发现：草决明Fv/Fm值10：00、12：00、14：00之间不存在显著性差异，8：00与16：00不存在显著性差异（P>0.05）（见表1）。 
　　图3 光化学效率Fv/Fm的秋季日动态 
　　2.4 表观光合电子传递速率ETR的秋季日动态 
　　ETR即PSⅡ非循环光合电子传递速率，用于反映实际光强条件下表观光合电子的传递效率的指标。它是光合作用机构在吸收光能后发生电荷分离产生的电子，沿着电子传递链向下传递的速率。ETR值的高低，反映PSⅡ反应中心的捕获电子的效率的高低。从图4可以看出，草决明ETR的变化规律为：早上随着光强的增加，ETR也逐渐增大，在10：00～14：00这个阶段达到最大值，说明其捕获电子的效率也达到最大，下午随着光强的减弱，又逐渐降低。 　　同时，通过方差分析：8：00、16：00、18：00之间存在显著性差异，10：00、12：00、14：00之间不存在显著性差异（P< 0.05）（见表1）。 
　　图4 光合电子传递速率ETR的秋季日动态 
　　3 结论与讨论 
　　非化学能量PSⅡ反应中心天线色素的热耗散增加易造成Fo的降低，而光合机构PSⅡ反应中心的可逆性失活破坏又会使其升高。所以，Fo的变化趋势可以反映PSⅡ反应中心变化的内在机制。研究草决明1d的Fo值呈现出先下降后上升的变化趋势，说明草决明叶片的PSII天线色素吸收的能量会流向光化学的部分将减少，而用以热耗散以及荧光形式耗散的能量会增加。PSⅡ光化学效率Fv/Fm会随着光照强度的升高而降低，表明在强光下，PSII活性下调，草决明叶片所吸收的光能只有极少量参与CO2固定和光化学电子传递。可见，草决明的叶片在经过高温和强光后，叶片的光合结构受到光抑制。 
　　通过对草决明在秋季的叶绿素荧光特性日动态变化研究，发现草决明的叶绿素荧光参数Fo、Fm与Fv/Fm的日变化趋势一致，都呈现出：先下降后上升的趋势，在12：00均达到最小值。由此可说明草决明能够适应较大的光强幅度，对低光强和弱光强有一定程度的抗逆性。从1d中草决明各荧光参数的变化来看，黄昏时，各参数都恢复到趋于早晨的水平，表明草决明的PSⅡ反应中心未发生光合机构的破坏。方差分析结果显示，草决明的叶绿素荧光日变化存在显著性差异，所以利用和改良外界环境是实现草决明优质高产栽培的一个重要条件。 
　　参考文献 
　　[1] H. K. Lichtenthaler，C. Buschmann，M. Knapp. How to correctly determine the different chlorophyll fluorescence parameters and the chlorophyll fluorescence decrease ratio R Fd of leaves with the PAM fluorometer[J]. Photosynthetica，2005，433. 
　　[2] 李晓，冯伟，曾晓春.叶绿素荧光分析技术及应用进展[J].西北植物学报，2006（10）：2186-2196. 
　　[3] R. A. Jefferies. Effects of drought on chlorophyll fluorescence in potato （ Solanum tuberosum L.）. I. Plant water status and the kinetics of chlorophyll fluorescence[J]. Potato Research，1992，351. 
　　[4] 高悦，吴小芹.6种外生菌根菌对3种松苗叶绿素含量及叶绿素荧光参数的影响[J].南京林业大学学报（自然科学版），2010（06）：9-12. 
　　[5] 林明添.果园优质绿肥――草决明[J].中国南方果树，1997（06）：31. 
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　　[8] 陈兰兰，郭圣茂，刘辉等.薄荷叶片在春季的荧光特性研究[J].北方园艺，2015（02）：22-25.