郭建輝，王振興，孫 丹，石廣麗，張?zhí)K蘇，艾 軍，于 淼，劉雨萌，吳姝逸

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，長(zhǎng)春 130118)

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)五味子基地生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)一致的3年生‘鐵嶺-0601’ 和‘早紅’嫁接苗為試驗(yàn)材料。2020年7月，每個(gè)資源各選5株長(zhǎng)勢(shì)一致的健壯植株，以新梢頂部下數(shù)第15～20片完全展開的典型功能葉進(jìn)行各參數(shù)的測(cè)定。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將已選取的兩份五味子資源植株葉片摘下后迅速用濕紗布包裹帶回實(shí)驗(yàn)室，用打孔器避開葉脈取直徑10 mm的葉圓片并葉面朝上平鋪在裝有清水的培養(yǎng)皿中，進(jìn)行強(qiáng)光脅迫試驗(yàn)。共設(shè)置4個(gè)處理：① 在0 μmol/(m2·s)光照強(qiáng)度的熒光燈下處理3 h(T1)；② 在600 μmol/(m2·s)光照強(qiáng)度的熒光燈下處理3 h(T2)；③ 在1200 μmol/(m2·s)光照強(qiáng)度的熒光燈下處理3 h(T3)；④ 在1800 μmol/(m2·s)光照強(qiáng)度的熒光燈下處理3 h(T4)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線的測(cè)定 照光結(jié)束后，立即黑暗處理1 h，隨后采用英國(guó)Hansatech公司生產(chǎn)的M-PEA在飽和激發(fā)光下測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)及快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線，每組均測(cè)20個(gè)葉圓片。參考Strasser等[12]的方法對(duì)獲得曲線進(jìn)行分析，得到如下參數(shù): 電子傳遞效率(φO)=ETO/TRO、電子傳遞的量子產(chǎn)額(φEo)=ETO/ABS、用于熱耗散的量子比率(φDo)=1-φPo、單位PSII葉綠素天線可還原QA反應(yīng)中心的數(shù)量(RC/ABS)、單位面積吸收的光能(ABS/CSO)、單位面積的熱耗散(DIO/CSO)=(ABS/CSO)-(TRO/CSO)、單位面積捕獲的光能(TRO/CSO)=φPo×(ABS/CSO)、單位面積電子傳遞的量子產(chǎn)額(ETO/CSO)=φEo×(ABS/CSO)。

1.3.2 丙二醛含量及花色苷相對(duì)含量的測(cè)定 采用硫代巴比妥酸(TBA)顯色法測(cè)定MDA含量[13]。各處理重復(fù)3次。利用英國(guó)Hansatech公司生產(chǎn)的UniSpec-SC光譜分析儀測(cè)量葉片反射光譜，光譜儀的測(cè)定波段范圍為310～1130 nm，根據(jù)不同波段光譜反射率，按照Wang等[14]的方法計(jì)算花色苷的相對(duì)含量，ARI=R800×[(1/R550) - (1/R700)]，兩個(gè)品系均測(cè)20片葉。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析方法 采用SPSS 20軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Excel 2019作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光照強(qiáng)度對(duì)兩份五味子資源葉片熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線的影響

根據(jù)公式(Ft-Fo) /(Fm-Fo)將不同時(shí)間的熒光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化，并繪制成OJIP標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖1)。不同光照強(qiáng)度對(duì)‘早紅’和‘鐵嶺0601’ 的O點(diǎn)和P點(diǎn)影響較小，隨著光照強(qiáng)度的改變，二者出現(xiàn)明顯的K、J與I點(diǎn)。‘早紅’與‘鐵嶺-0601’VK排序?yàn)門1

圖1 不同光照強(qiáng)度對(duì)兩份五味子資源葉片O-J-I-P熒光誘導(dǎo)曲線的影響Fig.1 Effects of different light intensity on O-J-I-P fluorescence induction curves in leaves of two S. chinensis lines

2.2 不同光照強(qiáng)度對(duì)兩份五味子資源葉片PSII能量分配比率的影響

φo和φEo表示電子傳遞效率和電子傳遞的量子產(chǎn)額。由圖2-A～2-B可知，隨著光照強(qiáng)度的增加，‘早紅’與‘鐵嶺-0601’葉片的φo和φEo呈下降趨勢(shì)，且T2、T3、T4與T1具有顯著差異。φDo表示用于熱耗散的量子比率，不同光照強(qiáng)度對(duì)‘早紅’與‘鐵嶺-0601’葉片φDo的影響與φo和φEo呈相反趨勢(shì)，其隨著光照強(qiáng)度的增加逐漸上升，與T1相比，T2、T3、T4光強(qiáng)處理下‘早紅’與‘鐵嶺-0601’φDo分別增加23.17%、37.80%、93.90%和16.93%、19.58%、111.64%。RC/ABS為單位PSII葉綠素天線可還原QA反應(yīng)中心的數(shù)量，由圖2-D可知，隨著光照強(qiáng)度的上升，兩份資源葉片的RC/ABS呈下降趨勢(shì)。與T1相比，‘早紅’和‘鐵嶺-0601’T2、T3、T4處理的RC/ABS分別下降16.74%、20.30%、36.42%和12.87%、18.27%、44.22%。這意味著由于光照強(qiáng)度的升高，葉片吸收過(guò)多的光能，但RC/ABS數(shù)量減少，φo與φEo降低，從而大量的能量被積累，導(dǎo)致φDo增加。

A. 電子傳遞效率(φO)；B. 電子傳遞效率和電子傳遞的量子產(chǎn)額(φEo)；C. 熱耗散的量子比率(φDo)；D. 單位PSII葉綠素天線可還原QA反應(yīng)中心的數(shù)量(RC/ABS)；不同小寫字母表示在0.05水平顯著差異A. The electron transport efficiency (φO); B. Quantum yield of electron transport (φEo); C. The quantum ratio for heat dissipation (φDo); D. Number of reaction centers (RC/ABS); Different lowercase letters indicate significant differences at the level of 0.05圖2 不同光照強(qiáng)度對(duì)兩份五味子資源葉片PSII能量分配比率的影響Fig.2 Effects of different light intensities on PSII energy distribution ratio in leaves of two S. chinensis prime lines

2.3 不同光照強(qiáng)度對(duì)兩份五味子資源葉片比活性參數(shù)的影響

由圖3可知，‘早紅’與‘鐵嶺-0601’葉片單位面積吸收的光能(ABS/CSO)隨著光照強(qiáng)度的增加整體呈上升趨勢(shì)，其中‘早紅’T1與其余3個(gè)處理均有顯著差異，‘鐵嶺-0601’T3、T4與T1差異顯著?！缂t’與‘鐵嶺-0601’葉片單位面積內(nèi)熱耗散(DIO/CSO)T2、T3和T4較T1相比，分別增加30.52%、44.18%、122.09%和16.63%、24.81%、101.14%。‘早紅’與‘鐵嶺-0601’單位面積捕獲的光能(TRO/CSO)隨光照強(qiáng)度增加整體呈下降趨勢(shì)，其中‘早紅’T2與T1無(wú)顯著差異，T3和T4較T1相比分別下降2.87%、6.58%，‘鐵嶺-0601’T2、T3與T1無(wú)顯著差異，T4較T1相比下降27.95%?！缂t’與‘鐵嶺-0601’單位面積電子傳遞的量子產(chǎn)額(ETO/CSO)隨光照強(qiáng)度增加而下降，與T1相比，T2、T3、T4分別下降13.93%、13.83%、41.76%和16.57%、14.41%、55.02%。ABS/CSO、DIO/CSO都隨光照強(qiáng)度的升高而增加，而ETO/CSO和TRO/CSO則隨光照強(qiáng)度升高而下降，且在T4處理下，TRO/CSO的降低程度和DIO/CSO的上升幅度較大，這說(shuō)明由于光照強(qiáng)度的升高，單位面積吸收的光能不斷增加，但強(qiáng)光脅迫導(dǎo)致葉片單位面積部分反應(yīng)中心關(guān)閉、失活或裂解。

A. 單位面積吸收的光能(ABS/CSO)；B. 單位面積的熱耗散(DIO/CSO)；C. 單位面積捕獲的光能(TRO/CSO)；D. 單位面積電子傳遞的量子產(chǎn)額(ETO/CSO)；不同小寫字母表示在0.05水平顯著差異A. Quantum yield of electron transport per unit area (ABS/CSO); B. The heat dissipation per unit area (DIO/CSO); C. Captured light energy per unit area (TRO/CSO); D. The light energy absorbed per unit area (ETO/CSO);Different lowercase letters indicate significant differences at the level of 0.05圖3 不同光照強(qiáng)度對(duì)兩份五味子資源葉片比活性參數(shù)的影響Fig.3 Effects of different light intensities on specific activity parameters of leaves of two S. chinensis superiorlines

同時(shí)，在更高的光強(qiáng)下電子受體側(cè)才會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p害，電子傳遞體活性下降，導(dǎo)致熱耗散增加。

2.4 兩份五味子資源葉片膜脂過(guò)氧化程度及葉片花色苷相對(duì)含量測(cè)定結(jié)果

由圖4-A可知，隨著光照強(qiáng)度的上升，‘早紅’與‘鐵嶺-0601’葉片中MDA含量呈逐漸升高趨勢(shì)，‘早紅’與‘鐵嶺-0601’T2、T3、T4較T1分別增加3.46%、13.39%、23.95%和3.80%、12.77%、33.99%。無(wú)論哪種光照強(qiáng)度處理下，‘鐵嶺-0601’MDA積累量始終高于‘早紅’。由圖4-B可知，‘早紅’與“鐵嶺-0601”的花色苷相對(duì)含量分別為0.278、0.088，‘早紅’花色苷相對(duì)含量是‘鐵嶺-0601’的3.16倍，二者差異顯著。

不同小寫字母表示在0.05水平顯著差異Different lowercase letters indicate significant differences at the level of 0.05圖4 不同光照強(qiáng)度對(duì)兩份五味子資源葉片MDA含量的影響及兩個(gè)五味子優(yōu)系花色苷相對(duì)含量Fig.4 Effects of different light intensities on the content of malondialdehyde in leaves of two S. chinensis lines and the determination of relative content of anthocyanins in the two S. chinensis lines

3 討 論

3.1 不同光照強(qiáng)度對(duì)五味子PSII活性的影響

研究發(fā)現(xiàn)不同種質(zhì)資源的PSII活性對(duì)強(qiáng)光響應(yīng)存在差異，楊琳[16]通過(guò)對(duì)長(zhǎng)圓石韋、柔軟石韋和有柄石韋3種石韋屬植物的研究發(fā)現(xiàn)，隨著強(qiáng)光脅迫加深，有柄石韋的電子傳遞活性、反應(yīng)中心開放數(shù)量、光能捕獲效率及轉(zhuǎn)化效率均高于其他二者，表明強(qiáng)光脅迫對(duì)有柄石韋的影響較小，其不易發(fā)生光抑制。本研究中，強(qiáng)光脅迫下‘鐵嶺-0601’電子傳遞效率受抑制程度更大。通過(guò)進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)光處理下‘早紅’φO、φEo、RC/ABS、TRO/CSO、ETO/CSO均高于‘鐵嶺-0601’，而φDo、ABS/CSO、DIO/CSO卻比‘鐵嶺-0601’低，表明強(qiáng)光脅迫下‘早紅’具有更高的光能捕獲和電子傳遞效率，抗強(qiáng)光能力較強(qiáng)，而‘鐵嶺-0601’則在強(qiáng)光條件下通過(guò)下調(diào)電子傳遞效率、上調(diào)熱耗散比率來(lái)啟動(dòng)自我防御機(jī)制、避免過(guò)量激發(fā)能造成的損傷。

3.2 不同光照強(qiáng)度對(duì)五味子膜脂過(guò)氧化的影響

植物細(xì)胞膜含大量的不飽和脂肪酸，逆境環(huán)境下易被活性氧攻擊從而發(fā)生膜質(zhì)過(guò)氧化作用，MDA是主要產(chǎn)物，會(huì)導(dǎo)致生物膜的結(jié)構(gòu)與功能受到破壞，其含量高低是膜質(zhì)過(guò)氧化作用強(qiáng)弱的一個(gè)重要指標(biāo)[17]。本試驗(yàn)中，隨著光照強(qiáng)度的升高，‘早紅’與‘鐵嶺-0601’的MDA積累量增加，說(shuō)明五味子葉片在強(qiáng)光脅迫下，由于ROS沒(méi)有被及時(shí)清除而使其在葉片內(nèi)大量積累，發(fā)生膜質(zhì)過(guò)氧化。不同處理下‘鐵嶺-0601’的積累量始終高于‘早紅’，說(shuō)明‘鐵嶺-0601’對(duì)強(qiáng)光的抗性較弱，ROS大量累積，使得蛋白質(zhì)失活、DNA鏈斷裂以及膜質(zhì)過(guò)氧化。反之，‘早紅’對(duì)強(qiáng)光的抗性較強(qiáng)，MDA含量上升幅度較小，推測(cè)可能由于抗氧化酶與滲透調(diào)節(jié)共同參與調(diào)節(jié)，從而防止逆境對(duì)細(xì)胞膜的過(guò)氧化損傷。

3.3 不同資源五味子花色苷光破壞防御能力差異

葉片內(nèi)部積累的花色苷可通過(guò)其物理化學(xué)特性來(lái)降低光能吸收并且抵御過(guò)剩光能危害。花色苷可以通過(guò)“光屏蔽”或“光衰減”的作用保護(hù)葉綠體，也可以耗散過(guò)剩光能，從而使保護(hù)光合機(jī)構(gòu)免受破壞。此外，花色苷具有抗氧化功能，可氧化清除光能過(guò)剩而產(chǎn)生的ROS[10]。本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，‘早紅’葉片的花色苷積累量是‘鐵嶺-0601’的3.16倍，因此，在強(qiáng)光脅迫下‘早紅’可利用較多的花色苷耗散部分光能，同時(shí)清除ROS來(lái)保護(hù)光合機(jī)構(gòu)免受過(guò)剩光能及ROS的損害。

4 結(jié) 論

不同五味子種質(zhì)資源對(duì)強(qiáng)光的響應(yīng)具有差異，‘早紅’強(qiáng)光脅迫下PSII電子傳遞體活性強(qiáng)，抵御強(qiáng)光能力更強(qiáng)。因此，大田推廣栽培建議選用‘早紅’,人工栽培管理應(yīng)根據(jù)不同種質(zhì)資源的抗強(qiáng)光能力而采取相應(yīng)的防曬保濕等技術(shù)措施。