不同玫瑰品种叶绿素荧光参数对比研究

摘要 [目的] 比较不同玫瑰品种光系统Ⅱ（PSⅡ）对和田地区光照环境的适应能力。[方法]以和田玫瑰、白玫瑰和云南玫瑰3个不同玫瑰品种和不同种植年限的和田玫瑰为研究对象，测定不同品种玫瑰叶片的叶绿素荧光动力学曲线和荧光参数。[结果]白玫瑰的荧光参数值均小于和田玫瑰和云南玫瑰，白玫瑰的反应中心能量流动变化的日变化量大于和田玫瑰和云南玫瑰，其中和田玫瑰的日变化最稳定。不同种植年限的和田玫瑰中3年生的荧光参数日变化幅度最大，反应中心能量流动的日变化量大于1年生和4年生，随光照强度的变化3年生和田玫瑰的PSⅡ结构最不稳定。在叶绿素荧光动力学曲线中，云南玫瑰在I点和P点的荧光强度明显小于其他品种的玫瑰。[结论]和田玫瑰最适应和田的光照强度，对光照强度变化反应最小，其中3年生和田玫瑰的PSⅡ结构对光照变化更敏感，更易受到环境光照强度的影响。

关键词 玫瑰;叶绿素荧光;光系统Ⅱ;光照;日变化

中图分类号 S685.12  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）01-0050-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.01.014

Comparision of Chlorophyll Fluorescence Parameters among Different Rosa rugosa Varieties

LI Xiang-yi1，2，3，4，LU Yan1，2，3，ZHANG Ai-lin1，4

（1.Xinjiang Key Laboratory of Desert Plant Roots Ecology and Vegetation Restoration，Xinjiang Institute of Ecology and Geography，Chinese Academy of Sciences，Urumqi，Xinjiang 830011;2.State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology，Xinjiang Institute of Ecology and Geography，Chinese Academy of Sciences，Urumqi，Xinjiang 830011;3.Cele National Station of Observation and Research for Desert-Grassland Ecosystems，Cele，Xinjiang 848300;4.University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049）

Abstract [Objective]To compare the PSⅡ adaptive ability of different R.rugosa  to Hotan sunlight environment.[Method] Using Hotan Rosa rugosa，white R.rugosa，Yunnan R.rugosa and different growing years Hotan R.rugosa as the experimental materials，we measured the chlorophyll fluorescence transients and chlorophyll fluorescence parameters in leaves of different varieties and different growing years of Hotan R.rugosa.[Result]Chlorophyll fluorescence parameters in leaves of white R.rugosa were lower than Hotan R.rugosa and Yunnan R.rugosa.Diurnal variation of energy flow distribution in PSⅡ reaction center in leaves of white R.rugosa was higher than Hotan R.rugosa and Yunnan R.rugosa，and the variation in leaves of Hotan R.rugosa was the most stable.Diurnal variation of chlorophyll fluorescence parameters in leaves of 3 years old Hotan R.rugosa was highest，and diurnal variation of energy flow distribution in PSⅡ reaction center was higher than 1 and 4 years old Hotan R.rugosa，indicating the structure of PSⅡ reaction center in leaves of 3 years old R.rugosa was the most unstable.Chlorophyll fluorescence transients indicated that fluorescence intensities at I and P point in leaves of Yunnan R.rugosa were significant lower than other varieties.[Conclusion]Hotan R.rugosa was most adaptive to Hotan sunlight environment owing to the lowest response activities to sunlight diurnal variation.PSⅡ reaction center in leaves of 3 years old R.rugosa was the most sensitive to sunlight diurnal variation，and was more easily affected by sunlight diurnal variation.

Key words Rosa rugosa;Chlorophyll fluorescence;PSⅡ;Sunlight;Diurnal variation

基金项目 中国科学院科技扶贫项目（KFJ-FP-201903）;中国科学院西部之光项目（2019-FPGGRC）。

作者简介 李向义（1969—），男，河南清丰人，研究员，博士，从事植被恢复重建研究。通信作者，副研究员，博士，从事植物逆境生理生态学研究。

收稿日期 2021-04-14

叶绿素荧光分析技术是一种以光合作用理论为基础、利用体内叶绿素作为天然探针，研究和探测植物光合生理状况及各种外界因子对其细微影响的新型植物活体测定和诊断技术[1]。其在测定过程中对光能的吸收、传递、耗散以及分配方面具有独特的作用，而叶绿素荧光参数所反映的叶绿素荧光动力学技术被称为叶片光合功能快速、无损伤的探针[2-3]。叶绿素荧光与光合作用效率密切相关，任何环境因素对光合作用的影响都可以通过叶绿素荧光反映出来[4]。光系统Ⅱ（PSⅡ）的机构及功能与叶绿素荧光参数存在极强的相关性且极易受到外界胁迫的影响，环境的胁迫能够导致PSⅡ结构和功能发生改变甚至损伤[5-6]。另外植物叶片叶绿素荧光强度的变化情况可以在一定程度上反映外界环境对植物的影响，可以用于作物抗性指标的筛选和评价，如抗旱性以及抗盐碱性等[7-8]。

玫瑰（Rosa rugosa） 属蔷薇科（Rosaceae）蔷薇属落叶灌木，花色丰富，香气浓郁，不仅是优良的园林绿化材料，而且是珍贵的中药材和香料工业、食品工业的重要原料。玫瑰花有众多品种，如墨红、大马士革、鸡心玫、苦水玫瑰等，其中不乏栽培变种、栽培变异、杂交后繁育出来的品种。从产地来看，我国北方地区是玫瑰花的原产地和主产区，主要有山东的平阴、定陶及烟台、甘肃苦水、新疆和田等地[9]。而和田玫瑰在和田地区栽培有2 000多年历史，是和田地方特色经济作物，主要种植在田县、和田市、墨玉县等地[10]。笔者以3种玫瑰品种和不同种植年限的和田玫瑰为试验材料，比较它们的叶绿素荧光特性，以期为选择适合在和田地区种植的优质玫瑰品种和科学的种植技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

玫瑰种植地在新疆维吾尔自治区西南部的墨玉县（80°51′ E，36°36′ N，海拔1 500 m），位于塔克拉玛干沙漠南缘，属于温带荒漠气候，年平均气温11.3 ℃，年平均降水量37 mm，蒸发量2 239 mm，水分亏值较大，春、夏多大风，风沙灾害频繁，8级以上大风年均3～9次，年均风速1.9 m/s，无霜期177 d，年日照时数为2 655 h。土壤以风沙土、灌淤土、棕漠土和盐土为主，土壤沙化严重，有机质含量低，养分缺乏。

1.2 试验材料 试验以和田玫瑰、白玫瑰和云南玫瑰3个不同品种的玫瑰和种植1年、3年和4年的和田玫瑰为研究对象，不同品种和不同种植年限玫瑰采取的灌溉和施肥措施均一致，在开花期选取长势良好的健康植株为测定目标植株进行叶绿素荧光的测定，不同品种和种植年限玫瑰取4个重复。

叶绿素荧光动力学参数测定采用连续激发式荧光仪PEA（Hansatech Ltd.，King’s Lynn，Northfolk，UK），于2019年8月上旬选取长势良好的玫瑰叶片测定叶绿素荧光参数的日变化。为提高田间测定速度，先测定自然光下的荧光参数，然后再测定暗适应下的荧光参数，具体方法：自然光下，用叶夹夹住待测叶片，先照射检测光[2 μmol/（m2·s）]，测定作用光存在时的稳态荧光Fs ，再用饱和脉冲光[4 000 μmol/（m2·s）]照射0.8 s，测得最大荧光F′m，然后用黑布盖住叶夹，立即用远红光[1.67 μmol/（m2·s）]照射3 s，测得初始荧光F′o，关闭叶夹，进行暗适应处理15 min，然后再次打开检测光，稳定后可测得初始荧光Fo，接着再照射饱和脉冲光，可测得最大荧光Fm。叶片暗适应20 min后，用3 000 μmol/（m2·s）饱和红闪光照射记录荧光信号，测得快速叶绿素荧光动力学曲线及其参数。

根据以上荧光参数，按 Genty等[2]的公式计算：PSⅡ最大光化学效率Fv/Fm=（Fm-Fo ）/Fm，单位反应中心吸收的能量ABS/RC=Mo/VJ/（Fv/Fm），单位反应中心捕获的能量TRo/RC=Mo/VJ，单位反应中心耗散的能量DIo/RC=ABS/RC-TRo/RC，单位面积反应中心的数量RC/CSo=（Fv/Fm）×（VJ/Mo）×Fo，单位反应中心电子传递的能量 ETo/RC= （Mo/VJ）×（1-VJ），原初光化学反应的最大光化学效率φPo=TRo/ABS，电子传递的量子产额φEo=ETo/ABS，捕获的激子能导致电子传递的比率ψo=ETo/TRo，荧光曲线初始斜率Mo=4×（F300μs-F50μs ）/（Fm-F50μs）。上述公式中，Fv为可变荧光，Fm为最大荧光，Fo为初始荧光，VJ为在J点的相对可变荧光强度，F300μs为暗适应后照光300 μs时的荧光强度，F50μs为暗适应后照光50 μs时的荧光强度。

1.3 数据分析 用SPSS统计分析软件进行数据处理和分析，用Origin 19、R软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同品种玫瑰和不同生长年限和田玫瑰PSⅡ原初光化学效率和初始荧光参数日变化

从图1可以看出，在不同玫瑰品种中，暗适应下初始荧光Fo的日变化不同。在16：00时，白玫瑰与和田玫瑰的Fo达到最大，云南玫瑰的Fo达到最小。但在20：00时，3个玫瑰品种都基本恢复到初始08：00时的测量值。3个品种的玫瑰最大荧光Fm和Fo变化趋势相反，但和田玫瑰的Fm大于云南玫瑰和白玫瑰。3种品种的最大光化学效率（Fv/Fm）日变化较小，且不同品种的变化基本一致。3个品种的玫瑰潜在活性（Fv/Fo）日变化较大，白玫瑰的Fv/Fo日变化波动较大，在16：00达到最低，和田玫瑰和云南玫瑰在14：00时达到最低。