林達定，張國防，于靜波，馮 娟

(福建農林大學林學院，福建 福州 350002)

葉綠素含量是植物生理生化研究及生態(tài)調查中重要的測量參數(shù)之一，可用于表達植物生物量、檢測植物健康程度及植物對環(huán)境的適應性［1］。葉綠素熒光動力學是將葉綠素熒光作為植物體內的天然探針，廣泛用于植物光合作用機制、環(huán)境保護、作物增產潛力預測和植物逆境生理等研究領域［2-3］。植物生理特征與植物生長發(fā)育密切相關，不同生長發(fā)育階段其生理特征出現(xiàn)相應的變化，而光是植物的能量源泉，對植物的生長發(fā)育和生理特征均有重要的影響［4］。

芳樟〔Cinnamomum camphora(L.)Presl〕又名香樟，是樟科(Lauraceae)樟屬(Cinnamomum Trew)常綠喬木，是著名香料樹種［5］。目前芳樟的研究與開發(fā)主要集中在形態(tài)特征、栽培技術、引種繁育、園林配置方式及化學成分［6］等方面，尚未見有關芳樟葉綠素熒光特性的報道。作者使用葉綠素熒光分析儀測定了18個芳樟無性系的葉綠素熒光參數(shù)并結合各無性系光合色素含量的測定結果，比較了芳樟不同無性系間的光能利用率、光合電子傳遞能力、光能轉化效率和光化學反應效率的差異，以期對芳樟無性系間的光合生理狀況進行綜合比較，為芳樟優(yōu)良無性系的選育提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 材料

供試材料來源于福建省南平市郊教學林場(北緯26°58′～26°59′、東經118°12′～118°13′)5年生的芳樟無性系試驗林，每個無性系種植5株。各無性系均采用條帶狀種植，株距和行距均為3 m。實驗地氣候屬中亞熱帶氣候，降水充沛，干、濕季分明，年平均氣溫19.3℃，立地條件適中。供試18個無性系分別為無性系79、114、116、187、195、209、242、264、283、BT1、BT2、BY2、MD1、PC1、PC2、PC4、PC5和WP1，均為根據芳樟葉含油率及芳樟醇含量選育而成。

1.2 研究方法

1.2.1 光合色素含量測定 于2010年7月初，在各無性系植株主干1/2高度的相同部位采集同一方向且長勢相同的無病蟲害葉片5～7片，快速洗凈擦干并剪切成寬1～2 mm細條，混合均勻后稱取0.5 g，共稱取3份(視為3次重復)；加入20 mL無水乙醇，密封置于黑暗處浸提1 d后將浸提液倒出，再加入15 mL無水乙醇，浸提至葉肉組織完全變白，合并2次浸提液，用無水乙醇定容至50 mL；以無水乙醇為空白，用UV-2401PC型紫外分光光度計(日本島津公司)測定浸提液在波長470、649和665 nm處的光密度值，參照文獻［7］的方法計算樣品中光合色素含量。

1.2.2 葉綠素熒光參數(shù)測定 于2010年7月初，在各無性系植株主干1/2高度的相同部位選擇同一方向且長勢相同的無病蟲害葉片3片進行標記，將葉片暗適應20 min，用葉綠素熒光分析儀(800MF/PSI便攜式多譜動力學熒光成像系統(tǒng)，捷克PSI公司)對標記葉片進行離體測定，獲取熒光參數(shù)：初始熒光(F0)、最大熒光(Fm)和可變熒光(Fv)=Fm-F0，并據此計算PSⅡ最大光化學效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在活性(Fv/F0)、PSⅡ電子傳遞情況 (Fm/F0)、光化學淬滅系數(shù)(Qp)、非光化學淬滅系數(shù)(NPQ)、PSⅡ實際光化學效率(Qy)和熒光下降比值(Rfd)等［8-9］。測定重復3次。

1.3 數(shù)據分析

采用DPS軟件對所得數(shù)據進行聚類分析和方差分析，并采用LSD法進行多重比較。

2 結果和分析

2.1 芳樟無性系葉片光合色素含量的比較

葉綠素是綠色植物主要的光合色素，大部分葉綠素a和葉綠素b具有吸收及傳遞光能的作用，少數(shù)葉綠素a則具有在光反應中心負責將光能轉化為化學能的作用；類胡蘿卜素具有光能捕獲和光破壞防御的功能，從而保護葉片合理吸收光能及協(xié)調光合作用［10-11］。芳樟不同無性系葉片中光合色素含量的比較結果見表1。由表1可以看出：芳樟不同無性系間的光合色素含量均存在差異，表明各無性系在吸收利用光能方面差異較大。各無性系間葉綠素b含量均小于葉綠素a含量，顯示出葉綠素a在芳樟葉片吸收利用光能過程中起支配作用。其中無性系BT2葉片葉綠素a含量最高(2.26 mg·g-1)，是無性系79 (0.60 mg·g-1)的3.8倍，說明無性系BT2吸收利用光能的能力較強；無性系MD1葉片中葉綠素a含量也較高，達到了2.17 mg·g-1。芳樟各無性系間類胡蘿卜素含量的差異相對于葉綠素a和葉綠素b變化較小，類胡蘿卜素含量多在0.2～0.3 mg·g-1，大部分無性系間的類胡蘿卜素含量無顯著差異，僅無性系242的類胡蘿卜素含量顯著高于無性系79、209、BY2、PC1、PC4和PC5，顯示出不同無性系自我保護機制較一致。

表1 芳樟不同無性系葉片中光合色素含量的比較1)Table 1 Comparison of photosynthetic pigment content in leaves of different clones of Cinnamomum camphora(L.)Presl1)

2.2 芳樟無性系葉片葉綠素熒光參數(shù)的差異性及相關性分析

2.2.1 葉綠素熒光參數(shù)的差異性分析 芳樟不同無性系葉片葉綠素熒光參數(shù)的多重比較結果見表2。由表2數(shù)據可見：不同無性系間葉片的初始熒光(F0)、PSⅡ最大光化學效率(Fv/Fm)、光化學淬滅系數(shù)(Qp)、非光化學淬滅系數(shù)(NPQ)、PSⅡ實際光化學效率(Qy)、PSⅡ潛在活性(Fv/F0)、PSⅡ電子傳遞情況(Fm/F0)存在一定差異，部分無性系間存在顯著差異，但各無性系間的最大熒光(Fm)、可變熒光(Fv)和熒光下降比值(Rfd)的差異均不顯著。

Fv/Fm值的變化代表光系統(tǒng)PSⅡ光化學效率的變化，常用來判斷植物是否受到光抑制；在正常光照條件下，該值的波動范圍在0.75～0.85，受到光抑制時低于0.75，該值越低證明植物受到光抑制的程度越高［12］。由表2可見：芳樟不同無性系的Fv/Fm值主要集中在0.80～0.85，顯示出各無性系PSⅡ系統(tǒng)光能轉換效率處于正常水平。無性系116、187和MD1的Fv/Fm值均高于其他無性系，說明這3個無性系光能轉換效率較高。

Fm/F0可反映經過PSⅡ的電子傳遞情況；而Fv/F0可反映PSⅡ潛在的光化學活性，與有活性的PSⅡ反應中心數(shù)量成正比［13］。由表2可知：Fm/F0值與Fv/F0值的變化具有一致性。Fm/F0值越高，PSⅡ潛在的光化學活性越高，有活性的PSⅡ反應中心的數(shù)量也越多，能把所捕獲的光能有效地轉化為植物所需的化學能。無性系116、187、BT1和MD1的Fm/F0值和Fv/F0值均高于其他無性系，說明這4個無性系光能利用效果較好。

NPQ反映了植物熱耗散能力的變化［14］。由表2可見：芳樟不同無性系間的熱耗散能力差異顯著，其中無性系BT2、PC5和PC1的NPQ值較高(分別為1.09、1.02和0.99)，具有較強的熱耗散能力，顯示出這3個無性系具有較好的抗高溫能力，而光能利用效果較差；無性系WP1和BY2的NPQ值相對較低(分別為0.19和0.31)，熱耗散能力較差，但能較充分利用光能。芳樟各無性系在非脅迫條件下均生長良好，因此各無性系具有較好的自我保護機制。

Qp反映了PSⅡ開放程度及原初電子受體QA的還原情況［14］。由表2可見：芳樟不同無性系的Qp值主要集中在0.77～0.87，利用光能效果總體較好，其中無性系PC5的Qp值最高(0.89)，顯示出其將光能轉化為化學能的效果較好，可為植株生長提供較充足的能量保障。

Qy為實際量子產量，可作為植物葉片光合電子傳遞速率快慢的相對指標，表征植物目前的實際光合效率［14］。由表2可見：芳樟不同無性系的Qy值差異不明顯，主要集中在0.47～0.55，與Fv/Fm值相差約0.3，說明各無性系把葉片所捕獲的光能轉化為植株所需的化學能的效率較低，其中無性系116、209和114的Qy值分別為0.55、0.54和0.54，這3個無性系的PSⅡ實際光化學效率相對較高。

表2 芳樟不同無性系葉片葉綠素熒光參數(shù)的比較1)Table 2 Com parison of chlorophyll fluorescence parameter in leaves of different clones of Cinnamomum camphora(L.)Presl1)

2.2.2 葉綠素熒光參數(shù)的相關性分析 芳樟不同無性系葉片葉綠素熒光參數(shù)的相關性分析結果見表3。由表3可見：葉片的初始熒光(F0)僅與最大熒光(Fm)顯著正相關，與其他參數(shù)的相關性不顯著，說明初始熒光產量值將影響最大熒光產量；光化學淬滅系數(shù)(Qp)與非光化學淬滅系數(shù)(NPQ)和熒光下降比值(Rfd)存在極顯著正相關，與 PSⅡ實際光化學效率(Qy)呈不顯著的正相關，與其他參數(shù)呈負相關，說明芳樟不同無性系PSⅡ開放程度及原初電子受體QA的還原情況將影響植物熱耗散能力；Qy與可變熒光(Fv)、PSⅡ最大光化學效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在活性(Fv/F0)、PSⅡ電子傳遞情況(Fm/F0)極顯著正相關，顯示出芳樟不同無性系葉片的實際光合效果主要由可變熒光值的多少決定；Rfd與Qy、Qp、NPQ存在顯著或極顯著正相關，顯示出芳樟不同無性系葉片潛在光合作用量子轉化效率將影響植物實際光合效率、植物熱耗散能力、PSⅡ開放程度及原初電子受體QA的還原情況。因此，葉片潛在光合作用量子轉化效率可以用于研究芳樟葉片實際光能利用情況。

表3 芳樟不同無性系葉片葉綠素熒光參數(shù)的相關性分析1)Table 3 Correlation analysis of chlorophyll fluorescence parameter in leaves of different clones of Cinnamomum camphora(L.)Presl1)

另外，表3中Fv/Fm與Fv/F0、Fm/F0的相關系數(shù)均達0.98，說明芳樟不同無性系葉片PSⅡ潛在的光化學活性及電子傳遞情況將影響PSⅡ光能轉換效率；Fm/F0與Fv/F0相關系數(shù)達到1.00，說明PSⅡ的電子傳遞情況將決定PSⅡ潛在的光化學活性。

2.3 芳樟無性系的聚類分析

根據芳樟不同無性系葉片的光合色素含量及葉綠素熒光參數(shù)測定結果，采用歐氏距離及最短距離聚類法，獲得了18個芳樟無性系的聚類圖(圖1)。18個無性系可明顯劃分為2類：第1類共包含16個無性系；第2類僅包含無性系PC5和WP1。第1類又可分為2個亞類：第1亞類僅包含1個無性系BY2；第2亞類包含195、264、MD1、283、PC4、187、114、PC1、PC2、BT2、BT1、116、242、209和79等15個無性系，其中無性系BT1與BT2距離最短，光合生理特征最接近；無性系195與264、MD1與283、PC4與187、209與79也具有相近的光合生理特征。聚類結果說明：供試的大多數(shù)芳樟無性系葉片光合生理特征總體較相近。

3 討論和結論

葉綠素是植物主要的光合色素，在光合作用中以電子傳遞及共振的方式參與能量的傳遞反應，其含量變化與植物生長發(fā)育有關［15］。光合機構中葉綠素吸收的光能主要用于推動光合作用，也往往有一部分在形成同化力之前以熱的形式耗散和以熒光的形式重新發(fā)射出來［16-17］。芳樟不同無性系葉片葉綠素a和葉綠素b、類胡蘿卜素含量及葉綠素熒光參數(shù)均存在一定差異，甚至部分無性系間存在顯著差異，說明芳樟不同無性系對光能利用存在差異，且在不同無性系葉片吸收利用光能的過程中葉綠素a起決定性作用。根據非光化學淬滅系數(shù)(NPQ)和光合色素含量較高的特點，判斷無性系BT2能夠較好地利用光能，同時也具有較好的熱耗散能力。無性系BT2在充分利用光能的同時，能將剩余的光能以熱的形式耗散，從而保護芳樟的光合機構，具有較好的自我保護機制，這與賀立紅等［18］對銀杏(Ginkgo biloba L.)不同品種葉綠素熒光參數(shù)的研究結果類似。何炎紅等［19］認為：非光化學淬滅耗散變化與光合速率變化具有正相關性。可見無性系BT2具有良好的光合生理性能，可為植株生長提供較充裕的化學能，同時可保護光合機構免受損壞。因此，可以通過對葉綠素熒光參數(shù)的觀測來探究光合作用和熱耗散的狀況。

圖1 基于光合色素含量和葉綠素熒光參數(shù)測定結果的18個芳樟無性系聚類分析圖Fig.1 Cluster diagram of eighteen clones of Cinnamomum camphora (L.)Presl based on determ ination results of photosynthetic pigment content and chlorophyll fluorescence parameter

Fv/Fm和Qy是葉綠素熒光動力學分析的2個重要參數(shù)，F(xiàn)v/Fm表征光化學反應狀況及PSⅡ反應中心的最大光能轉換效率，Qy則反映植物目前的實際光合效率。研究結果表明：芳樟不同無性系葉片PSⅡ原初光化學反應的最大量子光化學效率為0.75～0.85，表明其光合機構光能轉換的效果較好［20］，具有較大的光化學耗散能量的潛在能力。根據Qy值可知：芳樟不同無性系葉片實際光能利用效果差別較大，且總體上能把所捕獲的光能轉化為植株所需化學能的效率較低。呂芳德等［9］認為：主要由于PSⅡ的電子傳遞情況差異影響PSⅡ潛在的光化學活性，從而影響葉片吸收利用光能的比例。

Rfd能夠表征葉片潛在光合作用量子轉化效率。相關性分析結果表明：芳樟不同無性系葉片潛在光合作用量子轉化效率將影響葉片實際光合效率、熱耗散能力、PSⅡ開放程度及原初電子受體QA的還原情況等4個方面。余叔文等［21］認為：光合碳同化的量子效率與PSⅡ的光化學效率之間有很好的直線關系，光合碳同化的量子效率將影響光化學效率的高低。因此，葉片潛在光合作用量子轉化效率可以用于研究芳樟實際光能利用情況，對深入研究芳樟光合生理變化機制具有重要意義。

［1］張友勝，張?zhí)K峻，李鎮(zhèn)魁.植物葉綠素特征及其在森林生態(tài)學研究中的應用［J］.安徽農業(yè)科學，2008，36(3)：1014-1017.

［2］徐德聰，呂芳德，潘曉杰.葉綠素熒光分析技術在果樹研究中的應用［J］.經濟林研究，2003，21(3)：88-91.

［3］彭方仁，朱振賢，譚鵬鵬，等.NaCl脅迫對5個樹種幼苗葉片葉綠素熒光參數(shù)的影響［J］.植物資源與環(huán)境學報，2010，19(3)： 42-47.

［4］潘瑞熾.植物生理學［M］.4版.北京：高等教育出版社，2001： 61-63.

［5］中國科學院中國植物志編輯委員會.中國植物志：第三十一卷［M］.北京：科學出版社，1982：182-184.

［6］張國防，陳存及.福建樟樹葉油的化學成分及其含量分析［J］.植物資源與環(huán)境學報，2006，15(4)：69-70.

［7］李合生.植物生理生化實驗原理和技術［M］.2版.北京：中國農業(yè)出版社，2001：45.

［8］羅 俊，張木清，林彥銓，等.甘蔗苗期葉綠素熒光參數(shù)與抗旱性關系研究［J］.中國農業(yè)科學，2004，37(11)：1718-1721.

［9］呂芳德，徐德聰，侯紅波，等.5種紅山茶葉綠素熒光特性的比較研究［J］.經濟林研究，2003，21(4)：4-7.

［10］孫小玲，許岳飛，馬魯沂，等.植株葉片的光合色素構成對遮陰的響應［J］.植物生態(tài)學報，2010，34(8)：989-999.

［11］呂福梅，沈 向，王東生，等.紫葉矮櫻葉片色素性質及其光合特性研究［J］.中國農學通報，2005，21(2)：225-228.

［12］何炎紅，郭連生，田有亮.7種針闊葉樹種不同光照強度下葉綠素熒光猝滅特征［J］.林業(yè)科學，2006，42(2)：27-31.

［13］杜亮亮，金愛武，胡元斌，等.5種箬竹屬竹種葉綠素熒光特性的比較［J］.世界竹藤通訊，2009，7(2)：17-21.

［14］馮建燦，胡秀麗，毛訓甲.葉綠素熒光動力學在研究植物逆境生理中的應用［J］.經濟林研究，2002，20(4)：14-18，30.

［15］李保印，周秀梅，王西波，等.不同彩葉植物葉片中葉綠體色素含量研究［J］.河南農業(yè)大學學報，2004，38(3)：285-288.

［16］黃華宏，陳奮學，童再康，等.矮生杉木光合特性及葉綠素熒光參數(shù)研究［J］.北京林業(yè)大學學報，2009，31(2)：69-73.

［17］馮立國，俞 菊，陶 俊，等.高溫脅迫對一品紅光合作用與葉綠素熒光的影響［J］.揚州大學學報：農業(yè)與生命科學版，2009，30(3)：71-74.

［18］賀立紅，賀立靜，梁 紅.銀杏不同品種葉綠素熒光參數(shù)的比較［J］.華南農業(yè)大學學報，2006，27(4)：43-46.

［19］何炎紅，田有亮，郭連生.幾種針闊葉樹種不同光照強度下葉綠素熒光特性的研究［J］.生態(tài)學雜志，2005，24(5)：467-472.

［20］許大全，張玉忠，張榮銑.植物光合作用的光抑制［J］.植物生理學通訊，1992，28(4)：237-243.

［21］余叔文，湯章城.植物生理與分子生物學［M］.2版.北京：科學出版社，1998：262-267.