賴瑞云，林建忠，張雪芹，林麗霞，鐘贊華，謝志南

（福建省亞熱帶植物研究所，福建省亞熱帶植物生理生化重點(diǎn)公共實(shí)驗(yàn)室，廈門 361006）

西番蓮（Passiflora edulis）是西番蓮科（Passifloraceae）西番蓮屬（PassifloraL.）的多年生常綠藤本攀援果樹。西番蓮果實(shí)含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、還原糖、有機(jī)酸、多種維生素和人體需要的氨基酸，以及鈣、鐵等多種礦質(zhì)元素，富含多種揮發(fā)性芳香物質(zhì)，具有醫(yī)療保健作用。西番蓮葉形奇特、四季常青，同時(shí)花果大、花形優(yōu)美、色澤艷麗、掛果期長(zhǎng)等極具觀賞性，是當(dāng)今庭院與園林建設(shè)的一種新潮園藝植物[1-3]。

我國(guó)不少地區(qū)已將西番蓮種植業(yè)列為“短、平、快”的精準(zhǔn)扶貧項(xiàng)目，但總體呈現(xiàn)產(chǎn)量不穩(wěn)定等突出問題。西番蓮傳統(tǒng)搭架模式為十字形棚架、T 字形棚架、A 字形棚架和籬架等[4-5]，生長(zhǎng)后期其枝條間相互纏繞，枝葉互相遮擋，生長(zhǎng)面積和采光效率都低，通風(fēng)透光差，容易發(fā)生病害，高空操作不利于整形修剪、除蟲噴藥、人工輔助授粉及果實(shí)采收。賴瑞云等[6]采用西番蓮柱狀式栽培模式，有效地避免了傳統(tǒng)栽培模式的缺陷，可有效提高西番蓮的生長(zhǎng)面積和采光效率。西番蓮柱狀栽培枝條下垂重疊形成不同冠層。冠層是果樹最先接觸外界環(huán)境與光照的部位，是果樹光合作用的直接通道，果樹冠層內(nèi)光照等環(huán)境因子的分布不同決定了其生理生態(tài)狀況及產(chǎn)量。蘋果[7]、核桃[8]、枇杷[9]等果樹有關(guān)冠層光合特性研究較多，而對(duì)西番蓮的研究主要集中在引種及栽培技術(shù)、病蟲害防治、產(chǎn)品研制以及保鮮加工技術(shù)等方面[10-12]，有關(guān)西番蓮葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)特性的研究相對(duì)較少，特別是西番蓮不同冠層光合熒光特性的研究未見報(bào)道。本試驗(yàn)在黃金西番蓮柱狀栽培模式下，測(cè)定其不同冠層葉綠素?zé)晒鈪?shù)并對(duì)其進(jìn)行分析研究，探究柱狀栽培模式下西番蓮不同冠層有效輻射積累，旨在為優(yōu)化西番蓮光能利用和枝條留取修剪技術(shù)方面提供理論依據(jù)和科技支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020 年1 月在福建省亞熱帶植物研究所西番蓮設(shè)施栽培園進(jìn)行，供試品種為2 年生黃金西番蓮，種植搭架模式采用柱狀栽培新模式[6]，圓柱形定植容器高50 cm，圓柱形攀援架高120 cm，直徑為60 cm。栽植土基本養(yǎng)分為有機(jī)質(zhì)含量57.9 g/kg，pH 值7.18，速效鉀含量272 mg/kg，有效磷含量620 mg/kg，水解氮含量319 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取5 株柱狀栽培模式代表性西番蓮植株為試驗(yàn)株，植株高度取中部，按東西南北4 個(gè)方向，每個(gè)方向取外、中、內(nèi)3 點(diǎn)，設(shè)為外層、中層、里層3 個(gè)冠層，3 個(gè)冠層分別選取葉色、葉形、葉位相近的健康成熟葉片，于7：00—17：00 采用Mini-PAM型便攜式脈沖調(diào)制式葉綠素?zé)晒夥治鰞x（德國(guó)WALZ 公司），實(shí)時(shí)測(cè)定PSII 有效光化學(xué)量子產(chǎn)量（Yield）、光合電子傳遞速率（ETR）、光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)（qP）、非光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)（qN），每2 h 測(cè)定1 次，5 株西番蓮不同冠層重復(fù)取樣3次，每片葉片數(shù)值均記錄3 次。于20：00 測(cè)定Yield和qP，并運(yùn)用葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線的測(cè)定程序Light-curve 測(cè)定葉片的光響應(yīng)曲線，即選用Light-curve 測(cè)定程序，按SET 鍵激活，先打開一個(gè)飽和脈沖測(cè)量Fo、Fm 和Fv/Fm，延遲一段時(shí)間后打開已設(shè)定強(qiáng)度的光化學(xué)來誘導(dǎo)熒光動(dòng)力學(xué)，間隔一定時(shí)間連續(xù)打開飽和脈沖進(jìn)行猝滅分析。總測(cè)定時(shí)間設(shè)定3 min，每隔22.5 s 測(cè)定1 次，1 個(gè)程序共測(cè)定完成9 個(gè)點(diǎn)。于結(jié)果期統(tǒng)計(jì)結(jié)果量。

待試驗(yàn)植株果實(shí)成熟后依外層、中層、里層分別采果，統(tǒng)計(jì)并分析結(jié)果植株不同冠層結(jié)果總量。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，用SPSS 20.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行Duncan’s 方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 西番蓮不同冠層葉片熒光參數(shù)變化

2.1.1 實(shí)時(shí)Yield 和ETR 的日變化

從圖1 可以看出，西番蓮3 個(gè)冠層葉片的Yield值均呈先下降后上升的日變化趨勢(shì)，至13：00 時(shí)降至最低點(diǎn)，至17：00 時(shí)外層Yield 值最高，達(dá)0.807，此時(shí)三者間差異顯著。各測(cè)定時(shí)間西番蓮葉片的Yield 值均為外層＞中層＞里層，從外層至里層呈降低趨勢(shì)，除13：00 外層與里層差異不顯著外，在其余測(cè)定時(shí)間，外層與里層均差異顯著。

圖1 西番蓮不同冠層葉片光化學(xué)量子產(chǎn)量日變化

由圖2 可知，西番蓮各冠層的ETR 值均呈現(xiàn)先上升再下降的變化趨勢(shì)，與Yield 值變化趨勢(shì)相反，至11：00 三者ETR 值均達(dá)到峰值，外層高達(dá)68.47、中層為21.60、里層為2.57，外層ETR 值為中層的3.17 倍，為里層的26.64 倍，三者間差異顯著。在整個(gè)測(cè)試過程中，各測(cè)定時(shí)間西番蓮葉片的ETR 值均為外層＞中層＞里層，外層與中層、里層二者差異均達(dá)顯著水平。

圖2 西番蓮不同冠層葉片光合電子傳遞速率變化

2.1.2 實(shí)時(shí)qP 和qN 的日變化

由圖3 可知，西番蓮不同冠層葉片外層qP 值始終保持相對(duì)較高的數(shù)值，各測(cè)定時(shí)間qP 值均為外層＞中層＞里層，外層與里層差異達(dá)顯著水平。日變化趨勢(shì)qP 值與Yield 值一樣先降低再升高，外層與中層于13：00 降到一天中的最低值，里層于11：00 達(dá)到最低，然后再逐漸恢復(fù)。

圖3 西番蓮不同冠層葉片光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)日變化

從圖4 可知，西番蓮不同冠層的qN 值日變化趨勢(shì)為先上升后下降，與qP 值日變化趨勢(shì)相反。從7：00 開始，隨光照、溫度的升高，葉片將吸收的光較多地分配到熱耗散，至11：00 時(shí)qN 值達(dá)到最高，外層qN 值高達(dá)0.615；各測(cè)定時(shí)間均為外層qN 值最高，與中層、里層的差異均達(dá)顯著水平。

圖4 西番蓮不同冠層葉片非光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)日變化

2.2 暗適應(yīng)后不同冠層西番蓮葉片Yield 和qP 的變化

從圖5 可以看出，不同冠層葉片的Yield 值變化范圍為0.728～0.810，暗適應(yīng)后外層的葉片Yield值最高，達(dá)0.810，里層最低，為0.728，外層、中層間差異不顯著，二者與里層均差異顯著。暗適應(yīng)后不同冠層的qP 值變化范圍為1.020～1.183，外層的qP 值最高，達(dá)1.183，和中層差異不顯著，外層、中層二者均與里層差異顯著。

圖5 暗適應(yīng)后西番蓮不同冠層葉片Yield 和qP 的變化

2.3 不同冠層西番蓮葉片光響應(yīng)曲線

從圖 6 可知，在光照強(qiáng)度增強(qiáng)至 200 μmol·m-2·s-1之前，3 個(gè)冠層ETR 值都呈上升趨勢(shì)，外層上升速度明顯快于中層和里層，外層葉片光響應(yīng)曲線各時(shí)間段ETR 值皆比其他2 個(gè)冠層高，隨著光照強(qiáng)度的進(jìn)一步上升而略微增加，逐漸趨于飽和。而中層、里層隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)至 200 μmol·m-2·s-1，達(dá)到最高值，后隨著光照強(qiáng)度的進(jìn)一步上升而逐漸下降，二者光合響應(yīng)曲線在強(qiáng)光下表現(xiàn)為抑制型。

圖6 西番蓮不同冠層葉片光響應(yīng)曲線

2.4 西番蓮不同冠層結(jié)果數(shù)比較

柱狀栽培西番蓮不同冠層的結(jié)果性狀統(tǒng)計(jì)分析見圖7，外層結(jié)果數(shù)最多，平均為160 個(gè)/株，不同冠層結(jié)果量為外層＞中層＞里層，且三者差異顯著，可見有效結(jié)果枝基本在外層。

圖7 西番蓮不同冠層結(jié)果數(shù)

3 討論與結(jié)論

果樹產(chǎn)量形成與成花坐果關(guān)系密切，而光合作用是影響果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素，冠層內(nèi)光照強(qiáng)度是影響果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)等的重要因子[7]。葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)是以葉綠素?zé)晒鉃樘结樋焖?、靈敏檢測(cè)植物對(duì)光能的吸收、傳遞、耗散、分配等光合作用狀態(tài)，無損傷研究植物光合生理特性，評(píng)價(jià)植株光合能力強(qiáng)弱的技術(shù)[13]。本研究表明，在日變化過程中，3 個(gè)冠層葉片Yield 和qP 值均呈早晚高、中午低的變化趨勢(shì)，qN 值趨勢(shì)相反，說明中午發(fā)生了光抑制。實(shí)際光能轉(zhuǎn)化效率Yield 表示植物葉片光合電子傳遞的量子產(chǎn)額，可作為葉片光合電子傳遞速率快慢的相對(duì)指標(biāo)。葉綠素?zé)晒夤饣瘜W(xué)猝滅系數(shù)（qP）代表PSII 反應(yīng)中心開放的比例，反映了PSII光合色素捕獲的光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的效率[14]。早晨及傍晚光強(qiáng)較低，葉片吸收的光能最大限度地用在光化學(xué)反應(yīng)上，Yield 和qP 值較高，隨著光強(qiáng)及溫度的升高，葉片開始將吸收的光能較多地分配到熱耗散，11：00 時(shí)3 個(gè)冠層光強(qiáng)達(dá)到峰值，此時(shí)外層葉片qN 值達(dá)到峰值，13：00 時(shí)中層、里層達(dá)到峰值，時(shí)間基本吻合。qN 為非光化學(xué)猝滅系數(shù)，反映了PSII 將過剩光能轉(zhuǎn)化為熱能的能力[15]，為PSII天線色素吸收的光能以熱的形式耗散而非用于光合電子傳遞的部分[16]，是植物在高光強(qiáng)環(huán)境下的自我保護(hù)機(jī)制，較高的qN 值有利于植物對(duì)過剩光能的熱耗散。植物葉片出現(xiàn)非光化學(xué)猝滅是一種對(duì)其光合機(jī)構(gòu)保護(hù)的機(jī)制。

西番蓮柱狀式立體栽培，提高了采光效率，產(chǎn)量增加明顯[6]，試驗(yàn)結(jié)果表明，不同冠層結(jié)果量差異顯著，外層顯著大于中層和里層。本研究表明，柱狀栽培模式西番蓮不同冠層葉片熒光參數(shù)存在明顯差異，同一個(gè)測(cè)定時(shí)間，西番蓮不同冠層的Yield、ETR、qP 和qN 值從里層到外層逐漸增大，說明外層能吸收更多的光能，具有較高的光能轉(zhuǎn)化效率，光合活性也較強(qiáng)；在適應(yīng)強(qiáng)光、抵御光抑制破壞能力方面外層優(yōu)于中層和里層，說明外層的光保護(hù)能力及反抗逆性比中層、里層強(qiáng)。外層的Yield、ETR、qP 和qN 值全天始終保持相對(duì)較高的水平，外層的電子傳遞速率和光合熱耗散能力比中層、里層高，說明外層受到的光抑制較輕，受脅迫后恢復(fù)能力強(qiáng)，能維持較高的光合活性。進(jìn)一步表明外層葉片利用熱耗散保護(hù)其光合器官免受光氧化破壞的能力比中層、里層葉片強(qiáng)。光化學(xué)猝滅與PSII 的光化學(xué)反應(yīng)密切相關(guān)，能反映PSII 穩(wěn)定原初電子受體QA 的還氧狀態(tài)，是由QA 的重新氧化所引起，qP 越大，QA 重新氧化的量就越多[17]。本研究通過比較不同冠層葉片暗適應(yīng)后的Yield 和qP 值發(fā)現(xiàn)，外層值最高，里層最低，說明外層光合能力比里層強(qiáng)，里層光合能力弱。

ETR 為電子傳遞速率，可反映出PSII 反應(yīng)中心捕獲電子的效率[18]。不同光強(qiáng)變化過程中，外層、中層和里層葉片對(duì)于光強(qiáng)變化的光響應(yīng)曲線也不同，隨著光強(qiáng)的增加，外層葉片光響應(yīng)曲線ETR 值穩(wěn)定且高于中層和里層，當(dāng)光照強(qiáng)度超過1 000 μmol·m-2·s-1時(shí)，上升幅度減小，光飽和度為1 000 μmol·m-2·s-1。西番蓮作為起源于熱帶的草質(zhì)藤本，葉片對(duì)強(qiáng)光的適應(yīng)性最強(qiáng)。中層和里層光響應(yīng)曲線ETR 值呈下降趨勢(shì)，說明中層、里層的光響應(yīng)曲線反應(yīng)中心關(guān)閉程度均增加，在較低光強(qiáng)下就已經(jīng)達(dá)到較高關(guān)閉程度。研究表明，在同等光強(qiáng)條件下，植物的ETR 越高表明植株葉片可以形成的ATP 和NADPH 等活躍化學(xué)能越多，從而為暗反應(yīng)進(jìn)行光合碳同化提供充足能力，可加快有機(jī)物的積累和碳同化運(yùn)轉(zhuǎn)效率[19]?？赡苤袑印⒗飳尤~片電子傳遞速率降低時(shí)，產(chǎn)生ATP 較少，所以暗反應(yīng)速率較慢，而外層葉片能較快地啟動(dòng)卡爾文循環(huán)，消耗光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP 及NADPH[20]，使光合作用中心很快打開，ETR 能夠很快增加。

柱狀栽培西番蓮?fù)夤趯釉谶m應(yīng)強(qiáng)光、抵御光抑制破壞能力方面明顯優(yōu)于中層和里層，因此，可適當(dāng)增強(qiáng)里層修剪枝條力度，降低葉片密度，保持通風(fēng)透氣，有利于產(chǎn)量的提高。