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        黃化茶樹(shù)葉片光合及熒光特性分析

        2023-12-29 00:00:00劉東娜龔雪蛟李蘭英黃藩堯渝胥亞瓊高遠(yuǎn)羅凡
        茶葉科學(xué) 2023年6期

        摘要:以3 個(gè)葉色黃化茶樹(shù)品種為研究材料,以綠色系茶樹(shù)品種福鼎大白茶為對(duì)照,研究黃化茶樹(shù)的光合色素含量、光合及葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)特性的變化,為葉色黃化茶樹(shù)品種的種質(zhì)評(píng)價(jià)及栽培管理提供科學(xué)指導(dǎo)。結(jié)果表明:(1)黃化茶樹(shù)葉片葉綠素總量比對(duì)照茶樹(shù)品種低71.7%~86.8%,類(lèi)胡蘿卜素總量維持在0.16~0.31 mg·g-1。(2)3 個(gè)黃化茶樹(shù)品種的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、水分利用效率、最大凈光合速率和光飽和點(diǎn)等光合參數(shù)顯著降低,光補(bǔ)償點(diǎn)顯著高于對(duì)照茶樹(shù)品種。(3)黃化茶樹(shù)葉片對(duì)光能的吸收、轉(zhuǎn)化與利用等光合過(guò)程與對(duì)照茶樹(shù)品種差異顯著,其中金鳳2 號(hào)和中黃1 號(hào)葉片快速葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線中的L 點(diǎn)和J點(diǎn)相對(duì)可變熒光顯著升高;葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)MO、DIO/RC、φDO 和φRO 等顯著增加,F(xiàn)V/FO、ETO/RC、φPO、φEO、ΨEO 和PIabs 等顯著降低。研究認(rèn)為,黃化茶樹(shù)葉片光合效率、潛力及生態(tài)適應(yīng)能力均顯著降低;其中,茶樹(shù)黃化葉片光合色素顯著減少、PSⅡ光能捕獲及光合電子傳遞效率顯著下降,熱耗散能量顯著增加,是導(dǎo)致其光合作用綜合性能降低的重要原因。

        關(guān)鍵詞:黃化茶樹(shù);光合特性;葉綠素?zé)晒?/p>

        中圖分類(lèi)號(hào):S571.1;Q945.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1000-369X(2023)06-757-12

        光合作用是茶樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育和生理代謝的基礎(chǔ),對(duì)茶樹(shù)生產(chǎn)力、適應(yīng)性及鮮葉品質(zhì)等具有決定性作用[1-2]。研究茶樹(shù)光合生理特性及其在品種間的差異,可為高光效茶樹(shù)育種、品種改良及栽培措施優(yōu)化等奠定理論基礎(chǔ)[3]。葉綠素?zé)晒庾鳛檠芯亢吞綔y(cè)植物光合生理的天然探針,可以在無(wú)損狀態(tài)下反映植物的光反應(yīng)特性、能量傳遞與分配等情況,已廣泛用于植物的光合生理研究[4-6]。

        當(dāng)前,茶樹(shù)光合生理相關(guān)的研究主要有栽培光合生理(肥培、種植模式、光強(qiáng)等)、逆境光合生理(高溫、低溫、干旱等)以及品種間光合生理等幾個(gè)方面[3,7-15],鮮有關(guān)于葉色特異茶樹(shù)品種光合生理特性的報(bào)道。謝文剛等[14]和張晨禹等[15]初步探究了綠色、黃化、紫色茶樹(shù)品種的光合特性,發(fā)現(xiàn)茶樹(shù)自身的光合能力與其葉色表型密切相關(guān)。

        黃化茶樹(shù)是葉色黃化突變的一種類(lèi)型,其嫩梢呈現(xiàn)黃色表型,且多具有優(yōu)異的制茶品質(zhì)及良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,同時(shí)也是研究葉綠素代謝和光合作用機(jī)制的理想材料[16-17]。研究顯示,茶樹(shù)葉片黃化表型與其葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素、類(lèi)黃酮等的生物合成密切相關(guān),且多伴隨葉綠體發(fā)育不良等生理機(jī)制[18]。葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素是植物中主要的光合色素,葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的主要場(chǎng)所[19-20]。茶樹(shù)葉片黃化表型導(dǎo)致的光合色素含量降低、葉綠體結(jié)構(gòu)發(fā)育不良將直接影響其光合生理功能,進(jìn)而影響其生長(zhǎng)發(fā)育和環(huán)境適應(yīng)性等[21]。目前,有關(guān)茶樹(shù)葉片葉綠素含量減少和葉綠體結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的光合生理響應(yīng)機(jī)制尚不清楚。

        本研究以中黃1 號(hào)、金鳳1 號(hào)和金鳳2號(hào)3 個(gè)黃化茶樹(shù)品種為試驗(yàn)材料,研究黃化茶樹(shù)的光合色素含量、光合指標(biāo)及葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)等,明確葉色黃化突變茶樹(shù)的光合生理狀況,旨在為葉色黃化茶樹(shù)品種的種質(zhì)評(píng)價(jià)及栽培管理提供科學(xué)指導(dǎo)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        試驗(yàn)在四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所茅河鄉(xiāng)品種區(qū)試園(103°22'8\"N,30°13'2\"E)進(jìn)行。供試品種為自然變異黃化茶樹(shù)品種金鳳1號(hào)(JF1)、金鳳2 號(hào)(JF2)、中黃1 號(hào)(ZH1)和常規(guī)綠色系對(duì)照品種福鼎大白茶(FD),樹(shù)齡均為5 a。試驗(yàn)品種隨機(jī)排列,茶園管理按照常規(guī)栽培茶園進(jìn)行。每個(gè)品種隨機(jī)選擇6株長(zhǎng)勢(shì)一致的植株,取其當(dāng)季新梢第5 葉為測(cè)定葉,進(jìn)行葉綠素含量、光合參數(shù)、光響應(yīng)曲線及葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線(OJIP 曲線)的測(cè)定。各茶樹(shù)品種當(dāng)季新梢第5 葉性狀特征描述如表1 所示。

        1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

        1.2.1 葉綠素含量的測(cè)定

        參照文獻(xiàn)[22]采用乙醇浸提法測(cè)定葉片的葉綠素含量。葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)和類(lèi)胡蘿卜素(Caro)含量參照改良的Arnon[23]方法計(jì)算。

        1.2.2 光合參數(shù)測(cè)定

        選擇晴朗無(wú)風(fēng)的上午9:00—12:00,采用北京力高泰科有限公司購(gòu)買(mǎi)的Li-6800 便攜式光合儀的光合- 熒光全自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)(LI-COR,美國(guó))測(cè)定茶樹(shù)葉片凈光合速率(Pn)、光響應(yīng)曲線和快速葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線及其參數(shù)。

        光合速率測(cè)定于2019 年4 月和6 月在自然環(huán)境條件下進(jìn)行,光強(qiáng)為1 200 μmol·m-2·s-1,葉室溫度為28 ℃,相對(duì)濕度為60%,氣流速度為500 μmol·s-1,氣壓為0.1 kPa,CO2 摩爾分?jǐn)?shù)為400 μmol·mol-1。測(cè)定指標(biāo)包括葉片凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO2濃度(Ci)和氣孔導(dǎo)度(Gs),水分利用效率(WUE)計(jì)算公式為WUE=Pn/Tr[7]。

        光響應(yīng)曲線于2019 年5 月測(cè)定,測(cè)定前將葉片在1 000 μmol·m-2·s-1 光強(qiáng)下誘導(dǎo)20 min。光合有效輻射(PAR)從0~1 500 μmol·m-2·s-1 分為9 個(gè)梯度(1 500、1 200、900、600、300、150 、100 、50 、0 μmol·m-2·s-1 ) 進(jìn)行光合(Pn-PAR)響應(yīng)曲線測(cè)定。采用直角雙曲線的修正模型-葉子飄模型(YEM)進(jìn)行光響應(yīng)曲線擬合,并得到各茶樹(shù)品種的最大凈光合速率(Pn max)、光飽和點(diǎn)(LSP)、光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)、初始量子效率(α)和暗呼吸速率(Rd)等參數(shù)[24]。

        OJIP 曲線于2019 年5 月測(cè)定,測(cè)定前需用鋁箔包裹住整個(gè)測(cè)定葉使其充分暗適應(yīng)30 min,由1 500 μmol·m-2·s-1 紅光誘導(dǎo),測(cè)定時(shí)間為1 s。OJIP 曲線標(biāo)準(zhǔn)化及參數(shù)計(jì)算采用Strasser 等[25]和楊程等[26]的方法。其中,OJIP 曲線標(biāo)準(zhǔn)化按公式Vt=(Ft-FO)-(Fm-FO)計(jì)算,L、K、J、I 等相點(diǎn)分別為100~120 μs、300 μs、2 ms和30 ms,O 點(diǎn)為最小熒光,P 點(diǎn)為最大熒光。求得各時(shí)間點(diǎn)的相對(duì)可變熒光。

        1.3 數(shù)據(jù)處理

        分別采用Excel 2010、SPSS 19 和Origin2019 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、方差統(tǒng)計(jì)學(xué)(LSD法,α=0.05)分析及繪圖。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同黃化茶樹(shù)新梢色素含量分析

        茶樹(shù)葉片的光合色素主要有葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素,決定著茶樹(shù)葉片的呈色和光合速率[18]。其中葉綠素使有機(jī)體呈現(xiàn)綠色,參與光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化過(guò)程[3,19]。本研究各茶樹(shù)品種新梢第5 葉光合色素含量如表2 所示,3 個(gè)黃化茶樹(shù)葉綠素a、葉綠素b 及葉綠素總量均顯著低于對(duì)照品種(P<0.05);其中葉綠素總量在春季和夏季分別介于0.25~0.47 mg·g-1 和0.43~0.83 mg·g-1,分別較對(duì)照茶樹(shù)品種降低71.7%~84.9%和74.5%~86.8%。葉綠素a 和葉綠素b 的比值(Chl a/Chl b)是反映捕光色素復(fù)合體Ⅱ(LHCⅡ)在葉綠素結(jié)構(gòu)中所占的比例,該比值高,說(shuō)明植物在弱光下的捕光能力較強(qiáng)[27]。黃化茶樹(shù)Chl a/Chl b 在春季和夏季分別介于5.04~9.06 和3.86~5.74,分別是對(duì)照茶樹(shù)品種的1.77~3.19 倍和1.54~2.30 倍;這可能與黃化茶樹(shù)維持光合能力的適應(yīng)性有關(guān)[28]。類(lèi)胡蘿卜素使葉片呈現(xiàn)橙黃色,具有吸收和傳遞光能及保護(hù)葉綠素免受光氧化的功能[19,29]。3 個(gè)黃化茶樹(shù)類(lèi)胡蘿卜素含量(春季0.16~0.20 mg·g-1、夏季0.26~0.31 mg·g-1)顯著低于對(duì)照茶樹(shù)品種(P<0.05);但黃化茶樹(shù)新梢葉綠素與類(lèi)胡蘿卜素的比值卻顯著低于對(duì)照茶樹(shù)品種,說(shuō)明黃化茶樹(shù)新梢葉綠素含量的降低程度遠(yuǎn)大于類(lèi)胡蘿卜素;這可能是黃化茶樹(shù)新梢呈現(xiàn)黃色及維持光合能力的主要因素之一[16-17]。

        2.2 黃化茶樹(shù)葉片光合氣體交換參數(shù)比較

        黃化茶樹(shù)葉片光合氣體交換參數(shù)測(cè)定結(jié)果如表3 所示。Pn 是植物光合能力強(qiáng)弱的直接反映[7,14],黃化茶樹(shù)春季和夏季葉片的Pn值均顯著低于對(duì)照茶樹(shù)品種。3 個(gè)黃化品種間的Pn 差異較大,且存在一定的季節(jié)差異,這可能與各品種葉片呈色及光合色素含量有關(guān)。Tr 可間接反映茶樹(shù)的水分利用效率、運(yùn)輸?shù)V物質(zhì)及調(diào)節(jié)葉面溫度的能力[7,30]。春季,黃化茶樹(shù)的Tr 低于對(duì)照茶樹(shù)品種,其變化趨勢(shì)與Pn 一致;夏季,中黃1 號(hào)的Tr 最高,其后依次是金鳳1 號(hào)、福鼎大白茶和金鳳2 號(hào)。

        Ci 反映茶樹(shù)對(duì)CO2 的利用情況[14,30]。春季,各黃化茶樹(shù)品種的Ci 與對(duì)照茶樹(shù)品種無(wú)顯著差異;夏季,各黃化茶樹(shù)品種的Ci 顯著高于對(duì)照品種(Plt;0.05),金鳳2 號(hào)的Ci 顯著低于中黃1 號(hào)和金鳳1 號(hào)(Plt;0.05)。

        Gs 是衡量茶樹(shù)葉片生理特性及氣孔傳導(dǎo)水汽、CO2 能力的重要指標(biāo),與Pn、Tr 及WUE等密切相關(guān)[7,14]。春季,黃化茶樹(shù)Gs 低于福鼎大白茶,依次為福鼎大白茶>金鳳1 號(hào)>中黃1 號(hào)>金鳳2 號(hào),其趨勢(shì)與Pn 一致;夏季,各品種Gs 依次為金鳳1 號(hào)>福鼎大白茶>中黃1 號(hào)>金鳳2 號(hào)(Plt;0.05),金鳳1 號(hào)的Gs值增高可能是其保持較高凈光合速率的重要因素之一。

        WUE 是評(píng)價(jià)茶樹(shù)水分利用特征和抗旱性能的綜合指標(biāo)[14]。黃化茶樹(shù)春季和夏季葉片的WUE 均顯著低于對(duì)照品種(Plt;0.05),春季金鳳2 號(hào)最低,較對(duì)照低34.3%;夏季中黃1號(hào)最低,較對(duì)照低79.2%。

        2.3 黃化茶樹(shù)葉片光合響應(yīng)特性分析

        光響應(yīng)曲線反映了茶樹(shù)葉片光合速率(Pn)隨PAR 的變化規(guī)律。不同品種黃化茶樹(shù)葉片光響應(yīng)曲線及參數(shù)見(jiàn)圖1 和表4。由圖1 可知,4 個(gè)茶樹(shù)品種的Pn 值差異較大,當(dāng)PAR 為0~200 μmol·m-2·s-1,各品種Pn 值響應(yīng)快速,之后,各黃化茶樹(shù)品種的Pn 值在PAR>600 μmol·m-2·s-1后趨于平穩(wěn),而對(duì)照茶樹(shù)品種的Pn 值在PAR>900 μmol·m-2·s-1 后趨于平穩(wěn)。

        最大凈光合速率(Pn max)可表征植物在適宜環(huán)境條件下葉片自身光合能力的大小[31]。由表4 可知,黃化茶樹(shù)的Pn max 均顯著低于對(duì)照品種,且各黃化品種間差異顯著(P<0.05),中黃1 號(hào)的Pn max 最小(3.10 μmol·m-2·s-1),比對(duì)照品種低71.5%,金鳳1 號(hào)和金鳳2 號(hào)較對(duì)照品種分別低34.3%和58.2%。說(shuō)明黃化茶樹(shù)葉片自身的光合能力較弱,不利于同化產(chǎn)物的積累。

        初始量子效率(α)表征弱光條件下植物對(duì)光能的利用能力大小[24,32]。中黃1 號(hào)的初始量子效率顯著低于對(duì)照品種(P<0.05),金鳳1 號(hào)和金鳳2 號(hào)的初始量子效率與對(duì)照品種無(wú)顯著差異(表4)。

        各品種茶樹(shù)的暗呼吸速率(Rd)值變化不一致,各黃化品種與對(duì)照品種差異不顯著,但金鳳2 號(hào)顯著高于中黃1 號(hào),說(shuō)明各黃化品種呼吸消耗有機(jī)物的程度不同(表4)。

        光飽和點(diǎn)(LSP)和光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)分別是判斷植物對(duì)弱光和強(qiáng)光利用和適應(yīng)能力的重要指標(biāo)[31]。黃化茶樹(shù)的LSP 顯著低于對(duì)照品種,而LCP 高于對(duì)照品種,說(shuō)明黃化茶樹(shù)對(duì)強(qiáng)光和弱光的利用效率均較低,對(duì)光的生態(tài)適應(yīng)性較弱(表4)。

        2.4 黃化茶樹(shù)葉片葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)特性分析

        OJIP 曲線可反映光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)光反應(yīng)全過(guò)程、熒光量子產(chǎn)率、光合機(jī)構(gòu)比活性和光系統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)相對(duì)活性狀況等[4-6]。茶樹(shù)OJIP曲線如圖2 所示,4 個(gè)品種茶樹(shù)OJIP 曲線走向均符合典型的快速葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線特征,且達(dá)到O、J、I、P 等相點(diǎn)的時(shí)間相對(duì)保持一致(圖2A)。金鳳1 號(hào)、金鳳2 號(hào)、中黃1 號(hào)和福鼎大白茶OJIP 曲線上O-P 點(diǎn)的熒光值分別為589.17~3 001.19、563.38~2 090.16、528.25~1 426.26 和824.20~3 738.98。與對(duì)照茶樹(shù)品種相比,3 個(gè)黃化品種的OJIP 曲線各個(gè)相(O-J、J-I 和I-P 相)差異顯著;3 個(gè)黃化茶樹(shù)暗適應(yīng)后最小熒光強(qiáng)度(FO)、J 相熒光強(qiáng)度(FJ)、I 相熒光強(qiáng)度(FI)和最大熒光強(qiáng)度(FM)等均顯著低于對(duì)照品種(P<0.05)(表5)。說(shuō)明黃化茶樹(shù)葉片對(duì)光能的吸收、轉(zhuǎn)化與消耗等光合過(guò)程與綠色系品種差異較大,且存在明顯的種間差異。

        將快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線O-K 點(diǎn)、O-J點(diǎn)、O-P 點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,茶樹(shù)OJIP 曲線各點(diǎn)的相對(duì)熒光強(qiáng)度(Ft)發(fā)生明顯變化(圖2B)。L 點(diǎn)熒光反映了PSⅡ單元之間的能量偶聯(lián)程度[26];金鳳2 號(hào)和中黃1 號(hào)的L 點(diǎn)分別比對(duì)照品種的L 點(diǎn)高33.3%和48.5%,表明了茶樹(shù)葉片黃化可能引起其PSⅡ單元之間偶聯(lián)程度下降,進(jìn)而降低其對(duì)光能的利用效率。K點(diǎn)熒光反映了PSⅡ供體側(cè)的活性[26],各黃化品種的K 點(diǎn)相對(duì)熒光與對(duì)照差異不顯著。OJIP曲線的J 點(diǎn)熒光升高反映了P680 受體側(cè)QA到QB 的電子傳遞活性受到了抑制[5]。金鳳1號(hào)的J 點(diǎn)相對(duì)熒光與對(duì)照品種差異不顯著,金鳳2 號(hào)和中黃1 號(hào)的J 點(diǎn)相對(duì)熒光分別比對(duì)照品種高18.8%和31.3%(P<0.05);說(shuō)明黃化品種金鳳1 號(hào)的QA 到QB 之間的電子傳遞未受到影響,而黃化品種金鳳2 號(hào)和中黃1 號(hào)的QA 到QB 之間的電子傳遞受到了抑制,這可能與各黃化品種的葉片黃化程度及其黃化機(jī)理有關(guān)。I 點(diǎn)熒光變化反映了還原態(tài)的PQ(PQH2)的再氧化過(guò)程[5,26],黃化品種的I 點(diǎn)相對(duì)可變熒光均顯著低于對(duì)照品種( P<0.05),表明黃化品種PQH2 的再氧化過(guò)程較為活躍。各品種I-P 階段的相對(duì)可變熒光差值逐漸減小,各品種間未達(dá)顯著水平??梢?jiàn)茶樹(shù)黃化葉片PSⅡ下游相對(duì)電子傳遞速率與對(duì)照品種未有明顯差異。

        不同黃化茶樹(shù)品種葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定結(jié)果如表5 所示。中黃1 號(hào)的MO 較對(duì)照顯著增加27.3%(P<0.05)。J 金鳳2 號(hào)和中黃1 號(hào)葉片的FV/FO 分別較對(duì)照顯著降低24.4%和48.5%(P<0.05),ETO/RC 分別較對(duì)照顯著降低20.4%和31.7%(P<0.05),DIO/RC 分別較對(duì)照顯著增加27.3%和101.3%(P<0.05)。TRO/RC 和ABS/RC 在各品種之間差異不顯著。

        中黃1 號(hào)的φPO 較對(duì)照品種顯著降低17.9%(P<0.05),φDO 較對(duì)照品種顯著增加63.6%(P<0.05)。金鳳2 號(hào)和中黃1 號(hào)葉片的φEO 分別較對(duì)照顯著降低24.4%和41.5%,ΨEO 分別較對(duì)照顯著降低17.3%和28.8%(P<0.05),φRO 分別較對(duì)照顯著增加46.7%和33.3%(P<0.05)。δRO 在各品種之間差異不顯著。

        PIabs 表示PSⅡ的綜合性能指數(shù)。金鳳2號(hào)和中黃1 號(hào)葉片的PIabs 分別較對(duì)照顯著降低49.6%和74.4%(P<0.05)。

        3 討論

        葉片是茶樹(shù)進(jìn)行光合作用的重要器官,葉色變異直接影響茶樹(shù)的光合生理,進(jìn)而影響其生長(zhǎng)發(fā)育、物質(zhì)代謝和產(chǎn)量[34]。葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素是葉片呈色的主要色素,也是植物光合作用的關(guān)鍵色素[19]。本研究表明,黃化茶樹(shù)葉綠素總量及組分含量、類(lèi)胡蘿卜素總量等均顯著低于對(duì)照綠色系茶樹(shù)品種,但其葉綠素a 與葉綠素b 的比值顯著高于對(duì)照品種。這與前人對(duì)黃金芽、中黃2 號(hào)和福黃1 號(hào)等黃化茶樹(shù)葉片色素含量的研究結(jié)果一致[35-38]。黃化茶樹(shù)葉片色素總量和組分含量的調(diào)整可能與其光適應(yīng)性有關(guān)。研究顯示,強(qiáng)光脅迫下,植物黃化葉片類(lèi)胡蘿卜素ε-羥化酶(LUT1)活性增加,葉黃素循環(huán)增強(qiáng),進(jìn)而保護(hù)黃化葉片免受強(qiáng)光造成的損傷,提高其對(duì)光脅迫的耐受性[39-40]。Pn、Gs、WUE 等是重要的光合氣體交換參數(shù),可直接或間接反映植物光合能力的強(qiáng)弱[7,14]。

        Pn max 與LSP 是衡量植物最大光合潛力、強(qiáng)光利用及適應(yīng)能力的重要指標(biāo),LCP、Rd 和α 是衡量植物對(duì)弱光的利用及適應(yīng)能力的重要指標(biāo)[31-32]。本研究表明,黃化茶樹(shù)的Pn、Gs、WUE、Pn max、LSP 和α 均顯著低于綠色系對(duì)照品種,LCP 顯著高于對(duì)照品種。Fan 等[41]研究發(fā)現(xiàn),黃金芽茶樹(shù)黃化葉片的光飽和點(diǎn)顯著低于綠色葉片,光合補(bǔ)償點(diǎn)顯著增加。說(shuō)明茶樹(shù)黃化葉片的光合潛力較小,光能利用效率較低,光照生態(tài)適應(yīng)性較弱。Jiang 等[28]研究表明,黃金菊茶樹(shù)黃化葉片的光捕獲復(fù)合物Ⅰ葉綠素a/b 結(jié)合蛋白基因LHCA2 和LHCA4,以及光捕獲復(fù)合Ⅱ葉綠素蛋白基因LHCB1、LHCB2 和LHCB6 的表達(dá)均顯著低于綠色葉片。事實(shí)上,茶樹(shù)黃化葉片在強(qiáng)光脅迫條件下,鎂脫氫酶基因及光捕獲葉綠素a/b 結(jié)合蛋白基因(LHC)的表達(dá)顯著下調(diào),阻礙了其光合色素合成前體物質(zhì)及葉綠體光合系統(tǒng)Ⅱ放氧復(fù)合物的形成,從而導(dǎo)致葉綠素生物合成受阻和葉綠體結(jié)構(gòu)發(fā)生異常,進(jìn)而導(dǎo)致茶樹(shù)黃化葉片的光合潛力及光能利用效率降低[35,38]。

        不同黃化品種OJIP 曲線的O、J、I、P 等相點(diǎn)熒光均顯著低于對(duì)照品種,但各相點(diǎn)的相對(duì)熒光強(qiáng)度與對(duì)照品種的差異不同。其中,金鳳2 號(hào)和中黃1 號(hào)的L、J 等相點(diǎn)的相對(duì)熒光強(qiáng)度均顯著高于對(duì)照品種,I 點(diǎn)的相對(duì)熒光顯著低于對(duì)照品種,K 點(diǎn)、O 點(diǎn)和P 點(diǎn)相對(duì)熒光與對(duì)照品種差異不顯著;金鳳1 號(hào)品種的O、L、K、J、I、P 等相點(diǎn)的相對(duì)熒光與對(duì)照品種差異均不顯著。說(shuō)明,茶樹(shù)不同黃化品種葉片的黃化機(jī)理可能存在一定差異,進(jìn)而導(dǎo)致其光系統(tǒng)的變化機(jī)制不同。

        OJIP 曲線的L 點(diǎn)相對(duì)熒光反映了PSⅡ單元之間的能量偶聯(lián)程度[26],J 點(diǎn)相對(duì)熒光反映了P680 受體側(cè)QA 到QB 的電子傳遞活性[5]。金鳳2 號(hào)和中黃1 號(hào)的WL 和VJ 值均顯著增加,說(shuō)明茶樹(shù)葉片黃化可能導(dǎo)致其部分PSⅡ單元的天線色素和反應(yīng)中心色素受到了光破壞,進(jìn)而引起PSⅡ單元之間偶聯(lián)程度下降,PSⅡ供體側(cè)活性降低,P680 受體側(cè)QA 到QB 之間的電子傳遞受到抑制,光合能力降低。此外,OJIP曲線L 點(diǎn)的上升被作為類(lèi)囊體解離的特異性標(biāo)志[26,42]。金鳳2 號(hào)和中黃1 號(hào)的WL 值高于對(duì)照,可能提示其類(lèi)囊體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降。有研究表明,茶樹(shù)黃化葉片表現(xiàn)出葉綠體數(shù)量減少及結(jié)構(gòu)發(fā)育異常,結(jié)構(gòu)異常主要體現(xiàn)為類(lèi)囊體堆積較少,無(wú)明確的基粒片層,顯示出空洞跡象[35-37]。各黃化品種的K 點(diǎn)相對(duì)熒光與對(duì)照差異不顯著,這可能與PSⅡ受體側(cè)活性傷害程度有關(guān)。

        有研究報(bào)道,在PSⅡ供體側(cè)傷害程度大于受體側(cè)傷害程度時(shí)才能觀測(cè)到K 點(diǎn)相對(duì)熒光的顯著上升[26,43]。各黃化品種I 點(diǎn)和P 點(diǎn)相對(duì)可變熒光的降低或恢復(fù),推測(cè)其PQH2 的再氧化過(guò)程可能較為活躍或未受抑制,光合電子鏈下游的相對(duì)電子轉(zhuǎn)運(yùn)能力較強(qiáng),以保證部分有效的PSⅡ單元能夠吸收和轉(zhuǎn)化光能,維持黃化茶樹(shù)的生命代謝。

        葉綠素?zé)晒鈪?shù)是反映植物葉片PSⅡ捕獲光能效率、光合電子傳遞效率等的重要指標(biāo)[5,33]。金鳳1 號(hào)的葉綠素?zé)晒馓匦耘c對(duì)照差異較小,預(yù)示其具有較高的光合能力,為其高產(chǎn)奠定了光合生理基礎(chǔ)。李蘭英等[44]研究表明,茶樹(shù)葉色黃化型新品種金鳳1 號(hào)全年鮮葉產(chǎn)量較中黃1 號(hào)增高27.4%,較福鼎大白茶降低了14.7%。與綠色系福鼎大白茶相比,黃化茶樹(shù)金鳳2 號(hào)和中黃1 號(hào)葉片的MO、DIO/RC、φDO和φRO 顯著增加,F(xiàn)V/FO、ETO/RC、φPO、φEO、ΨEO 和PIabs 顯著降低,TRO/RC、ABS/RC 和δRO差異不顯著。表明黃化茶樹(shù)葉片PSⅡ反應(yīng)中心活性降低或失活,PSⅡ光能的捕獲及光電子傳遞效率降低,并且在PSⅡ中電子傳遞鏈中前期傳遞到QA 和后期傳遞到PSⅠ末端的能量未受到抑制,而傳遞到QA?下游的能量受到抑制;而過(guò)剩的能量通過(guò)熱耗散和葉綠素?zé)晒庑问较?,從而表現(xiàn)為光合效率顯著降低。這可能與PSⅡ復(fù)合體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及相關(guān)的蛋白活性等有關(guān)[45-47]。PSⅡ復(fù)合體是鑲嵌在類(lèi)囊體膜上的4 個(gè)蛋白復(fù)合體之一,強(qiáng)光脅迫條件下,使得茶樹(shù)黃化葉片的φPO 活性降低,PSⅡ光反應(yīng)中心的D1(PsbA)、D2(PsbD)復(fù)合體以及放氧復(fù)合體蛋白PsbP 含量顯著下調(diào),并對(duì)LHCⅡ亞基Lhcb1、Lhcb2、Lhcb4、Lhcb5 和Lhcb6等有明顯的抑制作用,導(dǎo)致光能的捕獲和利用、供體側(cè)電子的產(chǎn)生與傳遞效率下降[45-48]。可見(jiàn),強(qiáng)光條件下,茶樹(shù)黃化葉片的PSⅡ可能遭到光損傷或光抑制,導(dǎo)致其捕獲及利用光能效率、光合電子傳遞效率等的降低。

        綜上所述,自然光照或強(qiáng)光條件下,黃化茶樹(shù)葉片的光合潛力較小,捕獲及利用光能效率、光合電子傳遞效率等光合效率較低,光照生態(tài)適應(yīng)性較弱。然而,黃化茶樹(shù)多是光照敏感型植物,對(duì)光照強(qiáng)度有明顯的葉色反應(yīng)。有研究表明,在270 μmol·m-2·s-1 以上的光強(qiáng)時(shí),黃金芽新梢葉片變黃;而在光強(qiáng)低于200 μmol·m-2·s-1時(shí),葉片變綠;且遮陰條件下,黃金芽新梢葉片葉綠素a、葉綠素b 及總?cè)~綠素含量顯著升高,光合電子轉(zhuǎn)移效率顯著提升[2,41];說(shuō)明適宜的栽培措施,可以提升黃化茶樹(shù)葉片的光合作用能力。在茶園管理上,可根據(jù)生產(chǎn)需求,采取適度人工遮陰和合理套種等方式提升黃化茶樹(shù)的光合作用,進(jìn)而提高黃化茶樹(shù)的生長(zhǎng)力。此外,本研究各黃化茶樹(shù)品種間的光合效率亦存在較大差異,金鳳1 號(hào)黃化茶樹(shù)品種的一些光合生理指標(biāo)與對(duì)照品種差異不顯著,表明其具有相對(duì)較強(qiáng)的光合能力,可為高光合效率黃化茶樹(shù)品種的選育提供參考。

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