不同猕猴桃种质光合作用和叶绿素荧光参数的高温响应及其耐热性评价

汤佳乐，卜范文，何科佳，苑 平，徐 海

（湖南省园艺研究所，国家农业部华中地区果树科学观测站，长沙时鲜水果工程技术研究中心，湖南 长沙 410125）

果树在生长发育过程中经常受到温度（低、高）、光照、水分、土壤和营养、风雹等非生物因子和生物因子（病虫害）等的影响[1]。在众多胁迫因子之中，高温胁迫单独或通常是其组合效应在全球范围内对果树的生存造成严重威胁，常导致巨大的产量损失[2]。猕猴桃作为一种不耐高温的藤本落叶果树，当气温达到35℃时，持续性的高温极易导致叶片失水干枯、果实灼伤，严重影响猕猴桃的光合作用，降低果实品质、产量和贮藏性甚至造成植株死亡[3]。随着“温室效应”的加剧与全球气温上升，我省7、8 月最高温经常超过35℃，部分地区达到40℃以上，特别是中低海拔地区的果园普遍存在夏季高温危害的问题。因此，有必要开展耐热性相关研究，为揭示猕猴桃耐热性机制和耐热性猕猴桃品种的选育提供科学依据。

光合作用是果树等植物对温度变化最为敏感的代谢反应，其对温度变化的反应非常强烈[4]，而光合特性和叶绿素荧光指标可反应植物光合作用过程中各种重要信息。当植物受到高温胁迫时，显著降低植物的净光合速率，引起光合作用的光抑制，严重时还会导致光合结构发生破坏[5]。有关高温对猕猴桃的影响已有相关研究，例如：张文标[6]研究发现，高温胁迫导致猕猴桃叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率降低，胞间CO2浓度升高，而赣猕6 号猕猴桃在高温环境下，其光合速率较高，蒸腾速率较低，PSⅡ反应中心出现不可逆破坏程度最小，电子传递活性最高，综合表现受高温胁迫影响最小；董肖等[7]研究发现，在持续强降雨后的高温强光条件下，猕猴桃的光合特性参数表现异常，幼苗出现明显性伤害，常造成植株死亡。此外，高温胁迫条件下的光合特性和叶绿素荧光研究还在葡萄[8]、月季[9]、棉花[10]、水稻[11]、菜心[12]等作物上广泛开展。

目前，有关植物耐热性鉴定有电导率法、光合特性法、生理特性综合评价法等多种。光合特性法作为一种简单快捷灵敏的鉴定方法，可以在高温胁迫条件下进行活体测量，能较为真实客观地反应光合作用和叶绿素参数的变化特征，已成为鉴定和评价植物耐热性的重要技术之一。 据此，笔者于夏季田间高温条件下，采用活体测定22 份猕猴桃种质资源的光合作用和叶绿素荧光参数，分析不同猕猴桃种质资源的光合作用和叶绿素荧光参数对高温的响应，并对其耐热性进行综合分析与评价，以期为耐热猕猴桃品种的选育和耐热性机理的研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试22 份猕猴桃种质资源均种植于海拔46 m 的湖南省农业科学院园艺研究所猕猴桃种质资源圃，其种类、名称及来源详见表1。猕猴桃种质资源圃采用单主干双主蔓形，株行距为3.0 m×3.0 m，东西行向，采用滴灌，树龄为4～5 a，管理比较粗放。

表1 供试猕猴桃种质资源种类、名称及来源

1.2 试验方法

1.2.1 高温期间温度、湿度、降雨量监测2020年7 月16 日至8 月25 日的试验期间，利用全自动CR1000 气象监测系统（美国），实时监测湖南省农业科学院园艺研究所猕猴桃种质资源圃的温度、湿度、降雨量等数据，每半小时记录1 次。

1.2.2 光合作用和荧光参数测定于2020 年8 月23日至8 月25 日的长沙高温期末段，在9：00—11：00进行光合作用和荧光参数的测定，连续测量3 d，测量期间天气晴朗无风。每份种质资源随机选择生长一致、无病虫害、阳光直射的新梢第6～8 片成熟功能叶，采用LI-6400X 便携式光合测定仪（美国）测定光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）等指标，采样FluorPen FP 110 便携式荧光仪（捷克）测定Fo、Fm、Fv、Fv/Fm等叶绿素荧光参数。每棵树测定东、西、南、北各3 片叶，每份种质资源重复测定3 株。

1.2.3 耐热性评价参照大豆和葡萄耐热性评价方法[13-14]，利用模糊隶属函数分析法对不同猕猴桃种质资源的光合作用和叶绿素荧光参数进行分析，分别按公式（1）和（2）计算各项指标的隶属函数值U（Xj）。

式中Xj表示第j 个指标；Xmin表示第j 个指标的最小值；Xmax表示第j 个指标的最大值。若第j 个指标与耐热性呈正相关，则选用公式（1），若第j 个指标与耐热性呈负相关，则选用公式（2）。

利用公式（3）将各个指标隶属函数值进行累加，计算综合评价值D，并结合聚类分析进行耐热性综合评价。

1.3 数据处理与分析

采用Excel 2007 进行数据整理和图表制作；采用SPSS 17.0 数据处理软件中LSD 法进行多重比较并检测差异性；采用DPS 7.05 数据处理软件中有序样本最优分割聚类法进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 试验地的温度、湿度和降雨量变化

由图1～图3 可知，长沙2020 年7 月16 日至8月25 日高温期间，月平均气温为30.33℃，平均日高温为35.11℃，最高温度为38.90℃；月平均湿度为77.91%，最低湿度为66.99%；高温期间有3 次明显降水，最大降雨量为8 月10 日56.1 mm。

图1 长沙2020 年7 月16 日—8 月25 日气温变化情况

图3 长沙2020 年7 月16 日—8 月25 日降雨量变化情况

2.2 猕猴桃种质资源光合作用参数对高温的响应

图2 长沙2020 年7 月16 日—8 月25 日湿度变化情况

光合作用是植物对高温胁迫最敏感的代谢反应，光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率等是光合作用过程中重要的信息因子，其直接影响猕猴桃的生长发育和果实品质。由表2 可知，在长沙自然高温条件下，22 个猕猴桃种质资源中光合速率（Pn）以华特最高[19.252 μmol/(m2·s)]、龙成1 号最低[12.536 μmol/(m2·s)]，其中华特、金魁、米良1 号、海沃德极显著高于红阳、京梨、魁绿、龙成1 号；气孔导度（Gs）以魁绿的最高[0.364 mol/(m2·s)]、华特最低[0.209 mol/(m2·s)]，其中华特、米良1 号、丰悦显著低于魁绿、龙成1 号等；胞间CO2浓度（Ci）以对额最低（311.292 μmol/mol）、华特最高（344.491 μmol/mol）；蒸腾速率（Tr）以红阳最高[7.920 mol/(m2·s)]、华特最低[5.085 mol/(m2·s)]，其中华特、米良1 号、海沃德显著低于红阳、京梨等。说明在长沙自然高温条件下，22 个猕猴桃种质材料中的华特、海沃德、米良1 号等种质资源保持相对较高的光合效率，而红阳、京梨、龙成1 号、魁绿的光合效率较低。

表2 不同猕猴桃种质资源光合作用的高温响应表现

2.3 猕猴桃种质资源叶绿素荧光参数对高温的响应

Fo为实时叶绿素荧光，是在暗适应的最小荧光，Fm为在暗适应的最大荧光，Fo/Fv是PSⅡ的潜在活性，Fv/Fm表示PSⅡ最大光能转化效率。由表3 可知，在长沙自然高温条件下，22 个猕猴桃种质资源的Fo以华特最低[6 343.222 μmol/(m2·s)]、红阳最高[8 588.111 μmol/(m2·s)]，其中华特、米良1 号极显著低于红阳、对额、魁绿等；Fm以华特最高[15 645.222 μmol/(m2·s)]、龙成1 号的最低[13 994.889 μmol/(m2·s)]，其中华特、海沃德、米良1 号显著高于龙成1 号、 红阳、魁绿等；Fo/Fv是京梨最高（1.271）、金红最低（1.003），其中京梨、华特显著高于金红、东红、红阳等；Fv/Fm值在0.522～0.596 之间，以华特最高、红阳最低。说明自然高温对猕猴桃不同种质资源的光能转化率有不同程度的抑制作用，其中华特、米良1 号、丰硕显著高于红阳、对额、金艳、魁绿等。

表3 不同猕猴桃种质资源叶绿素荧光参数的高温响应表现

2.4 猕猴桃种质资源叶片耐热性分析及评价

2.4.1 光合作用与荧光参数的相关性对4 个植物光合作用参数指标和4 个叶绿素荧光参数指标进行相关性 分 析 的 结 果 见 表4，Fv/Fm与Pn、Gs、Ci、Tr、Fo、Fm、Fo/Fv指标存在极显著相关性，其中Fv/Fm与Pn、Ci、Fm、Fo/Fv呈极显著正相关，与Gs、Tr、Fo呈极显著负相关。

表4 猕猴桃种质资源光合作用参数指标和叶绿素荧光参数指标的相关性

2.4.2 耐热性分析与评价Fv/Fm是植物发生光抑制的敏感指标，也是耐热性鉴定的重要指标。因此，对与Fv/Fm 显著性相关的指标采用模糊隶属函数法进行了分析，并对猕猴桃种质资源的耐热性综合评价值D 进行排序（见表5）。华特的D值最大，表明其耐热性最强，其次为米良1号；红阳的D值最小，表明其耐热性最差。22 个猕猴桃种质资源的耐热性综合评价结果为：华特＞米良1 号＞金魁＞海沃德＞丰硕＞G3 ＞翠玉＞楚红＞凯迈＞徐香＞翠香＞丰悦＞金艳＞阔叶＞东红＞金桃＞金红＞龙成1 号＞京梨＞魁绿＞对额＞红阳。

采用有序样本最优分割聚类法对D 值进行聚类分析，得到猕猴桃种质资源的耐热性最优分割误差函数和分类结果见表6。该结果表明，随着分级数的增加，误差函数趋于稳定。根据猕猴桃种质资源耐热性鉴定的标准并结合最优分割结果，可将耐热性级别分为弱、中、强3 种类型。在22 个猕猴桃供试种质资源中，耐热性强、中等的各有8 个，耐热性弱的有6 个，其中华特、米良1 号、金魁、海沃德、丰硕、G3、翠玉和楚红为耐热性强的种质资源（见表5），可以作为长沙等低海拔地区猕猴桃产区推广种植的优良品种。

表5 猕猴桃种质资源耐热性分析与评价结果

表6 22 个猕猴桃种质资源综合评价值D 值的最优分割误差函数和分类结果

3 讨论与结论

随着全球气温上升与极端天气的频繁出现，许多植物都面临着高温胁迫[15]。猕猴桃的适宜生长温度为年平均气温11.3～16.9℃，当气温达到35℃以上、叶片受到强光照射5 h 时，叶片边缘出现水渍状失绿，后变褐发黑，持续2 d 以上叶片边缘变黑上卷，呈火烧状，严重时会引起早期落叶；果实遭受强光高温天气易发生日灼、果皮皮色变深、皮下果肉褐变，严重的停止发育、形成洼陷坑，有时表面开裂，病部易发生炭疽病害，失去商品价值[16]。该研究在长沙自然高温条件下，开展猕猴桃光合作用和叶绿素荧光的高温响应及其耐热性评价，对猕猴桃种质资源的耐热性鉴定、耐热性品种的选育与推广具有参考价值。

植物在生长发育过程中受到生长环境中各种非生物因子的胁迫，其中温度对植物生长发育的影响尤其重要[17]。光合作用参数中的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率是植物对高温最为敏感的生理指标，其含量变化直接反映植物光合作用的能力和效率。高温能够抑制植物的光合作用、破坏光合结构、关闭气孔、降低蒸腾作用、固定叶肉细胞中的CO2、降低光合速率[18]。钟敏等[19]研究了4 个猕猴桃品种在高温下光合作用的日变化，发现短期高温可能使猕猴桃植株进入休眠状态，通过降低净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，以提高植株在逆境中的生存率。然而，研究结果发现，在长沙自然高温条件下，华特、海沃德、米良1 号等种质资源具有较低的气孔导度和蒸腾速率，却仍保持较高的胞间CO2浓度和净光合速率，这可能是由于不同猕猴桃种质资源之间的耐热性有差异。

叶绿素荧光参数在植物光合作用与环境条件的协作中起重要作用，直接反应植物的光化学活性，包含光合作用过程中的光能吸收和转化，PSⅡ反应中心的活性能量转运等[20]。其中，Fv/Fm属于热敏指标，是直接评价植物耐热性的重要依据[21]。该研究结果表明，22 个猕猴桃品种的 Fv/Fm值在0.522～0.596 之间，高温对猕猴桃种质资源的光能转化率有着不同程度的抑制作用；利用模糊隶属函数对与Fv/Fm有相关性的光合作用和叶绿素荧光参数指标进行综合分析，再利用隶属函数值进行最优分割法聚类分析，得出22 个猕猴桃种质资源中有华特、米良1 号、金魁、海沃德、丰硕、G3、翠玉和楚红为耐热性强的种质资源，可作为长沙等低海拔地区耐热猕猴桃品种选育和推广的重要种质资源。