水分胁迫对2个蓝莓品种叶绿素荧光特性的影响

陈雪妮 ，李建挥 ，吴 毅 ，梁文斌 ，柏文富 ，吴思政 ，聂东伶

（1.中南林业科技大学 生命科学与技术学院，湖南 长沙 410004；2.湖南省森林植物园，湖南 长沙 410116；3.湖南蓝莓研究发展中心，湖南 长沙 410116）

蓝莓Blueberry又名蓝浆果、越桔，属于杜鹃花科Ericaceae越桔属Vaccinium植物，花色苷和多酚类物质含量丰富，能提高大脑记忆力，减少人体胆固醇积累，并具有改善心血管机能、防止心脏病、调节血糖、改善夜视等功效[1]，是一种经济价值极高的新兴小浆果树种。我国南方地区已经开展了蓝莓的引种、驯化、栽培工作，取得了一些成效，种植初具规模，但培育的蓝莓品种根系不发达，种植时对土壤水分的要求较高。南方地区受中亚热带季风湿润气候的影响，夏季时常短期干旱，雨季也易形成涝灾，尤其是近几年，极端降水和干旱频有发生且持续时间变长，在一定程度上影响了蓝莓的引种与推广。因此，在我国南方地区大力发展蓝莓种植产业，需要注重抗旱耐涝品种的筛选。

蓝莓品种‘莱格西’和‘灿烂’生长势强、结实率高、果实酸甜可口，风味浓郁，极具开发价值，在南方发展前景广阔[2]。国内已有一些有关‘莱格西’和‘灿烂’的报道，但大多集中在繁殖、生长发育和果实品质等方面，如史海芝等[3]研究了‘灿烂’的扦插繁殖和生物学特性；王朝文等[4]研究了‘灿烂’的果实品质；阳翠等[5]研究了不同激素处理对‘莱格西’芽诱导和增殖分化的影响。目前还未见有关‘莱格西’和‘灿烂’受水分胁迫影响的研究报道。因此，为探讨蓝莓在南方地区的耐旱性、耐淹性，本试验以南方引种栽培的‘莱格西’和‘灿烂’为试材，测定水分胁迫下它们的叶生长、叶绿素含量及叶绿素荧光参数，比较分析其水分适应的差异和特点，为我国南方地区蓝莓品种的推广和规模化栽培提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

蓝莓品种‘莱格西’和‘灿烂’来自于湖南省森林植物园蓝莓研究发展中心，选取长势一致、健壮无病虫害的2年生扦插苗作为试验材料，移栽至底径14 cm，口径为21 cm，高17 cm的花盆中。花盆中的栽培基质为苗圃表层土，在盆中高度约15 cm。每个品种各140盆，共280盆。于试验地常规管理预培养1个月开始试验。

1.2 试验设计

试验釆用盆栽控水法模拟水分胁迫，包括干旱胁迫和水淹胁迫。

干旱胁迫设置3个处理，分别为：轻度干旱（D1），土壤相对含水量为田间持水量的70%；中度干旱（D2），土壤相对含水量为田间持水量的50%；重度干旱（D3），土壤相对含水量为田间持水量的30%。在胁迫试验前，将预培养的试材置于遮雨棚中，对各盆进行充分灌水使盆内土壤含水量基本达到饱和后停止浇水，让盆内水分自然消耗，此后每天17:00用电子秤称重补水，使土壤含水量控制在设定范围内，当盆中水分达到试验设计要求后开始干旱胁迫试验。

水淹胁迫设置3个处理，分别为：轻度水淹（W1），水面位于花盆5 cm处；中度水淹（W2），水面位于花盆10 cm处；重度水淹（W3），水面位于花盆15 cm处，即水面与土壤面基本持平。将预培养的试材置于遮雨棚内75 cm×35 cm×20 cm的塑料水槽中，每个水槽可放置5盆试材，按水淹设计分别淹水至花盆的5、10、15 cm处。试验期间各水淹处理每3 d换一次水，避免水质恶化。

以每天正常浇水作为对照（CK）。每个水分胁迫处理重复20次。

1.3 测定方法

1.3.1 生长指标的测定

控水50 d后，每处理随机选取30片成熟叶，用LI-3000C便携式叶面积仪（美国LI-COR公司）测定各叶片的叶长、叶宽、叶面积，并将叶片置于烘箱，80 ℃烘至恒质量，并用感量0.001 g的电子秤称其干质量，并计算比叶重。

1.3.2 叶绿素含量的测定

控水50 d后，每处理随机选取10片成熟叶，称取0.2 g去除主脉的叶片，剪碎后置于具塞试管中，加入体积比为1:1的无水乙醇、丙酮混合液，置于25 ℃的黑暗处浸泡至材料完全变白[6]。取浸提液并用紫外分光光度计（UV5100B）测定663 nm、645 nm下的吸光值，并计算叶绿素含量。

1.3.3 叶绿素荧光参数的测定

控水50 d后，每处理随机选取10片成熟叶，用MINI-PAM便携式调制叶绿素荧光仪（德国WALZ公司）于8:00—12:00测定各处理的叶绿素荧光参数，包括最小荧光（F0）、最大荧光（Fm）、可变荧光（Fv）、PSⅡ原初光能转化效率（Fv/Fm）、PSⅡ潜在光化学活性（Fv/F0）、光化学淬灭（qP）和非光化学淬灭（qN）。

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对叶生长的影响

植物形态的相关指标可直接反映植物的生长状况。由表1可知，2个品种蓝莓的叶长、叶宽、比叶重在干旱胁迫的D1处理下略有降低，但均与对照无显著性差异（P＞0.05），在D2和D3处理下，显著低于对照（P＜0.05）。其中，D3处理下2个品种蓝莓的叶长、叶宽、比叶重下降幅度最大，‘莱格西’分别比CK降低13.29%、19.90%、17.17%；‘灿烂’分别比CK降低12.66%、14.15%、15.18%。

表1 干旱胁迫和水淹胁迫对蓝莓叶生长的影响†Table1 Effects of drought stress and waterlogging stress on the leaf growth of blueberry

在水淹胁迫的各处理下，2个品种蓝莓的叶长、叶宽、比叶重均显著低于对照（P＜0.05）。其中，W3处理对叶生长的抑制最大，使‘莱格西’叶长、叶宽、比叶重分别比CK降低17.58%、31.07%、34.22%；‘灿烂’分别比CK降低15.95%、26.42%、27.33%。

由上述结果分析可知，水淹胁迫对2个品种蓝莓叶生长的抑制作用强于干旱胁迫，且‘莱格西’所受抑制大于‘灿烂’。

2.2 水分胁迫对叶绿素含量的影响

叶绿素是植物进行光合作用的物质基础，叶绿素含量的多少会影响植物光合作用的能力。由表2可知，2个品种蓝莓的叶绿素含量在干旱胁迫的各处理下均显著低于对照（P＜0.05），其降低幅度为D3＞D2＞D1。D3处理下，‘莱格西’叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量与CK相比分别下降46.71%、58.75%、49.58%；‘灿烂’分别下降37.53%、49.62%、40.00%。2个品种蓝莓的叶绿素含量在水淹胁迫的各处理下均显著低于对照（P＜0.05），其降低幅度为W3＞W2＞W1。W3处理下，‘莱格西’叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量与CK相比分别下降69.27%、78.73%、71.44%；‘灿烂’分别下降53.34%、65.49%、55.82%。

由上述结果分析可知，水分胁迫会使蓝莓叶绿素含量显著下降（P＜0.05），且‘莱格西’叶绿素含量的下降幅度比‘灿烂’大，受水分胁迫的影响更显著。

表2 干旱胁迫和水淹胁迫对蓝莓叶绿素含量的影响†Table2 Effects of drought stress and waterlogging stress on the chlorophyll content of blueberry

2.3 水分胁迫对蓝莓荧光参数的影响

2.3.1 水分胁迫对蓝莓F0、Fm、Fv的影响

初始荧光F0又称最小荧光，指的是PSⅡ反应中心处于完全开放时的荧光产量，即原初电子受体QA全部氧化时的荧光水平。最大荧光Fm指的是PSⅡ反应中心完全关闭时的荧光产量，它反映了PSⅡ电子传递情况。可变荧光Fv实际上是最大荧光Fm与初始荧光F0的差值，反映PSⅡ原初电子受体QA的还原情况，代表PSⅡ光化学活性的大小[7]。

由表3可知，正常供水条件下，2个品种蓝莓的F0几乎处在同一水平，约为192。但随着胁迫程度的增加，二者的F0都呈上升趋势。在干旱胁迫的D1处理下，2个品种蓝莓F0均与对照无显著性差异（P＞0.05），D2和D3处理下，2个品种蓝莓的F0均显著高于对照（P＜0.05）。其中，D3处理下‘莱格西’和‘灿烂’F0上升降幅度最大，分别比CK上升了24.96%和19.24%。在水淹胁迫的各处理下，2个品种蓝莓的F0均显著高于对照（P＜0.05）。其中，W3处理下‘莱格西’和‘灿烂’F0上升降幅度最大，分别比CK上升了43.50%和36.57%。

表3 干旱胁迫和水淹胁迫对蓝莓F0、Fm、Fv的影响†Table3 Effects of drought stress and waterlogging stress on blueberry F0, Fm, Fv

而2个品种蓝莓的Fm、Fv均随着干旱和水淹胁迫程度的加剧呈显著下降趋势（P＜0.05）。干旱胁迫的D3处理下，‘莱格西’Fm、Fv与CK相比分别下降30.77%、42.64%，下降至最小值；‘灿烂’Fm、Fv与CK相比分别下降了24.79%、33.50%，下降至最小值。水淹胁迫的W3处理下，‘莱格西’Fm、Fv与CK相比分别下降了37.19%、54.37%，下降至最小值；‘灿烂’Fm、Fv与CK相比分别下降了34.90%、49.06%，下降至最小值。

由上述结果分析可知，水分胁迫降低蓝莓PSⅡ反应中心原初电子受体QA的还原能力，使电子传递活性受到抑制，且‘莱格西’PSⅡ反应中心所受影响比‘灿烂’大。

2.3.2 水分胁迫对蓝莓Fv/Fm、Fv/F0的影响

Fv/Fm这一参数反映了PSⅡ原初光能转化效率[7]，Fv/F0表示的是PSII反应中心的潜在活性。植物在逆境条件下或受到伤害时Fv/Fm会明显下降。

由表4可知，水分胁迫下2个品种蓝莓Fv/Fm值呈显著下降趋势（P＜0.05）。干旱胁迫的D1、D2、D3处理下，‘莱格西’Fv/Fm分别比CK下降了6.44%、11.37%、17.06%，‘灿烂’分别比CK下降了5.10%、8.19%、11.59%。水淹胁迫的W1、W2、W3处理下，‘莱格西’Fv/Fm分别比CK下降了9.80%、17.90%、27.32%，‘灿烂’分别比CK下降了8.34%、14.83%、21.85%。可见，在干旱胁迫与水淹胁迫的各处理下，‘莱格西’Fv/Fm的下降幅度均大于‘灿烂’。

2个品种蓝莓Fv/F0值在水分胁迫下亦呈显著下降趋势（P＜0.05）。干旱胁迫的D3处理下，‘莱格西’与‘灿烂’Fv/F0分别比CK下降了54.28%、44.34%，下降至最小值。水淹胁迫的W3处理下，‘莱格西’与‘灿烂’Fv/F0分别比CK下降了68.29%、62.70%，下降至最小值。

表4 干旱胁迫和水淹胁迫对蓝莓Fv/F、Fv/F0的影响†Table4 Effects of drought stress and waterloggingstress on blueberry Fv/Fm, Fv/F0

由上述结果分析可知，水分胁迫抑制了蓝莓PSⅡ的潜在活性并降低了PSⅡ的原初光能转换效率，且‘莱格西’所受影响大于‘灿烂’。

2.3.3 水分胁迫对蓝莓qP、qN的影响

qP反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能用于光化学传递的份额。qN反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能不能用于光合传递而以热的形式耗散掉的部分[8]，qN在植物吸收光能过多情况时起到一定的自我保护作用[9]。由表5可知，2个品种蓝莓的qP在干旱胁迫的D1处理下与对照无显著性差异（P＞0.05），在D2和D3处理下，均显著低于对照（P＜0.05）。其中，D3处理下‘莱格西’和‘灿烂’qP下降幅度最大，分别比CK下降16.40%和14.63%。2个品种蓝莓的qP在水淹胁迫的各处理下均显著低于对照（P＜0.05），其中，W3处理下‘莱格西’和‘灿烂’qP分别比CK下降19.38%和18.36%，达最小值。

表5 干旱胁迫和水淹胁迫对蓝莓qP、qN的影响†Table5 Effects of drought stress and waterlogging stress on blueberry qP, qN

2个品种蓝莓的qN在干旱胁迫的各处理下呈显著上升趋势（P＜0.05）。在干旱胁迫的D3处理下，‘莱格西’和‘灿烂’qN分别比CK上升21.50%和13.80%，达最大值。水淹胁迫的各处理使2个品种蓝莓的qN显著高于对照（P＜0.05）。‘莱格西’和‘灿烂’qN在W1处理下分别比CK上升19.65%和14.98%，W2处理下分别比CK上升26.84%和20.25%，达最大值，随后不再继续上升，即重度水淹下蓝莓不能将过剩的光能及时热耗散掉。

3 讨 论

植物外部形态器官中叶片对水分胁迫反应最敏感，一般而言，随着水分胁迫程度的加剧，叶片细胞的扩大和分裂受到限制[10]。本试验发现，水分胁迫下‘莱格西’和‘灿烂’的叶长、叶宽、比叶重均呈下降趋势。这与Grane等[11]、刘泽彬等[12]、赵宏光等[13]的研究结果一致。其原因可能是干旱、水淹胁迫破坏了蓝莓水分吸收与蒸腾之间的动态平衡[14]，导致蓝莓光合能力减弱，不仅影响细胞的伸长，造成叶长、叶宽减小，还影响了蓝莓干物质的积累，从而使单位叶面积的叶片质量（比叶重）减小。

叶绿素是植物光合作用的主要色素，其含量的高低与植物的生长状态和光合能力紧密相关[15]。本试验发现，干旱、水淹胁迫的各处理下，‘莱格西’和‘灿烂’叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量均显著降低（P＜0.05）。其原因可能是水分胁迫在影响蓝莓叶绿素合成[16]的同时还增强其叶绿素酶的活性[17]，从而加快了叶绿素降解。这与古丽江·许库尔汗[18]等对蓝莓北陆（Northland）、美登（Blomidon）的研究以及吴林[19]等对蓝莓北空（Northsky）的研究结果一致。

叶绿素荧光测定技术能敏捷地反映植物对外界胁迫环境的响应[20]，各参数的值能反映植物光系统Ⅱ对光能利用的情况。本实验中，蓝莓F0的上升，Fv和Fm的下降，说明水分胁迫降低了PSⅡ反应中心原初电子受体QA的还原能力，QA→QB的能力下降，电子传递活性降低[21]。Fv/Fm和Fv/F0的显著下降（P＜0.05）,表明水分胁迫使蓝莓PSⅡ反应中心受到伤害，抑制了蓝莓PSⅡ的潜在活性并降低了PSⅡ的原初光能转换效率，从而使蓝莓光合作用的原初反应受到抑制[22]。这很可能是水分胁迫使PSⅡ捕光色素蛋白复合体(LHC-Ⅱ)的含量下降，使LHC-Ⅱ捕光色素吸收的能量减少[23]，从而导致叶绿体激发能从LHC-Ⅱ向PSⅡ的传递减少，以至光合电子由PSⅡ反应中心向QA、QB及PQ库传递过程受到影响[24]。这与曾玮玮等[25]对蓝莓布里吉塔（Brigitta）、斯巴坦（Spartan）、夏普蓝（Sharpblue）、奥尼尔（O′Neal）的研究以及闫超等[26]对蓝莓伯克利（Berkeley）、喜来（Sierra）、都克（Duke）的研究结果一致。

本试验发现，水分胁迫下，‘莱格西’和‘灿烂’qP逐渐下降，qN逐渐上升，但在重度水淹胁迫下qN不再持续上升。其原因可能是干旱、水淹导致蓝莓吸收的光能用于光化学反应的部分减少，以至于PSⅡ反应中心的光化学活性降低造成积累的光能过剩，造成qP下降[18]，但蓝莓通过提高qN及时消耗掉过剩的光能，使其以热能的形式散失，从而缓解逆境对自身的伤害，但重度水淹胁迫下qN的值不再持续上升，说明这种热耗散作用有一定限度[27]，光能过剩的情况持续下去会对蓝莓叶片造成实质性伤害[28]。

高勇等[29]研究表明，水分过大极易诱发蓝莓的根腐病，使其地下根系腐烂，从而严重影响蓝莓地上部分的一系列生理活动，使其不能正常生长甚至死亡。董克锋等[30]研究表明水淹环境使土壤供氧严重不足，迫使蓝莓根系进行无氧呼吸产生大量的酒精，从而毒害蓝莓植株。本试验发现，干旱和水淹2种不利的生长环境下，水淹环境对蓝莓生长影响更大，且重度水淹胁迫下有根腐症状的出现，这与前人结果研究一致。本试验还发现，在干旱胁迫与水淹胁迫的各处理下，‘灿烂’的叶生长、叶绿素含量和各叶绿素荧光参数的变化幅度均比‘莱格西’小,这说明‘灿烂’的耐旱性和耐淹性强于‘莱格西’。

大量研究表明，外源硒能提高植物的抗性，缓解水淹胁迫、干旱胁迫、温度胁迫等逆境对植物的伤害[31]。但众多学者研究发现施硒过量会对植物产生一定毒害作用[32-34]。本次试验由于人力和时间的限制，并未对水分胁迫下缓解蓝莓伤害的最佳硒浓度范围进行测定分析，这有待进一步的探索发现。本试验的试材为2年生幼苗，未到正常结实年龄，无法进行有关水分胁迫对蓝莓果实品质影响的研究，但蓝莓果实的优劣直接决定其经济价值，建议将此作为下一步工作的研究重点。

4 结 论

1）在干旱胁迫和水淹胁迫下‘莱格西’和‘灿烂’2个蓝莓品种叶的生长均受到抑制，其中水淹胁迫下抑制作用更明显。

2）2个蓝莓品种叶绿素含量均随干旱和水淹胁迫程度的加剧呈显著下降趋势，从而导致光合作用效率降低。

3）在干旱和水淹胁迫下2个蓝莓品种PSⅡ反应中心受到一定程度的损伤，蓝莓传递、利用及耗散光能的能力减弱，其中水淹胁迫的影响更明显。

4）水分胁迫试验结果表明蓝莓品种‘灿烂’的耐旱性和耐淹性均强于‘莱格西’。