低溫脅迫對南美天胡荽光合作用和葉綠素熒光的影響

楊柳青，張 柳，廖飛勇，吳紅強 ，劉志昂，曾 紅，朱小青

(1.中南林業科技大學 風景園林學院，湖南 長沙 410004; 2.湘潭市林業科學研究所，湖南 湘潭 411206)

南美天胡荽Hydrocotyle vulgarisL.是一種觀賞價值極高的園林植物，它不僅可以美化環境，而且具有凈化空氣，吸收有害氣體的作用；它還可以凈化污水、吸收水體中含有的富集元素。目前針對南美天胡荽在園林中的應用研究較少，缺乏比較完善的理論體系研究。本文主要研究低溫脅迫對南美天胡荽的影響，在借鑒相關研究理論成果的基礎上，通過對南美天胡荽低溫脅迫試驗，以期從光合作用與葉綠素熒光參數的變化來發現低溫凍害對南美天胡荽的影響，旨在為南美天胡荽的抗寒機理研究奠定基礎，也為南美天胡荽在園林中的應用提供科學依據，從而優化、改進南美天胡荽在園林中的設計方法和配置形式。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于湖南省湘潭市林業科學研究所(112°42′32.61″E，27°51′26.24″N)，湘潭屬中亞熱帶季風濕潤氣候區，夏季與秋季比較干旱，冬季與春季則容易受到寒潮和大風侵襲。同時湘潭市的光能資源比較豐富，歷年平均日照時數1 640～1 700h，且湘潭市的熱量資源十分富足，平均氣溫達到16.7～17.4℃。湘潭市的降水量季節分布不均，年際變化大，但比較充沛，全年降水量為1 200～1 500mm。

1.2 試驗材料

所有的植物材料購自湖南省長沙市紅星花卉市場，先放在簡易溫室內，進行統一的水分、養分和通風管理，保持其正常的發育和水分代謝，然后選擇生長發育都相近的植株進行試驗。

1.3 試驗設計

選取長勢一致的南美天胡荽放入空氣相對濕度80％，光照條件為13h/11h(d/n)，光強度為30 000 LUX (相當于 600μmol-2·s-1)的人工氣候箱內進行。每組處理設3個重復，共15盆植物。

低溫處理溫度分別為15℃(CK)、10℃(輕度低溫脅迫)、5℃(中度低溫脅迫)、0℃(重度低溫脅迫)、-2℃(極重度低溫脅迫)。對照白天溫度，夜間溫度低5℃。所有的試驗均經過預備試驗階段。

1.4 葉綠素熒光參數的測定方法

在自然的溫度和濕度下用Licor6400便攜式光合儀進行葉綠素熒光參數的測定，測定的主要參數有：暗適應20分鐘以后測定其最大熒光(Fm)、最小熒光(Fo)、可變熒光(Fv)、qP(光化學淬滅系數)、qN(非光化學淬滅系數)；在1 000μmol-2·s-1光強下進行光適應，待Fv/Ft在±5 以內時測定光下的Fo′、Fm′、Fv′和表觀光合電子傳遞速率ETR(光化光的光強為800μmol-2·s-1)。

1.5 數據統計分析方法

首先將實驗所得數據用Excel 軟件進行簡單分析處理，然后采用SPSS Statisyics20進行單因素方差分析，得出其主要統計量的差異顯著性(包括平均值、方差和各處理間)，最后用SPSS、Excel2003和光合模擬軟件對試驗數據進行分析制圖，根據3次重復所得的實測值做光曲線圖。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對Fv/Fm的影響

Fv/Fm是PSⅡ最大光化學量子量，反映了PSⅡ反應中的內稟光能轉換效率。該參數非常穩定，不受物種和生長條件的影響；但是有實驗證明在脅迫條件下該參數會明顯下降[5]。一般Fv/Fm的正常范圍在0.8～0.85之間[12]，低于這個值時，則說明植物受到了脅迫。

低溫脅迫處理對Fv/Fm的影響如表1。處理2天后，中度、重度和極重度低溫脅迫組Fv/Fm值下降且低于正常水平；處理4天后，除對照組，各脅迫組Fv/Fm值均低于正常水平，中度和極重度低溫脅迫組下降值分別為對照組的78.5％和81.9％；處理6天后，極重度低溫脅迫組植株已經死亡，中度和重度低溫脅迫組Fv/Fm值下降，且低于正常水平；低溫處理10天后，各脅迫組Fv/Fm值均低于正常水平，各處理間的差異顯著。

表1 低溫脅迫對南美天胡荽Fv/Fm的影響Table 1 Effect of low temperature stress on the Fv/Fm value of H.vulgaris

2.2 低溫脅迫對qP、qN的影響

qP為光化學淬滅參數，代表光合能量用于暗反應固定能量的部分，其值越高表示光能中轉變為活潑化學能的能量越多，植物對光能的利用效率也越高。qN為非光化學淬滅參數，代表著以熱和熒光形式消耗的能量，其值越高表示光能中轉變為熱和熒光的能量越多，植物對光能的利用效率也越低，理論上為1-qP，但實際測量的數據會有部分差異，qP與qN的變化則相反。[12]

低溫脅迫對qP的影響如表2。試驗處理2天后，極重度低溫脅迫組qP值明顯下降，但實驗各組差異并不明顯，說明此時南美天胡荽受低溫脅迫影響小；處理4天后，除對照組，其它組南美天胡荽qP值下降，差異達顯著性水平，處理6天后，極重度低溫脅迫組植株死亡；處理10天后，中度低溫脅迫組和重度低溫脅迫組qP值明顯下降，分別為對照組的12.1％和12.1％，說明隨著脅迫時間的延長，中度和重度低溫脅迫對南美天胡荽的qP值影響較大。低溫脅迫對qP的影響如表3所示。

2.3 低溫脅迫對ETR的影響

ETR為表現光合電子傳遞速率，光合能量的傳遞速率可以用其值的高低來表示。低溫脅迫對ETR的影響如表4。處理2天后，各脅迫組的ETR值較對照組均有下降，但各處理之間未達顯著性差異水平；處理4天后，極重度低溫脅迫組ETR值明顯下降，為對照組的27.4％，說明此時極重度低溫脅迫組的光合電子傳遞速率減慢；處理6天后，極重度低溫脅迫組植株已全部死亡，中度和重度低溫脅迫組ETR值有所下降，但各組差異仍未達顯著性差異水平；在處理10天后，各脅迫組ETR值都比之前要有所下降，尤其中度和重度低溫脅迫組下降最為顯著，分別為對照組的12.1％和5％，說明低溫脅迫對植株ETR的影響很大。

表2 低溫脅迫對南美天胡荽qP的影響Table 2 Effect of low temperature stress on the qP value of H.vulgaris

表3 低溫脅迫對南美天胡荽qN的影響Table 3 Effect of low temperature stress on the qN value of H.vulgaris

表4 低溫脅迫對南美天胡荽ETR的影響Table 4 Effect of low temperature stress on the ETR value of H.vulgaris

2.4 低溫脅迫對 Fv′/Fm′的影響

Fv′/Fm′為光下PSⅡ的實際光能轉換效率，它不受Fo的影響[6]。低溫脅迫對Fv′/Fm′的影響如表 5。處理2天后，各組的差異不明顯；處理4天后，極重度低溫脅迫組Fv′/Fm′值下降至對照組的75.9％，說明極重度低溫脅迫組的PSⅡ實際光能轉換效率下降；處理6天后，中度和重度低溫脅迫組與對照組差異顯著，輕度低溫脅迫組ETR值高于對照組，為對照組的1.09倍，重度低溫脅迫組ETR值為對照組的84.4％；而極重度高溫脅迫組的PSⅡ實際光能轉換效率逐步下降，直至死亡；處理10天后，重度低溫脅迫組與其它各組差異十分明顯，且所觀察到的南美天胡荽葉的變化規律與這種變化相一致，葉柄基本上全部下垂，但仍有生命現象。

2.5 低溫脅迫對凈光合速率的影響

植物生長的直接表現受凈光合速率的影響較明顯，高的生長速率意味著高的凈光合速率。弱光脅迫對凈光合速率的影響如表6。

由表6可知，極重度低溫脅迫組隨著處理時間的延長，其凈光合速率急速下降，直至死亡；輕度、中度和重度低溫脅迫組隨著時間的延長，凈光合速率也逐步降低，說明低溫脅迫對南美天胡荽的影響很大。

3 結論與討論

溫度不僅影響植物葉片的光能利用能力，也影響其光能利用效率[7]，許多逆境脅迫試驗通過測定葉綠素熒光參數，會發現逆境脅迫的輕重與Fv/Fm等參數值被抑制的程度之間存在正相關，可作為植物抗逆的指標[11]。大量試驗證明，隨著植物受脅迫程度的增加，會造成Fv/Fm、qP、ETR及Fv′/Fm′ 有下降的趨勢。

南美天胡荽經不同梯度的低溫脅迫后，受到了不同程度的傷害，其中以-2℃低溫脅迫傷害最為嚴重，四天后直接導致植株死亡。經低溫脅迫處理后的南美天胡荽具體表現為凈光合速率下降，Fv/Fm、qP、ETR熒光參數值下降等，這些變化表明植物吸收的光能減少、光合電子傳遞能力減弱，從而形成過剩光能嚴重時就會引起光抑制。[13]

表5 高溫脅迫對南美天胡荽Fv′/Fm′的影響Table 5 Effect of low temperature stress on the Fv′/Fm′ value of H.vulgaris

表6 低溫脅迫對南美天胡荽凈光合速率的影響Table 6 Effect of low temperature stress on the net photosynthetic rate of H.vulgaris

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