棉花幼苗葉綠素熒光特性對低溫脅迫的響應研究

何溪宏，張 偉*

（1.新疆玉豐源農業發展有限公司，新疆 石河子 832000；2.石河子大學農學院）

棉花幼苗葉綠素熒光特性對低溫脅迫的響應研究

何溪宏1，張 偉2*

（1.新疆玉豐源農業發展有限公司，新疆 石河子 832000；2.石河子大學農學院）

本研究利用OS5-FL調制式葉綠素熒光分析儀測定了10℃低溫脅迫條件下棉花幼苗葉綠素熒光特性的變化。結果表明，低溫脅迫下棉花幼苗葉片的電子傳遞速率（ETR）、光化學量子產量（Yield）和熒光光化學猝滅系數（qP）隨脅迫時間延長而逐漸下降，非熒光光化學猝滅系數（qN）上升，而PSⅡ的潛在活性（Fv/F0）和PSⅡ原初光能轉化效率（Fv/Fm）變化不大。

低溫脅迫；棉花幼苗；葉綠素熒光

新疆屬于典型的干旱大陸性氣候，每年春天都有倒春寒天氣過程發生，同時秋霜來臨較早，致使低溫脅迫成為影響棉花生產的主要因素之一[1]。因此，探求低溫脅迫對棉花的影響，篩選、培育抗寒性品種以適宜冷害氣候條件對農業生產實踐具有重要意義。

葉綠素熒光分析技術以光合作用為基礎，用以研究植物光合生理狀況及植物與逆境脅迫的關系。該技術為研究光系統Ⅱ及其電子傳遞過程提供了豐富的信息，在多種作物上廣泛應用[2-4]，但在棉花上應用的報道相對較少。

本試驗利用葉綠素熒光分析技術，研究低溫條件下棉花幼苗葉綠素熒光特性的變化，以期探討低溫脅迫對棉花幼苗葉片光合作用影響的原初反應機制，為棉花幼苗防凍措施的實施和抗寒性品種的選育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗基本情況

試驗設在新疆生產建設兵團第八師一四三團玉豐源農業發展有限公司實驗基地。土壤質地為壤土，砂粒41.12%，粉粒40.46%，粘粒18.42%，pH值為7.54，有機質含量6.547 g/kg，堿解氮35.9 mg/kg，速效磷9.6 mg/kg，速效鉀228 mg/kg。供試作物為棉花新陸早40號、新陸早43號和新陸早46號，生育期均為130 d左右。供試肥料為普通尿素與自制控釋肥，含氮量分別為46%和18%。

1.2 測定方法

試驗選用粗砂做發芽床，每個棉花品種分別精選100粒置于發芽盒中，重復3次。用RXZ型智能人工氣候箱進行培養試驗。幼苗長到5葉1心時測定幼苗第4葉的葉綠素熒光參數，然后進行10℃低溫脅迫試驗，每隔12 h測定所標記葉片的葉綠素熒光參數。所有參數均為5次測定的平均值。

表1 棉花幼苗Fv/F0和Fv/Fm對低溫脅迫的響應

2 結果與分析

2.1 棉花幼苗Fv/F0和Fv/Fm值對低溫脅迫的響應

低溫脅迫對棉花的 Fv/F0和 Fv/Fm值影響不大（表1）。12 h脅迫下，新陸早40號和新陸早43號的Fv/F0和Fv/Fm差異不顯著，48 h的脅迫會造成新陸早46號的Fv/F0和Fv/Fm值顯著下降。

2.2 棉花幼苗ETR和Yield對低溫脅迫的響應

對ETR和Yield的測定結果表明，ETR和Yield均隨著脅迫時間的延長而不斷下降，在脅迫48 h后均降到最低值。不同品種幼苗在不同時長脅迫下的光合電子傳遞速率響應變化不大，而脅迫對光化學量子產量的幼苗品種響應有差異：新陸早40號的不同脅迫時長之間的Yield差異不顯著；新陸早43號的48 h長脅迫與對照達到了極顯著差異，且與其它3個時長的Yield也達到了顯著差異；而新陸早46號在36 h時長時與對照有顯著差異。

2.3 棉花幼苗qP和qN對低溫脅迫的響應

從表3可以看出，棉花幼苗受到低溫脅迫后，qP值不斷下降，而qN值不斷上升，表明低溫脅迫使棉花幼苗葉片的PSⅡ反應中心的開放程度縮小，而耗散的光能比例增加。qP和qN對低溫脅迫響應的程度不同，qP下降較緩慢，新陸早40號的各個脅迫時長的qP未達顯著差異水平，新陸早43號和新陸早46號在脅迫36 h后的qP值與對照差異顯著。各個品種在12 h低溫脅迫后的qN值分別與對照達極顯著差異水平。

3 結果與討論

本研究表明，低溫脅迫對棉花幼苗的Fv/F0和Fv/Fm影響不大，這種差異可能是由于棉花幼苗的Fv/F0和Fv/Fm能迅速啟動恢復機制，棉花品種的自身抗冷性差異和品種特性有關。低溫脅迫對植物光合作用的影響是多方面的，不僅直接引發光合機構的損傷，同時也影響光合電子傳遞、光合磷酸化以及暗反應的相關酶系[5]。

棉花幼苗的ET和Yield均隨著低溫脅迫時間的延長而下降，低溫脅迫降低了棉花幼苗qP值，提高了qN值，但棉花幼苗qN對低溫脅迫反應的靈敏性比qP高。

棉花幼苗在低溫條件下的ETR和Yield對低溫脅迫的恢復能力具有一定差異，因此，低溫脅迫條件下，棉花品種的ETR值和Yield值可以作為輔助鑒別品種抗寒差異性的指標。

表2 棉花幼苗ETR和Yield對低溫脅迫的響應

表3 棉花幼苗qP和qN對低溫脅迫的響應

[1]張守仁.葉綠素熒光動力學參數的意義及討論[J].植物學通報，1999，16（4）：444-448.

[2]習崗，楊初平，宋清，等.低溫脅迫下香蕉葉片Chla熒光動力學參量的變化及其品種差異性 [J].光子學報，2002，31（11）：1326-1329.

[3]曾紀晴，劉鴻先，王以柔，等.黃瓜幼苗子葉在低溫下的光抑制及其恢復[J].植物生理學報，1997，23（1）：15-20.

[4]李平，李曉萍，陳貽竹，等.低溫光抑制脅迫對不同抗冷性的秈稻抽穗期劍葉葉綠素熒光的影響 [J].中國水稻科學，2000，14（2）：88-92.

[5]何潔.低溫與植物光合作用[J].植物生理學通訊，1986，22（1）：1-9.

2015—05—08

*

：張偉，男，博士，副教授，主要從事耕作學與農業生態學研究，E-mail:bluesky2002040@163.com。