葉綠素熒光儀MINI—PAM—Ⅱ在雞冠花耐寒性測定中的應用

羅嘉惠 劉小飛 李冬梅 劉曉榮

摘 要 以和服1號、和服2號、城堡、火焰等4種雞冠花品種為研究對象，通過連續測定低溫（6 ℃）脅迫0、1 d及轉移至室溫放置1、3 d后對4種雞冠花葉綠素熒光特性的影響。結果表明：低溫脅迫1 d，4個品種的PSⅡ最大光化學量子產量（Fv/Fm）和光化學淬滅系數（qP）均顯著下降；火焰、和服2號的qN值均顯著升高，城堡的最大電子傳遞速率（ETRm）降低、半飽和光強（IK）顯著下降；和服1號、和服2號的快速光響應曲線初始斜率（α）顯著下降。轉移至室溫放置1、3 d后，和服2號Fv/Fm下降；和服1號、和服2號qN、ETRm顯著下降；和服1號IK顯著下降；和服2號α下降。4種雞冠花的耐寒能力依次為：火焰>和服2號>和服1號>城堡。該結論為篩選優良耐寒品種提供理論依據。

關鍵詞 雞冠花 ；低溫脅迫 ；葉綠素熒光 ；光合作用

中圖分類號 S681.3 文獻標識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2018.01.007

Abstract The effect of low-temperature（6℃） stress（place 0 day and 1day） and room temperature（place 1day and 3day） on chlorophyll fluorescence characteristics of Celosia cristata L were analyzed by ‘Hefu1hao、‘Hefu2hao、‘Chengbao and‘Huoyan in this paper. The results showed that after the low-temperature stress for 1day， the maximal photochemical quantum yield of PSⅡ（Fv/Fm） and photochemical quenching（qP） of four kinds of Celosia cristata L decreased.The qn value of 'Huoyan' and ‘Hefu2hao increased. The maximum photosynthetic electron transport rate（ETRm）and the customs light intensity （IK） of'Chengbao'decreased significantly. The fast light response curve of the initial slope（α） of ‘Hefu1hao and‘Hefu2hao decreased significantly. Under the room temperature for 1day and 3 days， the FV/FM of‘Hefu2hao decreased.The qN and ETRm of ‘Hefu1hao、 and‘Hefu2hao decreased significantly. The IK of‘Hefu1hao decreased significantly. The （α） of‘Hefu2hao decreased . The order of cold resistant ability was‘Huoyan>‘Hefu2hao>‘Hefu1hao>‘Chengbao. which can provide theoretical basis for screening of new varieties.

Keywords Celosia cristata L. ； low-temperature stress ； chlorophyll fluorescence ； photosynthesis

雞冠花（Celosia cristata）為莧科青葙屬一年生草本花卉[1]，原產于東亞、南亞亞熱帶和熱帶地區，現在世界各地廣為栽培。雞冠花喜高溫，較耐旱，不耐寒，花色豐富多樣，能很好地吸收HF和SO2，是空氣凈化、城市園林配置、城市綠化中重要的觀賞花卉之一。具有止血、耐衰老，預防骨質疏松，增強免疫力，耐腫瘤，預防糖尿病等很高的藥用價值，但不耐低溫。低溫脅迫對植物的光合作用機制產生很大的影響，引起光系統Ⅱ損失，降低光合速率，造成光能過剩、光抑制發生、光合機構被破壞，從而導致植株死亡[2]。因此，研究低溫對雞冠花生理的影響，探究雞冠花耐低溫機制，可為耐寒雞冠花的篩選育種提供一定的理論基礎。

1931年，Kautsky[3]開始了葉綠素熒光誘導現象研究。隨后，人們對葉綠素熒光誘導現象有了更深層次的思考，逐步形成了光合作用熒光誘導理論，由于葉綠素熒光能將幾乎所有光合作用的變化反映出來[4]，從而該指標成為了光合作用研究的有效探針，被廣泛應用于植物光合作用探索中。葉綠素熒光技術靈敏、快速、操作簡便、對植物無損傷，在有背景光的環境也可應用[5]，因此，在自然條件下也能研究植物光合機構運轉狀況、分析植物對逆境響應機理。目前，葉綠素熒光動力學已經在光、溫度、干旱、水澇等逆境生理研究中得到廣泛應用[6-8]，隨著葉綠素熒光理論和檢測技術的進步，極大地推動了葉綠素在園藝植物方面的應用研究。但國內關于低溫脅迫對植物葉綠素熒光特性的影響研究主要集中在蔬菜、水果、禾本植物與少數南方樹種[9]。如張毅龍等[10]研究發現低溫脅迫造成6種珍貴植物苗木Fm，Fv/Fm，ETR，qP和qN等葉綠素熒光參數下降，且對葉片的光合機構造成一定的傷害。胡春梅等[11]發現低溫脅迫下各白菜品系的非光化學耗散差異不顯著，而耐冷性出現差異的主要原因是電子傳遞的有效性和光化學效率的顯著差異。尚未見雞冠花葉綠素熒光特性的研究報道。

本實驗以4種雞冠花為研究材料，通過低溫脅迫及轉移至室溫后的恢復處理對雞冠花葉綠素熒光特性的影響，探討葉綠素熒光儀在雞冠花耐寒性測定中的可行性，為簡便測定雞冠花耐寒性提供一種新方法，進一步為雞冠花耐寒遺傳資源的選育和利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

本實驗于廣東省農業科學院環境園藝研究白云基地實驗室進行，實驗所用材料為和服1號、和服2號、城堡、火焰4個耐寒性不同的雞冠花品種（如圖1所示），4種供試雞冠花購自廣州市三力園藝有限公司。將4個品種種子進行繁殖，露天盆栽，露冠一周后選取生長健壯、無病蟲害且生長一致的植株進行實驗。

儀器：德國WALZ超便攜式調制葉綠素熒光儀MINI-PAM-Ⅱ。

1.2 實驗方法

實驗以室溫（25℃）為對照，用低溫（6℃）處理雞冠花1 d（8 h光照，16 h黑暗）。每個處理選取3盆植株，每盆植株標記中間位置的3片葉子（分別為3個方向以消除不同太陽照射方向的影響），測定葉綠素熒光參數，3次重復。分別測定低溫處理0、1 d，恢復室溫1、3 d雞冠花的葉綠素熒光參數。

使用超便攜式調制葉綠素熒光儀MINI-PAM-Ⅱ測量雞冠花的葉綠素熒光參數Fv/Fm（最大光化學量子產量）、qP（光化學淬滅系數）、qN（非光化學淬滅系數）、ETRm（最大電子傳遞速率）、IK（半飽和光強）、α（快速光響應曲線初始斜率）。

1.3 數據處理

利用SPSS軟件進行數據處理、分析。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對4種雞冠花最大光化學量子產量（Fv/Fm）的影響

由表1可以看出，與低溫脅迫0 d相比，低溫脅迫1 d ，4種雞冠花的Fv/Fm值均顯著下降，其中城堡下降的幅度最大，而火焰下降的幅度最小。轉至室溫放置1和3 d后，和服2號和城堡的Fv/Fm值均顯著下降，且城堡下降的幅度較和服2號大，和服1號和火焰的Fv/Fm值則變化不顯著。說明低溫脅迫可影響4種雞冠花的Fv/Fm，其中對城堡的Fv/Fm影響最大，其次為和服2號，而和服1號和火焰的Fv/Fm受到低溫脅迫的影響較小。

2.2 低溫脅迫對4種雞冠花光化學淬滅系數（qP）的影響

由表2可以看出，與低溫脅迫0 d相比，低溫脅迫1 d，4種雞冠花的qP值均顯著下降，其中和服2號下降的幅度較大，和服1次之，城堡再次之，火焰下降的幅度最小。轉移至室溫放置1 d，4種雞冠花qP值均顯著下降。轉移至室溫放置3 d，除和服1號的qP值沒有顯著性變化外，其余品種雞冠花qP值均顯著下降。說明經過低溫脅迫及移至室溫恢復后，4種雞冠花的光化學淬滅系數（qP）均受到不同程度的影響。其中和服2號的qP受到的影響最大，其次為和服1號、城堡，而火焰的qP受到的影響較小。

2.3 低溫脅迫對4種雞冠花非光化學淬滅系數（qN）的影響

由表3可以看出，與低溫脅迫0 d相比，低溫脅迫1 d，火焰與和服2號的qN值均顯著升高，和服1號變化不顯著，城堡的qN值顯著下降。轉移至室溫放置1和3 d，和服1號與和服2號的qN值顯著降低，城堡和火焰的qN值變化不顯著。說明低溫脅迫對4種雞冠花的qN有不同程度的影響，其中對城堡的影響最大，其次為和服1號，和服2號與火焰的qN受到低溫脅迫的影響較小。

2.4 低溫脅迫對4種雞冠花最大電子傳遞速率（ETRm）的影響

由表4可看出，與低溫脅迫0 d相比，低溫脅迫1 d，除了城堡的ETRm值顯著降低外，其他3個品種的ETRm值均顯著升高，轉移至室溫放置1 d，4種雞冠花ETRm值均顯著降低，其中，城堡的ETRm值降幅最大。轉移至室溫放置3 d，除火焰的ETRm值變化不顯著，其他品種的ETRm值均顯著降低。說明低溫脅迫對城堡的ETRm影響最大，其次為和服1號、和服2號，而火焰的ETRm受到低溫脅迫的影響最小。

2.5 低溫脅迫對4種雞冠花半飽和光強（IK）的影響

由表5可以看出，與低溫脅迫0 d相比，低溫脅迫1 d，城堡的IK值顯著下降，其它3個品種的IK值顯著上升。轉移至室溫放置1 d，和服1號的IK值顯著下降，其他3個品種的IK值變化不顯著。轉移至室溫放置3 d，城堡、和服1號的IK值顯著下降，其他品種IK值變化不顯著。由此說明，低溫脅迫對城堡的IK影響較大，對火焰的IK影響較小。

2.6 低溫脅迫對4種雞冠花快速光響應曲線初始斜率（α）的影響

由表6可以看出，與低溫脅迫0 d相比，低溫脅迫1 d，和服1號與和服2號的 α值顯著下降，城堡與火焰的α值變化不顯著。轉移至室溫放置1 d和3 d，和服1號與火焰的α值變化不顯著，其他品種α值顯著降低。說明堡與和服2號的α受低溫脅的迫影響較大，和服1號與火焰的α受低溫脅迫影響相對較小。

2.7 低溫脅迫對4種雞冠花的影響

對4種雞冠花低溫脅迫處理及轉移至室溫后的表現（見圖2）分析發現，除了火焰外，其他3個品種的植株與對照（圖2中每張圖片最右邊一列）相比都出現不同程度的萎焉，其中城堡出現萎焉植株最多，說明城堡受低溫脅迫的傷害最嚴重；其次為和服1號，植株萎焉株數較多，且萎焉嚴重；再次為和服2號，植株萎焉程度較輕，說明受低溫脅迫的傷害相對較小；損害最小的為火焰。

3 結論與討論

光合作用是植物最重要的生化過程之一，低溫脅迫會對植物的光合作用造成很大的影響，導致植物的損傷，甚至死亡。由于植物光合作用的各個反應過程幾乎都可以用葉綠素熒光參數來表達，可利用葉綠素熒光技術測定植物光合作用過程中光系統對光能的吸收、傳遞、耗散分配等方面[12]指標。

Fv/Fm是光抑制程度的重要衡量指標，反映植物PSⅡ反應中心潛在光能轉化效率，即PSⅡ反應中心處于開放狀態時的量子產量。未受脅迫的正常植物Fv/Fm值約為0.80～0.85[13]。低溫、干旱等逆境脅迫下Fv/Fm值會不同程度下降。低溫脅迫1 d，Fv/Fm、qP均顯著下降，且轉移至室溫放置1 d和3 d，城堡的Fv/Fm仍顯著下降，表明低溫脅迫使城堡受到嚴重的光抑制，其PSⅡ反應中心受到了不可逆損害或嚴重的破壞，耐寒性差。低溫脅迫1 d，火焰的Fv/Fm下降幅度最小，和服1號次之，轉移至室溫放置1 d和3 d，火焰與和服1號Fv/Fm恢復到對照水平，表明其PSⅡ反應中心的失活是可逆的，說明它們耐寒性較好，且火焰的耐寒性較和服1號好。

ETRm反映PSⅡ光能利用能力，低溫脅迫會降低植物ETRm值，α則反映光能利用效率。低溫脅迫1 d，城堡的ETRm顯著下降，其他三個品種的ETRm顯著上升，轉移至室溫放置1和3 d，城堡的ETRm顯著下降，但火焰的ETRm最后恢復到對照水平。說明低溫脅迫對火焰的光能利用能力影響較小，對城堡的光能利用能力影響較大，這可能與類囊體膜上的某些相關蛋白結構或構象受到破壞有關。和服1號與和服2號的α在低溫脅迫1 d顯著下降，轉移至室溫放置1 d和3 d，和服2號α仍顯著下降，說明和服2號的耐寒性較和服1號差。

qN是PSⅡ以熱的形式耗散掉的而不能用于光合電子傳遞的部分吸收的光能[14]，反映了植物的一種自我保護機制，PSⅡ反應中心積累的過量光能若得不到及時的耗散將會造成光合機構失活或破壞。低溫脅迫1 d，和服2號和火焰均通過增加qN來耗散過剩的光能，和服1號的qN變化不顯著，城堡的qN反而顯著下降，這表明低溫脅迫使城堡和和服1號受到了嚴重的傷害，導致它們的熱耗散自我保護機能下降。

IK值反映植物對光的耐受能力。低溫脅迫1 d，城堡的IK值顯著下降，其他3個品種的IK值顯著上升。轉移至室溫放置1 d，和服1號IK值顯著下降。轉移至室溫放置3 d，和服1號和城堡的IK值顯著下降。說明這兩個品種的光強耐受能力下降，這可能與低溫脅迫損害或破壞PSⅡ反應中心進行光能轉化的機構，使植物在較低光強下即可達到光飽和，導致光過剩有關。

從低溫脅迫后4種雞冠花表現分析發現，和服1號、和服2號、城堡均出現不同程度的萎焉，其中城堡的植株還出現死亡，說明低溫脅迫對這3種雞冠花植株的內部結構造成了不同程度的破壞。

綜上所述，通過對雞冠花低溫處理后葉綠素熒光參數的分析可知：火焰的耐寒性最強，和服2號次之，和服1號耐寒性較差，城堡的耐寒性最差，該結果與4種雞冠花受低溫傷害的實際表現情況一致。

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