低溫弱光對工藝葫蘆幼苗葉綠素?zé)晒馓匦约肮夂咸匦缘挠绊?/h1>
2020-03-31 13:26:21趙燕張雪呂童呼忠婷
安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年4期
趙燕 張雪 呂童 呼忠婷
摘要??為了研究低溫弱光對工藝葫蘆幼苗葉綠素?zé)晒馓匦约肮夂咸匦缘挠绊懀x用大八寶葫蘆種子為試驗材料，研究不同程度低溫弱光脅迫對葫蘆幼苗光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?。結(jié)果表明，低溫弱光下，葉綠素a+b含量、Pn、Gs、Tr、Fv/Fm、qP均下降;葉綠素a/b、細(xì)胞間CO2濃度隨著低溫弱光脅迫的加劇呈上升趨勢;qN在中度低溫弱光脅迫下，處理10 d后相比處理前增加了10.3%。
關(guān)鍵詞??葫蘆幼苗;低溫弱光;光合作用;葉綠素?zé)晒馓匦?/p>
中圖分類號??S??63文獻(xiàn)標(biāo)識碼??A
文章編號??0517-6611（2020）04-0049-04
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.04.015
開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：
Effects of ?Low Temperature and Low Light on Chlorophyll Fluorescence and Photosynthetic Characteristics of Calabash Seedlings
ZHAO Yan ， ZHANG Xue ， L Tong ?et al??（College of ?Agronomy， Liaocheng ?University，Liaocheng， ??Shandong 252000 ?）
Abstract??In order to study the effect of low temperature and low light on chlorophyll fluorescence and photosynthetic characteristics of calabash seedlings， seeds of big babao calabash were selected as experimental materials to study the effects of different degrees of low temperature and low light stress on photosynthesis and chlorophyll fluorescence characteristics of calabash seedlings. The results showed that the content of chlorophyll a+b， Pn，Gs，Tr，F(xiàn)v/Fm and qP decreased under low temperature and weak light. Chlorophyll a/b and intercellular CO2 concentration increased with low temperature and low light stress. Under moderate low temperature and low light stress， qN increased by 10.3% 10 days after treatment compared with before treatment.
Key words??Calabash seedling;Low temperature and weak light;Photosynthesis;Chlorophvll fluorescence
葫蘆（Lagenaria siceraria （Molina） Standl）為葫蘆科葫蘆屬植物，一年生爬蔓草本植物，雌雄同株。葫蘆喜溫，生育適溫為白天25～33 ℃，夜晚13～15 ℃，晝夜溫差10～19 ℃。地溫以20～25 ℃為宜。種子發(fā)芽適溫28～32 ℃，幼苗期適溫為晝20～30 ℃，夜10～15 ℃。健壯植株凍死溫度為0 ℃，如不經(jīng)鍛煉低于10 ℃可導(dǎo)致生理失調(diào)，低于3 ℃即可凍死。葫蘆喜強(qiáng)光又耐弱光，最適光強(qiáng)為4.6萬lx[1]。葫蘆，諧音“福祿”。葫蘆的莖稱為“蔓”，“蔓”與“萬”諧音，“蔓帶”與“萬代”諧音，是中華民族傳統(tǒng)的吉祥物之一，深受廣大民眾喜愛。葫蘆經(jīng)藝人加工，可形成風(fēng)格各異的工藝葫蘆;本研究對向為專用于制作工藝品的葫蘆，為突出其特點，故稱其為“工藝葫蘆”?！肮に嚭J”在春季定植時易遭受“倒春寒”影響，造成生育遲緩或低溫障礙，導(dǎo)致其幼苗的生長情況不佳，繼而影響結(jié)果質(zhì)量，降低生產(chǎn)效益。低溫是植物生產(chǎn)力的主要限制因素，會對植物造成復(fù)雜且多方面的影響;而對低溫弱光最為敏感的指標(biāo)是植物的光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦?。低溫弱光影響下的光合響?yīng)機(jī)制和葉綠素?zé)晒馓匦砸恢笔菄鴥?nèi)外研究的熱點。研究認(rèn)為低溫弱光幾乎可以破壞植物中所有參與光合作用和熒光特性的重要組成部分[2-3]。低溫弱光是通過降低植物組織間的電子傳遞速率和相關(guān)酶促反應(yīng)影響植物的生長發(fā)育。因為碳同化過程需要多種酶參與反應(yīng)才能完成，故低溫弱光是通過抑制生物酶的活性進(jìn)而影響植物碳同化導(dǎo)致光合和熒光損傷[4-5]。
溫室育苗是保證壯苗的重要手段，溫室育苗對葫蘆大小、果皮厚度、加工工藝及觀賞價值均有影響，低溫弱光是早春溫室的主要環(huán)境特點。目前，葫蘆科植物中，甜瓜、西瓜等已有較多研究成果并用于實踐。然而，葫蘆種植，尤其是用于加工成工藝葫蘆的觀賞品種葫蘆尚沒有切實可行的科學(xué)數(shù)據(jù)來指導(dǎo)種植。因此，低溫下對工藝葫蘆幼苗光合特性及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊懙难芯烤哂鞋F(xiàn)實意義。筆者開展低溫弱光對葫蘆幼苗光合和熒光特性的影響，探索葫蘆溫室育苗過程中的溫度和光照條件。通過研究低溫弱光下葫蘆幼苗葉片光合特性及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?，探究逆境脅迫對葫蘆幼苗葉片光合特性及葉綠素?zé)晒馓匦缘纳碜兓瑥亩_定逆境脅迫對葫蘆幼苗產(chǎn)生破壞的閾值量，以期指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)控及時采取防治措施減少對葫蘆幼苗的危害，為提高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量提供理論依據(jù)。
1??材料與方法
1.1??試驗材料??供試驗材料為大八寶葫蘆種子。
1.2??試驗方法
1.2.1??種子處理。挑選飽滿、大小一致且無病蟲害的種子，于50～55 ℃浸種，常規(guī)催芽，于人工氣溫箱中育苗。
1.2.2??試驗設(shè)計。
設(shè)輕度低溫脅迫（20 ℃/10 ℃）、中度低溫脅迫（15 ℃/10 ℃）和重度低溫脅迫（10 ℃/5 ℃）3個晝/夜低溫處理，以25 ℃/15 ℃為對照。光照強(qiáng)度200 μmol/（m2·s），光周期為12 h、空氣相對濕度65%～80%。選取各處理20株生長健壯的葫蘆幼苗，在0、2、4、6、8、10 d測定葉片光合作用和葉綠素?zé)晒鈪?shù)等指標(biāo)，每個處理3次重復(fù)。
1.3??測定項目與方法
1.3.1??葉綠素含量。稱取1.5 g新鮮的葫蘆幼苗葉片，切碎，加入配制好的提取液（丙酮∶無水乙醇=1∶1）。提取液和葉片的比例設(shè)為40∶1，過濾，定容至50 mL，用紫外分光光度計（ultrospec2100pro）測定663和645 nm處吸光值，測定葉綠素a和葉綠素b的含量，3次重復(fù)。
1.3.2??葉綠素?zé)晒馓匦浴?/p>
將葫蘆幼苗暗適應(yīng)30 min后，將已經(jīng)充分展開的功能葉剪下，用調(diào)制葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)（IMAGING-PAM，WALZ，德國）測定葉綠素?zé)晒鈪?shù)。檢測用以下數(shù)據(jù)：光強(qiáng)度0.1 μmol/（m2·s），光化學(xué)強(qiáng)度56 μmol/（m2·s），飽和脈沖強(qiáng)度2 700 μmol/（m2·s），脈沖光時間0.8 s，每隔20 s打開一次。測定光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）和非化學(xué)猝滅系數(shù)（qN）、初始熒光（F0）、最大熒光（Fm）、PSII最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv/Fm）等葉綠素?zé)晒鈪?shù)。
1.3.3??光合特性。
用便攜式光合測定系統(tǒng)（CD-310，美國）儀器測定光合特性。采用參數(shù)為800 μmol/（m2·s）的光量子通量密度，對第3片真葉于09：00—11：00測定以下指標(biāo)：凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、細(xì)胞間二氧化碳濃度（Ci），3次重復(fù)。氣孔限制值（Ls）利用Berry等的方法計算，Ca為空氣中二氧化碳的濃度。Ls=1-Ci/Ca。
1.4??數(shù)據(jù)處理??使用Excel 2007進(jìn)行圖表制作，使用SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析，各參數(shù)數(shù)值為3次重復(fù)試驗的平均值。
2??結(jié)果與分析
2.1??低溫弱光對葫蘆幼苗葉片葉綠素含量的影響
低溫弱光脅迫處理后（圖1），葫蘆幼苗葉綠素a+b含量下降。對照條件下，葫蘆幼苗葉片葉綠素a+b始終在2.25左右波動，輕度低溫弱光脅迫的葫蘆幼苗葉綠素a+b含量在0～8 d下降分別為3.9%、6.5%、12.3%、14.0%。10 d葉片黃化且干枯萎蔫。中度、重度低溫弱光脅迫處理6 d后葉綠素a+b含量相比處理前分別下降47.9%和62.6%，8 d后葉片黃化干枯易碎。與對照相比，低溫弱光脅迫處理的葫蘆幼苗葉綠素a/b呈增加趨勢，輕度、中度和重度低溫弱光脅迫后10 d幼苗葉片葉綠素a/b分別比處理前增加25.1%、44.9%和84.7%（圖2）。結(jié)果表明，葉綠素（a+b）含量減少可能是低溫脅迫下植物體內(nèi)葉綠素合成開始降低，也有可能是葉綠素分解加快或者是兩者共同產(chǎn)生的結(jié)果。而葉綠素a/b呈上升趨勢說明與弱光條件下低溫脅迫中植物的自我調(diào)節(jié)機(jī)制有關(guān)。
2.2??低溫弱光對葫蘆幼苗光合特性的影響??由圖3可知，低溫弱光脅迫處理2 d后葫蘆幼苗葉片的光合作用明顯降低，凈光合速率（Pn）也下降，隨著溫度越低，下降幅度越明顯。低溫弱光脅迫處理6 d后，輕度、中度和重度低溫弱光處理相比對照Pn分別下降19.7%、22.7%和38.2%。處理6～10 d，中度、重度低溫弱光脅迫處理降幅為40.3%和63.3%。結(jié)果表明，低溫弱光對葫蘆幼苗葉片光合速率的影響隨著溫度降低而加大，其中重度處理8 d已經(jīng)對其光合系統(tǒng)功能造成嚴(yán)重的破壞。
低溫處理后，葫蘆幼苗葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）呈下降趨勢。輕度、中度和重度低溫弱光處理后6 d，Gs相比處理前分別下降25.4%、36.7%和54.7%。10 d后降幅分別為42.3%、64.5%和78.7%（圖4）;Tr在0～6 d后較處理前分別下降16.0%、22.0%和53.3%，6～10 d降幅分別為20.7%、46.7%和71.1%（圖5）。氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率一直呈下降趨勢。
細(xì)胞間CO2濃度（Ci）（圖6）的變化分析表明，隨著溫度降低，Ci上升幅度越明顯。輕度、中度和重度低溫弱光處理后6 d，Ci相比處理前上升9.2%、19.5%、27.8%。對照組則出現(xiàn)下降，10 d后下降幅度為7.6%。
2.3??低溫弱光對葫蘆幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響
低溫弱光脅迫致使PSII最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv/Fm）普遍下降（圖7）。常溫下，葫蘆幼苗PSII原初光能轉(zhuǎn)化率（Fv/Fm）始終保持在0.853～0.858的相對穩(wěn)定區(qū)間，輕度低溫處理6 d后，F(xiàn)v/Fm值為 0.783，降幅為7.9%，6～10 d變化不大;中度、重度低溫脅迫處理，在處理10 d后，F(xiàn)v/Fm下降23.2%和50.9%。結(jié)果表明，反應(yīng)中心色素蛋白的潛在活性受到損傷，光合作用原初反應(yīng)產(chǎn)生抑制，且這種抑制隨著低溫脅迫的加劇而加大。
低溫脅迫處理致使葫蘆幼苗葉片光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）持續(xù)下降。輕度、中度低溫弱光脅迫呈穩(wěn)定持續(xù)下降趨勢，處理后6 d相比處理下降25%;重度低溫脅迫處理后6 d相比處理前下降了50.6%，10 d后下降76.8%（圖8）。
非光化學(xué)淬滅系數(shù)（qN）在中度低溫弱光脅迫處理期間與光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）變化趨勢相反呈上升狀態(tài)，在處理10 d后相比處理前增加10.3%。輕度、重度低溫弱光脅迫下qN持續(xù)下降，其中重度低溫弱光脅迫處理在4～6 d下降幅度最大為9.1%，處理后10 d pN比處理前下降了19.9%（圖9）。
3??討論
3.1??低溫弱光對葫蘆幼苗葉綠素含量的影響
葉綠素是高等植物進(jìn)行光合作用最重要的組成元件，也是自然界中最活躍的光量子感受器之一。植物體內(nèi)的葉綠素主要包括葉綠素a和葉綠素b，其中絕大部分葉綠素a和全部葉綠素b具有吸收光能的功能，并把光能傳遞到反應(yīng)中心色素發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)[5-7]。葉綠素含量直接影響植物吸收光能的光合效率，研究表明葉綠素含量與光合速率存在正相關(guān)。該研究表明重度低溫弱光脅迫顯著影響葫蘆幼苗葉片葉綠素a+b，其含量呈顯著下降，且是基于葉綠素a、葉綠素b共同減少的基礎(chǔ)上，這可能是低溫弱光脅迫下葫蘆幼苗體內(nèi)葉綠素合成開始降低，也可能是葉綠體受外界因素的影響而失去活性，或者是兩者共同相互影響產(chǎn)生的結(jié)果。與此不同，低溫弱光脅迫下葫蘆幼苗葉片葉綠素a/b在中度和重度低溫脅迫下呈顯著增加趨勢，這可能與植物的自我調(diào)節(jié)機(jī)制有關(guān)。試驗結(jié)果與王春萍等[2]、侯偉等[3]研究結(jié)果一致。
3.2??低溫弱光對葫蘆幼苗光合特性的影響
研究表明，葉片凈光合速率（Pn）的變化呈下降趨勢，說明葉片受低溫弱光脅迫致使開始黃化、萎蔫、干枯至易碎。氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率（Tr）等參數(shù)均顯著下降，表明逆境脅迫下植物葉片氣孔開張度變小，氣孔密度減少，從而直接導(dǎo)致蒸騰速率下降。細(xì)胞間CO2濃度（Ci）與Pn和Tr變化趨勢相反呈上升狀態(tài)，這表明葫蘆幼苗光合特性減弱是由葉綠體等非氣孔因素導(dǎo)致的。Gs的下降可能是植物光合機(jī)構(gòu)受到嚴(yán)重?fù)p害的結(jié)果。低溫弱光處理直接抑制了葫蘆幼苗葉片的光合作用，且溫度越低對植物產(chǎn)生的危害越明顯，這與前人研究結(jié)果基本一致[8-10]。
3.3??低溫弱光對葫蘆葉綠素?zé)晒庾兓挠绊?/p>
葉綠素?zé)晒獾淖兓梢苑从持参锕夂献饔玫淖兓晒鈪?shù)中PSII最大光化學(xué)系數(shù)（Fv/Fm）指反應(yīng)中心的最大光能轉(zhuǎn)化效率[11]。低溫弱光處理致使葫蘆幼苗葉片F(xiàn)v/Fm在中度脅迫和重度脅迫下顯著降低，表明反應(yīng)中心光能轉(zhuǎn)化率與溫度存在（極）顯著正相關(guān)關(guān)系，試驗結(jié)果表明可能是反應(yīng)中心色素蛋白的潛在活性受到損傷，也可能是弱光處理影響光能的轉(zhuǎn)換效率，隨著低溫弱光脅迫的加劇而顯著加大。光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）是光化學(xué)反應(yīng)以光的形式引起的熒光耗散所發(fā)生的產(chǎn)額，反映了反應(yīng)中心色素分子與原初電子受體A和次級電子供體D氧化還原狀態(tài)以及反應(yīng)中心占原初反應(yīng)的比例[12-13]。該試驗中輕度和中度低溫弱光脅迫致使葫蘆幼苗qP下降不顯著，當(dāng)?shù)蜏厝豕饷{迫達(dá)到一定程度時，qP會顯著下降。說明電子受體A和電子供體D的氧化還原能力減弱，PSII的光化學(xué)反應(yīng)比例降低，電子受體A和電子供體D重新氧化還原能力減弱，電子傳遞鏈?zhǔn)艿狡茐?。非光化學(xué)淬滅系數(shù)（qN）是反映PSII聚光色素所吸收的光能以熱能的形式耗散的部分，qN能在逆境環(huán)境中通過非輻射能量耗散的形式來調(diào)節(jié)植物體內(nèi)吸收的過多光能，是植物長期進(jìn)化以來自身的一種保護(hù)機(jī)制。中度低溫弱光脅迫促使葫蘆幼苗qN持續(xù)上升，表明中度低溫弱光脅迫下葫蘆幼苗葉片吸收多余的能量以熱能形式耗散的能量增加，研究表明可能是植物在低溫弱光脅迫中葉黃素循環(huán)的熱耗散作用表達(dá)的結(jié)果。重度低溫弱光脅迫下qN持續(xù)下降則表明極端低溫處理抑制了植物的熱耗散，致使光合色素所吸收的光能遠(yuǎn)超過其耗散，造成活性氧自由基的產(chǎn)生。這與之前葉綠素含量變化情況一致。
逆境脅迫對葫蘆幼苗光合作用和葉綠素?zé)晒鈪?shù)影響較大，持續(xù)的低溫弱光脅迫會直接造成葫蘆幼苗葉片光合機(jī)構(gòu)的損傷，包括光合電子傳遞、CO2固定以及光能的吸收、傳遞與轉(zhuǎn)化等都會由于低溫弱光脅迫而導(dǎo)致嚴(yán)重的傷害。長時間重度低溫弱光脅迫對葫蘆幼苗的重要光合組成部分可以造成不可逆的損害，也會使葫蘆幼苗體內(nèi)的眾多保護(hù)組織和調(diào)節(jié)機(jī)能完全喪失。
參考文獻(xiàn)
[1]
葫蘆的分類以及文化鑒賞[EB/OL].[2019-04-05].https：//zhuanlan.zhihu.com/p/45854193.
[2] 王春萍，黃啟中，雷開榮，等.低溫弱光下辣椒幼苗葉綠素?zé)晒馓匦约捌渑c品種耐性的關(guān)系[J].園藝學(xué)報，2015，42（9）：1798-1806.
[3] 侯偉，孫愛花，楊福孫，等.低溫脅迫對西瓜幼苗光合作用與葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（13）：35-39.
[4] PLOSCHUK E L，BADO L A，SALINAS M，et al.Photosynthesis and fluorescence responses of Jatropha curcas to chilling and freezing stress during early vegetative stages[J].Envrionmental and experimental botany，2014，102：18-26.
[5] MURCHIE E H，LAWSON T.Chlorophyll fluorescence analysis：A guide to good practice and understanding some new application[J].Journal of experimental botany，2013，64（13）：3983-3998.
[6] 張會慧，田祺，劉關(guān)君，等.轉(zhuǎn)2-Cys Prx基因煙草抗氧化酶和PSII電子傳遞對鹽和光脅迫的響應(yīng)[J].作物學(xué)報，2013，39（11）：2023-2029.
[7] 周超凡，吳幗秀，李婷，等.外源H2S對低溫下日光溫室黃瓜光合作用及抗氧化系統(tǒng)的影響[J].園藝學(xué)報，2016，43（3）：462-472.
[8] ZHANG K P，F(xiàn)ANG Z J，LIANG Y，et al.Genetic dissection of chlorophyll content at different growth stages in common wheat[J].Journal of genetics，2009，88（2）：183-190.
[9] AVENSON T J，CRUZ J A，KANAZAWA A，et al. Regulating the proton budget of higher plant photosynthesis[J].Proc Natl Acade Sci USA，2005，102（27）：9709-9713.
[10] MOHANTY S，GRIMM B，TRIPATHY B C.Light and dark modulation of chlorophyll biosynthetic genes in response to temperature[J].Planta，2006，224（3）：692-699.
[11] 頡建明，郁繼華，黃高寶，等.低溫弱光下辣椒葉片PSII光能吸收和轉(zhuǎn)換變化及與品種耐性的關(guān)系[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44（9）：1855-1862.
[12] MLLER P，LI X P，NIYOGI K K. Non-photochemical quenching. A response to excess light energy[J].Plant physiology，2001，125（4）：1558-1566.
[13] TAKAHASHI S，MURATA N.How do environmental stresses accelerate photoinhibition？[J].Trends in plant science，2008，13（4）：178-182.
趙燕 張雪 呂童 呼忠婷
摘要??為了研究低溫弱光對工藝葫蘆幼苗葉綠素?zé)晒馓匦约肮夂咸匦缘挠绊懀x用大八寶葫蘆種子為試驗材料，研究不同程度低溫弱光脅迫對葫蘆幼苗光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?。結(jié)果表明，低溫弱光下，葉綠素a+b含量、Pn、Gs、Tr、Fv/Fm、qP均下降;葉綠素a/b、細(xì)胞間CO2濃度隨著低溫弱光脅迫的加劇呈上升趨勢;qN在中度低溫弱光脅迫下，處理10 d后相比處理前增加了10.3%。
關(guān)鍵詞??葫蘆幼苗;低溫弱光;光合作用;葉綠素?zé)晒馓匦?/p>
中圖分類號??S??63文獻(xiàn)標(biāo)識碼??A
文章編號??0517-6611（2020）04-0049-04
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.04.015
開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：
Effects of ?Low Temperature and Low Light on Chlorophyll Fluorescence and Photosynthetic Characteristics of Calabash Seedlings
ZHAO Yan ， ZHANG Xue ， L Tong ?et al??（College of ?Agronomy， Liaocheng ?University，Liaocheng， ??Shandong 252000 ?）
Abstract??In order to study the effect of low temperature and low light on chlorophyll fluorescence and photosynthetic characteristics of calabash seedlings， seeds of big babao calabash were selected as experimental materials to study the effects of different degrees of low temperature and low light stress on photosynthesis and chlorophyll fluorescence characteristics of calabash seedlings. The results showed that the content of chlorophyll a+b， Pn，Gs，Tr，F(xiàn)v/Fm and qP decreased under low temperature and weak light. Chlorophyll a/b and intercellular CO2 concentration increased with low temperature and low light stress. Under moderate low temperature and low light stress， qN increased by 10.3% 10 days after treatment compared with before treatment.
Key words??Calabash seedling;Low temperature and weak light;Photosynthesis;Chlorophvll fluorescence
葫蘆（Lagenaria siceraria （Molina） Standl）為葫蘆科葫蘆屬植物，一年生爬蔓草本植物，雌雄同株。葫蘆喜溫，生育適溫為白天25～33 ℃，夜晚13～15 ℃，晝夜溫差10～19 ℃。地溫以20～25 ℃為宜。種子發(fā)芽適溫28～32 ℃，幼苗期適溫為晝20～30 ℃，夜10～15 ℃。健壯植株凍死溫度為0 ℃，如不經(jīng)鍛煉低于10 ℃可導(dǎo)致生理失調(diào)，低于3 ℃即可凍死。葫蘆喜強(qiáng)光又耐弱光，最適光強(qiáng)為4.6萬lx[1]。葫蘆，諧音“福祿”。葫蘆的莖稱為“蔓”，“蔓”與“萬”諧音，“蔓帶”與“萬代”諧音，是中華民族傳統(tǒng)的吉祥物之一，深受廣大民眾喜愛。葫蘆經(jīng)藝人加工，可形成風(fēng)格各異的工藝葫蘆;本研究對向為專用于制作工藝品的葫蘆，為突出其特點，故稱其為“工藝葫蘆”?！肮に嚭J”在春季定植時易遭受“倒春寒”影響，造成生育遲緩或低溫障礙，導(dǎo)致其幼苗的生長情況不佳，繼而影響結(jié)果質(zhì)量，降低生產(chǎn)效益。低溫是植物生產(chǎn)力的主要限制因素，會對植物造成復(fù)雜且多方面的影響;而對低溫弱光最為敏感的指標(biāo)是植物的光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦?。低溫弱光影響下的光合響?yīng)機(jī)制和葉綠素?zé)晒馓匦砸恢笔菄鴥?nèi)外研究的熱點。研究認(rèn)為低溫弱光幾乎可以破壞植物中所有參與光合作用和熒光特性的重要組成部分[2-3]。低溫弱光是通過降低植物組織間的電子傳遞速率和相關(guān)酶促反應(yīng)影響植物的生長發(fā)育。因為碳同化過程需要多種酶參與反應(yīng)才能完成，故低溫弱光是通過抑制生物酶的活性進(jìn)而影響植物碳同化導(dǎo)致光合和熒光損傷[4-5]。
溫室育苗是保證壯苗的重要手段，溫室育苗對葫蘆大小、果皮厚度、加工工藝及觀賞價值均有影響，低溫弱光是早春溫室的主要環(huán)境特點。目前，葫蘆科植物中，甜瓜、西瓜等已有較多研究成果并用于實踐。然而，葫蘆種植，尤其是用于加工成工藝葫蘆的觀賞品種葫蘆尚沒有切實可行的科學(xué)數(shù)據(jù)來指導(dǎo)種植。因此，低溫下對工藝葫蘆幼苗光合特性及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊懙难芯烤哂鞋F(xiàn)實意義。筆者開展低溫弱光對葫蘆幼苗光合和熒光特性的影響，探索葫蘆溫室育苗過程中的溫度和光照條件。通過研究低溫弱光下葫蘆幼苗葉片光合特性及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?，探究逆境脅迫對葫蘆幼苗葉片光合特性及葉綠素?zé)晒馓匦缘纳碜兓瑥亩_定逆境脅迫對葫蘆幼苗產(chǎn)生破壞的閾值量，以期指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)控及時采取防治措施減少對葫蘆幼苗的危害，為提高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量提供理論依據(jù)。
1??材料與方法
1.1??試驗材料??供試驗材料為大八寶葫蘆種子。
1.2??試驗方法
1.2.1??種子處理。挑選飽滿、大小一致且無病蟲害的種子，于50～55 ℃浸種，常規(guī)催芽，于人工氣溫箱中育苗。
1.2.2??試驗設(shè)計。
設(shè)輕度低溫脅迫（20 ℃/10 ℃）、中度低溫脅迫（15 ℃/10 ℃）和重度低溫脅迫（10 ℃/5 ℃）3個晝/夜低溫處理，以25 ℃/15 ℃為對照。光照強(qiáng)度200 μmol/（m2·s），光周期為12 h、空氣相對濕度65%～80%。選取各處理20株生長健壯的葫蘆幼苗，在0、2、4、6、8、10 d測定葉片光合作用和葉綠素?zé)晒鈪?shù)等指標(biāo)，每個處理3次重復(fù)。
1.3??測定項目與方法
1.3.1??葉綠素含量。稱取1.5 g新鮮的葫蘆幼苗葉片，切碎，加入配制好的提取液（丙酮∶無水乙醇=1∶1）。提取液和葉片的比例設(shè)為40∶1，過濾，定容至50 mL，用紫外分光光度計（ultrospec2100pro）測定663和645 nm處吸光值，測定葉綠素a和葉綠素b的含量，3次重復(fù)。
1.3.2??葉綠素?zé)晒馓匦浴?/p>
將葫蘆幼苗暗適應(yīng)30 min后，將已經(jīng)充分展開的功能葉剪下，用調(diào)制葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)（IMAGING-PAM，WALZ，德國）測定葉綠素?zé)晒鈪?shù)。檢測用以下數(shù)據(jù)：光強(qiáng)度0.1 μmol/（m2·s），光化學(xué)強(qiáng)度56 μmol/（m2·s），飽和脈沖強(qiáng)度2 700 μmol/（m2·s），脈沖光時間0.8 s，每隔20 s打開一次。測定光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）和非化學(xué)猝滅系數(shù)（qN）、初始熒光（F0）、最大熒光（Fm）、PSII最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv/Fm）等葉綠素?zé)晒鈪?shù)。
1.3.3??光合特性。
用便攜式光合測定系統(tǒng)（CD-310，美國）儀器測定光合特性。采用參數(shù)為800 μmol/（m2·s）的光量子通量密度，對第3片真葉于09：00—11：00測定以下指標(biāo)：凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、細(xì)胞間二氧化碳濃度（Ci），3次重復(fù)。氣孔限制值（Ls）利用Berry等的方法計算，Ca為空氣中二氧化碳的濃度。Ls=1-Ci/Ca。
1.4??數(shù)據(jù)處理??使用Excel 2007進(jìn)行圖表制作，使用SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析，各參數(shù)數(shù)值為3次重復(fù)試驗的平均值。
2??結(jié)果與分析
2.1??低溫弱光對葫蘆幼苗葉片葉綠素含量的影響
低溫弱光脅迫處理后（圖1），葫蘆幼苗葉綠素a+b含量下降。對照條件下，葫蘆幼苗葉片葉綠素a+b始終在2.25左右波動，輕度低溫弱光脅迫的葫蘆幼苗葉綠素a+b含量在0～8 d下降分別為3.9%、6.5%、12.3%、14.0%。10 d葉片黃化且干枯萎蔫。中度、重度低溫弱光脅迫處理6 d后葉綠素a+b含量相比處理前分別下降47.9%和62.6%，8 d后葉片黃化干枯易碎。與對照相比，低溫弱光脅迫處理的葫蘆幼苗葉綠素a/b呈增加趨勢，輕度、中度和重度低溫弱光脅迫后10 d幼苗葉片葉綠素a/b分別比處理前增加25.1%、44.9%和84.7%（圖2）。結(jié)果表明，葉綠素（a+b）含量減少可能是低溫脅迫下植物體內(nèi)葉綠素合成開始降低，也有可能是葉綠素分解加快或者是兩者共同產(chǎn)生的結(jié)果。而葉綠素a/b呈上升趨勢說明與弱光條件下低溫脅迫中植物的自我調(diào)節(jié)機(jī)制有關(guān)。
2.2??低溫弱光對葫蘆幼苗光合特性的影響??由圖3可知，低溫弱光脅迫處理2 d后葫蘆幼苗葉片的光合作用明顯降低，凈光合速率（Pn）也下降，隨著溫度越低，下降幅度越明顯。低溫弱光脅迫處理6 d后，輕度、中度和重度低溫弱光處理相比對照Pn分別下降19.7%、22.7%和38.2%。處理6～10 d，中度、重度低溫弱光脅迫處理降幅為40.3%和63.3%。結(jié)果表明，低溫弱光對葫蘆幼苗葉片光合速率的影響隨著溫度降低而加大，其中重度處理8 d已經(jīng)對其光合系統(tǒng)功能造成嚴(yán)重的破壞。
低溫處理后，葫蘆幼苗葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）呈下降趨勢。輕度、中度和重度低溫弱光處理后6 d，Gs相比處理前分別下降25.4%、36.7%和54.7%。10 d后降幅分別為42.3%、64.5%和78.7%（圖4）;Tr在0～6 d后較處理前分別下降16.0%、22.0%和53.3%，6～10 d降幅分別為20.7%、46.7%和71.1%（圖5）。氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率一直呈下降趨勢。
細(xì)胞間CO2濃度（Ci）（圖6）的變化分析表明，隨著溫度降低，Ci上升幅度越明顯。輕度、中度和重度低溫弱光處理后6 d，Ci相比處理前上升9.2%、19.5%、27.8%。對照組則出現(xiàn)下降，10 d后下降幅度為7.6%。
2.3??低溫弱光對葫蘆幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響
低溫弱光脅迫致使PSII最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv/Fm）普遍下降（圖7）。常溫下，葫蘆幼苗PSII原初光能轉(zhuǎn)化率（Fv/Fm）始終保持在0.853～0.858的相對穩(wěn)定區(qū)間，輕度低溫處理6 d后，F(xiàn)v/Fm值為 0.783，降幅為7.9%，6～10 d變化不大;中度、重度低溫脅迫處理，在處理10 d后，F(xiàn)v/Fm下降23.2%和50.9%。結(jié)果表明，反應(yīng)中心色素蛋白的潛在活性受到損傷，光合作用原初反應(yīng)產(chǎn)生抑制，且這種抑制隨著低溫脅迫的加劇而加大。
低溫脅迫處理致使葫蘆幼苗葉片光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）持續(xù)下降。輕度、中度低溫弱光脅迫呈穩(wěn)定持續(xù)下降趨勢，處理后6 d相比處理下降25%;重度低溫脅迫處理后6 d相比處理前下降了50.6%，10 d后下降76.8%（圖8）。
非光化學(xué)淬滅系數(shù)（qN）在中度低溫弱光脅迫處理期間與光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）變化趨勢相反呈上升狀態(tài)，在處理10 d后相比處理前增加10.3%。輕度、重度低溫弱光脅迫下qN持續(xù)下降，其中重度低溫弱光脅迫處理在4～6 d下降幅度最大為9.1%，處理后10 d pN比處理前下降了19.9%（圖9）。
3??討論
3.1??低溫弱光對葫蘆幼苗葉綠素含量的影響
葉綠素是高等植物進(jìn)行光合作用最重要的組成元件，也是自然界中最活躍的光量子感受器之一。植物體內(nèi)的葉綠素主要包括葉綠素a和葉綠素b，其中絕大部分葉綠素a和全部葉綠素b具有吸收光能的功能，并把光能傳遞到反應(yīng)中心色素發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)[5-7]。葉綠素含量直接影響植物吸收光能的光合效率，研究表明葉綠素含量與光合速率存在正相關(guān)。該研究表明重度低溫弱光脅迫顯著影響葫蘆幼苗葉片葉綠素a+b，其含量呈顯著下降，且是基于葉綠素a、葉綠素b共同減少的基礎(chǔ)上，這可能是低溫弱光脅迫下葫蘆幼苗體內(nèi)葉綠素合成開始降低，也可能是葉綠體受外界因素的影響而失去活性，或者是兩者共同相互影響產(chǎn)生的結(jié)果。與此不同，低溫弱光脅迫下葫蘆幼苗葉片葉綠素a/b在中度和重度低溫脅迫下呈顯著增加趨勢，這可能與植物的自我調(diào)節(jié)機(jī)制有關(guān)。試驗結(jié)果與王春萍等[2]、侯偉等[3]研究結(jié)果一致。
3.2??低溫弱光對葫蘆幼苗光合特性的影響
研究表明，葉片凈光合速率（Pn）的變化呈下降趨勢，說明葉片受低溫弱光脅迫致使開始黃化、萎蔫、干枯至易碎。氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率（Tr）等參數(shù)均顯著下降，表明逆境脅迫下植物葉片氣孔開張度變小，氣孔密度減少，從而直接導(dǎo)致蒸騰速率下降。細(xì)胞間CO2濃度（Ci）與Pn和Tr變化趨勢相反呈上升狀態(tài)，這表明葫蘆幼苗光合特性減弱是由葉綠體等非氣孔因素導(dǎo)致的。Gs的下降可能是植物光合機(jī)構(gòu)受到嚴(yán)重?fù)p害的結(jié)果。低溫弱光處理直接抑制了葫蘆幼苗葉片的光合作用，且溫度越低對植物產(chǎn)生的危害越明顯，這與前人研究結(jié)果基本一致[8-10]。
3.3??低溫弱光對葫蘆葉綠素?zé)晒庾兓挠绊?/p>
葉綠素?zé)晒獾淖兓梢苑从持参锕夂献饔玫淖兓晒鈪?shù)中PSII最大光化學(xué)系數(shù)（Fv/Fm）指反應(yīng)中心的最大光能轉(zhuǎn)化效率[11]。低溫弱光處理致使葫蘆幼苗葉片F(xiàn)v/Fm在中度脅迫和重度脅迫下顯著降低，表明反應(yīng)中心光能轉(zhuǎn)化率與溫度存在（極）顯著正相關(guān)關(guān)系，試驗結(jié)果表明可能是反應(yīng)中心色素蛋白的潛在活性受到損傷，也可能是弱光處理影響光能的轉(zhuǎn)換效率，隨著低溫弱光脅迫的加劇而顯著加大。光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）是光化學(xué)反應(yīng)以光的形式引起的熒光耗散所發(fā)生的產(chǎn)額，反映了反應(yīng)中心色素分子與原初電子受體A和次級電子供體D氧化還原狀態(tài)以及反應(yīng)中心占原初反應(yīng)的比例[12-13]。該試驗中輕度和中度低溫弱光脅迫致使葫蘆幼苗qP下降不顯著，當(dāng)?shù)蜏厝豕饷{迫達(dá)到一定程度時，qP會顯著下降。說明電子受體A和電子供體D的氧化還原能力減弱，PSII的光化學(xué)反應(yīng)比例降低，電子受體A和電子供體D重新氧化還原能力減弱，電子傳遞鏈?zhǔn)艿狡茐?。非光化學(xué)淬滅系數(shù)（qN）是反映PSII聚光色素所吸收的光能以熱能的形式耗散的部分，qN能在逆境環(huán)境中通過非輻射能量耗散的形式來調(diào)節(jié)植物體內(nèi)吸收的過多光能，是植物長期進(jìn)化以來自身的一種保護(hù)機(jī)制。中度低溫弱光脅迫促使葫蘆幼苗qN持續(xù)上升，表明中度低溫弱光脅迫下葫蘆幼苗葉片吸收多余的能量以熱能形式耗散的能量增加，研究表明可能是植物在低溫弱光脅迫中葉黃素循環(huán)的熱耗散作用表達(dá)的結(jié)果。重度低溫弱光脅迫下qN持續(xù)下降則表明極端低溫處理抑制了植物的熱耗散，致使光合色素所吸收的光能遠(yuǎn)超過其耗散，造成活性氧自由基的產(chǎn)生。這與之前葉綠素含量變化情況一致。
逆境脅迫對葫蘆幼苗光合作用和葉綠素?zé)晒鈪?shù)影響較大，持續(xù)的低溫弱光脅迫會直接造成葫蘆幼苗葉片光合機(jī)構(gòu)的損傷，包括光合電子傳遞、CO2固定以及光能的吸收、傳遞與轉(zhuǎn)化等都會由于低溫弱光脅迫而導(dǎo)致嚴(yán)重的傷害。長時間重度低溫弱光脅迫對葫蘆幼苗的重要光合組成部分可以造成不可逆的損害，也會使葫蘆幼苗體內(nèi)的眾多保護(hù)組織和調(diào)節(jié)機(jī)能完全喪失。
參考文獻(xiàn)
[1]
葫蘆的分類以及文化鑒賞[EB/OL].[2019-04-05].https：//zhuanlan.zhihu.com/p/45854193.
[2] 王春萍，黃啟中，雷開榮，等.低溫弱光下辣椒幼苗葉綠素?zé)晒馓匦约捌渑c品種耐性的關(guān)系[J].園藝學(xué)報，2015，42（9）：1798-1806.
[3] 侯偉，孫愛花，楊福孫，等.低溫脅迫對西瓜幼苗光合作用與葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（13）：35-39.
[4] PLOSCHUK E L，BADO L A，SALINAS M，et al.Photosynthesis and fluorescence responses of Jatropha curcas to chilling and freezing stress during early vegetative stages[J].Envrionmental and experimental botany，2014，102：18-26.
[5] MURCHIE E H，LAWSON T.Chlorophyll fluorescence analysis：A guide to good practice and understanding some new application[J].Journal of experimental botany，2013，64（13）：3983-3998.
[6] 張會慧，田祺，劉關(guān)君，等.轉(zhuǎn)2-Cys Prx基因煙草抗氧化酶和PSII電子傳遞對鹽和光脅迫的響應(yīng)[J].作物學(xué)報，2013，39（11）：2023-2029.
[7] 周超凡，吳幗秀，李婷，等.外源H2S對低溫下日光溫室黃瓜光合作用及抗氧化系統(tǒng)的影響[J].園藝學(xué)報，2016，43（3）：462-472.
[8] ZHANG K P，F(xiàn)ANG Z J，LIANG Y，et al.Genetic dissection of chlorophyll content at different growth stages in common wheat[J].Journal of genetics，2009，88（2）：183-190.
[9] AVENSON T J，CRUZ J A，KANAZAWA A，et al. Regulating the proton budget of higher plant photosynthesis[J].Proc Natl Acade Sci USA，2005，102（27）：9709-9713.
[10] MOHANTY S，GRIMM B，TRIPATHY B C.Light and dark modulation of chlorophyll biosynthetic genes in response to temperature[J].Planta，2006，224（3）：692-699.
[11] 頡建明，郁繼華，黃高寶，等.低溫弱光下辣椒葉片PSII光能吸收和轉(zhuǎn)換變化及與品種耐性的關(guān)系[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44（9）：1855-1862.
[12] MLLER P，LI X P，NIYOGI K K. Non-photochemical quenching. A response to excess light energy[J].Plant physiology，2001，125（4）：1558-1566.
[13] TAKAHASHI S，MURATA N.How do environmental stresses accelerate photoinhibition？[J].Trends in plant science，2008，13（4）：178-182.
