自然低溫脅迫下3種桉樹的葉綠素熒光特性研究

靖長柏，張利陽，童再康*，許基全，溫國勝

（1. 浙江農林大學，浙江 杭州 311300；2. 浙江省臺州沿海鹽堿地綠化研究所，浙江 臺州 318000）

自然低溫脅迫下3種桉樹的葉綠素熒光特性研究

靖長柏1，張利陽1，童再康1*，許基全2，溫國勝1

（1. 浙江農林大學，浙江 杭州 311300；2. 浙江省臺州沿海鹽堿地綠化研究所，浙江 臺州 318000）

對臨安市3種桉樹幼苗葉片葉綠素熒光特性進行研究，結果表明，自然低溫下，各桉樹表現出不同的適應性，總的來說，鄧桉 > 柳桉 > 巨桉；自然低溫（日最低氣溫－3.6℃）對柳桉和巨桉造成較大損害，而鄧桉可通過維持相對較高的光化學效率，以及利用不斷增加的qN來進行耗散，具有較強的抵抗低溫脅迫傷害的能力。

桉樹；自然低溫；抗寒性；葉綠素熒光

桉樹是桃金娘科（M yrtaceae）桉屬（Eucalyptus）植物的泛稱，有900余種。因其速生、干形通直、制漿性能優越等眾多優點而被我國自1980年引種，現已發展桉樹人工林面積約154.7萬hm2，華南地區已成為桉樹人工林的主要栽培區[1]，并且桉樹已成為華南發展速生豐產商品林的戰略性樹種，作為高大喬木，在生態防護林和環境綠化景觀林建設中也發揮著越來越重要的作用。隨著對桉樹研究的不斷深入，桉樹種植正在北移以擴大栽培范圍。但在北移的過程中，低溫凍害是桉樹擴大栽培與速生豐產的主要限制因子。如1991年冬季的寒潮就使廣西柳州和鹿寨等地的桉樹人工林受到嚴重危害，造成了重大的損失。因此，研究桉樹的抗寒機理，鑒定桉樹抗寒性能，探索一條提高桉樹抗寒性的有效措施，在理論研究和實際生產上都有重要的意義。

植物的抗寒能力因種類而異，通過抗寒性鑒定[2]，可以測定不同植物對低溫的適應能力。前人的研究方法多采用人工低溫處理離體組織器官如枝葉等來反映其植物材料的抗寒性[3～4]，而本研究選取大多數人認同的抗寒性較強的桉樹品種的幼苗[5～6]，采用葉綠素熒光特性分析，對冬季自然低溫脅迫下3種桉樹幼苗的葉片進行研究比較，以期揭示桉樹幼苗在冬季低溫下的生理反應，為桉樹的引種中所遇到的低溫脅迫問題及生態防護林樹種選育等實際生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地與試驗材料

試驗地位于30° 14′ N，119° 42′ E；屬中亞熱帶季風氣候區，溫暖濕潤，四季分明，具有春多雨、夏濕熱、秋氣爽、冬干冷的氣候特征，多年平均氣溫為15.80℃，7月為最熱月，歷年平均為28.10℃，1月為最冷月，歷年平均為3.40℃；極端高溫41.90℃（1996年8月6日），極端低溫－13.30℃（1967年1月16日）。歷年平均日照1 939 h，無霜期234 d。

材料來自浙江林學院平山苗圃，1年桉樹生實生苗。以新鮮葉片為試材，12月下旬起將試驗苗處理后進行指標測定。供試苗為：鄧桉（Eucalyptus dunnii）、巨桉（E. grandis）和柳桉（E. salinga），苗高140～160 cm。從外部形態來看，鄧恩桉生長狀況良好，巨桉和柳桉已經受到不同程度的冷害。

1.2 試驗方法

2008年12月下旬起，將試驗苗置于露地和大棚條件下，于2009年1月11日寒流前后進行實驗，日最低溫度約－4.4℃，分別于1月9日（寒流來前）和1月14日（寒流來后）實地測定3種桉樹在大棚和露地條件下的葉綠素熒光特性。

葉綠素熒光特性利用調制式葉綠素熒光儀PAM-2100測定。供試桉樹葉片經過10～20 min充分暗適應后，所有電子門均處于開放態，打開測量光得到初始熒光Fo，此時給出一個飽和脈沖，所有的電子門就都將該用于光合作用的能量轉化為了熒光和熱，此時得到的葉綠素熒光為Fm，根據Fm和Fo可以計算出光合系統PSII的最大量子產量Fv/Fm= (Fm－Fo)/Fm（式中，Fv為可變熒光Fv=Fm－Fo），它反映了植物的潛在最大光合能力。在光照下光合作用進行時，根據Fm’（Fm’為暗適應下的最大熒光產量）和F（F為任意時間實際熒光產量）可以求出在當前的光照狀態下光合系統PSII的光化學實際量子產量Yield=ΔF/Fm’= (Fm’－F)/Fm’，它反映了植物目前的實際光合效率。由光合作用引起的熒光猝滅稱之為光化學猝滅（photochemical quenching, qP）；由熱耗散引起的熒光猝滅稱之為非光化學猝滅（non-photochem ical quenching, qN）。光化學猝滅反映了植物光合活性的高低，非光化學猝滅反映了植物耗散過剩光能為熱的能力，也就是光保護能力。

所有數據采用Excel 2003處理，并進行統計分析。

2 結果分析

2.1 光適應下各桉樹葉片的葉綠素熒光參數比較

圖1是2009年1月14日（日最低氣溫－3.6℃）測定的各桉樹在大棚條件下葉綠素熒光特性。在同等條件下，鄧桉的光化學猝滅qP高于其他兩種桉樹。而光化學猝滅反映了植物光合活性的高低，表明鄧桉的光合活性最高，其次為柳桉，巨桉最低。在光照狀態下PSII的實際量子產量Yield上，也可以看到，鄧桉的產量為0.127，柳桉為0.114，巨桉為0.034，顯然就實際光合效率來說，也是鄧桉最高，柳桉次之，巨桉最低。在同等條件下，鄧桉光合作用能力最強，能表現出較強的適應性，更能適應低溫脅迫。

圖1 光適應下三種桉樹在大棚中葉片葉綠素熒光參數比較Figure 1 Comparison on the chlorophyll fluorescence parameters in leaves of threeEucalyptusunder photo-adaptability in greenhouse

2.2 暗適應下各桉樹葉片在不同條件下葉綠素熒光參數比較

暗適應下，2009年1月9日（日最低氣溫－1.3℃）各桉樹由大棚到露地葉綠素熒光變化情況：Fv/Fm均降低（表1），Fv/Fm是反映PSII光化學效率的指標[9]，表明隨著溫度的降低，各桉樹的潛在最大光合能力不同程度的下降。具體下降幅度為：鄧桉為54.5%，巨桉為38.8%，柳桉為48.0%。測定時，對巨桉實測溫度變幅最大，為33.6%，而最大光合能力變化相對較小，可能原因是巨桉在之前低溫下已經受害，導致相應的光合調節能力下降。Fv/FmFm0.550±0 2.238±0.409 0.2505±0 0.942±0－0.545 －0.579 0.563±0.001 2.343±0.043 0.345±0.002 1.06±0.010－0.388 －0.548 0.638±0 2.455±0.032 0.332±0.002 1.204±0.080－0.480 －0.510

表1 暗適應下3種桉樹在大棚和露地條件下葉片葉綠素熒光參數的比較Table 1 Comparison on the chlorophyll fluorescence parameters in leaves of threeEucalyptusunder dark adaptation in greenhouse and open field

2.3 各桉樹葉片從大棚到露天葉綠素熒光參數的比較

如前述結果一致，2009年1月14日由大棚到露地，各桉樹Fv/Fm值均降低（表2），而當qN顯著增加的同時，各桉樹Yield值卻有較大變化。qN表示由熱耗散引起的熒光猝滅，稱之為非光化學猝滅。非光化學猝滅反映了植物耗散過剩光能為熱的能力，也就是光保護能力。桉樹為適應溫度下降的變化，qN平均由0.02增至0.996，葉片耗散過剩光能為熱，保護光合機構免受低溫傷害，達到光保護的目的。

表2 3種桉樹在大棚和露地條件下葉片葉綠素熒光參數Table 2 Chlorophyll fluorescence parameters in leaves of threeEucalyptusin greenhouse and open field

由大棚到露地，受溫度下降影響，再加上之前寒流造成的低溫傷害，實際光合效率較大程度降低，巨桉由0.034到0.01，柳桉由0.114到0.029，鄧桉由0.127到0.022。另外，從qP的上升，可以看出各桉樹均表現出對低溫一定的適應性。

3 討論與結論

從葉綠素熒光特性來看，自然低溫下，各桉樹表現出不同的適應性，總的來說，鄧桉 > 柳桉 > 巨桉。

葉綠素熒光是光合作用的探針，通過對各種熒光參數的分析，可以得到有關光能利用途徑的信息，其中Fo和光合作用光系統的狀態轉換有關，Fm反映的是通過PSII的電子傳遞情況，Fv可作為PSII反應中心活性大小的相對指標，Fv/Fo用于度量葉片PSII潛在活性，Fv/Fm用于度量PSII原初光能轉換效率，Yield(Y)用來表示植物光合作用電子傳遞的量子產額，可作為植物葉片光合電子傳遞速率快慢的相對指標[10]。

植物對光能的利用主要包括：光化學反應轉化光能、非光化學熱耗散以及以葉綠素熒光形式耗散的過剩光能。光化學反應和熱耗散的變化會引起葉綠素熒光猝滅過程的相應變化。葉綠素熒光猝滅由光化學猝滅和非光化學猝滅兩個過程構成。低溫脅迫會影響反應中心和PSII電子傳遞天線活性，導致光合系統PSII光化學抑制，是由于反應中心的光損傷和反應中心對激發能捕獲能力的降低[11]。非光化學猝滅是一種自我保護機制，對光合機構起保護作用，許多研究證明植物體內有效的熱耗散可以防止低溫光抑制的發生。低溫不僅降低在葉綠體基質中進行的光合作用暗反應活性[12]，也引起類囊體膜介導的光反應活性降低[7]，使類囊體膜上的PSII的光能傳遞效率和光能轉換效率降低[8]，從而導致CO2同化能力降低。低溫下過剩激發能增加，植物可通過多種途徑進行激發能的耗散，包括通過光合作用的光化學反應來進行的耗散和熱耗散（qN）。寒流來后，就葉綠素熒光特性所反映的結果看，低溫（日最低氣溫－3.6℃）對柳桉和巨桉造成較大損害，導致光合效率明顯下降。氣溫下降也導致了各桉樹光合效率的下降。同時，在各桉樹低溫下過剩光能都增加的情況下，鄧桉可通過維持相對較高的光化學效率，以及利用不斷增加的qN來進行耗散，而具有較強的抵抗低溫脅迫傷害的能力。

桉樹在自然低溫下葉片葉綠素熒光參數的變化，從一定程度上反映了其內在的變化，但是還不能從桉樹抗寒機制上說明這些變化，本研究從光合作用上對這個方面作了一些探索，以后還需在特異功能蛋白和分子水平上作進一步研究。至于低溫對光合速率和葉綠素熒光參數變化是直接影響，還是間接效應，也需進一步進行探索和分析。

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Study on Chlorophyll Fluorescence Characteristics of Three Species of Eucalyptus under Natural Low Tem perature

JING Chang-bai1，ZHANG Li-yang1，TONG Zai-kang1*，XU Ji-quan2，WEN Guo-sheng1
（1. Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China; 2. Taizhou Coastal Saline Soil Greening Institute of Zhejiang, Taizhou 318000, China）

A research was conducted on chlorophy ll fluorescence characteristics in leaves of three species ofEucalyptusseedling in Lin’an, Zhejiang province. The results showed that each species had different effect to natural low temperature. Generally speaking, the order of cold-resistance under natural temperature wasE. dunnii>E. saligna>E. grandis. Natural low temperature had greater damage onE. salignaandE. grandis. However,E. dunniiw as relatively higher cold resistant by relatively higher photochem ical efficiency and increasing qN.

Eucalyptus; natural low temperature; cold resistance; chlorophyll fluorescence

S718.43

A

1001-3776（2011）01-0007-04

2010-08-05；

2010-10-20

浙江省科技廳重大科技項目“速生優質高抗林木新品種選育及快繁技術研究與示范”（2006C12003）

靖長柏（1984－），男，湖北武漢人，碩士，從事林木遺傳改良研究；*通訊作者。