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(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，新疆 石河子 832000；2.石河子大學農(nóng)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(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，新疆 石河子 832000；2.石河子大學農(nóng)學院）

本研究利用OS5-FL調(diào)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(jié)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(chǎn)量（Yield）和熒光光化學猝滅系數(shù)（qP）隨脅迫時間延長而逐漸下降，非熒光光化學猝滅系數(shù)（qN）上升，而PSⅡ的潛在活性（Fv/F0）和PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)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(fā)生，同時秋霜來臨較早，致使低溫脅迫成為影響棉花生產(chǎn)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐具有重要意義。

葉綠素熒光分析技術(shù)以光合作用為基礎(chǔ)，用以研究植物光合生理狀況及植物與逆境脅迫的關(guān)系。該技術(shù)為研究光系統(tǒng)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(shù)，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(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗基本情況

試驗設(shè)在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第八師一四三團玉豐源農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司實驗基地。土壤質(zhì)地為壤土，砂粒41.12%，粉粒40.46%，粘粒18.42%，pH值為7.54，有機質(zhì)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(fā)芽床，每個棉花品種分別精選100粒置于發(fā)芽盒中，重復3次。用RXZ型智能人工氣候箱進行培養(yǎng)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(shù)，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(shù)。所有參數(shù)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(jié)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(jié)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(chǎn)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(jié)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(guān)。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(fā)光合機構(gòu)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(guān)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(shù)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

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：張偉，男，博士，副教授，主要從事耕作學與農(nóng)業(yè)生態(tài)學研究，E-mail:bluesky2002040@163.com。