全 文 ：氮素水平对小黑麦旗叶叶绿素荧光参数的影响
吉彪　李 晶　商文楠　陈龙涛　李馨园　魏 湜
(东北农业大学农学院 , 150030,黑龙江哈尔滨)
　　摘　要　为了探寻小黑麦适宜的氮素水平 ,在
田间条件下 ,研究了氮素水平对小黑麦东农 5305和
东农 96026旗叶叶绿素荧光参数的影响 。结果表
明 ,小黑麦旗叶最大荧光产量 Fm开花后呈 M形曲
线变化趋势 ,且随施氮量的增加而有所下降;旗叶最
大光化学量子产量 Fv/Fm均随施氮量的增加而升
高;施氮处理旗叶非光化学淬灭 qN低于 N0处理;
旗叶光化学淬灭 qP呈单峰曲线变化 ,且施氮处理明
显高于 N0处理。两个小黑麦品种叶绿素荧光参数
的变化基本一致 。
关键词　小黑麦;氮素水平;叶绿素荧光;旗叶
植物色素系统吸收的光有 3种用途:①光化学
反应;②荧光形式耗散;③丢失于其他过程以热辐射
作者简介:吉彪 ,在读硕士 ,研究方向为作物高产生理
魏湜为通讯作者 ,教授 ,研究方向为作物高产生理
收稿日期:2010-01-18;修回日期:2010-03-23
等形式消失。因此 ,叶绿素荧光动力学技术在测定
叶片光合作用过程中色素系统对光的吸收 、传递 、耗
散和分配等方面有独特的作用 。同时 ,与气体交换
等 “表观性 ”的指标相比 ,更具有反映其 “内在性”的
特点 ,因而被称为快速 、无损伤的探针 [ 1] 。氮素是
影响小黑麦产量和质量关键的栽培因素之一 。关于
氮素水平对小黑麦光合特性 、产量品质影响的研究
已有很多 ,但通过叶绿素荧光参数系统的研究氮素
水平对小黑麦光合特性的影响还鲜有报道。本试验
对两个不同类型的小黑麦品种设置 4个氮素水平 ,
测定对其旗叶叶绿素荧光参数的影响 ,找出最适氮
肥施用量 ,为小黑麦的高产优质栽培提供理论依据。
1　材料与方法
1.1　试验设计
试验于 2008 ～ 2009年在东北农业大学实验实
EfectsofDroughtonLipidsandProteins
OxidativeDamageinWheatSeedlings
FuYi, DaiYuan, TanXiaorong, WanQian
(KeyLaboratoryandEngineeringCenterofGrainandOil, BioengineeringInstitute, HenanUniversityofTechnology,
Zhengzhou450001, Henan, China)
Abstract　Uncontinuousdroughttreatmentfor1h, 2h, 3h, 4heachdayand24hcontinuousdroughttreatmentwere
adoptedtowheatseedlings.Seedlingheight, rootlength, freshweight, dryweight, relativepermeabilityofcelmem-
brane, malondialdehyde(MDA)content, carbonylcontentandsolubleproteincontentweredetectedtoinvestigate
efectsofdiferentdroughttreatments.Theresultindicatedthataldroughttreatmentdecreasedtheseedlingheight,
rootlength, freshweight, dryweightofwheatseedlings, butthedryweightandproportionofrootlengthtoseedling
heightwithuncontinuousdroughttreatmentfor2hwerehigherthantheotherdroughttreatment.Theuncontinuous
droughttreatmentfor1hand2hledtothedecreaseofrelativepermeabilityofcelmembraneandMDAcontent, car-
bonylcontent, andtheincreaseofsolubleproteincontent.Theuncontinuousdroughttreatmentfor3hand4handse-
veredroughttreatmentincreasedtherelativepermeabilityofcelmembrane, MDAcontent, carbonylcontentandde-
creasedofsolubleproteincontent.
Keywords　Droughtacclimation;Proteinoxidation;Carbonyl;Malondialdehyde(MDA);Reactiveoxygenspecies
(ROS);Wheat
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作物杂志　Crops2010.3DOI :10.16035/j.issn.1001-7283.2010.03.032
习基地进行。试验田土壤为黑钙土 ,含全氮 (TN)
1.84g/kg、有效磷 (AP)51.6mg/kg、速效钾 (AK)
164.7mg/kg、有机质 24.19g/kg。供试品种为东农
5305(饲用型)和东农 96026(粮饲兼用型),由东北
农业大学小黑麦研究室提供。
试验设施纯氮 0kg/hm2 (N0)、75kg/hm2(N75)、
150kg/hm2(N150)和 225kg/hm2(N225)4个水平 。种
肥磷酸二铵 247kg/hm2 (P2O5 113kg)、氯化钾
190kg/hm2(K2O121kg)和尿素总量的 1/2于播前
分层施下 ,其余 1 /2尿素作为追肥于拔节期结合浇
水开沟追施。试验按随机区组排列 , 3次重复 。每
小区 8行 ,行长 5m、行距 0.3m,小区面积 12m2 ,基
本苗 450万株 /hm2。 4月 23日播种 , 苗期镇压 1
次 ,其他管理措施同一般大田。
1.2　测定方法
采用德国 Walz公司产 PAM-210调制叶绿素荧
光仪。从开花期开始 ,每隔 7d取样进行测定 ,每个
处理测定 3次。测定时选取生长一致且受光方向相
同的旗叶 ,经暗处理 30min后测定最小荧光产量
(F0),照射饱和脉冲后得到最大荧光产量(Fm),饱
和脉冲时测定光下最大荧光(Fm ),稳定荧光(Fs)。
计算可变荧光 (Fv)=Fm -F0、光化学淬灭系数
(qP)=(Fm -Fs)/(Fm -F0)、非光化学淬灭系数
(qN)=(Fm -Fm )/(Fm-F0)。
1.3　数据分析
试验结果用 Excel和 DPS统计软件进行数据处
理 、分析和绘图。
2　结果与分析
2.1　氮素水平对旗叶最大荧光产量的影响
由图 1可以看出 ,两个品种小黑麦开花后旗叶
最大荧光产量呈 M型曲线变化趋势 ,出现两次峰
值 ,分别在花后 7d和花后 21d。小黑麦开花到花后
7d旗叶叶绿素含量增加 ,叶绿素荧光发射能力提
高 , Fm逐渐增加;随着叶绿素含量的进一步提高 ,光
合作用强度增加 ,光化学量子产量增加 , Fm逐渐降
低;同时随生育期的推迟 ,光合作用减弱 ,量子产量
逐渐下降 ,荧光产量增加。由图 1还可看出 ,两个小
黑麦品种的 Fm均随施氮量的增加而有所下降 。东
农 5305Fm最高值出现在花后 21d的 N225处理 ,而东
农 96026Fm最高值出现在花后 21d的 N75处理 ,说
明施氮有利于保护旗叶热耗散机制 ,减小叶绿素功
能损伤 ,延缓衰老 。
图 1　东农 5305和东农 96026旗叶最大荧光产量变化
2.2　氮素水平对旗叶最大光化学量子产量的影响
暗适应后测得的荧光参数 Fv/Fm表示 PSⅡ最
大光能转换效率 ,代表光系统 Ⅱ的量子产量。由图
2可以看出 ,两个品种小黑麦的 Fv/Fm均随施氮量
的增加呈现先升高后下降的趋势 。东农 5305开花
后旗叶最大光化学量子产量呈现先升高后下降的趋
势 ,且花后 21d后大幅下降 ,而东农 96026则平稳下
降且下降不明显。说明两个品种在旗叶功能期上存
在差距 ,东农 96026旗叶功能期较长 ,光合作用时间
延长 ,光能转换效率提高 。东农 5305旗叶功能期相
对较短 ,可能与东农 5305株高比东农 96026高 ,在
生育后期因风雨 ,出现了倒伏 ,加速叶片衰老有关 。
图 2　东农 5305和东农 96026旗叶最大光化学量子产量变化
2.3　氮素水平对旗叶非光化学淬灭的影响
荧光非光化学淬灭 qN反映 PSⅡ反应中心吸收
的光能不能用于光合电子传递 ,而以热的形式耗散
掉的光能部分 [ 2] 。由图 3可以看出 ,东农 5305各处
理花后 qN值比东农 96026相应各处理 qN值大 ,说
明东农 5305耗散掉的光能部分较多 ,对产量的积累
产生抑制作用 ,一定程度上说明各处理产量低于相
应处理的东农 96026。两个品种各施氮处理非光化
学淬灭均比对照 N0处理低 ,表明施氮能抑制光能的
热耗散损失。两个品种在出现最小非光化学淬灭的
氮水平上存在差异 ,东农 5305在施氮 75kg/hm2时 ,
非光化学淬灭最小 ,东农 96026在施氮 150kg/hm2
时的非光化学淬灭最小 。
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作物杂志　Crops 2010.3
图 3　东农 5305和东农 96026旗叶非光化学淬灭变化
2.4　氮素对旗叶光化学淬灭的影响
小黑麦花后 qP的变化呈单峰曲线变化(见图
4),且两个品种 qN值变化不明显。从开花到花后
14d呈增加趋势 ,花后 14d光化学淬灭达最大值 ,随
后迅速下降 。东农 96026各处理的光化学淬灭值较
同一时期东农 5305相应处理高 ,说明东农 96026原
初电子受体 QA氧化形成能力高 , PSⅡ电子传递活
性大 ,在一定程度上说明东农 96026产量潜力高于
东农 5305。两个品种各施氮处理 qP均较对照 N0
高 ,说明施氮有利于提高旗叶的电子传递活性 ,从
而利于产量提高 。但并不是施氮越多越好 ,从东农
5035的变化趋势看 ,在 N75处理时 ,其旗叶的电子传
递活性最高 ,东农 96026在 N150处理时旗叶的光化
学淬灭最高。
图 4　东农 5305和东农 96026旗叶光化学淬灭变化
2.5　不同氮素水平对叶绿素荧光参数的影响
　　从表 1可以看出 ,两个小黑麦品种的旗叶叶绿
素荧光参数 Fm、Fv/Fm、qN、qP有着相同的变化趋
势。 Fm均随施氮量的增加而有所下降;Fv/Fm均
随施氮量的增加而呈现先升高后下降的趋势;qN值
均低于 N0处理 ,说明施氮能抑制光能的热散耗损
失;qP值均高于 N0处理 ,说明施氮有利于提高旗叶
的电子传递活性。
表 1　不同氮素水平对叶绿素荧光参数的影响
处理 东农 5305N0 N75 N150 N225
东农 96026
N0 N75 N150 N225
花后 0d Fm 0.865a 0.757b 0.719b 0.621c 0.901a 0.751b 0.762b 0.761b
Fv/Fm 0.773b 0.777a 0.752f 0.745g 0.773b 0.758e 0.763d 0.771c
qN 0.300a 0.272c 0.288b 0.296ab 0.255de 0.259d 0.230f 0.250e
qP 0.484d 0.586b 0.571bc 0.538c 0.548c 0.627a 0.629a 0.590b
花后 7d Fm 0.954c 0.931d 0.996a 0.894e 0.972b 0.983ab 0.874f 0.872f
Fv/Fm 0.816a 0.813ab 0.802ab 0.804ab 0.796bc 0.798ba 0.779d 0.784cd
qN 0.460a 0.300e 0.332d 0.380b 0.357c 0.268f 0.250g 0.303e
qP 0.633e 0.745a 0.707b 0.685c 0.655de 0.765a 0.768a 0.677cd
花后 14d Fm 0.917a 0.739d 0.748d 0.865b 0.744d 0.738d 0.820c 0.897a
Fv/Fm 0.781b 0.763c 0.781b 0.802a 0.775b 0.798a 0.803a 0.783b
qN 0.485a 0.362cd 0.363c 0.403b 0.373c 0.281e 0.259f 0.348d
qP 0.685f 0.748d 0.771c 0.755d 0.730e 0.856a 0.856a 0.794b
花后 21d Fm 1.026d 1.029d 0.986e 1.082c 1.153b 1.246a 1.152b 1.060cd
Fv/Fm 0.774bcd 0.77cd 0.777bc 0.768d 0.776bc 0.778bc 0.7878a 0.780ab
qN 0.502a 0.370d 0.428bc 0.440b 0.411c 0.290e 0.279e 0.368d
qP 0.558e 0.723b 0.699bc 0.616d 0.583e 0.758a 0.786a 0.681c
花后 28d Fm 0.647d 0.586e 0.536f 0.505g 0.842a 0.754b 0.434h 0.726c
Fv/Fm 0.598e 0.636d 0.562f 0.534g 0.752b 0.754b 0.742c 0.775a
qN 0.537a 0.443d 0.463c 0.499b 0.479c 0.361f 0.325g 0.417e
qP 0.421e 0.503c 0.492cd 0.483d 0.420e 0.634a 0.632a 0.530b
　注:方差分析采用新复极差检验方法
3　讨论
叶绿素直接参与了光合作用中最基本的反应 ,
也就是在反应中心通过电荷分离而引起的原初能量
转换的过程 ,而这一过程可以通过叶绿素荧光来反
映其效率 。
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前人对小黑麦叶绿素荧光方面的研究较少 ,而
在小麦中的研究较多 。有研究认为 ,施氮 、钾肥增加
小麦开花后旗叶叶绿素含量和净光合速率 ,提高 PS
Ⅱ最大光量子产量(Fv/Fm)等叶绿素荧光参数 [ 3] ;
也有研究表明 ,施氮显著提高了拔节期和抽穗期光
化学淬灭系数(qP),降低了叶片非光化学淬灭系数
(qN),并随施氮量增加明显下降 [ 4] 。刘瑞显等[ 5]认
为 ,低氮素水平的棉株更容易发生光合作用光抑制 。
朱艳等 [ 6]研究了不同蛋白质含量的小麦的叶绿素
荧光特性 ,得出小麦叶片叶绿素荧光参数 Fv/Fm和
Fv/Fo随施氮水平提高呈上升趋势的结论;本试验
表明 ,氮素水平对小黑麦叶绿素荧光参数的影响在
生育前期并不显著 ,而在生育后期则有显著的差异 。
东农 5305在低氮处理 N75时旗叶获得最高的电子传
递活性 ,说明施氮一方面提高了光能转换效率和 PS
Ⅱ的电子传递活性 ,另一方面抑制了光能的非光化
学耗散 ,成为产量提高的有力保障;东农 96026在中
氮水平(N150)时非光化学淬灭系数最小 ,有较高的
产量潜力 ,表明氮素水平对小黑麦的影响因品种不
同而有差异 。因此 ,提高氮素水平来增加产量时要
根据实际情况来定 ,并不是施氮越多产量越高 。
4　结论
在密度为 450万株 /hm2时 ,氮素水平对东农
5305和东农 96026的影响基本一致。两个小黑麦
品种的旗叶在 N0时取得较好的 Fm表现 ,其他 3个
参数出现了显著的差异 。东农 5305在 N75时有好的
Fv/Fm、低的 qN和较高的 qP表现;东农 96026则在
N150时有好的 Fv/Fm、低的 qN和较高的 qP表现。
说明东农 5305在 N75处理和东农 96026在 N150处理
时能获得最大的光能转换效率 ,有高的电子传递活
性 ,同时光能的耗散受到抑制 ,有最佳的光合作用保
护机制。过量施氮无助于小黑麦光合性能的提高 ,
光合能力并不随施氮量而呈同比例的改善。可见 ,
要通过施氮来获得高的光化学淬灭从而获得高的产
量 ,具体施氮水平还要因品种不同有差异。
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EffectsofNitrogenApplicationLevelsonChlorophyl
FluorescenceParameterofFlagLeafofTriticale
JiBiao, LiJing, ShangWennan, ChenLongtao, LiXinyuan, WeiShi
(AgriculturalCollege, NortheastAgriculturalUniversity, Harbin150030, Heilongjiang, China)
Abstract　InordertoexploretheappropriatenitrogenlevelsofTriticale, westudiedefectsofnitrogenapplication
levelsonchlorophylfluorescenceparameterofflagleafonTriticalevarieties“Dongnong5305” and“Dongnong
96026” underfieldconditions.TheresultsshowedthatmaximalfluorescenceofflagleafoftriticaledisplayedM-
shapedcurveafterflowering, anddecreasedwiththeincreasingoftheamountofnitrogenapplication.Maximumpho-
tochemicalquantumyieldofflagleafincreasedwiththeincreasingoftheamountofnitrogenapplication.Non-pho-
tochemicalquenchingofflagleaveswaslowerinNtreatmentthanN0 treatment.Chemicalquenchingofflagleaf
showedasinglepeakcurve, andthatwiththeNtreatmentwassignificantlyhigherthanthatwithN0 treatment.The
changesofchlorophylfluorescenceparametersinthetwoTriticalevarietieswerebasicalythesame.
Keywords　Triticale;Nitrogenlevels;Chlorophylfluorescence;Flagleaf
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