全 文 ：植物生理学通讯 第43卷 第1期，2007年2月 93
收稿 2006-09-06 修定　 2007-01-12
资助　 国家自然科学基金(30070487)和国家“863”计划
(2006AA10A107)。
*通讯作者(E-mail: jrzhang@sdu.edu.cn；Tel：0531-
88364350)。
低温对不同磷水平下玉米叶片几种与光合作用有关的生理指标的影响
张可炜，王贤丽，王雷，刘志刚，张举仁*
山东大学生命科学学院，济南 250100
提要：采用砂培方法检测低温低磷下玉米自交系‘齐 319’和‘99038’苗期叶片几种与光合作用有关的生理指标变化。
结果表明：低温(昼 / 夜，10 ℃/8 ℃)胁迫下，2 个自交系的净光合速率(Pn)、作用光下的实际 PSII 光化学效率(FPSII)、光
系统 II (PSII)的原初光能转化效率(Fv/Fm)和 PSII 潜在活性 Fv/Fo 均下降；低磷(磷浓度为 1.95 mg·L-1)下，低温对 Pn、FPSII、
Fv/Fm 和Fv/Fo 的影响更明显；低温胁迫下的叶绿素含量和生物量减少，可溶性糖含量增加；多磷(磷浓度为19.50 mg·L-1)下
无机磷和总磷含量增加，低磷下则下降。在相同的条件下，‘99038’的生物量、Pn、FPSII、Fv/Fm 和Fv/Fo 的降幅均小于‘齐
319 ’，可溶性糖含量增加幅度则比其高。
关键词：低温；低磷；光合作用；玉米
Effects of Low Temperature on Some Physiological Indices of Photosynthesis
of Maize (Zea mays L.) Inbred Lines under Different Phosphorus Nutrition
Level
ZHANG Ke-Wei, WANG Xian-Li, WANG Lei, LIU Zhi-Gang, ZHANG Ju-Ren*
School of Life Sciences, Shandong University, Jinan 250100, China
Abstract: Using sand culture, maize inbred lines cv. 99038 and cv. Qi-319 were studied for their some physi-
ological indices of photosynthesis at seedling under low level phosphorus and low temperature conditions. The
results were shown as follows: Their net photosynthetic rate (Pn), actual PSII efficiency (FPSII), Fv/Fm and Fv/
Fo were decreased by low temperature stress (day/night, 10 ºC/8 ºC), which were decreased remarkably by
both low level phosphorus and low temperature stress. Under low temperature conditions, the content of chlo-
rophyll and biomass were decreased, while the content of soluble sugar was increased. The content of inorganic
phosphate and total phosphate were increased in normal P treatment, which were decreased in low P stress. The
reduction of biomass, Pn, FPSII, Fv/Fm and Fv/Fo were less and the increment of the content of soluble sugar of
cv. 99038 was more than cv. Qi-319 at same treatment.
Key words: low temperature; low phosphorus; photosynthesis; maize
玉米是喜温作物，尤其是在发育早期对冷害
很敏感。当温度低于玉米最适生长温度时，光合
速率和一些与光合作用相关的叶绿体合成、酶促
反应、光合产物运输等都会受到负面的影响(Maiti
和Wesche-Ebeling 1998)。低温还影响光合作用中
光系统的修复能力，加剧光对光合作用的抑制
(Starck 等 2000)。磷是植物生长发育的必需元
素，它参与光合作用各个环节(包括光能吸收、同
化力的形成、卡尔文循环、同化产物的运输以及
对一些关键性酶活性的影响等)的调节，在提高作
物光合能力和缓减逆境胁迫中起重要作用。在大
田土壤中，磷往往与铝、铁、钙等结合形成作
物难以吸收的难溶性磷，以致耕地呈现不同程度
的缺磷。我国北方广大地区，特别是东北玉米产
区，玉米的正常成熟和高产稳产常受到温度因素
的制约，尤其是低温冷害的不利影响。由于各种
环境因素如冷热、干旱、盐渍、缺素等都直接
或间接地影响光合作用(孙学成等2006；Yamori等
2005；梁秀兰等 2005)，玉米在其生长发育过程
中，还有可能遇到低温和营养元素亏缺的共同胁
迫。有关低磷或者低温胁迫下的玉米光合作用和
叶绿素荧光的研究较多( J a n d a 等 1 9 9 8 ；
Fracheboud 等 2004；Lootens 等 2004)，而低温
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低磷协同胁迫对作物光合作用影响的报道则较少
(Starck等2000)。因此研究不同磷营养水平下低
温胁迫对玉米光合作用相关指标的影响既有理论价
值，也有现实意义。我们实验室采用细胞工程技
术获得耐低磷植株(张可炜等2000)，并经过多代
自交获得耐低磷的自交系 ‘99038’(Li等2007)。本
文以自交系 ‘齐319’和耐低磷自交系 ‘99038’为材
料，研究其在不同磷水平下对低温胁迫的反应。
材料与方法
实验材料为玉米(Zea mays L.)耐低磷自交系
‘99038’ 和用作对照的自交系 ‘ 齐319’。耐低磷自
交系 ‘99038’是来自 ‘齐319’的细胞突变体，通过
以下途径获得：以玉米自交系 ‘ 齐 319 ’ 为材料，
取其幼胚诱导胚性愈伤组织并继代培养，将继代
培养半年左右的胚性愈伤组织转移到不加磷酸盐的
培养基上进行筛选，在连续筛选 5 代后，挑出生
长较好的胚性愈伤组织进行分化。再生植株移栽
成活后自交结实，子一代通过砂培进行低磷胁迫
处理，筛选出耐低磷株系，经多代自交筛选获得
耐低磷自交系 ‘9 9 0 3 8 ’。在低磷胁迫下自交系
‘99038’ 比 ‘ 齐319’ 具有苗期根系发达、从低磷环
境中获取磷素能力强的特点(Li等2007)。
自交系 ‘99038’和 ‘齐319’的种子分别播于装
有洗涤干净沙子的塑料盆中，在自然光照下培
养，每盆留 3 株生长一致的幼苗。植株生长至 1
叶 1 心期后，分别浇 1/2MS 营养液(正常磷处理，
记为多磷，营养液磷浓度为19.35 mg·L-1)，或1/2
MS 营养液中去除部分磷元素(少磷处理，记为少
磷，磷浓度为 1.95 mg·L-1)。去除部分磷元素的
1/2MS营养液中少加的磷酸盐中的K+用 KCl补齐，
保持K+ 浓度与 1/2MS 营养液中的相同。每盆每天
浇100 mL营养液，同时用自来水补充秧苗所需水
分。玉米幼苗长至四叶一心期时，移至人工气候
室中进行低温处理2 d。昼夜温度为10 ℃/8 ℃，
光周期为 12 h/12 h，湿度为 70%，光强为 800
mmol·m-2·s-1。
实验中温度与磷各设 2 个水平，以常温下多
磷(25 ℃/多磷)为对照，设置常温下少磷(25 ℃/
少磷)、低温多磷(10 ℃/多磷)和低温少磷(10 ℃/
少磷) 3 个处理。
叶绿素的提取参考Arnon (1949)的方法。无
机磷测定按Arthur (1989)文中的方法。全磷含量
的测定用 H2SO4-H2O2 消煮，用钼锑抗比色法测定
(鲍士旦2002)。以 80% 乙醇提取可溶性总糖，蒽
酮法(Yemm和Willis 1954)测定。 用Li-Cor6400型
便携式光合系统测定第 3 全展叶的净光合速率。
叶室温度为25 ℃，光强为800 µmol·m-2·s-1。
在测定叶片净光合速率的同一位置上用FMS-
2型调制式荧光仪(英国Hansatech公司)测定荧光参
数。测量 Fo 和 Fm 之前叶片暗适应 30 min。测量
时利用该系统Modfluor软件编程并将测定程序输
入荧光仪，由荧光仪自动测量完成整个过程。测
量的光强不大于1 µmol·m-2·s-1，作用光光强(800
µmol·m-2·s-1)与材料培养时的光强一致，饱和脉冲
光的光强约6 000 µmol·m-2·s-1。各参数意义及计
算公式如下：PSII最大光化学效率Fv/Fm=(Fm-Fo)/
Fm (Krause和Weis 1991); PSII实际光化学转化效
率：FPSII=(Fm -Fs)/Fm (Genty等1989)。Fo为暗
适应时的初始荧光；Fm 为暗适应时的最大荧光；
Fv 为暗适应时的最大可变荧光；Fs 为稳态荧光；
Fm 为光适应时的最大荧光。所有数据均用SPSS
11.5 软件进行处理。
结果与讨论
1 低磷低温对玉米幼苗生物量、叶中叶绿素和可
溶性糖含量的影响
表 1 显示，(1 )常温少磷、低温多磷、低温
少磷条件下自交系 ‘99038’和 ‘齐319’的生物量下
降。相同的处理下，‘99038 ’ 的生物量高于 ‘ 齐
319’。常温少磷、低温多磷的条件下 ‘99038’ 的
生物量与 ‘齐319’间差异显著。说明 ‘99038’的幼
苗生长受低磷低温的影响比 ‘ 齐319’ 小。(2)常温
少磷条件下 ‘99038’和 ‘齐319’叶中叶绿素的含量
增加。在低温多磷、低温少磷条件下二者叶绿素
含量显著下降，尤其是低温少磷下的叶绿素含量
最低。在相同条件下 ‘99038’和 ‘齐319’之间差异
不显著。(3)常温少磷、低温多磷、低温少磷条件
下 ‘99038’和 ‘齐319’玉米幼苗叶中的可溶性糖含
量显著增加。在相同处理下，‘99038 ’ 的可溶性
糖含量高于‘齐319’，尤其在低温多磷时比‘齐319’
植物生理学通讯 第43卷 第1期，2007年2月 95
高出34.99%。一般认为可溶性糖含量与植物的抗
冷性呈正相关。低温胁迫下 ‘99038’的幼苗叶中可
溶性糖含量显著高于 ‘ 齐 319’，表明 ‘99038’ 比
‘ 齐 319’ 可能有更强的抗低温胁迫能力。
2 低磷低温对玉米叶中无机磷和总磷含量的影响
从表(2)可见，(1)低温少磷条件下，‘99038’
和‘齐319’叶中无机磷含量与各自常温多磷相比均
明显下降，二者的下降幅度相近。低温多磷条件
下，自交系 ‘99038’和 ‘齐319’叶中无机磷含量变
化与低温少磷的不同，均显著升高。常温少磷条
件下二者与各自常温多磷差异不显著。在相同处
理条件下，‘9 9 0 3 8 ’ 叶中无机磷含量高于 ‘ 齐
319’，低温多磷条件下二者之间差异显著。(2)常
温少磷、低温少磷条件下，‘99038’ 和 ‘ 齐 319’
植株叶中总磷含量下降明显，低温多磷时显著增
加。在相同条件下，自交系 ‘99038’ 叶中总磷含
量均高于自交系 ‘ 齐 319’，但只有低温多磷和低
温少磷条件下二者差异显著。
3 低磷低温对玉米幼苗光合速率的影响
常温少磷、低温多磷和低温少磷条件下
‘99038’ 和 ‘ 齐319’ 叶片光合速率都显著下降，各
自降低的幅度不同，‘ 齐 3 1 9 ’ 的下降幅度大于
‘99038’，特别是低温少磷条件下二自交系的光合
速率值最低。相同条件下 ‘99038’的净光合速率显
著高于 ‘齐319’(表3)。从低温胁迫下玉米幼苗光
合速率的变化看，在不同的磷水平下，‘99038 ’
的耐低温能力较强，低温胁迫下对光的利用率较
高。
4 低磷低温对玉米幼苗叶绿素荧光的影响
表 3 显示，(1 )常温少磷、低温多磷、低温
少磷条件下，‘99038’ 和 ‘ 齐319’ 叶片的Fv/Fm 和
F P S I I 都显著下降，‘ 齐 3 1 9 ’ 的下降幅度大于
‘99038’，其中低温少磷时 Fv/Fm 和 FPSII 值最低。
相同条件下 ‘99038’ 的Fv/Fm 和 FPSII 显著高于 ‘ 齐
319’。Fv/Fm 可反映 PSII 的最大光化学效率，而
FPSII 是表示实际的光化学效率，Fv/Fm 及 FPSII 降
表1 低温对玉米幼苗生物量、叶中叶绿素和可溶性糖含量的影响
Table 1 Effects of low temperature on biomass, chlorophyll and soluble sugar contents in leaves of maize seedling
自交系 处理 生物量/g (DW)·植株-1 叶绿素含量/mg·g-1 (FW) 可溶性糖 / % (DW)
‘99038’ 常温多磷 0.91±0.15a 1.31±0.11b 2.42±0.11f
常温少磷 0.64±0.05c 1.59±0.15a 3.21±0.12c
低温多磷 0.82±0.04a 0.78±0.03c 5.23±0.15a
低温少磷 0.54±0.04e 0.55±0.05d 3.53±0.15b
‘ 齐 319’ 常温多磷 0.82±0.06a 1.27±0.15b 2.67±0.12e
常温少磷 0.59±0.04d 1.59±0.07a 3.40±0.18b
低温多磷 0.70±0.09b 0.77±0.03c 2.86±0.16d
低温少磷 0.49±0.05d 0.56±0.06d 2.83±0.17d
　　表中各列数据后小写字母不同表示其差异在 5 % 水平上显著，下同。
表2 低温对玉米幼苗叶中无机磷和总磷含量的影响
Table 2 Effects of low temperature on inorganic and total phosphorus contents in leaves of maize seedling
自交系 处理 无机磷含量/mmol·g-1 (FW) 总磷含量/mmol·g-1 (DW)
‘99038’ 常温多磷 10.57±0.92c 107.82±4.62c
常温少磷 10.09±0.67c 35.41±2.45e
低温多磷 26.30±0.38a 154.03±1.90a
低温少磷 5.43±0.28d 20.81±1.45g
‘ 齐 319’ 常温多磷 10.31±0.18c 105.94±5.52cd
常温少磷 9.76±0.67c 25.67±1.43f
低温多磷 15.09±1.25b 115.65±5.05b
低温少磷 5.29±0.27e 18.62±0.80g
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低，表示其光能转换效率降低，这说明在低温胁迫
下 ‘ 齐319’ 对光能的利用效率低于 ‘99038’。(2)常
温少磷、低温多磷、低温少磷导致 ‘99038’ 和 ‘ 齐
319 ’ 叶片的 PSII 的潜在活性 Fv/F o 显著下降，
‘99038’ 的下降幅度比 ‘ 齐319’ 低，其中低温少磷
条件下二自交系 Fv/Fo 降到最低值。相同的条件
下，‘99038’的PSII的潜在活性Fv/Fo高于‘齐319’。
研究表明有较强的耐冷性品种在低温胁迫下具有
Fv/Fm 和 Fv/Fo 下降幅度小的特点(Janda等 1998)，
低温胁迫下 ‘99038’的Fv/Fm和Fv/Fo的下降幅度低
于 ‘ 齐 319’，表明 ‘99038’ 耐低温能力可能强于
‘ 齐 319 ’。
综上所述可以得出以下结论：(1) Fv/Fo 可将
低温对植物的伤害以数量的形式表达出来(王可玢
等 1996)，Fv/F o 则是 Fv/F m 的另一种表达形式
(Krause和Weis 1991)。本文结果显示常温少磷、
低温多磷、低温少磷处理引起的Fv/Fo的变化幅度
比Fv/Fm大得多(表3)，因此Fv/Fo可能是检测实验
材料适应低温逆境能力中理想的指标之一。( 2 )
Frachebound等(2004)的研究表明，玉米叶绿素荧
光动力学参数可表示光合系统的电子传递能力及光
能利用效率，据此可有效地选择出抗冷性强的玉
米品种。耐寒品种具有 Fv/Fm 和 FPSII 下降幅度小
的特点(Frachebound等1999)。本文中Fv/Fm、Fv/
Fo和FPSII的变化差异，体现了 ‘99038’与 ‘齐319’
对低温胁迫反应的差异，在相同的条件下 ‘99038’
的 Fv/Fm、Fv/Fo 和 FPSII 下降幅度小于 ‘ 齐 319’，
表明 ‘99038’在不同磷水平下比 ‘齐319’可能有更
强的抗衡低温胁迫的能力。‘99038’幼苗在低温胁
迫下可维持较高的光能利用率，而 ‘ 齐 319’ 则表
现较差。Furbank (1987)认为，低温对光合不良的
影响是由于低温胁迫下叶组织中Pi含量下降所致。
不同磷水平下‘99038’的叶中无机磷和总磷含量均
高于 ‘齐319’，这可能是其光合作用受低温影响较
小造成的。
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表3 低温对玉米幼苗光合速率和荧光参数的影响
Table 3 Effects of low temperature on photosynthetic rate and fluorescence parameters of maize seedlings
自交系 处理 光合速率/mmol·m-2·s-1 Fv/Fo Fv/Fm FPSII
‘99038’ 常温多磷 15.40±0.41a 7.47±0.71a 0.881±0.099a 0.671±0.039a
常温少磷 9.83±0.38c 4.20±0.53c 0.814±0.106e 0.167±0.021d
低温多磷 10.70±0.42c 4.85±0.05b 0.829±0.015c 0.593±0.029b
低温少磷 2.15±0.07e 3.32±0.49d 0.767±0.026f 0.146±0.022e
‘ 齐 319’ 常温多磷 13.65±0.64b 7.42±0.39a 0.861±0.056b 0.592±0.035b
常温少磷 6.00±0.50d 3.42±0.27d 0.782±0.057d 0.092±0.004f
低温多磷 6.28±1.03d 4.26±0.20c 0.810±0.073d 0.308±0.011c
低温少磷 1.60±0.08f 1.15±0.46e 0.521±0.102g 0.025±0.002g
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