全 文 ：干旱对苹果属植物叶绿素荧光参数的影响
李春霞1 ,2 ,曹 慧2 ,3 　
(1.延安职业技术学院 , 陕西延安 716000;2.山西农业大学园艺学院 , 山西太谷 030801;3.潍坊学院生物工程学院 , 山东潍坊 261061)
摘要　[目的]研究干旱对苹果属植物砧木荧光参数的影响。[方法]以 1年生抗旱能力较强的八棱海棠和抗旱性较弱的平邑甜茶实生
幼苗为试验材料 ,采用营养液水培法培养幼苗 , 用 20%聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱胁迫 ,对这 2种幼苗根系进行处理。[ 结果] 在干旱
胁迫下 ,2个苹果属植物品种叶绿素荧光动力学曲线发生了明显变化 , 随着干旱胁迫时间的延长 ,八棱海棠和平邑甜茶的 Yield 、ETR 、
Fv/ Fm 、qP均下降 ,且随着水分胁迫的加强 ,降低越明显 , F 0上升 , qN先上升后下降 ,但八棱海棠 F0上升幅度比平邑甜茶小 , 而 qN上升幅度比平邑甜茶大 ,说明八棱海棠 PSⅡ抵御干旱的能力比平邑甜茶强。[结论]干旱胁迫不仅直接引发苹果属植物光合结构的变化 ,
而且也影响光合电子的传递。
关键词　干旱;苹果属植物;叶绿素荧光参数
中图分类号　S 661.1　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2008)31-13536-03
Effects of Drought on Chlorophyll Fluorescence Parameters of Malus Plant
LI Chun-xia et al　(Yanan Vocational and Technical College, Yanan , Shaanxi 716000)
Abstract 　[Objective] The proposewas to study on the effects of drought on chlorophyll fluorescence parameters of Malus plant.[Method] With one-
year-old seedlings of Malus micromalus Rehd with stronger drought resistance and Malus hupehensis pamp Reld with weaker drought resistance as tested
materials , they were cultured by nutrient solution hydroponics method and their roots were treated by 20% polythyene glycol(PEG6000)that could simu-
late drought stress.[ Result] Under drought stress , the dynamical curve of chlorophyll fluorescence in 2 varieties of Malus plant showed an obvious change.
The quantum yield of PSⅡ linear electron(Yield), the electron transport rate(ETR), original light energy transforming rate(Fv/ Fm), and photochemi-
cal quenching coefficient(qP)of M.micromalus and M.hupehensis pamp were decreased with prolonging of drought stress time.WhileMinimal fluores-
cence(F 0)was risen and non-photochemical quenching coefficient(qN)was first increased and then decreased with the strengthening of drought stress.
The rising extent of Fo in M.micromalus was smaller then that in M.hupehensis pamp , while the rising extent of qN in the farmerwas greater then that
in later , showing that the ability of PSⅡ resisting drought in M.micromalus was stronger than that in M.hupehensis pamp.[ Conclusion] Drought stress not
only caused the change of photosynthetic structure in Malus plant directly , but also affect the transformation of photosynthetic electron.
Key words　Drought;Malus plant;Chlorophyll fluorescence parameter
作者简介　李春霞(1971-),女 ,陕西延安人 ,硕士 ,讲师 ,从事果树栽
培生理研究。
收稿日期　2008-08-11
　　干旱是抑制植物光合作用的最主要环境因子之一 ,干旱
胁迫能够导致光合器官的损伤 ,从而抑制植物的光合作用。
叶绿素荧光动力学是以光合作用理论为基础 ,利用叶绿素荧
光作为天然探针[ 1-3] ,研究和探测植物光合生理状况及各种
外界因子对其细微影响的新型植物活体测定和诊断技术 ,该
技术具有快速 、灵敏和无损伤等优点 ,是研究植物光合作用
的良好探针 。越来越多的研究表明 ,植物体内发出的荧光信
号包含了丰富的光合作用信息 ,且极易随外界环境的变化而
变化 ,可以用来快速 、灵敏和非破坏性地分析逆境因子对光
合作用的影响。叶绿素荧光参数作为植物理想的抗逆性指
标 ,已在作物的各种抗性生理上得到广泛运用 ,然而在苹果
上的相关报道还较少 。笔者选择 2个不同抗旱类型的苹果
砧木 ,研究干旱对苹果砧木荧光参数的影响 , 以探讨干旱对
苹果属抗旱性不同植物叶片光合器官的伤害机理 ,了解它们
的抗旱生理机制 ,为苹果抗旱育种和抗旱栽培管理提供
依据。
1　材料与方法
1.1　供试材料　以抗旱性较强的八棱海棠(Malus microma-
lus Rehd.)和抗旱性较弱的平邑甜茶(Malus hupehensis pamp
Reld.)1年生实生幼苗为试验材料。采用营养液水培法培养
幼苗。
1.2　方法　当幼苗长到 13 ～ 14片真叶时开始干旱处理 ,选
择 2个品种大小一致的幼苗 ,每个品种分成 2等份(每份 50
株),一份在正常营养液中培养作为对照 ,另一份移入含有
20%PEG6000的营养液(相当于-0.63 MPa)中进行干旱处
理 ,从处理开始 ,每 24 h取样测定 1次 ,直到植株完全死亡为
止 ,每个处理随机取样 ,每个指标测定均重复 3次。
采用德国WALZ 公司生产的 PAM-2100便携式调制叶绿
素荧光仪测定光合系统Ⅱ(PSⅡ)的主要参数。获取的主要参
数为:实际光化学量子产量(Yield),表观光合量子传递效率
(ETR),初始荧光(F0),最大荧光(Fm),PSⅡ最大光化学效率
或原初光能转换效率(Fv/Fm),光化学淬灭系数(qP),非光
化学淬灭系数(qN)。其中 , Yield 和 ETR 是利用“Run1”程序
直接测定 ,叶片不经过暗适应;F 0 、Fm、Fv/Fm是在“Run1”程
序执行完后 ,将所测样品放在暗处 ,使叶片充分暗适应 30
min后 ,利用“Run2” 程序测定;qP 、qN 是将叶片充分暗适应
30 min后 ,利用“Run3” 程序测定。上述参数每次都在同一叶
片上测定 ,各参数最终试验结果的数据均为 5次重复的平
均值 。
2　结果与分析
2.1　Yield和 ETR的变化　Yield常用来表示植物光合作用
下 PSⅡ总的光化学量子产额(实际光化学量子产量), 它反映
PSⅡ反应中心在部分关闭情况下的实际原初光能捕获效率 ,
叶片不经过暗适应在光下直接测定;ETR 可作为植物光合电
子传递效率快慢的指标[ 4] 。由图 1、2可知 ,随胁迫时间的延
长 ,八棱海棠和平邑甜茶的 Yield 和 ETR 均下降 ,在前期下
降缓慢 ,后期下降较快 ,说明在胁迫前期对PSⅡ的荧光量子产
量和电子传递速率影响小 ,随胁迫时间的延长 ,植株极度失
水直接影响了光合作用的电子传递 ,导致光合电子传递过程
受到抑制和损伤 ,光合电子传递速率下降和光合作用强度
减弱 。
2.2　Fv/Fm和 F0 变化　Fv/Fm 比值称为PSⅡ的原初光
安徽农业科学 , Journal of Anhui Agri.Sci.2008 , 36(31):13536-13538　　　　　　　　　　　　　　　　　责任编辑　金琼琼　责任校对　张士敏
能转化效率 ,表明 PSⅡ利用光能的能力 , F0 是 PSⅡ反应中心
全部开放即QA全部氧化时的荧光水平 ,它代表叶绿体类囊
体膜上的电荷密度和结构。由图 3、4可知 ,随胁迫时间的延
长 ,2个植物品种都表现为 Fv/Fm持续下降 ,F 0 不断增加。
Fv/Fm降低 ,说明干旱胁迫时叶片的 PSⅡ活性中心可能受
损 ,光合作用原初反应过程受到抑制;而F0 升高 ,表明PSⅡ反
应中心可能受到破坏或不可逆失活。但八棱海棠 Fv/Fm下
降和 F0上升的幅度小于平邑甜茶 ,且出现大幅度下降的时
间比平邑甜茶晚 ,说明八棱海棠比平邑甜茶抗旱。
图 1　干旱对苹果属植物 PSⅡ量子产量的影响
Fig.1　Effects of drought on PSⅡ quantumyield in Malus plants
图 2　干旱对苹果属植物PSⅡ电子传递速率的影响
Fig.2　Effects of drought on PSⅡ electron transport rate of Malus
plants
图 3　干旱对苹果属植物PSⅡ原初光能转化率的影响
Fig.3　Effects of drought on PSⅡprimary light energy conversion ef-
ficiency of Malus plants
2.3　qP 和 qN 的变化　光化学猝灭系数(qP)反映的是 PSⅡ
天线色素吸收的光能用于光化学电子传递的份额 ,要保持较
高的光化学猝灭就要使 PSⅡ反应中心处于“开放”状态 ,所以
光化学猝灭又在一定程度上反映了 PSⅡ反应中心应开放程
度 , qP 越大 , PSⅡ的电子传递活性越大[ 2] ;qN反映的是PSⅡ天
线色素吸收的不能用于光合电子传递而以热形式耗散掉的
光能部分 ,它是一种自我保护机制 ,对光合机构起一定的保
护作用[ 5] 。由图 5、6可知:①随着干旱胁迫时间的延长 ,2个
苹果属植物都表现出相同的变化趋势 ,即 qP逐渐下降 , qN
图4　干旱对苹果属植物 PSⅡ初始荧光的影响
Fig.4　Effects of drought on PSⅡ initial fluorescence of Malus plants
图 5　干旱对苹果属植物 PSⅡ化学猝灭系数的影响
Fig.5　Effects of drought on PSⅡ chemical quenching coefficient of
Malus plants
图 6　干旱对苹果属植物 PSⅡ非化学猝灭系数的影响
Fig.6　Effects of drought on PSⅡnon-chemical quenching coefficient
of Malus plants
逐渐上升而后又下降 ,且 qN的变化要比 qP提前 1 d;②平邑
甜茶从胁迫第 3天开始大幅度下降 ,而八棱海棠是在第 4天
开始大幅度下降;③平邑甜茶 qN 在整个处理期内上升幅度
小 ,而八棱海棠在胁迫后 1 d就较大幅度上升;④在胁迫后
1 d qN增加较快 ,可以看出苹果属 2个植物叶片在受到干旱
1353736卷 31期　　　　　　　　　　　　　　　李春霞等　干旱对苹果属植物叶绿素荧光参数的影响
胁迫时 ,其叶片光合电子传递活性降低 ,而且越来越多的吸
收光能通过非光化学的途径被耗散 ,表现出苹果叶片的自我
保护机制。就 2个植物比较来看 ,八棱海棠 qP 下降幅度比
平邑甜茶小 ,而 qN上升的幅度比平邑甜茶大 ,说明八棱海棠
具有更强的抵御干旱胁迫的能力 。
3　小结与讨论
干旱对植物光合作用的伤害是多方面的 ,不仅直接引发
光合机构的损伤 ,同时也影响光合电子传递 ,叶绿素荧光动
力学方法可以快速 、灵敏 、无损伤探测逆境胁迫对植物光合
作用的影响 。
Yield 反映光照条件下的量子产量 ,Yield 的降低也可以
作为反映光抑制程度的指标[ 6] 。ETR 反映了 PSⅡ在光照下
的表观电子传递速率 ,是表示植物光合能力大小的有效参
数。Fv/Fm能反映PSⅡ原初光能转化效率 ,非环境胁迫条件
下该参数变化极小 ,Fv/Fm 比值变动范围为 0.832±0.004 ,
不受物种和生长条件的影响 ,但在逆境条件下 ,这一比值显
著降低。F0增加可使植物叶片 PSⅡ反应中心出现不可逆的
失活和破坏 ,也可使植物叶片类囊体膜受到损伤 ,F0 增加量
越多 ,类囊体膜受损程度就越严重 ,它的变化程度可以用来
鉴别植物抵抗或忍耐干旱的能力[ 7] ,抗旱性越强的品种 F0
增加幅度越小。qP 和 qN分别表示当暗适应的样品照光后 ,
PSⅡ反应中心相对数目的变化和非辐射能量耗散的程度。 qP
愈大 ,表明PSⅡ的电子传递活性愈大 , qP 下降幅度越小 ,越抗
旱;qN值大小反映的是PSⅡ反应中心对天线色素吸收过量光
能后的热耗散能力及光合机构的损伤程度 ,是一种保护机
制[ 2, 8] 。PSⅡ通过提高非辐射性热耗散 ,消耗PSⅡ吸收的过剩
的光能 ,从而保护 PSⅡ反应中心免受因吸收过多光能而引起
的光氧化伤害。当植物处于胁迫时 , qN值增大;qN 上升幅
度越大 ,说明非辐射能量耗散的程度愈大 ,对光合系统破坏
愈小 ,品种越抗旱 。
从该试验的结果来看 ,干旱胁迫下 2个苹果属植物品种
叶绿素荧光动力学曲线发生了明显变化 ,随着干旱胁迫时间
的延长 ,八棱海棠和平邑甜茶的 Yield 、ETR 、Fv/Fm 、qP 均下
降 ,F0 上升 , qN先上升后下降 ,这一结果与其他学者的研究
结论是一致的[ 9-11] ,说明干旱胁迫降低了PSⅡ电子传递速率
和量子产量 ,抑制了PSⅡ的光化学活性 ,使 2个属植物PSⅡ的
原初光能转化效率 、PSⅡ实际光能转化效率受到抑制。但八
棱海棠 Yield 、ETR 、Fv/Fm 、qP 下降的幅度和 F0 上升的幅
度比平邑甜茶小 ,而 qN上升的幅度比平邑甜茶大 ,说明八棱
海棠 PSⅡ抵御干旱胁迫的能力比平邑甜茶强 。干旱胁迫不
仅直接引发了苹果属植物光合结构的变化 , 同时也影响光
合电子传递。不同抗旱品种对干旱胁迫的响应趋势一致 ,但
变化幅度差异较大 ,反映不同品种叶绿素荧光参数对干旱胁
迫的反应差异 。
另外 ,在前期 ,上述参数变化比后期慢而小 ,可能是因为
在干旱前期 ,由于体内的各种防御机制的保护 ,光合作用虽
受到抑制 ,但对光合系统没有造成破坏。随着胁迫时间延
长 ,超过植物的抵抗能力 ,就表现为PSⅡ反应中心的电子传递
受到限制 ,光合活力受到抑制 ,类囊体膜受损程度增加 ,光合
系统受到严重损伤 ,叶片光合作用无法正常进行。
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(上接第 13530页)
用乳胶套盛营养液 ,断根只需插入营养液先端 2 ～ 3 cm ,不
损坏根;乳胶套绑紧口后倾斜 ,营养液被完全吸收。过去认
为 ,根系输液的营养液运往树冠的部位在所输根的对侧 ,如
树的一侧发生缺铁失绿症 ,需要在树的对侧挖根埋瓶输液 ,
笔者的试验证明 ,营养液是从所输根向上运输。
(3)断根对铁的吸收是被动吸收 ,断根吸收的铁在树
体内的运输部位是靠近形成层的木质部导管 ,叶片的蒸腾
作用是其运输的主要动力 ,因此输入的铁主要运往叶片 。
薛进军等观察到铁液主要沿所输根上运 ,分配上具有一定
的局限性 ,适当增加铁液输根的数量和所输根的粗度有益
于解决这一问题[ 4] 。
(4)关于叶绿素与光合速率的关系因叶龄 、叶绿素含
量而表现出一定的差异性。目前基本认同叶绿素在光化学
反应中起着重要作用 ,叶绿素 a是植物利用日光能的主要
色素 ,叶绿素 b是辅助色素。在同一时期内植物叶片的叶
绿素含量与光合速率呈正相关关系 ,叶绿素含量与光合速
率有密切的关系[ 5] ,该试验的结果也证明了这一点。关于
断根输液后二价铁进入叶片后 ,如何从叶脉导管内进入叶
肉细胞尚需进一步研究。
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