全 文 ：第 37卷 第 2期
2 0 1 0年 6月
福 建 林 业 科 技JourofFujianForestrySciand Tech
Vol.37　No.2
Jun., 2 0 1 0
doi:10.3969/j.issn.1002-7351.2010.02.002
水分胁迫条件下不同品种(类型)楸树的
叶绿素荧光特性研究
岑显超 1, 2 ,彭方仁1
(1.南京林业大学森林资源与环境学院 ,江苏 南京 210037;2.黔南州林业局 ,贵州 都匀 558000)
摘要:采用完全随机试验设计 ,在温室条件下研究了 8个不同品种(类型)楸树 1年生扦插苗在 4种不同水分胁迫(分别为
土壤田间含水量的 20%、 40%、 60%、80%)下的叶绿素荧光特性。结果表明:不同品种(类型)楸树苗木叶绿素荧光参数
Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR随着干旱胁迫程度的增加而逐渐降低;而 ФPSⅡ在干旱初期 , 随着干旱增加 ,其先降低后升高 , 后期随
干旱的增加而降低;胁迫初期 ,光叶楸 、豫楸 1号及楸树光合能力整体水平较其它 5个品种(类型)差 ,在干旱初期的不利逆
境下植株的自我调整能力较差;胁迫后期 , 光叶楸 、豫楸 1号和南阳楸发生光抑制大 , 光合能力较差。综合评价不同品种
(类型)楸树的抗旱能力从大到小排列为:梓树 >灰楸 >圆基长果楸 >金丝楸 >楸树 >南阳楸 >豫楸 1号 >光叶楸。
关键词:楸树;幼苗;水分胁迫;荧光特性
中图分类号:S792.110.1;Q945.11　　　文献标识码:A　　　文章编号:1002-7351(2010)02-0005-05
TheChlorophylFluorescenceCharacteristicsofDiferentVarieties(Types)ofCatalpabungei
underWaterStressCondition
CENXian-chao1, 2 , PENGFang-ren1
(1.ColegeofForestResourcesandEnvironmentNanjingForestryUniversity, Nanjing210037, Jiangsu, China;
2.ForestryBureauofQiannanAutonomousPrefecture, Duyun558000, Guizhou, China)
Abstract:Thefluorescencecharacteristicsof1-year-oldseedlingsof8differentsvarieties(types)ofCatalpabungeiwerestudiedby
acompletelyrandomexperimentdesignedwith4treatments(20%、 40%、60%、80%).Theresultsshowedthatthechlorophyllfluo-
rescenceparametersof8 varietiesofCatalpabungeisuchastheFv/Fm, Fv′/Fm′, ETRreducedwiththedecreasingofwatercontent
ofsoil, butФPSⅡ increaseatfirst, anddecreaseinthelater.Intheearlyperiodofwaterstress, thephotosynthesisabilityoflight
leafcatalpa, Yucatapla-1andCatalpabungeiwereinferior.Inthelaterperiodofwaterstress, thephotosynthesisabilityofGuang-
ye, Yu-1andNan-yangwereinferior.Theabilityofdroughtresistanceof8 diferentvarieties(types)ofCatalpabungeiwas:
catapla>ashcatapla>Yuan-chang>goldcatapla>Catalpabungei>Nanyangcatapla>Yucatapla-1>lightleafcatalpa.
Keywords:Catalpabungei;youngseedling;waterstress;fluorescencecharacteristic
　　水分是植物生长和发育的必要条件之一 [ 1] 。世界上约有三分之一的地区属于限制树木达到最大生
长量的干旱 、半干旱地区 ,而我国有 52%的国土面积属于干旱 、半干旱地区。由于干旱胁迫引起的树木 、
农作物减产的量是相当大的 ,相当于其它因素引起减产量的一半 [ 2] 。因此研究干旱胁迫下林木的抗旱性
有重要的实践指导意义[ 3] 。楸树(CatalpabungeiC.A..Mey.)为紫葳科(Bignoniaceae)梓树属乔木 ,原产
我国 ,是我国生态幅度较大的优良乡土树种 、特有的优质珍贵用材树种和著名园林观赏树种[ 4-5] 。目前对
楸树的主要生物学特性 、种质资源 、良种选育 、繁殖技术 、造林技术等方面开展了较为系统的研究 ,取得了
初步成果[ 6-7] 。但对楸树的干旱胁迫适应性及其机理的研究很少 ,本文对 8种不同品种(类型)楸树在水分
胁迫条件下的叶绿素荧光特性进行了研究 ,为楸树在干旱及半干旱立地条件下的栽培 、造林提供参考。
　收稿日期:2009-11-12;修回日期:2010-01-08
　基金项目:国家 “十一五”科技支撑项目 “楸树珍贵用材林培育关键技术研究与示范”(2006BAD24B08);江苏省农业三项
工程项目 “楸树种质资源保护及优良新品种选育与示范推广”(lysx(2009)45)
　作者简介:岑显超(1982—), 男 ,贵州平塘人 , 贵州省黔南州林业局助理工程师 ,硕士研究生 ,从事植物生理生态研究。
　通讯作者:彭方仁 , E-mail:Frpeng@njfu.edu.cn。
福 建 林 业 科 技 第 37卷
1　材料与方法
1.1　试验材料及处理
试验材料为生长健壮且无病害的 1年生嫩枝扦插苗(盆栽), 8个品种(类型)分别为:灰楸 、楸树 、南
阳楸(南阳)、金丝楸(金丝)、圆基长果楸(圆长)、光叶楸(光叶)、豫楸 1号(豫 1)和梓树。苗木水分胁迫
试验在南京林业大学温室进行 ,温度控制在 20 ～ 30℃。采用完全随机设计 ,设 4个水分梯度 ,其土壤含水
量分别为土壤田间含水量的 80%(CK)、60%(轻度干旱)、40%(中度干旱)、20%(重度干旱),每个梯度
重复 3次。用塑料膜封土盆口以减少水分蒸发 ,每天 18∶00用电子天平称土盆重 ,根据其变化补充水分到
设计要求。处理后 10 d(干旱初期)、30d(干旱后期)的上午 9∶00测定叶绿素荧光参数 。
1.2　测定方法
采用 FMS2型便携式调制荧光分析仪(Hansatechcorportion),参照冯玉龙 、李延菊等[ 8-9]的方法测定 。
先测定稳态荧光参数 Fs,同时加 1个强闪光(6 000 μmol·m-2·s-1),脉冲 0.8 s测定光下最大荧光参数
Fm′,关闭作用光 5 s后暗适应 3 s,在打开远红光 5 s后测定光下最小荧光参数 Fo′,光下的最大可变荧光
强度 Fv′,光化学猝灭系数 qP和 PSⅡ的非循环光合电子传递速率 ETR。叶片经暗室适应 20min后测定初
始荧光参数 Fo,随后加 1个强闪光(6 000μmol· m-2· s-1),脉冲 0.8 s测定最大荧光参数 Fm以及黑暗
中的最大荧光强度 Fv。其它荧光参数:可变荧光 Fv=Fm-Fo、最大荧光效率 Fv/Fm、PSⅡ有效光化学量
子效率 Fv′/Fm′、光化学猝灭系数 qP=(Fm′-Fs)/(Fm′-Fo′)、非光化学猝灭系数 qNP=(Fm-Fm′)/
(Fm-Fo)均可由仪器自动读出;通过计算 [ 11]得到潜在光化学效率 Fv/Fo, PSⅡ实际光化学效率 ФPSⅡ =
1-Fs′/Fm′,每处理重复测定 3次 。
2　结果与分析
2.1　水分胁迫对不同品种(类型)楸树的 Fv′/Fm′影响
Fv′/Fm′是光适应下 PSⅡ最大光化学效率 ,它反映有热耗散存在时 PSⅡ反应中心完全开放时的光化
学效率 ,也称为最大天线转换效率。
不同品种(类型)楸树干旱胁迫期间的 Fv′/Fm′变化见图 1。由图 1可知 ,随着干旱程度的加剧 ,楸树
品种(类型)的 Fv′/Fm′比值逐渐降低。干旱第 10 d,整体上来看 , Fv′/Fm′降幅都不大 ,与对照相比 ,其中
以光叶楸在重度干旱胁迫下 Fv′/Fm′比值降得最低 ,降低了 0.031,灰楸和金丝楸在重度干旱下 Fv′/Fm′
比值下降较少。说明光叶楸干旱 10d时受干旱胁迫影响较大 , PSⅡ反应中心开放程度受到影响 ,趋向变
小 。干旱第 30d,随着干旱时间的延长 ,与对照相比 ,各楸树品种(类型)的 Fv′/Fm′比值在干旱胁迫下进
一步下降 ,降幅最大的是光叶楸 ,比对照降低了 0.058;其次为灰楸 ,降低了 0.050;降幅较小的是金丝楸 。
表明干旱 30 d及严重干旱下光叶楸的 PSⅡ反应中心开放程度受影响最大 ,所以最大天线转换效率 Fv′/
Fm′降幅最大 ,为受害较重的品种(类型)。在干旱期间 ,各品种(类型)抵御干旱的能力随时间延长而逐
步降低 ,后期光叶楸受干旱影响情况最严重 ,而金丝楸最抗旱 。
2.2　水分胁迫对不同品种(类型)楸树的 Fv/Fm影响
叶绿素荧光动力学参数的测定中 ,经暗适应的叶片 ,测得的可变荧光 Fv与最大荧光参数 Fm的比值
Fv/Fm代表了最大光化学效率即原初光能转化效率 , Fv/Fm被认为是反映光抑制的可靠指标 ,比值越低
证明其发生光抑制的程度越高 。
不同品种(类型)楸树干旱胁迫期间的 Fv/Fm变化见图 2,由图中可知 ,随着干旱胁迫程度的加剧 ,不
同品种(类型)楸树的 Fv/Fm比值都随着降低 。干旱第 10d,光叶楸 Fv/Fm比值降低最大 ,达 0.021;其次
为豫楸 1号 ,降低了 0.020。表明干旱初期光叶楸和豫楸 1号发生的光抑制最大 ,光合速率受到较大影
响 ,不具备耐旱的特征 。干旱第 30d,光叶楸和豫楸 1号 Fv/Fm比值降幅最大 ,光叶楸降幅达 0.033,豫楸
1号达 0.024,表明干旱后期除了光叶楸外 ,豫楸 1号仍是发生光抑制较重的品种(类型),其光合作用受
破坏较重 ,受逆境影响大 ,发生光抑制最明显 ,光合速率受影响最大 ,说明光叶楸和豫楸 1号不耐旱。
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第 2期 岑显超 , 等:水分胁迫条件下不同品种(类型)楸树的叶绿素荧光特性研究
图 1　水分胁迫对 Fv′/Fm′的影响
图 2　水分胁迫对 Fv/Fm的影响
2.3　水分胁迫对不同品种(类型)楸树的 ФPSⅡ影响
ФPSⅡ是 PSⅡ实际光化学效率 ,它反映在光照下 PSⅡ反应中心部分关闭的情况下的实际光化学效
率 。 PSⅡ =(Fm′-Fs)/Fm′,是光适应下 PSⅡ最大光化学效率 ,它反映有热耗散存在时 PSⅡ反应中心
完全开放时的光化学效率 ,也称为最大天线转换效率 ,是荧光参数的重要内容。
不同品种(类型)楸树干旱胁迫期间的 ФPSⅡ变化见图 3 ,由图中可知 ,干旱 10 d时 ,随着干旱增加 ,
不同品种(类型)楸树的 ФPSⅡ值也随着干旱胁迫加剧 ,轻度胁迫先降低 ,重度胁迫后升高 ,但都低于对
照 。与对照相比 ,干旱第 10 d,轻度干旱胁迫下 ,降幅最大的是光叶楸 ,表明其际光化学效率最低 ,受干旱
胁迫影响较大 ,其次为楸树;干旱 30 d,各楸树品种(类型)随着干旱胁迫的加剧 , ФPSⅡ逐渐减低 ,降幅最
大的是光叶楸 ,降幅达 0.078,其次是灰楸 ,降幅达 0.051。表明光叶楸和灰楸是在光照时 PSⅡ反应中心
部分关闭的情况下实际光化学效率下降较大的 2个品种 。降幅最小的是梓树 ,降幅为 0.018,说明梓树实
际光化学效率受影响不大 ,有一定的抗旱能力 。
2.4　水分胁迫对不同品种(类型)楸树的 ETR影响
ETR代表的是表观光合电子传递速率 [ 10] 。不同品种(类型)楸树干旱胁迫期间的 ETR变化见图 4。
由图 4可知 ,随着干旱胁迫的加剧 ,不同品种(类型)楸树的 ETR值也随着干旱逐渐降低 。干旱第 10 d,不
同品种(类型)的 ETR都比对照显著降低 ,其中以光叶楸降幅最大 ,达到了 0.63;其次为楸树 ,降幅为
0.61。表明光叶楸干旱 10d时 ,在各品种(类型)楸树中表观光合电子传递速率下降最大 ,受干旱的影响
最大 ,属于不耐旱的品种(类型)。干旱 30 d,各楸树品种(类型)ETR继续降低 ,其中降幅最大的品种(类
型)是光叶楸 ,降幅达 0.73;其次为豫楸 1号 ,降幅达 0.60。表明干旱达到 30 d时 ,各品种(类型)楸树受
干旱影响较重 ,光和电子传递速率比对照降低 ,降幅仍以光叶楸最大 ,其次是豫楸 1号。降幅最小的是圆
基长果楸 ,说明其为比较耐旱的品种(类型),光合能力强 。
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福 建 林 业 科 技 第 37卷
图 3　水分胁迫对 ΥPSⅡ的影响
图 4　水分胁迫对 ETR的影响
3　结论与讨论
1)叶绿素荧光动力学参数是研究植物光化学效率 、光抑制与光破坏防御的有效工具 ,它以光合作用
理论为基础 ,利用叶绿素荧光作为天然探针[ 11-13] ,研究和探测植物光合作用状况及外界因子对其细微影
响的新型植物活体测定和诊断技术。利用脉冲调制荧光可以在非破坏性条件下观测叶绿体 PSⅡ的原初
光化学效率 Fv/Fm、PSⅡ有效光化学量子效率 Fv′/Fm′及通过 PSⅡ非环式电子流的量子效率 ФPSⅡ等 。
所以 ,该技术被广泛应用于植物生态 、植物抗逆性 、筛选高光效或抗逆品种 、转基因植物功能分析 、光抑制
和光破坏的防御机制等方面研究。
2)植物在逆境时 ,例如冷冻 、干旱 、水涝 、热害等环境时会产生适应 、伤害 、修复 、补偿等不同的阶段性
反应[ 14] ,在不同阶段各种生理指标反应都不一样 。叶绿素荧光可以快速地检测完整植株在逆境下光合作
用的真实行为 ,可以评价光合机构的功能。本试验通过测定叶绿素荧光参数的变化可以看出 ,不同品种
(类型)楸树荧光参数在干旱前期 、后期变化都不一样 ,这样就引发了光合作用的异常 ,也就影响了光合电
子的传递过程[ 15] 。
3)正常情况下 ,植物对光能的利用主要包括光化学反应转化光能和非化学热能耗散以及叶绿素荧光
形式耗散过剩的光能 。光化学反应和热耗散的变化会引起叶绿素荧光猝灭过程的相应变化 [ 16 -17] 。这 3
种途径之间存在着此消彼长的关系 ,因此可以通过对叶绿素荧光的观测来探究光合作用和热耗散情
况 [ 18] 。本研究结果表明 ,除了各品种(类型)的 ФPSⅡ在干旱初期先降低后升高外 ,随着干旱胁迫程度加
剧和时间的延长 ,各叶绿素荧光参数 Fv/Fm、Fv′/Fm′、ETR的变化都随着干旱胁迫的增加逐渐降低;在干
旱后期 ,抗旱性强的品种(类型)发生光抑制小 ,与对照相比其降幅也较小 。例如梓树 、灰楸和圆基长果
楸 ,在干旱后期表现较好的光合能力 ,与对照相比 ,其 Fv/Fm值降低最少。
4)光合作用是植物体内极为重要的代谢过程 ,它的强弱对于植物的生长 、产量及抗逆性都具有十分
重要的影响 ,因而可用光合作用作为判断植物生长和抗逆性强弱的指标 ,叶绿素荧光参数可有效的反映植
物的光合能力及机理 [ 18 -19] 。Fv/Fm被认为是反映光抑制的可靠指标 ,比值越低证明其发生光抑制的程
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第 2期 岑显超 , 等:水分胁迫条件下不同品种(类型)楸树的叶绿素荧光特性研究
度越高 。本研究根据不同品种(类型)楸树的 Fv/Fm结果表明:在干旱初期 ,光叶楸 、豫楸 1号及楸树光合
能力整体水平较其它 5品种(类型)为低 ,说明它们在干旱初期的不利逆境下植株的自我调整能力较差 ,
抵御干旱的能力弱。干旱后期 ,光叶楸 、豫楸 1号和南阳楸光合能力较差 ,光抑制大 ,光破坏严重 ,抗旱能
力在各品种(类型)中较差。依据干旱 30d(干旱末期)的 Fv/Fm综合评价不同品种(类型)楸树的光合能
力 ,进一步反应它们的抗旱性 ,它们抵御干旱的能力从大到小排列为梓树 >灰楸 >圆基长果楸 >金丝楸 >
楸树 >南阳楸 >豫楸 1号 >光叶楸。所以在干旱地区及季节性干旱的南方地区楸树栽培及造林可以选择
梓树 、灰楸 、圆基长果楸等较耐旱的品种(类型)。
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