全 文 ：第 26卷　第 4期 中　南　林　学　院　学　报 Vol. 26　 No. 4
　 2006年 8月 JOU RN AL OF CENT RAL SOUT H FO RESTRY UNIV ERSITY Aug. 2006　
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[文章编号 ] 1000- 2502( 2006) 04- 0027- 04
水分胁迫对美国山核桃叶绿素荧光参数的影响
吕芳德 1 ,徐德聪 2 ,栗　彬 1
( 1.中南林业科技大学资源与环境学院 ,湖南 长沙 410004; 2.宿州学院 ,安徽宿州 234000)
[摘　要 ]　研究水分胁迫对美国山核桃叶绿素荧光参数的影响 ,以探究水分胁迫损伤光合作用的机理 .结果表明:在离体快速干旱
水分胁迫处理方式下 ,美国山核桃叶片Fo、Fm、 Fv /Fm、Fv /Fo、 qP在离体 6 h时均下降 ,但降低幅度不大 ; Yield和 qN在离体 6 h时分
别显著下降和上升 ,此说明美国山核桃苗遭遇水分胁迫时 ,叶片的 PSII反应中心电子传递活性受到了一定程度的影响 ,但影响不大 ;
光合电子传递速率明显下降 , PSII反应中心耗散过剩光能的能力增强 ,其可作为品种耐旱能力的鉴定指标 .
[关键词 ]　植物生理学 ;美国山核桃 ;水分胁迫 ;叶绿素荧光
[中图分类号 ]　 S664. 1; S761. 1　　　　 [文献标识码 ]　 A
Effect of Water Stress on the Chlorophyll
Fluorescence Parameters of Pecan
Lǜ Fang-de1 , X U De-cong2 , LI Bin1
( 1. School of Resou rces and Environm en t, Cen t ral Sou th Univ ersi ty of Fores t ry and Tech nology, Ch angsha 410004, Hunan, China;
2. Suzhou College, Suzhou 234000, Anhui, China)
Abstract: The ef fect of water s t res s on th e chlo roph yll f luorescence parameters of p ecan w as studied in order to probe th e damage
mechanism of w ater s tress on ph otosynthesis. The resul ts show that af ter detach ed d rought t reatmen t of 6 h, Fo, Fm , Fv / Fm ,
Fv / Fo , qP all t ook a sligh t b ut no t signi fican t decreas e, and af ter th e same t reatment , yield decreas ed signif ican tly w hile qN
increased obvious ly. The result s indicate that the elect ron-t ransmi tted act ivi ty of PSII reaction center w as li t tl e af fected and th at th e
elect ron t ransporting rate decreas ed signifi cant ly w hi le th e abili ty of dis sipation increased obvious ly. This can be used as th e
determination ind ex to pecan s tolerance of d rought .
Key words: plan t physidog y; pecan; w ater st ress; ch lorophyl l f luorescence
水分是植物生长和发育的必要条件之一 ,也是限制植物在自然界分布和影响植物生产力的一个重要因素 .
淹水胁迫研究已有报道 [1～ 3 ] .对于陆地植物说来 ,干旱是一个最具威胁力的逆境 . W pfeffer早在 1900年就已发
现干旱时萎蔫的叶子中的光合作用降低了 [4 ] .随后的大量研究工作说明了光合作用是受干旱胁迫影响最显著
的生理过程之一 .植物体内叶绿素荧光是探测和分析植物光合功能的一个重要手段 ,为研究 PSII及其光合电
子传递提供了丰富的信息 ,是研究植物光合生理与逆境胁迫关系的理想探针 [5 ] .研究者利用荧光分析方法研究
了低温、高温、水分及盐分等主要环境因子对植物光合作用的影响 [6 ] ,并对多种植物进行了尝试利用 ,然而对于
美国山核桃未见相关报道 .本文中研究了水分胁迫对美国山核桃叶绿素荧光参数的影响 ,旨在了解干旱损伤光
合作用的机理并为美国山核桃抗旱育种提供可供借鉴的技术和方法 .
1　实验地概况
实验地设于湖南省永州市冷水滩区苗圃 .地理位置为北纬 24°39′～ 26°51′,东经 111°06′～ 112°21′,气候系典
⒇ [收稿日期 ] 2006-02-08
[作者简介 ] 吕芳德 ( 1953- )男 ,湖南永州人 ,教授 ,硕士 ,主要从事经济林栽培育种教学和科研工作 .
型的亚热带湿润气候 .年总辐射量 429. 8 k J/cm2 ,年日照时数 1 629. 2 h ,年平均气温 17. 8℃ , 1月和 7月平均气温
分别为 5. 9℃和 28. 9℃ ,绝对最低气温和绝对最高气温分别为- 7. 0℃和 43. 7℃ ,年降水量为 1 605 mm,年平均相
对湿度 78%～ 83% , 4～ 6月为雨季 ,占全年降水的 45% ～ 50% ,全年无霜期 310. 6 d;土壤为第四纪红壤 .
2　材料与方法
表 1　实验材料品种
Table 1　 The varieties for experiment
供试品种 品种类型 备注
UM 5-20 西部品种 ( Moore种子中的抗病类型 )
Fru toso 南部品种 3年生实生苗
金华 1号 对照品种
2. 1　实验材料
实验材料为生长在采穗圃中的 UM5-20、 Fruto so、金
华 1号 3个品种 ,每品种各选 3株作为重复 ,均在树冠外
周中部取样 .种源均来自美国农业部农业研究署国立得
克萨斯山核桃无性系种质基因库 ,具体名称见表 1(品种
类型依据 Woodroof按产地和适应性划分 ) .
2. 2　实验方法
2. 2. 1　实验设计
选择 UM5-20、 Frutoso、金华 1号 3个品种 3年生苗木的离体叶片 ,每品种 6片叶 ,进行室内水分胁迫处理
以及叶绿素荧光参数测定 .先对鲜叶进行叶绿素荧光参数测定 ,后将各品种叶片轮回放入水分测定仪中 (温度
设置为 30℃ )进行水分胁迫 ,设置失水 2、 4、 6 h等 3个处理时间 ,以人为造成含水率梯度后得到不同失水程度
的叶片 .每个时段结束时测定 1次荧光参数值 ,同时记录下每个时段结束时水分测定仪上的读数 .
2. 2. 2　叶片含水量的测定
用瑞士梅特勒 -托利多仪器 (上海 )有限公司生产的 HG53卤素快速水分测定仪测定 ,温度取 105℃ ,计算公
式为:
　　叶片含水量= [ (叶鲜质量 -叶干质量 ) /叶鲜质量 ]× 100% .
2. 2. 3　叶绿素荧光参数的测定
用便携式叶绿素荧光仪 ( PAM-2000, Walz, Germany )和带数据获得软件 ( DA-2000, Heinz, W alz) 的计算
机连体测定 .获取的主要参数为: Fo(初始荧光 ) , Fm (最大荧光 ) ,Fv= Fm- Fo(可变荧光 ) ,Fv /Fm ( PSII最大
光化学效率或原初光能转换效率 ) , Fv /Fo ( PSII的潜在活性 ) , Yield( PSII总的光化学量子产额 ) , qP (光化学
猝灭系数 ) ,qN (非光化学猝灭系数 ) . Fo以弱调制测量光 ( 0. 05μmol· m- 2· s- 1 )诱导产生 ,Fm以强饱和闪光
( 6 000μmol· m- 2· s- 1 )激发 ,闪光 2 s,计算 Fv /Fm 和 Fv /Fo; Yield在光下直接测定 ,在光化光打开之前 ,首
先测定 1次 Fo和 Fm ,然后在自然光照下系列饱和脉冲启动 ,施加多次强饱和闪光脉冲 ( 6 000
μmo l· m- 2· s- 1 ,脉冲时间 2 s) ,记录每次光适应下的 Ft、 Fm′,每隔 20 s测定 1次 ,直至脉冲终止 ,取最后 6次
闪光的平均值 (因闪光 10次后基本达到稳态 ) ; qP 和 qN 用暗适应后的叶片在弱调制测量光 ( 0. 05
μmo l· m- 2· s- 1 )下诱导产生初始荧光 Fo,随后用强饱和脉冲 ( 6 000μmo l· m- 2· s- 1 )激发产生最大荧光Fm.
打开光化光 ,在荧光下降到稳态水平时 ,用饱和脉冲闪光 (脉冲时间 2 s, 2次闪光的间歇为 20 s)激发产生 Fm′,
图 1　离体时间对不同品种美国山核桃叶片含水量的影响
Fig. 1　 The ef f ect of dehydrated time on leaf water content　　　　　 of dif ferent pecan varieties
然后关闭光化光 .用如下公式计算出 qP和 qN .
　　qP= (Fm′- Ft ) /( Fm′- Fo) .
　　qN= ( Fm- Fm′) /( Fm- Fo) .
3　结果与分析
3. 1　离体时间对叶片含水量的影响
由图 1可见 ,随着对叶片失水处理时间的延长 ,
3品种美国山核桃叶片的含水量急剧降低 .离体失
水处理 2 h后 , Fruto so、 UM5-20、金华 1号叶片含水
量分别比对照降低了 31. 26% 、 30. 33%和 29. 51% ;
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图 2　离体时间对不同品种美国山核桃叶片荧光参数的影响
Fig. 2　 The ef fect of dehydrated time on chlorophyll f luorescence
　 　　　 parameters of diff erent pecan var ieties
处理 4 h后 , 3品种叶片含水量分别比对照降低了
50. 34% 、 49. 74%和 48. 16% ;处理 6 h后 ,分别比
对照降低了 65. 3%、 65. 24%和 63. 24% . 3品种降
幅始终维持在近似相等的水平 ,可以看出美国山
核桃苗叶片在离体 6 h时会发生极度失水现象 .
3. 2　离体时间对叶片荧光参数的影响
通过对美国山核桃叶片离体失水处理后叶片
荧光参数的变化 (图 2)研究发现 ,离体 2 h后 , Fo、
Fm、 Fv /Fm、Fv /Fo均变化极小 ;离体 4 h后 , Fo
值仍变化较小 ,而 Fm开始下降 ,品种间幅度稍有
差别 ,Fv /Fm、 Fv /Fo均有所下降 ,离体 6 h与 4 h,
相比各参数又有所下降 .但总体来说降低的幅度
并不大 . Fruto so、 UM5-20、金华 1号离体 6 h的
叶片 Fv /Fm 分别是鲜叶的 97. 37% 、 96. 74%和
96. 66% , Fv /Fo分别是鲜叶的 89. 56% 、 87. 78%
和 87. 93% .这说明经快速离体干旱 ,美国山核桃
核桃苗木叶片 PSII原初光能转换效率和潜在活
性在离体 6 h时只受到轻微的影响 .
同时发现 , 3品种叶片离体失水 2、 4 h时 ,光
合量子产额 ( Yield)均无明显变化 ,而当离体 6 h
后 , Yield急剧下降 , 3品种 6 h的 Yield值分别是鲜
叶的 70%、 65. 01% 、和 57. 94% ,这说明极度失水
直接影响了光合作用的电子传递 ,导致光合电子传
递过程受抑制和损伤、光合电子传递速率下降和光
合作用强度减弱 .
在进一步研究水分对叶片荧光猝灭的影响中
发现 ,失水 2、 4 h时 , 3品种 qP、 qN变化幅度不大 ,
表明 qP、 qN对轻度水分胁迫的反应不敏感 ;而
6 h后 ,qP明显下降 , qN明显升高 ,但 qP下降幅
度较小 . 3品种 6 h后的值分别为鲜叶的 92. 7% 、
94. 03%和 96. 4% ,说明叶片的 psII反应中心电子
传递活性受到了一定程度的影响 ,但 qN 升高幅
度相对较大 . 3品种 6 h后的值分别为鲜叶的
118. 97%、 124. 34%和 166. 22% ,表明水分胁迫使
PSII非辐射能量的耗散增加 ,这说明在发生离体
脱水胁迫时 ,美国山核桃核桃有很强的耗散 PSII
过剩光能的能力 ,从而避免过剩光能伤害光合器
官 .
4　结论与讨论
( 1)水分胁迫对植物光合作用的影响是多方
面的 ,不仅直接引发光合机构的损伤 ,同时也影响
光合电子传递和光合磷酸化以及暗反应的有关酶
系 .由于叶片水分含量能直接反映植物生长发育
29第 4期 吕芳德等: 水分胁迫对美国山核桃叶绿素荧光参数的影响
的实际状况 ,并且易于观测 ,因而越来越受到重视 .而非饱和状态下的叶片含水量作为田间条件下直接大范围
监测植株水分状况的指标 ,也有其不可替代的优势 .高等植物如花生、高粱的离体叶片在失去总水分约 60% (临
界值 )以后 ,其荧光产量开始下降 [7 ] ,而在此之前叶片脱水则引起荧光产量的升高 .本研究中 ,美国山核桃叶片
的 Fo、Fm值均随着离体失水时间的延长而下降 ,可能是研究对象不同所至 ,但下降幅度并不大 ; Fv /Fm、Fv /
Fo也是小幅度下降 ,表明 PSII原初光能转换效率和潜在活性受到轻微的影响 ;但 Yield失水 6 h后明显下降 ,
说明叶片光合电子传递速率下降 ,这与王可玢等的报道结果相同 [8 ] .同时 ,随着失水时间的延长 ,叶片 qP值在
离体 2～ 4 h过程中没有发生明显的变化 ,这一结论与卢从明等 [9 ]的研究结果相似 .离体 6 h后 ,qP值明显下降 ,
但幅度不大 ,这可能与其固有的保守性有关 .而 qN呈上升趋势 ,尤其在离体 6 h后 , qN大幅度上升 ,这一结果
与王可玢等 [5 ]对小麦离体叶片的研究结论相反 ,而与卢从明等 [7 ]研究结果一致 .
( 2)本研究结果说明 ,在水分胁迫发生时美国山核桃叶片光合量子产额 Yield和非光化学淬灭系数 qN发
生显著变化 ,这 2个指标可以作为美国山核桃苗木抗旱性的鉴定指标 .
[参　考　文　献 ]
[1 ]　王义强 ,谷文众 ,姚水攀 ,等 .淹水胁迫下银杏主要生化指标的变化 [ J ].中南林学院学报 , 2005, 25( 3): 78- 80.
[2 ]　汤玉喜 ,刘友全 ,吴立勋 ,等 .滩地淹水胁迫对杨树生长与木材显微结构的影响 [ J ].中南林学院学报 , 2005, 25( 6): 29- 33.
[3 ]　蒲光兰 ,胡学华 ,周兰英 ,等 .水分胁近下乌析离体叶片的生理生化特性 [ J ].经济林研究 , 2004, 22( 2): 20- 23.
[4 ]　 Boyer, J S. inKozlowski, T. t ( ed. ): Water Def ici ts and Plant grow th [M ] . Lond on: Academic Pres s, 1976. 153- 190.
[5 ]　林世青 ,许春辉 ,张其德 ,等 .叶绿素荧光动力学在植物抗性生理学、生态学和农业现代化中的作用 [ J] .植物学通报 , 1992, 9( 1): 1- 16.
[6 ]　 Krause G H, WeisE. Ch lorophyl l f luorescence and ph otos ynthesi s: The Basics [ J]. Ann. Rev. Plan t Ph ysiol. Plant Mol , 1991, 42: 313- 349.
[7 ]　武宝 .用叶绿素 a的瞬时荧光测定分析水分胁迫在光合电子传递中的作用 [ J ].植物生理学报 , 1988, 14: 117- 122.
[8 ]　王可玢 ,许春辉 ,赵福洪 ,等 .水分胁迫对小麦旗叶某些体内叶绿素 a荧光参数的影响 [ J] .生物物理学报 , 1997, 13( 2): 273- 278.
[9 ]　 LUCM, ZHANGJH. Ef fects of water s t ress on ph otos ystem II photochemis t ry and i t s th erm os t abili ty in w heat plants [ J ]. J. ex p. of Bot. ,
1999, 50( 336): 1199- 1206.
[本文编校:胡曼辉 ]
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