自然低温胁迫下3种桉树的叶绿素荧光特性研究

靖长柏，张利阳，童再康*，许基全，温国胜

（1. 浙江农林大学，浙江 杭州 311300；2. 浙江省台州沿海盐碱地绿化研究所，浙江 台州 318000）

自然低温胁迫下3种桉树的叶绿素荧光特性研究

靖长柏1，张利阳1，童再康1*，许基全2，温国胜1

（1. 浙江农林大学，浙江 杭州 311300；2. 浙江省台州沿海盐碱地绿化研究所，浙江 台州 318000）

对临安市3种桉树幼苗叶片叶绿素荧光特性进行研究，结果表明，自然低温下，各桉树表现出不同的适应性，总的来说，邓桉 > 柳桉 > 巨桉；自然低温（日最低气温－3.6℃）对柳桉和巨桉造成较大损害，而邓桉可通过维持相对较高的光化学效率，以及利用不断增加的qN来进行耗散，具有较强的抵抗低温胁迫伤害的能力。

桉树；自然低温；抗寒性；叶绿素荧光

桉树是桃金娘科（M yrtaceae）桉属（Eucalyptus）植物的泛称，有900余种。因其速生、干形通直、制浆性能优越等众多优点而被我国自1980年引种，现已发展桉树人工林面积约154.7万hm2，华南地区已成为桉树人工林的主要栽培区[1]，并且桉树已成为华南发展速生丰产商品林的战略性树种，作为高大乔木，在生态防护林和环境绿化景观林建设中也发挥着越来越重要的作用。随着对桉树研究的不断深入，桉树种植正在北移以扩大栽培范围。但在北移的过程中，低温冻害是桉树扩大栽培与速生丰产的主要限制因子。如1991年冬季的寒潮就使广西柳州和鹿寨等地的桉树人工林受到严重危害，造成了重大的损失。因此，研究桉树的抗寒机理，鉴定桉树抗寒性能，探索一条提高桉树抗寒性的有效措施，在理论研究和实际生产上都有重要的意义。

植物的抗寒能力因种类而异，通过抗寒性鉴定[2]，可以测定不同植物对低温的适应能力。前人的研究方法多采用人工低温处理离体组织器官如枝叶等来反映其植物材料的抗寒性[3～4]，而本研究选取大多数人认同的抗寒性较强的桉树品种的幼苗[5～6]，采用叶绿素荧光特性分析，对冬季自然低温胁迫下3种桉树幼苗的叶片进行研究比较，以期揭示桉树幼苗在冬季低温下的生理反应，为桉树的引种中所遇到的低温胁迫问题及生态防护林树种选育等实际生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地与试验材料

试验地位于30° 14′ N，119° 42′ E；属中亚热带季风气候区，温暖湿润，四季分明，具有春多雨、夏湿热、秋气爽、冬干冷的气候特征，多年平均气温为15.80℃，7月为最热月，历年平均为28.10℃，1月为最冷月，历年平均为3.40℃；极端高温41.90℃（1996年8月6日），极端低温－13.30℃（1967年1月16日）。历年平均日照1 939 h，无霜期234 d。

材料来自浙江林学院平山苗圃，1年桉树生实生苗。以新鲜叶片为试材，12月下旬起将试验苗处理后进行指标测定。供试苗为：邓桉（Eucalyptus dunnii）、巨桉（E. grandis）和柳桉（E. salinga），苗高140～160 cm。从外部形态来看，邓恩桉生长状况良好，巨桉和柳桉已经受到不同程度的冷害。

1.2 试验方法

2008年12月下旬起，将试验苗置于露地和大棚条件下，于2009年1月11日寒流前后进行实验，日最低温度约－4.4℃，分别于1月9日（寒流来前）和1月14日（寒流来后）实地测定3种桉树在大棚和露地条件下的叶绿素荧光特性。

叶绿素荧光特性利用调制式叶绿素荧光仪PAM-2100测定。供试桉树叶片经过10～20 min充分暗适应后，所有电子门均处于开放态，打开测量光得到初始荧光Fo，此时给出一个饱和脉冲，所有的电子门就都将该用于光合作用的能量转化为了荧光和热，此时得到的叶绿素荧光为Fm，根据Fm和Fo可以计算出光合系统PSII的最大量子产量Fv/Fm= (Fm－Fo)/Fm（式中，Fv为可变荧光Fv=Fm－Fo），它反映了植物的潜在最大光合能力。在光照下光合作用进行时，根据Fm’（Fm’为暗适应下的最大荧光产量）和F（F为任意时间实际荧光产量）可以求出在当前的光照状态下光合系统PSII的光化学实际量子产量Yield=ΔF/Fm’= (Fm’－F)/Fm’，它反映了植物目前的实际光合效率。由光合作用引起的荧光猝灭称之为光化学猝灭（photochemical quenching, qP）；由热耗散引起的荧光猝灭称之为非光化学猝灭（non-photochem ical quenching, qN）。光化学猝灭反映了植物光合活性的高低，非光化学猝灭反映了植物耗散过剩光能为热的能力，也就是光保护能力。

所有数据采用Excel 2003处理，并进行统计分析。

2 结果分析

2.1 光适应下各桉树叶片的叶绿素荧光参数比较

图1是2009年1月14日（日最低气温－3.6℃）测定的各桉树在大棚条件下叶绿素荧光特性。在同等条件下，邓桉的光化学猝灭qP高于其他两种桉树。而光化学猝灭反映了植物光合活性的高低，表明邓桉的光合活性最高，其次为柳桉，巨桉最低。在光照状态下PSII的实际量子产量Yield上，也可以看到，邓桉的产量为0.127，柳桉为0.114，巨桉为0.034，显然就实际光合效率来说，也是邓桉最高，柳桉次之，巨桉最低。在同等条件下，邓桉光合作用能力最强，能表现出较强的适应性，更能适应低温胁迫。

图1 光适应下三种桉树在大棚中叶片叶绿素荧光参数比较Figure 1 Comparison on the chlorophyll fluorescence parameters in leaves of threeEucalyptusunder photo-adaptability in greenhouse

2.2 暗适应下各桉树叶片在不同条件下叶绿素荧光参数比较

暗适应下，2009年1月9日（日最低气温－1.3℃）各桉树由大棚到露地叶绿素荧光变化情况：Fv/Fm均降低（表1），Fv/Fm是反映PSII光化学效率的指标[9]，表明随着温度的降低，各桉树的潜在最大光合能力不同程度的下降。具体下降幅度为：邓桉为54.5%，巨桉为38.8%，柳桉为48.0%。测定时，对巨桉实测温度变幅最大，为33.6%，而最大光合能力变化相对较小，可能原因是巨桉在之前低温下已经受害，导致相应的光合调节能力下降。Fv/FmFm0.550±0 2.238±0.409 0.2505±0 0.942±0－0.545 －0.579 0.563±0.001 2.343±0.043 0.345±0.002 1.06±0.010－0.388 －0.548 0.638±0 2.455±0.032 0.332±0.002 1.204±0.080－0.480 －0.510

表1 暗适应下3种桉树在大棚和露地条件下叶片叶绿素荧光参数的比较Table 1 Comparison on the chlorophyll fluorescence parameters in leaves of threeEucalyptusunder dark adaptation in greenhouse and open field

2.3 各桉树叶片从大棚到露天叶绿素荧光参数的比较

如前述结果一致，2009年1月14日由大棚到露地，各桉树Fv/Fm值均降低（表2），而当qN显著增加的同时，各桉树Yield值却有较大变化。qN表示由热耗散引起的荧光猝灭，称之为非光化学猝灭。非光化学猝灭反映了植物耗散过剩光能为热的能力，也就是光保护能力。桉树为适应温度下降的变化，qN平均由0.02增至0.996，叶片耗散过剩光能为热，保护光合机构免受低温伤害，达到光保护的目的。

表2 3种桉树在大棚和露地条件下叶片叶绿素荧光参数Table 2 Chlorophyll fluorescence parameters in leaves of threeEucalyptusin greenhouse and open field

由大棚到露地，受温度下降影响，再加上之前寒流造成的低温伤害，实际光合效率较大程度降低，巨桉由0.034到0.01，柳桉由0.114到0.029，邓桉由0.127到0.022。另外，从qP的上升，可以看出各桉树均表现出对低温一定的适应性。

3 讨论与结论

从叶绿素荧光特性来看，自然低温下，各桉树表现出不同的适应性，总的来说，邓桉 > 柳桉 > 巨桉。

叶绿素荧光是光合作用的探针，通过对各种荧光参数的分析，可以得到有关光能利用途径的信息，其中Fo和光合作用光系统的状态转换有关，Fm反映的是通过PSII的电子传递情况，Fv可作为PSII反应中心活性大小的相对指标，Fv/Fo用于度量叶片PSII潜在活性，Fv/Fm用于度量PSII原初光能转换效率，Yield(Y)用来表示植物光合作用电子传递的量子产额，可作为植物叶片光合电子传递速率快慢的相对指标[10]。

植物对光能的利用主要包括：光化学反应转化光能、非光化学热耗散以及以叶绿素荧光形式耗散的过剩光能。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。叶绿素荧光猝灭由光化学猝灭和非光化学猝灭两个过程构成。低温胁迫会影响反应中心和PSII电子传递天线活性，导致光合系统PSII光化学抑制，是由于反应中心的光损伤和反应中心对激发能捕获能力的降低[11]。非光化学猝灭是一种自我保护机制，对光合机构起保护作用，许多研究证明植物体内有效的热耗散可以防止低温光抑制的发生。低温不仅降低在叶绿体基质中进行的光合作用暗反应活性[12]，也引起类囊体膜介导的光反应活性降低[7]，使类囊体膜上的PSII的光能传递效率和光能转换效率降低[8]，从而导致CO2同化能力降低。低温下过剩激发能增加，植物可通过多种途径进行激发能的耗散，包括通过光合作用的光化学反应来进行的耗散和热耗散（qN）。寒流来后，就叶绿素荧光特性所反映的结果看，低温（日最低气温－3.6℃）对柳桉和巨桉造成较大损害，导致光合效率明显下降。气温下降也导致了各桉树光合效率的下降。同时，在各桉树低温下过剩光能都增加的情况下，邓桉可通过维持相对较高的光化学效率，以及利用不断增加的qN来进行耗散，而具有较强的抵抗低温胁迫伤害的能力。

桉树在自然低温下叶片叶绿素荧光参数的变化，从一定程度上反映了其内在的变化，但是还不能从桉树抗寒机制上说明这些变化，本研究从光合作用上对这个方面作了一些探索，以后还需在特异功能蛋白和分子水平上作进一步研究。至于低温对光合速率和叶绿素荧光参数变化是直接影响，还是间接效应，也需进一步进行探索和分析。

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Study on Chlorophyll Fluorescence Characteristics of Three Species of Eucalyptus under Natural Low Tem perature

JING Chang-bai1，ZHANG Li-yang1，TONG Zai-kang1*，XU Ji-quan2，WEN Guo-sheng1
（1. Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China; 2. Taizhou Coastal Saline Soil Greening Institute of Zhejiang, Taizhou 318000, China）

A research was conducted on chlorophy ll fluorescence characteristics in leaves of three species ofEucalyptusseedling in Lin’an, Zhejiang province. The results showed that each species had different effect to natural low temperature. Generally speaking, the order of cold-resistance under natural temperature wasE. dunnii>E. saligna>E. grandis. Natural low temperature had greater damage onE. salignaandE. grandis. However,E. dunniiw as relatively higher cold resistant by relatively higher photochem ical efficiency and increasing qN.

Eucalyptus; natural low temperature; cold resistance; chlorophyll fluorescence

S718.43

A

1001-3776（2011）01-0007-04

2010-08-05；

2010-10-20

浙江省科技厅重大科技项目“速生优质高抗林木新品种选育及快繁技术研究与示范”（2006C12003）

靖长柏（1984－），男，湖北武汉人，硕士，从事林木遗传改良研究；*通讯作者。