温度对龙葵幼苗叶绿素含量和荧光参数的影响

杨彬 金小青 陈修斌

摘要[目的]研究温度处理对黑果龙葵叶片叶绿素含量和荧光参数的影响。[方法]以北方常见黑果龙葵幼苗为试材，设置昼/夜温度（35/30、30/25、25/20、20/15、15/10），通过对叶绿素含量和叶绿素荧光参数的测定，分析不同温度对龙葵幼苗叶绿素含量、叶绿素荧光猝灭特性和光能分配等的影响，研究龙葵幼苗适应性反应以及生理机制。[结果]随着温度降低，龙葵幼苗叶绿素a、叶绿素b、叶绿素（a+b）含量、Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP均逐渐减小，qN增大，并且随时间的延长增大幅度提高；低温导致龙葵幼苗叶片PSⅡ的部分失活或受到一定伤害，原初光能转换效率下降，电子传递活性减弱，有效抑制了光合碳代谢电子供应效率，从而影响植物的光合作用，并随温度的降低抑制作用加剧。[结论]该研究为新型野生蔬菜龙葵的人工栽培提供相关理论依据。

关键词龙葵幼苗；温度；叶绿素含量；荧光参数；影响

中图分类号S647文献标识码A文章编号0517-6611（2018）05-0056-02

Abstract[Objective] The research aimed to study the effects of temperature on the chlorophyll content and fluorescence parameters of Solanum nigrum leaves. [Method]Taking the seedlings of Solanum nigrum in the north as test material， the daytime/night temperature （35/30， 30/25， 25/20， 20/15， 15/10） were set. Through the determination of chlorophyll content and chlorophyll fluorescence parameters， the effects of different temperature on the chlorophyll content， chlorophyll fluorescence quenching characteristics and light energy allocation of Solanum nigrum were studied， and the adaptive response and physiological mechanism of Solanum nigrum seedlings were studied.[Result]With the decrease of temperature，the contents of chlorophyll a， chlorophyll b， chlorophyll （a + b）， Fv / Fm， ΦPSⅡ and qP in the seedlings of Solanum nigrum decreased gradually and qN increased， and increased with the extension of time.In low temperature， PSⅡ in the leaves of Solanum nigrum seedlings will be inactive or damaged partly，the conversion efficiency of the original light energy decreased and the electron transfer activity weakened，which effectively inhibited the photosynthetic carbon metabolism electron supply efficiency and thus affected the photosynthesis of plants and decreased with temperature inhibition intensified.[Conclusion]The research provides theoretical basis for the artificial cultivation of the new wild Solanum nigrum.

Key wordsSolanum nigrum seedlings；Temperature；Content of chlorophyll； Fluorescent index；Effects

龙葵分布于我国各个地区，性属喜温耐寒植物类型，生长温度在10 ℃时植株的生长发育迟缓，而5 ℃时植株停止生长。植物光合作用是其基本的生命特征、有机物的合成及能量源的基本功能体现。光合器官是植物光合作用期间最敏感的部位，在植物生长的环境条件中低温弱光照是直接影响光合机构的性能及活性的最为直接条件。植物叶绿素荧光参数包含许多光合作用信息，它与植物光合作用关系密切，叶绿素荧光参数可以反映出大多数逆境胁迫对植物光合作用造成的影响。关于温度对蔬菜作物（如黄瓜、番茄、辣椒、西葫芦）的影响已有大量研究[1-5]。龙葵作为一种新型野生蔬菜，对其研究报道内容不多[5-8]，尤其是龙葵植物幼苗期处于低温条件下的研究报道几乎空白。该试验研究了不同温度对龙葵幼苗叶绿素含量、叶绿素荧光猝灭特性和光能分配等的影响，通过温度处理研究龙葵幼苗适应性反应以及生理机制，为新型野生蔬菜龙葵的人工栽培提供相关理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

试验在2017年6—8月在河西学院实践教学基地日光温室及实验室进行，采用我国北方地区常见的黑果龙葵为试材。精選种子20 g在湿沙和4 ℃条件下冷柜层积处理30 d，种子筛选后放入湿润培养皿，在12 000 lx光照24 h，打破龙葵种子的休眠。

1.2育苗

浸种催芽，采用规格为10 cm×10 cm×10 cm的营养钵进行定植，基质比例为锯末∶炉渣∶蛭石∶菇渣∶牛粪=3∶2∶2∶2∶1，日光温室常规育苗。

1.3处理

试验设置昼/夜温度T1 35/30、T2 30/25、T3 25/20、T4 20/15、T5 15/10这5个处理。幼苗4片真叶展开，选择整齐一致的幼苗植株进行试验指标的测定后，置入人工智能气候箱进行不同温度处理。处理0、5、10 d进行指标测定。

1.4指标的测定

1.4.1 叶绿素含量的测定。

试验采用丙酮法[9]。取2～3片叶，去叶脉，剪碎混匀后称取0.2 g，重复3次。分别放入3支25 mL具塞试管并加入0.5 mL纯丙酮、20 mL 80%丙酮，室温下避光提取24～36 h，其间振荡3次，直至叶片发白（叶片叶绿素浸提干净），用80%丙酮溶液定容至25 mL。试验以80%丙酮为空白，用UV-762型紫外可见分光光度計（上海）分别在波长663、646 nm下于处理结束时进行测定。计算叶片的叶绿素a（chla）、叶绿素b（chlb）的浓度：

Ca（mg/L）=12.21D663-2.81D646

Cb（mg/L）=20.13D646-5.03D663

式中，Ca、Cb为叶绿素a、b的浓度；D663、D646为叶绿素a在波长663 nm和叶绿素b 在波长646 nm处的吸光度。

叶绿素含量=C×V/（1 000×W）

式中，V为提取液体积；W为叶片组织鲜重。

1.4.2叶绿素荧光参数的测定。

试验用FMS-2型脉冲调制式荧光仪（英国汉莎科学仪器公司产）测定。测定前将叶片进行15 min的暗适应，以1.6 kHz弱检测光[光强0.04 μmol/（m2·s）]测定初始荧光F0。接着给一个饱和脉冲光[光强6 000 μmol/（m2·s），时间2 s]，获得最大荧光Fm。当荧光从Fm快回落到F0时，立即加上连续的作用光[600 μmol/（m2·s）]，叶片光合作用达到稳态，获得稳态荧光Fs。此时再叠加一个饱和光脉冲，获得光下最大荧光Fm′。随后关闭作用光源，打开远红光，测得光下最小荧光F0′。公式计算PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）、PSⅡ潜在活性（Fv/F0）、PSⅡ光合电子传递量子效率（ΦPSⅡ）、光化学猝灭（qP）和非光化学猝灭（qN），即：

Fv/Fm=（Fm-F0）/Fm

Fv/F0=（Fm-F0）/F0

ΦPSⅡ=（ Fm′-Fs）/ Fm′

qP=（Fm′-Fs）/（Fm′-F0′）

qN=（Fm-Fm′）/（Fm-F0′）

2结果与分析

2.1温度对龙葵幼苗叶绿素含量的影响

从表1可看出，不同温度处理对龙葵幼苗叶片叶绿素的含量和组成比例有显著的影响，随处理温度的降低龙葵幼苗叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素（a+b）的含量均逐渐降低。

2.2温度对龙葵幼苗光化学效率的影响

试验通过研究龙葵叶片叶绿素荧光参数的变化来探索其光合作用机制受伤害的部位。Fv/Fm代表PSⅡ原初光能转化效率，ΦPSⅡ是PSⅡ反应部分关闭情况下实际的光能转化效率，与碳同化的强度密切相关。由表2可知，随温度的降低龙葵幼苗叶片Fv/Fm与ΦPSⅡ均逐渐减小，且随时间的延长而加剧。处理10 d后，温度小于T3时Fv/Fm与ΦPSⅡ均开始明显下降，T4、T5均显著小于T1和T2。说明低温下龙葵叶片受到了光抑制作用，导致PSⅡ的部分失活或伤害，使原初光能转换效率降低，光合碳代谢的电子供应受到抑制，从而影响了植株的光合作用，并且随着温度的降低和时间的延长抑制作用愈加明显。

光化学淬灭和非光化学淬灭组成荧光淬灭。光化学淬灭系数qP反映PSⅡ天线色素吸收的光能用于光化学电子传递。要使qP值高，须使PSⅡ反应中心处于开放状态，说明qP值在一定程度上反映了PSⅡ反应中心的开放程度；非光化学淬灭以系数qN反映PSⅡ天线色素吸收的光能没有用于光合电子传递而以热的形式消耗的光能部分，是由光合膜两侧建立起的质子梯度及形成膜的高能态造成的荧光猝灭，qN值与三磷酸腺苷（ATP）的形成、积累以及光合膜的状态有关。试验结果表明（表3），随温度降低和时间延长，qP逐渐降低，qN逐渐增大。处理10 d，T1、T2间qP没有显著差异，但显著高于T3、T4、T5处理。说明低温导致原初电子受体（QA）的重新氧化能力降低，形成QA的量减小，导致PS Ⅱ的非辐射能量消耗增加，即PSⅡ的电子传递活性下降，使得植株光合碳同化能力受到影响，且随温度的降低而影响加剧。

3讨论与结论

植物叶绿素含量不仅关系到植物的光合同化过程，也是衡量植物低温、弱光胁迫的重要生理指标。陈青君等[10]在黄瓜叶片的试验研究证实，其叶绿素含量受低温胁迫强度的不同而存在一定差异。该试验结果证实，在弱光逆境下，龙葵幼苗叶片中叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素（a+b）的含量以及叶绿素（a/b）比值均显著降低，且随温度的降低和时间的延长而差异显著。以35/30、30/25昼夜温度处理，有利于龙葵幼苗叶片光合色素的积累。

植物叶绿素a荧光诱导动力学检测技术以其体内叶绿素a为标志，包括光合作用信息，很容易受到逆境影响，是快速实效研究逆境胁迫对植物光合作用影响的直接方法。该研究中，随温度的降低龙葵幼苗叶片Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP均减小，qN增大，并随时间延长而加剧，35/30、30/25昼夜温度处理，使龙葵幼苗叶片具有较高的光化学效率。表明龙葵幼苗在低温条件下，因叶片CO2同化能力的减弱，导致植株叶绿体对ATP和还原型辅酶Ⅱ（NADPH）的需求下降，从而影响PSⅡ的氧化还原作用；其次，PSⅡ光化学反应是通过降低光合电子传递的形式接受其碳代谢对ATP、NADPH需求。光合作用电子传递是与形成ATP的光合磷酸化相耦联，且全链电子传递以NADP+为最终电子受体。低温时qP值大幅下降，说明光合结构以及PSⅡ活性中心损害，PSⅡ反应中心开放比例下降，天线色素捕获的光能无法推动光合电子的传递，影响PSⅡ功能，光能利用率下降。低温条件植物叶片通过PSⅡ电子传递的量子效率下调机制使ATP和NADPH的产量匹配卡尔文循环对还原力需求的减少来达到相对平衡。

参考文献

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[3] 杨彬，金小青，陈修斌.温度对龙葵幼苗生长指标的影响[J].北方园艺，2013（3）：45-46.

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[10] 陈青君，张福墁，王永健，等.临界低温弱光对黄瓜光合特性及其酶变化的影响[J].华北农学报，2003，18（4）：31-34.