叶绿素荧光仪MINI—PAM—Ⅱ在鸡冠花耐寒性测定中的应用

罗嘉惠 刘小飞 李冬梅 刘晓荣

摘 要 以和服1号、和服2号、城堡、火焰等4种鸡冠花品种为研究对象，通过连续测定低温（6 ℃）胁迫0、1 d及转移至室温放置1、3 d后对4种鸡冠花叶绿素荧光特性的影响。结果表明：低温胁迫1 d，4个品种的PSⅡ最大光化学量子产量（Fv/Fm）和光化学淬灭系数（qP）均显著下降；火焰、和服2号的qN值均显著升高，城堡的最大电子传递速率（ETRm）降低、半饱和光强（IK）显著下降；和服1号、和服2号的快速光响应曲线初始斜率（α）显著下降。转移至室温放置1、3 d后，和服2号Fv/Fm下降；和服1号、和服2号qN、ETRm显著下降；和服1号IK显著下降；和服2号α下降。4种鸡冠花的耐寒能力依次为：火焰>和服2号>和服1号>城堡。该结论为筛选优良耐寒品种提供理论依据。

关键词 鸡冠花 ；低温胁迫 ；叶绿素荧光 ；光合作用

中图分类号 S681.3 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2018.01.007

Abstract The effect of low-temperature（6℃） stress（place 0 day and 1day） and room temperature（place 1day and 3day） on chlorophyll fluorescence characteristics of Celosia cristata L were analyzed by ‘Hefu1hao、‘Hefu2hao、‘Chengbao and‘Huoyan in this paper. The results showed that after the low-temperature stress for 1day， the maximal photochemical quantum yield of PSⅡ（Fv/Fm） and photochemical quenching（qP） of four kinds of Celosia cristata L decreased.The qn value of 'Huoyan' and ‘Hefu2hao increased. The maximum photosynthetic electron transport rate（ETRm）and the customs light intensity （IK） of'Chengbao'decreased significantly. The fast light response curve of the initial slope（α） of ‘Hefu1hao and‘Hefu2hao decreased significantly. Under the room temperature for 1day and 3 days， the FV/FM of‘Hefu2hao decreased.The qN and ETRm of ‘Hefu1hao、 and‘Hefu2hao decreased significantly. The IK of‘Hefu1hao decreased significantly. The （α） of‘Hefu2hao decreased . The order of cold resistant ability was‘Huoyan>‘Hefu2hao>‘Hefu1hao>‘Chengbao. which can provide theoretical basis for screening of new varieties.

Keywords Celosia cristata L. ； low-temperature stress ； chlorophyll fluorescence ； photosynthesis

鸡冠花（Celosia cristata）为苋科青葙属一年生草本花卉[1]，原产于东亚、南亚亚热带和热带地区，现在世界各地广为栽培。鸡冠花喜高温，较耐旱，不耐寒，花色丰富多样，能很好地吸收HF和SO2，是空气净化、城市园林配置、城市绿化中重要的观赏花卉之一。具有止血、耐衰老，预防骨质疏松，增强免疫力，耐肿瘤，预防糖尿病等很高的药用价值，但不耐低温。低温胁迫对植物的光合作用机制产生很大的影响，引起光系统Ⅱ损失，降低光合速率，造成光能过剩、光抑制发生、光合机构被破坏，从而导致植株死亡[2]。因此，研究低温对鸡冠花生理的影响，探究鸡冠花耐低温机制，可为耐寒鸡冠花的筛选育种提供一定的理论基础。

1931年，Kautsky[3]开始了叶绿素荧光诱导现象研究。随后，人们对叶绿素荧光诱导现象有了更深层次的思考，逐步形成了光合作用荧光诱导理论，由于叶绿素荧光能将几乎所有光合作用的变化反映出来[4]，从而该指标成为了光合作用研究的有效探针，被广泛应用于植物光合作用探索中。叶绿素荧光技术灵敏、快速、操作简便、对植物无损伤，在有背景光的环境也可应用[5]，因此，在自然条件下也能研究植物光合机构运转状况、分析植物对逆境响应机理。目前，叶绿素荧光动力学已经在光、温度、干旱、水涝等逆境生理研究中得到广泛应用[6-8]，随着叶绿素荧光理论和检测技术的进步，极大地推动了叶绿素在园艺植物方面的应用研究。但国内关于低温胁迫对植物叶绿素荧光特性的影响研究主要集中在蔬菜、水果、禾本植物与少数南方树种[9]。如张毅龙等[10]研究发现低温胁迫造成6种珍贵植物苗木Fm，Fv/Fm，ETR，qP和qN等葉绿素荧光参数下降，且对叶片的光合机构造成一定的伤害。胡春梅等[11]发现低温胁迫下各白菜品系的非光化学耗散差异不显著，而耐冷性出现差异的主要原因是电子传递的有效性和光化学效率的显著差异。尚未见鸡冠花叶绿素荧光特性的研究报道。

本实验以4种鸡冠花为研究材料，通过低温胁迫及转移至室温后的恢复处理对鸡冠花叶绿素荧光特性的影响，探讨叶绿素荧光仪在鸡冠花耐寒性测定中的可行性，为简便测定鸡冠花耐寒性提供一种新方法，进一步为鸡冠花耐寒遗传资源的选育和利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

本实验于广东省农业科学院环境园艺研究白云基地实验室进行，实验所用材料为和服1号、和服2号、城堡、火焰4个耐寒性不同的鸡冠花品种（如图1所示），4种供试鸡冠花购自广州市三力园艺有限公司。将4个品种种子进行繁殖，露天盆栽，露冠一周后选取生长健壮、无病虫害且生长一致的植株进行实验。

仪器：德国WALZ超便携式调制叶绿素荧光仪MINI-PAM-Ⅱ。

1.2 实验方法

实验以室温（25℃）为对照，用低温（6℃）处理鸡冠花1 d（8 h光照，16 h黑暗）。每個处理选取3盆植株，每盆植株标记中间位置的3片叶子（分别为3个方向以消除不同太阳照射方向的影响），测定叶绿素荧光参数，3次重复。分别测定低温处理0、1 d，恢复室温1、3 d鸡冠花的叶绿素荧光参数。

使用超便携式调制叶绿素荧光仪MINI-PAM-Ⅱ测量鸡冠花的叶绿素荧光参数Fv/Fm（最大光化学量子产量）、qP（光化学淬灭系数）、qN（非光化学淬灭系数）、ETRm（最大电子传递速率）、IK（半饱和光强）、α（快速光响应曲线初始斜率）。

1.3 数据处理

利用SPSS软件进行数据处理、分析。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对4种鸡冠花最大光化学量子产量（Fv/Fm）的影响

由表1可以看出，与低温胁迫0 d相比，低温胁迫1 d ，4种鸡冠花的Fv/Fm值均显著下降，其中城堡下降的幅度最大，而火焰下降的幅度最小。转至室温放置1和3 d后，和服2号和城堡的Fv/Fm值均显著下降，且城堡下降的幅度较和服2号大，和服1号和火焰的Fv/Fm值则变化不显著。说明低温胁迫可影响4种鸡冠花的Fv/Fm，其中对城堡的Fv/Fm影响最大，其次为和服2号，而和服1号和火焰的Fv/Fm受到低温胁迫的影响较小。

2.2 低温胁迫对4种鸡冠花光化学淬灭系数（qP）的影响

由表2可以看出，与低温胁迫0 d相比，低温胁迫1 d，4种鸡冠花的qP值均显著下降，其中和服2号下降的幅度较大，和服1次之，城堡再次之，火焰下降的幅度最小。转移至室温放置1 d，4种鸡冠花qP值均显著下降。转移至室温放置3 d，除和服1号的qP值没有显著性变化外，其余品种鸡冠花qP值均显著下降。说明经过低温胁迫及移至室温恢复后，4种鸡冠花的光化学淬灭系数（qP）均受到不同程度的影响。其中和服2号的qP受到的影响最大，其次为和服1号、城堡，而火焰的qP受到的影响较小。

2.3 低温胁迫对4种鸡冠花非光化学淬灭系数（qN）的影响

由表3可以看出，与低温胁迫0 d相比，低温胁迫1 d，火焰与和服2号的qN值均显著升高，和服1号变化不显著，城堡的qN值显著下降。转移至室温放置1和3 d，和服1号与和服2号的qN值显著降低，城堡和火焰的qN值变化不显著。说明低温胁迫对4种鸡冠花的qN有不同程度的影响，其中对城堡的影响最大，其次为和服1号，和服2号与火焰的qN受到低温胁迫的影响较小。

2.4 低温胁迫对4种鸡冠花最大电子传递速率（ETRm）的影响

由表4可看出，与低温胁迫0 d相比，低温胁迫1 d，除了城堡的ETRm值显著降低外，其他3个品种的ETRm值均显著升高，转移至室温放置1 d，4种鸡冠花ETRm值均显著降低，其中，城堡的ETRm值降幅最大。转移至室温放置3 d，除火焰的ETRm值变化不显著，其他品种的ETRm值均显著降低。说明低温胁迫对城堡的ETRm影响最大，其次为和服1号、和服2号，而火焰的ETRm受到低温胁迫的影响最小。

2.5 低温胁迫对4种鸡冠花半饱和光强（IK）的影响

由表5可以看出，与低温胁迫0 d相比，低温胁迫1 d，城堡的IK值显著下降，其它3个品种的IK值显著上升。转移至室温放置1 d，和服1号的IK值显著下降，其他3个品种的IK值变化不显著。转移至室温放置3 d，城堡、和服1号的IK值显著下降，其他品种IK值变化不显著。由此说明，低温胁迫对城堡的IK影响较大，对火焰的IK影响较小。

2.6 低温胁迫对4种鸡冠花快速光响应曲线初始斜率（α）的影响

由表6可以看出，与低温胁迫0 d相比，低温胁迫1 d，和服1号与和服2号的 α值显著下降，城堡与火焰的α值变化不显著。转移至室温放置1 d和3 d，和服1号与火焰的α值变化不显著，其他品种α值显著降低。说明堡与和服2号的α受低温胁的迫影响较大，和服1号与火焰的α受低温胁迫影响相对较小。

2.7 低温胁迫对4种鸡冠花的影响

对4种鸡冠花低温胁迫处理及转移至室温后的表现（见图2）分析发现，除了火焰外，其他3个品种的植株与对照（图2中每张图片最右边一列）相比都出现不同程度的萎焉，其中城堡出现萎焉植株最多，说明城堡受低温胁迫的伤害最严重；其次为和服1号，植株萎焉株数较多，且萎焉严重；再次为和服2号，植株萎焉程度较轻，说明受低温胁迫的伤害相对较小；损害最小的为火焰。

3 结论与讨论

光合作用是植物最重要的生化过程之一，低温胁迫会对植物的光合作用造成很大的影响，导致植物的损伤，甚至死亡。由于植物光合作用的各个反应过程几乎都可以用叶绿素荧光参数来表达，可利用叶绿素荧光技术测定植物光合作用过程中光系统对光能的吸收、传递、耗散分配等方面[12]指标。

Fv/Fm是光抑制程度的重要衡量指标，反映植物PSⅡ反应中心潜在光能转化效率，即PSⅡ反应中心处于开放状态时的量子产量。未受胁迫的正常植物Fv/Fm值约为0.80～0.85[13]。低温、干旱等逆境胁迫下Fv/Fm值会不同程度下降。低温胁迫1 d，Fv/Fm、qP均显著下降，且转移至室温放置1 d和3 d，城堡的Fv/Fm仍显著下降，表明低温胁迫使城堡受到严重的光抑制，其PSⅡ反应中心受到了不可逆损害或严重的破坏，耐寒性差。低温胁迫1 d，火焰的Fv/Fm下降幅度最小，和服1号次之，转移至室温放置1 d和3 d，火焰与和服1号Fv/Fm恢复到对照水平，表明其PSⅡ反应中心的失活是可逆的，说明它们耐寒性较好，且火焰的耐寒性较和服1号好。

ETRm反映PSⅡ光能利用能力，低温胁迫会降低植物ETRm值，α则反映光能利用效率。低温胁迫1 d，城堡的ETRm显著下降，其他三个品种的ETRm显著上升，转移至室温放置1和3 d，城堡的ETRm显著下降，但火焰的ETRm最后恢复到对照水平。说明低温胁迫对火焰的光能利用能力影响较小，对城堡的光能利用能力影响较大，这可能与类囊体膜上的某些相关蛋白结构或构象受到破坏有关。和服1号与和服2号的α在低温胁迫1 d显著下降，转移至室温放置1 d和3 d，和服2号α仍显著下降，说明和服2号的耐寒性较和服1号差。

qN是PSⅡ以热的形式耗散掉的而不能用于光合电子传递的部分吸收的光能[14]，反映了植物的一种自我保护机制，PSⅡ反应中心积累的过量光能若得不到及时的耗散将会造成光合机构失活或破坏。低温胁迫1 d，和服2号和火焰均通过增加qN来耗散过剩的光能，和服1号的qN变化不显著，城堡的qN反而显著下降，这表明低温胁迫使城堡和和服1号受到了严重的伤害，导致它们的热耗散自我保护机能下降。

IK值反映植物对光的耐受能力。低温胁迫1 d，城堡的IK值显著下降，其他3个品种的IK值显著上升。转移至室温放置1 d，和服1号IK值显著下降。转移至室温放置3 d，和服1号和城堡的IK值显著下降。说明这两个品种的光强耐受能力下降，这可能与低温胁迫损害或破坏PSⅡ反应中心进行光能转化的机构，使植物在较低光强下即可达到光饱和，导致光过剩有关。

从低温胁迫后4种鸡冠花表现分析发现，和服1号、和服2号、城堡均出现不同程度的萎焉，其中城堡的植株还出现死亡，说明低温胁迫对这3种鸡冠花植株的内部结构造成了不同程度的破坏。

综上所述，通过对鸡冠花低温处理后叶绿素荧光参数的分析可知：火焰的耐寒性最强，和服2号次之，和服1号耐寒性较差，城堡的耐寒性最差，该结果与4种鸡冠花受低温伤害的实际表现情况一致。

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