低温胁迫对4 个三角梅品种叶绿素荧光参数的影响

伍成厚，余铭杰，温 志，傅小霞，郑育芬，吴佳庆，陈秋香，唐湘楠

（广州市林业和园林科学研究院，广东 广州 510405）

三角梅（Bougainvilleaspp.）为紫茉莉科三角梅属植物，在广州地区俗称簕杜鹃，是海南省的省花、深圳和厦门等城市的市花，也是我国南方广为应用的一种木本花卉。因其适应性强、花期持久，在广州、深圳等地是城市桥梁绿化的首选植物。三角梅原产南美巴西，喜温暖湿润的气候，怕冷不耐寒，大多数品种对4℃以下的低温敏感[1]，半致死温度为-3℃[2]，但也有半致死温度低至-4.91℃～-9.22℃的品种[3]。冬季低温是北方地区引种三角梅的主要障碍[4]。在广州地区，冬季低温也会对天桥绿化的三角梅枝叶造成不同程度的损伤，影响桥梁绿化的景观效果[5]。

有研究表明，低温胁迫会导致三角梅叶片电解质外渗率升高，不同品种间的耐寒性差异与叶片丙二醛、游离脯氨酸、可溶性蛋白质和叶绿素含量以及保护酶活性等生理指标相关[3,6]，通过嫁接[7]、施用防冻抗寒剂可以提高三角梅的抗寒性[7-10]。丁印龙等[11]研究了干旱胁迫对三角梅叶绿素荧光参数的影响，但没有低温胁迫下三角梅叶绿素荧光特性的研究报道。采用叶绿素荧光技术可快速、灵敏、无损伤地探测植物对低温胁迫的响应，该技术目前已应用于秋茄（Kandelia obovata）[12]、 诺 丽（Morinda citrifolia）[13]等 热 带、亚热带植物的低温胁迫鉴定。低温会导致光系统Ⅱ（PS Ⅱ）最大光化学效率（Fv/Fm值）显著下降，且抗寒性弱的品种降幅显著大于抗性强的品种[12-15]，因此叶绿素荧光参数可作为筛选耐寒品种的重要指标。为了探讨三角梅的耐寒性机理，笔者以4 个三角梅品种的叶片为材料，研究了低温胁迫下三角梅叶绿素荧光参数的变化规律，以期为三角梅耐寒品种的筛选提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试三角梅有小叶紫、水红、玫红和樱花共4 个品种，均为三年生的盆栽苗，采用露天常规水肥管理，植株生长健壮。

1.2 试验方法

试验于2021 年9 月进行。分别选取4 个三角梅品种树冠上层外围枝条上倒数第5～8 片叶，在晴天9点前采样，置于自封袋中迅速带回实验室，在不对叶片造成机械损伤的前提下，挤出袋内空气。将自封袋在黑暗条件下放入3℃冰水混合液中水浴进行低温胁迫，低温胁迫时间设1、2、3 和4 d 共4 个处理，以不进行低温胁迫为对照（CK）。然后将不同处理材料（叶片）从自封袋中取出，用滤纸或纱布擦干水珠后利用德国WALZ-便携式调制叶绿素荧光仪PAM2500测定离体叶片的F0、Fm、Fv/Fm和Y（NO）等叶绿素荧光动力学参数值。每个处理设3 个重复，每个重复测定3 次取平均值。

1.3 数据处理

用Excel 2007 软件对数据进行计算和制图，用SPSS 19.0 软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对三角梅叶绿素荧光参数F0、Fm 值的影响

F0为固定荧光或初始荧光，也称基础荧光、0 水平荧光。从表1 可知，小叶紫和樱花2 个三角梅品种不同低温胁迫时间处理间的叶绿素荧光参数F0值差异不显著；而玫红和水红2 个三角梅品种不同低温胁迫时间处理间的叶绿素荧光参数F0值存在极显著性差异，在低温胁迫处理1 d 时玫红品种的F0值略有上升而水红品种的F0值急剧下降，但在低温胁迫处理1～4 d 时玫红和水红2 个三角梅品种的F0值均呈先升后降的变化趋势。

表1 不同低温胁迫时间处理对三角梅品种叶绿素荧光参数F0 值的影响

Fm为最大荧光，是PS Ⅱ反应中心处于完全关闭时的荧光产量。低温胁迫对4 个三角梅品种的叶绿素荧光参数Fm值均产生极显著影响（表2），随低温胁迫时间的延长均呈现下降的趋势，玫红、水红和樱花3 个三角梅品种均在低温胁迫1 d 后Fm值极显著下降，而小叶紫品种则在低温胁迫3 d 后才极显著下降；当低温胁迫4 d 时，玫红、水红、小叶紫和樱花4 个三角梅品种的Fm值分别比CK 下降40.3%、25.6%、17.4%和30.8%。

表2 不同低温胁迫时间处理对三角梅品种叶绿素荧光参数Fm 值的影响

2.2 低温胁迫对三角梅叶绿素荧光参数Fv /Fm值的影响

叶绿素荧光参数Fv/Fm反映PS Ⅱ反应中心内禀光能转换效率或称最大PS Ⅱ的光能转换效率。低温胁迫后4 个三角梅品种的Fv/Fm值均呈极显著下降的趋势（玫红的F=33.500，P=0.000＜0.01；水红的F=6.426，P=0.000＜0.01；小叶紫的F=17.349，P=0.000＜0.01；樱花的F=31.690，P=0.000＜0.01）。从图1 可知，玫红品种在低温胁迫1 d 时Fv/Fm有极显著下降，然后下降趋缓，在低温胁迫3 d 后再次极显著下降；而水红、小叶紫和樱花3 个品种在低温胁迫3 d 后才开始明显下降，其中小叶紫在低温胁迫3 d 后下降速度明显减缓，而水红在低温胁迫4 d 时有上升的趋势；当低温胁迫处理4 d 时，玫红、小叶紫、樱花和水红4 个三角梅品种的Fv/Fm值比CK 分别下降19.5%、10.8%、10.2%和5.2%。

图1 低温胁迫对三角梅叶绿素荧光参数Fv /Fm 值的影响

2.3 低温胁迫对三角梅叶绿素荧光参数Y（NO）的影响

Y（NO）为PS Ⅱ非调节性能量耗散。不同低温胁迫时间处理对4 个三角梅品种叶绿素荧光参数Y（NO）值的影响均达到极显著水平（玫红的F=8.291，P=0.000＜0.01；水 红 的F=5.031，P=0.000＜0.01；小叶紫的F=16.817，P=0.000＜0.01；樱花的F=23.010，P=0.000＜0.01）。低温胁迫处理使三角梅叶绿素荧光参数Y（NO）逐步升高，樱花在低温胁迫2 d 时极显著升高，水红和小叶紫均在低温胁迫3 d 时极显著升高，玫红在低温胁迫2 d 时显著升高，4 d 时极显著升高；当低温胁迫处理4 d 时，樱花、玫红、小叶紫和水红的Y（NO）值比CK 分别升高35.0%、24.5%、22.0%和17.5%（图2）。

图2 低温胁迫对三角梅叶绿素荧光参数Y（NO）值的影响

3 讨 论

初始荧光F0由PS Ⅱ捕光叶绿素蛋白复合物发出，代表不参与PS Ⅱ光化学反应的光能辐射部分，是PS Ⅱ光化学反应中心处于完全开放时的荧光产量，它与叶绿素浓度有关。一般情况下其数值保持稳定，当光合结构受到损坏时则会升高。F0的增加可能是植物叶片PS Ⅱ反应中心出现可逆的失活或出现不易逆转的破坏，也可能是植物叶片类囊体膜受到损伤，而且F0增加量越多类囊体膜受损程度就越严重[16]。蝴蝶兰（Phalaenopsis aphrodite）在6℃低温胁迫下6 个品种的F0值均有不同程度的升高[14]。茄子（Solanum melongena）在10℃和15℃低温胁迫下其F0值均显著高于对照[15]，但秋茄在5 和12℃低温胁迫1～5 d后，其F0的变化率与对照的差异不显著[12]。花椰菜（Brassica oleracea）的F0值在经受寒潮低温胁迫2 d后显著升高，但仅在不同熟性的品种间具有显著差异，在相同熟性的品种间差异不显著[17]。笔者的试验结果表明，经3℃低温胁迫后，小叶紫和樱花2 个三角梅品种的叶绿素荧光参数F0值没有显著性差异，而玫红和水红2 个三角梅品种的F0值在低温胁迫处理1～4 d 时均呈先升后降的变化趋势，差异达到极显著水平，可能是由于玫红和水红2 个品种的光系统在3℃低温胁迫下较容易受损，而小叶紫和樱花2 个品种因耐寒性较强而使光系统得到较好保护。

最大荧光Fm是PS Ⅱ反应中心处于完全关闭时的荧光产量，Fm值下降与PS Ⅱ关闭程度有一定关系[14]。在低温胁迫下茄子的Fm值显著低于对照[15]。随着低温胁迫时间的延长，葛藤（Pueraria lobata）、假连翘（Duranta repens）、老鸭嘴（Thunbergia erecta）和台湾相思（Acacia confuse）幼苗的Fm值也呈逐渐下降趋势[18]。笔者的试验结果表明，经低温胁迫处理后，玫红、水红、小叶紫和樱花4 个三角梅品种的Fm值均呈下降趋势，分别比CK 下降40.3%、25.6%、17.4%和30.8%，以玫红下降最多、小叶紫下降最少，说明4 个品种中小叶紫的耐寒性最强、玫红的耐寒性最弱。

PS Ⅱ最大光化学效率Fv/Fm在正常条件下变化极少，不受物种和生长条件的影响，但该参数在逆境下明显下降，常被用于植物的抗逆性研究[16]。在低温胁迫下，秋茄、诺丽、蝴蝶兰、茄子等植物的Fv/Fm值均呈下降趋势，且其变化幅度越大则植物的耐低温能力越弱[12-15]，笔者的试验结果与之相似。当低温胁迫处理4 d 时，玫红、小叶紫、樱花和水红4 个三角梅品种的Fv/Fm值分别比CK 下降19.5%、10.8%、10.2%和5.2%，以玫红的降幅最大，这也说明4 个品种中玫红的耐寒性最弱。

非调节性能量耗散Y（NO）表示的是光钝化所引起的非调节性电子产量，是光损伤的重要标志。卢广超等[18]的研究表明，低温胁迫后4 种幼苗的Y（NO）均有上升，且当低温胁迫36 h 时Y（NO）均显著大于对照，其中台湾相思幼苗的Y（NO）与24 h 相比升幅最少，表明其光损伤的程度最低，抗寒性较好。何勇等[19]的研究认为，经6℃低温胁迫后辣椒的Y（NO）均明显升高，其中杭椒6 号的升幅较大，表明其光化学的能量转换（用于光合电子传递）和光保护机制（调节性热量耗散）不足，由于PS Ⅱ的过剩电子可能会引起光抑制，而杭椒1 号的Y（NO）变化较为平稳，说明其光合电子传递及光保护机制运转正常。笔者的试验结果表明，樱花、玫红、小叶紫和水红4个三角梅品种的Y（NO）值分别比CK 升高35.0%、24.5%、22.0%和17.5%，以樱花和玫红2 个品种的Y（NO）值升高较多、小叶紫和水红升高较少，表明玫红和樱花的耐寒性较小叶紫和水红差。

4 结 论

经低温胁迫处理后，4 个三角梅品种的Fm、Fv/Fm值均呈下降趋势，Y（NO）值则呈上升趋势，说明低温胁迫对三角梅叶片的PS Ⅱ反应中心造成一定损伤，从而降低PS Ⅱ原初光能转化效率，抑制PS Ⅱ反应中心的光化学活性，使得PS Ⅱ反应中心潜在活性受损，进而破坏三角梅叶片光合作用的原初反应过程。以玫红的Fm和Fv/Fm值下降最多，樱花的Y（NO）值升高最多，表明小叶紫和水红的耐寒性较玫红和樱花的强。