淹水对不同葫芦科作物叶绿素荧光特性的影响

姜玉萍 丁小涛 张兆辉 杨晓峰

摘要：在温室条件下，研究了根部淹水3d及淹水恢复3d后对黄瓜、丝瓜、苦瓜、黑籽南瓜叶绿素荧光参数的影响。结果表明，淹水对黄瓜、黑籽南瓜造成的胁迫最大，其光适应下初始荧光(FO)、光适应下最大荧光(Fm)、表观光合电子传递速率(ETR)、实际光化学量子产量(Yeild)、光化学猝灭系数(qP)显著降低，非光化学猝灭系数(qN)极显著升高；丝瓜表现为最耐淹水，苦瓜次之；淹水恢复3d后，黄瓜、黑籽南瓜的光系统Ⅱ最大光化学效率(Fv/Fm)和其对照出现显著性差异，说明淹水对其光抑制的表现可能在恢复时才显现出来；试验中黄瓜恢复最慢，而黑籽南瓜恢复相对较快；淹水对黑籽南瓜胁迫较重可能和其处理时叶片数量较多有关。

关键词：淹水：葫芦科作物：叶绿素荧光

淹水是水分胁迫的一种重要表现方式，对植物形态、生理和代谢等都会产生影响。淹水一般会抑制根系生长、吸收和运输等活动，使整株植物生长量降低，地上部分生长受到抑制，严重时会导致果实脱落。叶绿素荧光与光合作用中各个反应过程紧密相关，任何逆境对光合作用各过程产生的影响都可通过体内叶绿素荧光诱导动力学变化反映出来。因此，可以利用叶绿素荧光动力学方法快速、灵敏、无损伤地研究和探测各种逆境对植物光合生理的影响。本试验拟以不同耐淹水的葫芦科作物为材料。通过测量根部淹水及淹水恢复后的叶绿素荧光情况，进而分析鉴定不同葫芦科作物的耐淹水情况。

1材料与方法

1.1试验材料与处理

试验在上海市农业科学院庄行试验基地五连栋温室内进行。所用黄瓜材料为春秋王，丝瓜为早熟香丝瓜，苦瓜为翠绿苦瓜，黑籽南瓜为云南黑籽南瓜。将上述瓜类同时浸种催芽后，播于50孔穴盘中，待第1片真叶展开后移栽至20cm×20cm塑料花盆中，育苗及移栽基质均为田园营养土，以自来水和营养液交替浇苗，苗龄35d后(此时黄瓜7片真叶，丝瓜8片真叶，苦瓜7片真叶，黑籽南瓜9～10片真叶展开)进行根部淹水，淹水以刚好过表1cm为标准。每个处理6株，共8个处理(4个淹水处理。4个对照)，重复3次。各处理瓜苗淹水3d开始进行恢复，(试验中发现黄瓜淹水4d或超过4d，很多植株茎部开始腐烂。不利于研究其恢复情况和其他葫芦科作物的比较，所以本试验选择淹水3d后即转入正常条件开始恢复生长)即不再进行淹水处理，放到正常环境中。

1.2试验方法

用PAM-2100便携式脉冲调制式叶绿素荧光仪(Walz，德国产)测定初始荧光(FO)、最大荧光(Fm)、光系统Ⅱ(PSⅡ)的最大光化学效率(Fv/Fm)，并计算PsⅡ潜在活性(Fv/FO)，测定前叶片充分暗适应30min；同时测定光下荧光参数：光下最小荧光(FO)、光下最大荧光(Fm)、表观光合电子传递速率(ETR)、实际光化学量子产量(Yield)、光化学猝灭系数(qP)和非光化学猝灭系数(qN)。以上测定均在淹水3d后和淹水恢复3d后进行，选取植株中部展开叶，所有指标重复测定5次，结果以平均值±标准误差表示。

2结果与分析

2.1淹水3d后不同葫芦科作物荧光参数的变化

从图1可以看出，淹水处理并没有明显改变4种作物PSⅡ的Fv/Fm，各处理之间差异不显著；Fv/FO常用于度量PSⅡ的潜在活性，笔者发现根部淹水3d后。各处理的Fv/FO也没有发生明显的变化。FO表示光下最小荧光，是光适应状态下全部PSⅡ中心都开放时的荧光强度，淹水3d后，黄瓜、黑籽

南瓜的FO显著降低，丝瓜略有升高，而苦瓜基本无变化。Fm表示光下最大荧光，在光适应状态下全部PsⅡ中心都关闭时的荧光强度，处理后黄瓜、黑籽南瓜的Fm降低更为明显，苦瓜略有降低。丝瓜变化差异不显著；ETR表示表观光合电子传递速率，各处理均有不同程度降低，黄瓜、黑籽南瓜降低非常明显，而丝瓜、苦瓜略有降低。Yeild表示实际光化学量子产量，它反映PSⅡ反应中心在部分关闭情况下的实际原初光能捕获效率。Yeild的变化情况和ETR相似，淹水的降低幅度为黑籽南瓜>黄瓜>苦瓜>丝瓜。光化学猝灭系数qP，反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能用于光化学电子传递的份额，要保持高的光化学猝灭系数，就要使PSⅡ反应中心处于“开放”状态，所以光化学猝灭系数又在一定程度上反映了PSⅡ反应中心的开放程度，即光合活性的高低。淹水3d，4种作物的qP都有所降低，黑籽南瓜、黄瓜为显著降低，丝瓜、苦瓜降低不显著。非光化学猝灭系数qN反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能不能用于光合电子传递而以热的形式耗散掉的光能部分，反映了植物的光保护能力，淹水使黄瓜、黑籽南瓜的qN极显著增加，苦瓜显著增加，丝瓜增加不显著。

2.2淹水恢复3d后不同葫芦科作物荧光参数的变化

图2显示：淹水恢复3d后，各处理的Fv/Fm略有降低，黄瓜、黑籽南瓜恢复后和对照比较差异显

著，丝瓜、苦瓜变化不显著。Fv/FO在恢复后各处理也都略有降低，但是和对照差异不显著。FO在恢复后各处理均略有升高。但和其各自对照差异不明显；各处理的Fm只有黄瓜在恢复后降低差异显著，其他处理差异不显著。淹水恢复3d后，黄瓜、黑籽南瓜的ETR和Yeild较其对照的差异明显减小，黄瓜表现为极显著降低。丝瓜、苦瓜、黑籽南瓜为显著降低。4种作物恢复3d后和各自对照比较，并没有使其qP有所增高，反而与对照差异更为明显，黄瓜仍表现为极显著降低。丝瓜、苦瓜、黑籽南瓜为显著降低。qN在恢复后表现为和对照差异有所减小，除黄瓜表现为显著升高外，其他处理差异不显著。

3讨论与结论

叶绿素荧光是探测和分析植物光合功能的重要手段，为研究光系统及其电子传递过程提供了丰富的信息，同时，叶绿素荧光也经常被用于评价环境胁迫对植物生长的影响。Fv/Fm被认为是反映光抑制程度的可靠指标，4种作物根部淹水3d，并没有发现各处理有明显的变化。同时PSⅡ的潜在活性Fv/F0也没有明显变化，说明淹水3d并没有导致葫芦科几种作物发生明显的光抑制。淹水处理使黄瓜和黑籽南瓜的FO、Fm、ETR、Yeild、qP都显著降低，并且黑籽南瓜降低更为明显。说明淹水对黄瓜和黑籽南瓜都造成了严重的胁迫。其中黑籽南瓜遭受胁迫更为严重，这和笔者观察到的黄瓜和黑籽南瓜淹水后叶片在晴天明显萎蔫相一致，黑籽南瓜生长较快，试验时已经有9～10片真叶展开(黄瓜7片真叶，丝瓜8片真叶。苦瓜7片真叶)，并且叶片相对较大，淹水处理3d均为晴天，强烈的蒸腾与淹水时有限的根系吸水，可能导致黑籽南瓜遭受到更为严重的胁迫。同时，淹水使黄瓜和黑籽南瓜的qN极显著增大，说明其需要以热的形式耗散掉PSⅡ反应中心吸收的过量光能，以保护其光合机构，也说明淹水使黄瓜和黑籽南瓜用于光合作用的能量减少。丝瓜、苦瓜的ETR、Yeild、qP也有所降低，并且以丝瓜降低最少，丝瓜的qN在淹水后基本不变，而苦瓜有所升高，说明试验中丝瓜抗淹水能力最强，其次为苦瓜。张雪芹等研究淹水对番木瓜的影响时发现，淹水使ETR、Yeild、qP值显著降低，qN值则明显升高，并且随淹水时间越长，对植物伤害越严重。

植物对环境胁迫的适应能力，更主要应该从其胁迫后的恢复情况来看。淹水恢复3d后，黄瓜、黑籽南瓜的Fv/Fm和其对照出现了显著性差异，说明这时候其光合系统才表现出光抑制；恢复3d，黄瓜、黑籽南瓜的FO、Fm、ETR、Yeild、qP和其对照的差异明显减小，其中黑籽南瓜和对照差异减少最多，说明2种作物叶片系统得到了一定的恢复，并且以黑籽南瓜恢复效果较好。恢复后只有黄瓜的qN和对照相比差异显著，其他作物差异均不显著，这也说明淹水对黄瓜伤害最为严重。其恢复最慢。试验中淹水3d测量时为晴天，恢复时测量为阴到多云天气，这可能是一些数据(如ETR、qN)差异较大的原因。

有研究表明，淹水主要造成植物根部缺氧，低氧胁迫下植物叶片蛋白质、叶绿素、类胡萝卜素含量等降低，进而对植物光合等系统产生严重影响。近来，也有人通过试剂外施提高植物抗淹水能力。关于淹水对植物造成的伤害和伤害机理，以及如何寻找到更好的缓解淹水的措施，需要今后更加深入的研究。通过本试验，笔者发现，叶绿素荧光技术可以较快的鉴定淹水对葫芦科几种作物的伤害及伤害程度，并可以通过测量恢复情况，确定植物的耐淹性。