外源多胺对低温胁迫下黄瓜幼苗叶绿素荧光参数的影响

曹玉杰 钱春桃 薄凯亮 程春燕 陈劲枫

摘 要： 应用外源多胺（Polyamines，PAs）腐胺（Putrescine，Put）、亚精胺（Spermidine，Spd）、精胺（Spermine，Spm）处理2叶1心黄瓜幼苗，然后进行8 ℃/8 ℃ 低温及恢复处理， 研究Put、Spd、Spm对黄瓜幼苗叶绿素荧光参数的影响。结果表明，在低温胁迫下黄瓜幼苗叶片叶绿素荧光参数最大荧光Fm、最大光化学效率Fv/Fm、PSII（光系统II）潜在活性Fv/F0均下降，初始荧光F0上升，表明PSII受到了伤害，使得PSII原初光能转换效率、PS潜在活性降低；与单纯低温胁迫相比，外源Put、Spd、Spm预处理均可以提高Fm、Fv/Fm、Fv/F0，而使F0降低。这一结果从叶绿素荧光动力学方面说明Put、Spd、Spm对改善黄瓜的耐冷性有一定的作用。

关键词： 黄瓜； 低温胁迫； 多胺； 叶绿素荧光参数

黄瓜（Cucumis sativus L.）起源于亚热带地区，属于喜温植物；其生长过程对低温极为敏感，生长温度低于10 ℃时就会受到抑制。与其他葫芦科作物相似[1-2]，黄瓜设施栽培过程中亦经常遭受低温弱光，严重影响其生长发育及其产量和品质[3]。叶绿素荧光动力学技术是以植物体内叶绿素a 分子作为天然探针，研究和探测植物光合生理状况及各种外界环境因子对其影响的新型植物活体测定和诊断技术，具有快速便捷、反应灵敏和不具破坏性等优点，被看作探测和分析植物光合生理与逆境胁迫关系的理想技术[4]；越来越多的研究表明植物体内的叶绿素荧光蕴藏着丰富的生物信息；在水分胁迫[5]、低温胁迫等逆境胁迫方面有着广泛的应用。已有报道对黄瓜的耐冷研究多集中在生理生化指标[6-7]、光合作用[8-9]以及单纯低温弱光对黄瓜叶绿素荧光特性影响[10-12]等方面。而关于外源Put、Spd、Spm对黄瓜耐冷性的影响，前人多是从多胺提高抗氧化酶活性，减缓黄瓜叶片MDA累积，提高可溶性物质含量等方面进行研究[13-15]。本文采用耐冷性不同的2份黄瓜材料，进行外源Put、Spd、Spm 对低温胁迫下黄瓜幼苗叶片叶绿素荧光参数影响的研究，初步从叶绿素荧光动力学方面探讨外源多胺对黄瓜耐冷性的影响。

1 材料與方法

1.1 材料

材料[16]由南京农业大学蔬菜重点实验室黄瓜课题组提供：耐冷材料‘长春密刺，冷敏性材料‘北京截头。

1.2 幼苗培养

分别将2份材料种子消毒，55 ℃温汤浸种，放于铺有2层湿润滤纸的培养皿中，28 ℃黑暗条件下催芽。种子发芽后，播于装有草炭∶蛭石=1∶1的塑料营养钵中，于温室内培养，每2 d浇灌1次1/2倍Hoagland营养液，中间浇清水，幼苗培养至2片真叶完全展平时用作实验材料进行处理。

1.3 试验处理

幼苗在低温处理开始前的12 h，进行如下处理：（1）喷施清水（CK）：MCK（M，‘长春密刺，下同），BCK（B，‘北京截头，下同）；（2）喷施1 mmol·L-1 Put：MPut，BPut；（3）喷施0.5 mmol·L-1 Spd：MSpd，BSpd；（4）喷施0.5 mmol·L-1 Spm：MSpm，BSpm（多胺处理浓度为实验室前人实验结果）。在喷施的溶液中均加入1滴吐温-20，以提高附着叶片的能力。用微型塑料喷雾器对植株的全部叶片喷洒清水或Put、Spd、Spm，以不下滴为宜（注意不要滴到培养基质）。将幼苗转移到光照培养箱中进行低温处理，实验选用8 ℃/8 ℃ 的温度作为冷处理温度（光照度：150 μmol·m-2·s-1；光周期：12 L/12 D；RH：60%～75%），冷处理3 d，第4 天将将幼苗移回常温状态，恢复处理1 d（R1 d）。

1.4 叶绿素荧光参数的测定

叶绿素荧光参数的测定[17]，分别于处理后0 d、1 d、2 d、3 d、恢复后1 d选取幼苗第2片真叶进行。采用英国Hansatech公司生产的FMS-2 便携调制式荧光仪测定。测定前先将叶片利用配套叶夹夹住，暗适应20 min，然后依次测得参数最小荧光（F0） 、最大荧光（Fm）、并计算PSII原初光能转换效率（Fv/Fm）、PSII的潜在光化学活性（Fv/F0）。每个处理12 株，3 次重复。对测定数据采用SPSS 和Excel 软件进行显著性分析和作图。

2 结果与分析

2.1 外源Put、Spd和Spm对低温胁迫下及恢复常温后黄瓜幼苗初始荧光F0的影响

如图1-A、B所示，低温胁迫下‘长春密刺和‘北京截头幼苗叶片F0 均显著增加，表明PSII反应中心均被破坏或发生可逆失活。‘长春密刺和‘北京截头幼苗叶片的初始荧光F0均在低温胁迫1 d时即开始显著增加，在3 d时上升到最高值，分别比处理前增加10.81%、19.21%。应用外源Put、Spd 和Spm处理后，均可减缓2份材料F0的上升；在胁迫的2 d时，Spd降低效果最优，分别比对照降低10.40%、9.66%；在3 d时，Spm的处理效果最好，分别比对照下降9.45%、14.02%。在恢复期，处理BCK的F0仍高于处理前，其他处理基本恢复到处理前的水平。

2.2 外源Put、Spd、Spm对低温胁迫下黄瓜幼苗最大荧光Fm的影响

由图2-A、B可以看出，进行低温处理后，材料‘长春密刺和‘北京截头幼苗叶片的最大荧光Fm均呈下降趋势，并随胁迫时间的延长下降幅度加大，3 d时分别比处理前降低18.04%、21.49%。Put、Spd和Spm处理均可使低温胁迫引起的幼苗叶片Fm的降低减少。在‘长春密刺中，低温胁迫在2 d时Spd减缓效果优于Spm、Put，分别比对照提高10.04%、8.39%、5.39%，3 d时Spm减缓幅度最大，比对照提高12.32%；‘北京截头中，Spm处理减少低温胁迫下Fm降低的效果最好，在1 d、2 d、3 d分别比对照提高8.47%、15.33%、16.68%，Spd次之。在恢复期，各处理Fm均有不同程度的恢复，但仍低于处理前的水平。

2.3 外源Put、Spd、Spm对低温胁迫下黄瓜幼苗最大光化学效率Fv/Fm的影响

如图3-A、B所示，进行低温处理后，材料‘长春密刺和‘北京截头幼苗叶片的最大光化学效率Fv/Fm呈下降趋势，低温胁迫1 d时即显著降低，分别比处理前降低3.31%、5.71%、8.42%和4.90%、7.38%、10.5%。Put、Spd和Spm可以明显提高低温处理下幼苗叶片Fv/Fm，与单纯低温胁迫相比，在3 d时幼苗叶片分别增加7.20%、5.53%、2.80%和8.92 %、7.50%、4.01%。在恢复期，各处理的Fv/Fm有所恢复，但仍低于处理前的水平，表明幼苗叶片的光合作用能力未完全恢复。

2.4 外源Put、Spd、Spm对低温胁迫下黄瓜幼苗PSII潜在活性的影响

由图4-A、B可以看出，进行低温处理后，材料‘长春密刺和‘北京截头幼苗叶片的PSII 潜在活性Fv/F0皆呈下降趋势，并随胁迫时间的延长下降幅度加大，处理1、2、3 d时Fv/F0分别比处理前降低16.19%、 26.00%、 31.35% 和22.15%、 31.80%、40.47%；Put、Spd和Spm可以明显提高低温处理下幼苗叶片Fv/F0，与单纯低温胁迫相比，在3 d时幼苗叶片分别增加6.77%、21.97%、31.37%和16.76%、36.14%、46.72%。在恢复期，处理MSpd、MSpm幼苗Fv/F0恢复到略低于处理前的水平，其他处理仍显著低于处理前，表明PSII的潜在活性仍未恢复。

3 讨 论

叶绿素荧光诱导动力学反映的是光合功能从启动到逐渐达到最适速度的变化过程。一般情况下，叶绿素吸收的光能主要用于光化学反应、发出叶绿素荧光和热耗散3种途径[18]，相互之间存在着此消彼长关系，光合作用和热耗散的改变会相应地引起荧光发射的改变。因此，研究者可以通过对荧光的测定来探究光合作用和热耗散的相关情况[19]。低温胁迫对植物产生的逆境伤害是多方面的，对植物的光合作用机构也同样产生损伤。本实验中发现低温胁迫使初始荧光F0显著上升，而使黄瓜幼苗叶片的最大荧光Fm、PSII的最大光化学效率Fv/Fm、PSII潜在活性Fv/F0发生显著降低，冷敏材料‘北京截头上升（F0）或下降幅度大于耐冷材料‘长春密刺；这与刘慧英等[20]在研究低温胁迫下嫁接对西瓜绿素荧光参数影响、吴雪霞等[21]进行低温胁迫对茄子幼苗叶片叶绿素荧光特性的影响的研究及张彩虹等[22]在进行硒对低温胁迫下番茄幼苗叶片光合特性与叶绿素荧光参数的影响的研究时所得结果是一致的。Fm、Fv/Fm 下降，表明植物叶片发生了光抑制[23]，而同时F0升高，表明PSII遭受到可逆或者不可逆损害[24]。PAs在植物防御各种环境胁迫方面能起到重要作用[25-26]。本实验结果表明，Put、Spd、Spm预处理可以提高低温胁迫下黄瓜幼苗叶片的Fm、Fv/Fm、Fv/F0，使F0降低；Spm改善效果最优，Spd 次之。这一结果从叶绿素荧光特性方面说明外源多胺可以缓解低温胁迫引起的逆境伤害，改善黄瓜的耐冷性。

参考文献

[1] 侯永平，陈年来，康恩祥，等. 低温弱光对西葫芦幼苗渗透调节物质的影响[J]. 中国瓜菜，2009，22（1）：8-12.

[2] 邢 燕，徐志红，徐永阳，等. 西瓜苗期耐低温弱光性鉴定指标初探[J]. 中国瓜菜，2012，25（6）：31-33.

[3] 马鸿艳，栾非时，李愚鹤.不同温度环境对黄瓜生长、产量、理化特性的影响[J]. 东北农业大学学报，2004，35（6）：697-700.

[4] 赵会杰，邹 琦，于振文. 叶绿素荧光分析技术及其在植物光合机理研究中的应用[J]. 河南农业大学学报，2000，34（3）： 2482-2511.

[5] 姜玉萍，丁小涛，张兆辉，等. 淹水对不同葫芦科作物叶绿素荧光特性的影响[J]. 中国瓜菜，2012，25（1）： 16-19.

[6] 曾韶西，王以柔. 低温胁迫对黄瓜子叶抗坏血酸过氧化物酶活性和谷胱甘肽含量的影响[J]. 植物生理与分子生物学报，1989（4）：12-15.

[7] 马德华，卢育华，庞金安. 低温对黄瓜幼苗膜脂过氧化的影响[J]. 园艺学报，1998，25（1）： 61-64.

[8] 李晓萍，陈贻竹，刘鸿先，等. 冷诱导对黄瓜幼苗光合特性与耐冷力的影响[J]. 中国科学院华南植物研究所集刊，1991（7）： 69-74.

[9] 陈青君，张福墁. 不同品种黄瓜在低温弱光胁迫和恢复过程中的光合特性[J]. 中国农业大学学报，2000，5（5）： 30-35.

[10] 王永健，张海英，张 峰，等. 低温弱光对不同黄瓜品种幼苗光和作用的影响[J]. 园艺学报，2001，28（3）： 230-234.

[11] 曾纪晴，刘鸿先，王以柔，等. 黄瓜幼苗子叶在低温下的光抑制及其恢复[J]. 植物生理学报，1997，23（1）： 15-20.

[12] 周艳虹，黄黎锋，喻景权. 持续低温弱光对黄瓜叶片气体交换、叶绿素荧光猝灭和吸收光能分配的影响[J]. 植物生理与分子生物学学报，2004，30（2）： 153-160.

[13] Shen W Y，Nada K，Tachibana S，et al. Involvement of polyamines in the chilling tolerance of cucumber cultivars[J]. Plant Physiol，2000，124（1）： 431-439.

[14] 王 學. 低温胁迫下精胺对黄瓜幼苗抗氧化酶系统及膜脂过氧化的影响[J]. 研究报告，2008，27（11）： 34-36.

[15] Zhang W P，Jiang B， Li W G，et al， Polyamines enhance chilling tolerance of cucumber （Cucumis sativus L.） through modulating anti-oxidative system[J]. Scientia Hortic，2009，122（2）： 200-208.

[16] 逯明辉，李晓明，陈劲枫. 黄瓜发芽期耐冷性与赖氨酸脱羧酶基因表达[J]. 中国农业科学，2005，38（12）： 2492-2495.

[17] Demmig-Adams B. Carotenoids and photoproleetion in plants：A role for the xanthophylls zwaxanthin[J]. Biochin BiopHys Acta，1990，1024： 1-24.

[18] Maxwell K，Johnson G N. Chlorophyll fluorescence-a practical guide[J]. Jourmal of Experimental Botany，2000，51： 659-668.

[19] 徐 凱，郭延平，张上隆. 草莓叶片光合作用对强光的响应及其机理研究[J]. 应用生态学报，2005，16（1）： 73-78.

[20] 刘慧英，朱祝军，史庆华. 低温胁迫下嫁接对西瓜光合特性及叶绿素荧光参数影响的研究[J]. 石河子大学学报：自然科学版，2007，4（25）： 02-05.

[21] 吴雪霞，陈建林，查丁石. 低温胁迫对茄子幼苗叶片叶绿素荧光特性和能量耗散的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2009，15（1）：164-169.

[22] 张彩虹，刘慧英，于秀珍. 硒对低温胁迫下番茄幼苗叶片光合特性与叶绿素荧光参数的影响[J]. 中国农学通报，2010，26（5）：152-157.

[23] 吴长艾，孟 庆，邹 琦，等. 小麦不同品种叶片对光氧化胁迫响应的比较研究[J]. 作物学报，2003，29（3）： 339-344.

[24] Peterson R B，Sivak M N，Walker D A. Relationship between steady-state fluorescence yield and photo synthetic efficiency in spinach leaf tissue[J]. Plant Physiology，1998，88（1）： 158-163.

[25] Katsukabe Y，He L，Nada K.，et al. Overexpression of spermidine synthase enhances tolerance to multiple environmental stresses and up-regulates the expression of various stress-regulated genes in transgenic Arabidopsis thaliana[J]. Plant Cell Physiol，2004，45（6）： 712-722.

[26] Groppa M D，Benavides M P. Polyamines and abiotic stress： recent advances[J]. Amino Acids，2008，34（1）： 35-45.