外源H2O2处理对两种小麦叶绿素荧光和叶绿素的影响

卢金 黄家钿 王艳芳 杨颖丽

摘要[目的]研究不同浓度H2O2处理对2种小麦幼苗叶绿素荧光和叶绿素的影响。[方法]以小麦品种宁春四号和西旱二号幼苗为材料，采用室内水培试验。[结果]对于宁春四号，200 μmol/L H2O2处理使得初始荧光（F0）、最大荧光（Fm）、PSⅡ处调节性能量耗散的量子产量Y（NPQ）、光化学淬灭（qP）和非光化学淬灭（NPQ）明显低于对照；不同浓度的H2O2处理使得幼苗叶片叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）和叶绿素总量均显著降低。50、100和200 μmol/L H2O2处理下西旱二号幼苗叶片Chla含量和F0显著降低，PSⅡ的最大量子产量（Fv/Fm）、实际光化学反应效率（Y（Π））、电子传递速率（ETR）、qP和NPQ均增大，而Chlb和叶绿素总量无显著变化。[结论]与宁春4号相比，外源H2O2胁迫使西旱2号小麦幼苗叶片PSⅡ反应系统更开放，光合机构的损伤较严重。

关键词过氧化氢；叶绿素；叶绿素荧光

中图分类号Q945.68文献标识码A文章编号0517-6611（2014）01-00009-03

基金项目甘肃省自然科学基金项目（1010RJZA027）。

作者简介卢金（1986-），女，甘肃天水人，硕士研究生，研究方向：植物抗逆境生态。*通讯作者，教授，博士，博士生导师，从事植物逆境生理生态方面的研究，Email：yangyingli2006@sohu.com。

收稿日期20131029逆境造成植物氧化胁迫，一方面叶绿素吸收过量光能后，叶绿体内活性氧的增加对光合机构产生破坏作用，成为植物发生光抑制的主要原因；另一方面光合机构又能通过活性氧的产生和分解调节光能的利用[1]。逆境还可使得植物叶绿体结构发生改变，抑制叶绿素生物合成、PSⅡ反应中心和电子传递，活性氧清除酶和与碳固定相关酶活性降低、叶片衰老加快、有机物向外运输受阻等一系列生理代谢紊乱，减少生物量积累，从而降低植物的光合能力[2-4]。随着过氧化氢（H2O2）处理浓度的增加，PSⅠ、PSⅡ和全电子链电子传递活性下降，其中对PSⅡ的影响较大；H2O2处理导致PSⅡ活性反应中心电子数目先增加后减少；H2O2处理使得PSⅡ供体侧和受体侧电子传递活性都下降，其中受体侧电子传递活性的下降更加迅速，PSⅡ反应系统作用对H2O2更为敏感[5]。

植物对逆境胁迫的主要反应之一是H2O2积累，而过量的H2O2会造成膜质过氧化，破坏生物大分子，从而对植物产生损害作用[6]。同时，H2O2可作为信号分子在植物对逆境胁迫引起的信号转导中起重要作用[7]。有研究表明，由外源H2O2直接使用所引起强的氧化损害对植物体是致命的[8]，但H2O2胁迫能提高小麦幼苗的抗氧化能力，增强其抗旱性[9]。笔者以抗旱性不同的2种小麦为材料，研究外源H2O2处理对叶绿素荧光参数和叶绿素的影响，为探明H2O2胁迫对植物的伤害机理和深入了解小麦抗活性氧胁迫的生理生态机制提供资料。

1 材料与方法

1.1植物材料及其培养试验用小麦品种为宁春四号和西旱二号。种子用浓度0.1% HgCl2表面消毒10 min，流水冲洗12 h，暗萌发24 h后选择萌发较好的种子进行幼苗培育，幼苗在（24±0.5）℃、12 h/12 h（光照/黑暗）和300 μmol/（m2·s）光照强度的培养箱中培养。从暗萌发开始用0、25、50、100和200 μmol/L的H2O2胁迫处理6 d后，取叶片检测相关生理指标。

1.2生理指标的测定

1.2.1 叶绿素荧光参数的测定。 叶绿素荧光参测定采用便携式脉冲调制叶绿素荧光仪（PAM2500，Walz），参照Ralph[10]方法。在胁迫处理后6 d，选取倒数第4片叶测量荧光诱导动力学参数，测定时间为9：00～11：00。先将叶片暗适应30 min，获得最小荧光（Minimal fluorescence，F0）和最大荧光（Maximal fluorescence，Fm）。从荧光动力学曲线中解析出以下荧光参数：最大量子产量（The maximum quantum yield of PSⅡ photochemistry，Fv/Fm）、PSII的实际光合量子产量（Actual or Effective quantum yield，Y（II））、调节性能量耗散的量子产量（Quantum yield of regulated energy dissipation，Y（NPQ））、非调节性能量耗散的量子产量（Quantum yield of nonregulated energy dissipation，Y（NO））、表观光合电子传递速率（Electron transport rate，ETR）、光化学淬灭系数（Photochemical quenching，qP）和非光化学淬灭（Nonphotochemical quenching，NPQ）。

1.2.2 叶绿素含量。叶绿素含量的测定采用Lichtenthaler[11]的方法。取0.5 g小麦叶片，用浓度95%乙醇抽提，离心（10 000×g，10 min），取上清液用分光光度计测定663和646 nm处的光吸收值，叶绿素含量的单位为mg/g。

1.3 数据统计重复3次，每样均重复测定3次，取平均值，数据以x±s表示。采用SPSS 17.0进行数据统计，用Duncan方法进行单因素方差分析，并输入Excel表格进行图表处理。

2结果与分析

2.1小麦幼幼苗叶片F0、Fm和Fv/FmF0和Fm分别表示暗适应样品的最大和最小荧光。当所有反应中心处于开放时得到F0，当均处于关闭态时得到Fm。Fv/Fm是PSⅡ最大光化学量子产量，反映植物潜在最大光合能力。由表1可知，100和200 μmol/L H2O2处理使得宁春四号小麦幼苗叶片中F0和Fm在0.05水平显著降低，200 μmol/L H2O2处理使得Fv/Fm降为对照的97%，差异在0.05水平显著。对于西旱二号小麦，H2O2处理使得F0分别降为对照的83%、65%和92%；50和200 μmol/L H2O2处理时Fm与对照无显著性变化，100 μmol/L H2O2处理使得Fm与对照相比降低36%；50、100和200 μmol/L H2O2处理使得Fv/Fm显著增加，约增加对照的102%。

2.2小麦幼苗叶片Y（Π）、Y（NPQ）、Y（NO）和ETR由图1A可知，200 μmol/L H2O2处理下宁春四号Y（Π）增加为对照的1.75倍，差异在0.05水平显著，其他浓度处理无明显变化；50、100和200 μmol/L H2O2处理下西旱二号Y（Π）分别在0.05水平显著增加为对照的161%、186%和171%。

2.3小麦幼幼苗叶片qP和NPQ由图2A可知，对于宁春四号小麦，与对照相比，50和100 μmol/L H2O2处理下qP没有明显变化，而200 μmol/L H2O2下qP分别增加为0.157和0.082，差异达到0.05显著水平。与对照相比，在处理下西旱二号qP在0.05水平显著增加，如100 μmol/L H2O2处理下qP分别增加为对照的1.74和1.87倍。

3讨论

3.1 外源H2O2处理对小麦幼苗叶片F0、Fm和Fv/Fm的影响F0是零水平荧光，是PSⅡ反应中心处于完全开放时的荧光产量，与叶片叶绿素浓度有关；Fm为暗适应样品的最小荧光，当所有反应中心均处于关闭态时得到Fm，可反映通过PSⅡ的电子传递情况[12]。暗适应后测量的Fv/Fm反映植物PSⅡ的潜在最大光合能力，一般植物处于不良环境时会导致Fv/Fm降低。试验中，高浓度（100和200 μmol/L）H2O2处理使得2种小麦幼苗叶片F0和Fm均降低，宁春四号只有在200 μmol/L H2O2处理下诱导幼苗叶片Fv/Fm降低，但对西旱二号幼苗来说，不同浓度H2O2处理使得Fv/Fm明显高于对照。这些结果表明H2O2胁迫使得2种小麦幼苗叶片PSⅡ的热耗散增加，PSⅡ反应中心没有被破坏，PSⅡ反应中心处于完全关闭时的荧光产量降低，PSⅡ的电子传递减少，这与Liang等[13]的研究相一致；同时，H2O2处理使得西旱PSⅡ原初转换效率能力提高，植物光合能力增强[14]。

3.2外源H2O2处理对小麦幼幼苗叶片Y（Π）、Y（NPQ）、Y（NO）和ETR的影响Y（NPQ）是光保护的重要指标，Y（NO）是光损伤的重要指标。Y（Π）反映PSⅡ反应中心在有部分关闭情况下实际原初光能捕获效率。ETR反映叶片用于光合电子传递的能量占所吸收能量的比例，是PSⅡ反应中心关闭时的效率[15]。逆境胁迫使得垂序商陆叶片Y（Π）和ETR下降，PSⅡ光合反应中心实际量子产量下降[13]。试验中，宁春四号100和200 μmol/L外源H2O2处理诱导叶片Y（NPQ）降低，Y（NO）升高，只有200 μmol/L H2O2使得宁春四号幼苗叶片中Y（Π）和ETR增加。但是，对于西旱二号幼苗，100 μmol/L处理使得Y（NPQ）降低，200 μmol/L处理使得Y（NO）降低，其他的无显著影响，H2O2胁迫均使其幼苗叶片Y（Π）和ETR明显升高。由此可知，在H2O2胁迫下宁春幼苗叶片光损伤较显著，对实际原初光能捕获能力降低，所吸收光能中用于光和电子传递的能量比例降低；西旱二号却表现出较强的耐氧化胁迫的能力，PSⅡ光合反应中心实际量子产量也在逐步升高。

3.3外源H2O2处理对小麦幼幼苗叶片qP和NPQ的影响qP反映PSⅡ天线色素捕获光能用于光化学电子传递的份额，在一定程度上反映PSⅡ反应中心的开放程度[16]。NPQ反映叶片PSⅡ反应中心天线色吸收的光能不能用于光合电子传递链而以热耗散的形式散失的部分。热耗散可以防御光