棉花幼苗叶绿素荧光特性对低温胁迫的响应研究

何溪宏，张 伟*

（1.新疆玉丰源农业发展有限公司，新疆 石河子 832000；2.石河子大学农学院）

棉花幼苗叶绿素荧光特性对低温胁迫的响应研究

何溪宏1，张 伟2*

（1.新疆玉丰源农业发展有限公司，新疆 石河子 832000；2.石河子大学农学院）

本研究利用OS5-FL调制式叶绿素荧光分析仪测定了10℃低温胁迫条件下棉花幼苗叶绿素荧光特性的变化。结果表明，低温胁迫下棉花幼苗叶片的电子传递速率（ETR）、光化学量子产量（Yield）和荧光光化学猝灭系数（qP）随胁迫时间延长而逐渐下降，非荧光光化学猝灭系数（qN）上升，而PSⅡ的潜在活性（Fv/F0）和PSⅡ原初光能转化效率（Fv/Fm）变化不大。

低温胁迫；棉花幼苗；叶绿素荧光

新疆属于典型的干旱大陆性气候，每年春天都有倒春寒天气过程发生，同时秋霜来临较早，致使低温胁迫成为影响棉花生产的主要因素之一[1]。因此，探求低温胁迫对棉花的影响，筛选、培育抗寒性品种以适宜冷害气候条件对农业生产实践具有重要意义。

叶绿素荧光分析技术以光合作用为基础，用以研究植物光合生理状况及植物与逆境胁迫的关系。该技术为研究光系统Ⅱ及其电子传递过程提供了丰富的信息，在多种作物上广泛应用[2-4]，但在棉花上应用的报道相对较少。

本试验利用叶绿素荧光分析技术，研究低温条件下棉花幼苗叶绿素荧光特性的变化，以期探讨低温胁迫对棉花幼苗叶片光合作用影响的原初反应机制，为棉花幼苗防冻措施的实施和抗寒性品种的选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验基本情况

试验设在新疆生产建设兵团第八师一四三团玉丰源农业发展有限公司实验基地。土壤质地为壤土，砂粒41.12%，粉粒40.46%，粘粒18.42%，pH值为7.54，有机质含量6.547 g/kg，碱解氮35.9 mg/kg，速效磷9.6 mg/kg，速效钾228 mg/kg。供试作物为棉花新陆早40号、新陆早43号和新陆早46号，生育期均为130 d左右。供试肥料为普通尿素与自制控释肥，含氮量分别为46%和18%。

1.2 测定方法

试验选用粗砂做发芽床，每个棉花品种分别精选100粒置于发芽盒中，重复3次。用RXZ型智能人工气候箱进行培养试验。幼苗长到5叶1心时测定幼苗第4叶的叶绿素荧光参数，然后进行10℃低温胁迫试验，每隔12 h测定所标记叶片的叶绿素荧光参数。所有参数均为5次测定的平均值。

表1 棉花幼苗Fv/F0和Fv/Fm对低温胁迫的响应

2 结果与分析

2.1 棉花幼苗Fv/F0和Fv/Fm值对低温胁迫的响应

低温胁迫对棉花的 Fv/F0和 Fv/Fm值影响不大（表1）。12 h胁迫下，新陆早40号和新陆早43号的Fv/F0和Fv/Fm差异不显著，48 h的胁迫会造成新陆早46号的Fv/F0和Fv/Fm值显著下降。

2.2 棉花幼苗ETR和Yield对低温胁迫的响应

对ETR和Yield的测定结果表明，ETR和Yield均随着胁迫时间的延长而不断下降，在胁迫48 h后均降到最低值。不同品种幼苗在不同时长胁迫下的光合电子传递速率响应变化不大，而胁迫对光化学量子产量的幼苗品种响应有差异：新陆早40号的不同胁迫时长之间的Yield差异不显著；新陆早43号的48 h长胁迫与对照达到了极显著差异，且与其它3个时长的Yield也达到了显著差异；而新陆早46号在36 h时长时与对照有显著差异。

2.3 棉花幼苗qP和qN对低温胁迫的响应

从表3可以看出，棉花幼苗受到低温胁迫后，qP值不断下降，而qN值不断上升，表明低温胁迫使棉花幼苗叶片的PSⅡ反应中心的开放程度缩小，而耗散的光能比例增加。qP和qN对低温胁迫响应的程度不同，qP下降较缓慢，新陆早40号的各个胁迫时长的qP未达显著差异水平，新陆早43号和新陆早46号在胁迫36 h后的qP值与对照差异显著。各个品种在12 h低温胁迫后的qN值分别与对照达极显著差异水平。

3 结果与讨论

本研究表明，低温胁迫对棉花幼苗的Fv/F0和Fv/Fm影响不大，这种差异可能是由于棉花幼苗的Fv/F0和Fv/Fm能迅速启动恢复机制，棉花品种的自身抗冷性差异和品种特性有关。低温胁迫对植物光合作用的影响是多方面的，不仅直接引发光合机构的损伤，同时也影响光合电子传递、光合磷酸化以及暗反应的相关酶系[5]。

棉花幼苗的ET和Yield均随着低温胁迫时间的延长而下降，低温胁迫降低了棉花幼苗qP值，提高了qN值，但棉花幼苗qN对低温胁迫反应的灵敏性比qP高。

棉花幼苗在低温条件下的ETR和Yield对低温胁迫的恢复能力具有一定差异，因此，低温胁迫条件下，棉花品种的ETR值和Yield值可以作为辅助鉴别品种抗寒差异性的指标。

表2 棉花幼苗ETR和Yield对低温胁迫的响应

表3 棉花幼苗qP和qN对低温胁迫的响应

[1]张守仁.叶绿素荧光动力学参数的意义及讨论[J].植物学通报，1999，16（4）：444-448.

[2]习岗，杨初平，宋清，等.低温胁迫下香蕉叶片Chla荧光动力学参量的变化及其品种差异性 [J].光子学报，2002，31（11）：1326-1329.

[3]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.

[4]李平，李晓萍，陈贻竹，等.低温光抑制胁迫对不同抗冷性的籼稻抽穗期剑叶叶绿素荧光的影响 [J].中国水稻科学，2000，14（2）：88-92.

[5]何洁.低温与植物光合作用[J].植物生理学通讯，1986，22（1）：1-9.

2015—05—08

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：张伟，男，博士，副教授，主要从事耕作学与农业生态学研究，E-mail:bluesky2002040@163.com。