干旱胁迫下气温对甘蔗叶绿素荧光动力学参数的影响

刘家勇，陈学宽，夏红明，赵 俊，昝逢刚，覃 伟，蔡 青，杨 昆，赵丽萍，姚 丽，赵培方，朱建荣，范源洪

(1.云南省农业科学院甘蔗研究所，云南 开远 661699；2.云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所，云南 昆明 650223；3.云南省农业科学院，云南 昆明 650205)

【研究意义】甘蔗是中国的主要糖料作物，旱地蔗面积大是中国甘蔗生产的突出特点。抗旱甘蔗品种的培育和应用是提高种蔗效益的关键技术，抗旱育种指标的评价和筛选对提高抗旱品种培育效率意义重大。【前人研究进展】叶绿素荧光动力学技术是以光合作用理论为基础，利用植物体内叶绿素a荧光作为天然探针，研究和探测植物光合生理状况及各种外界因子对其影响的新型植物活体测定的诊断技术[1-2]，被称为探测和分析植物光合生理与逆境胁迫关系的理想技术[3-4]。罗俊等[5]研究了干旱胁迫下Fv/Fm、Fv/Fo的变化情况，认为可利用叶绿素a荧光分析技术来评价甘蔗品种的抗逆性能和丰产性，实现抗逆育种的早期选择。高三基等[6]研究了有关生理生化指标与甘蔗品种抗旱性的关系，认为Fv/Fm和Fv/Fo与甘蔗品种抗旱性关系密切，可在甘蔗抗旱育种上加以应用。相关研究[4,7-9]表明：干旱胁迫可对Fv/Fm、Fv/Fo产生显著影响，并可作为作物品种或种质抗旱性评价指标。【本研究切入点】田间试验是在开放的自然条件下进行的，大田试验的处理效应容易受到其它因素影响，进而影响对处理效应的客观评价。试验过程中，如何获得准确的试验数据对处理效应的评价至关重要。【拟解决的关键问题】文章分析了干旱胁迫下，气温对甘蔗叶绿素荧光动力学参数的影响，旨在为测量甘蔗叶绿素荧光动力学参数对干旱胁迫的响应提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验概况及材料

材料由“甘蔗抗旱育种技术研究与种质改良”项目组提供，试验在云南省农业科学院甘蔗研究所育种试验基地(开远市冷水沟村)进行。主要研究目标是甘蔗抗旱育种指标的评价与筛选，叶绿素荧光动力学参数是评价的主要指标之一。

采用裂区试验设计，主处理为水分处理(正常供水和自然干旱，中间以2 m的缓冲带隔开)，副处理为品种(共计22个品种材料)，3次重复。试验共计2个处理×22个品种×3次重复=132个小区(每小区面积40 m2)。2014年3月25日开始进行干旱胁迫处理。

为了合理安排测量工作，获得理想的测量数据，针对试验期间晴天气温上升快的特点，充分了解干旱胁迫下气温对叶绿素荧光动力学参数的影响，于2014年5月17-18日，进行了2次测量试验，为整个试验(132个小区)制定合理的大规模测量方案提供依据。

第1次测量：2014年5月17日，选择3个品种：新台糖10号、新台糖25号和云蔗01-1413，2个处理，3次重复，共计18个小区。第2次测量：2014年5月18日，选择3个品种：云蔗03-258、新台糖22号和Q208(引自于澳大利亚)，2个处理，3次重复，共计18个小区。2次测量过程中均采用DAVIS气象工作站记录气温变化，气温记录间隔时间设置为10 min。

1.2 测量方法

从9:00-19:40时连续测量叶绿素荧光动力学参数。每小区选择3株健康植株固定，选择+1叶并标记测量位置，采用植物效率分析仪(Handy PEA)测量Fo、Fm等参数，并计算Fv、Fv/Fm和Fv/Fo等参数[10]。每次测量共计3个品种×2个处理×3次重复×3个样品=54个测量值。测量前对叶片进行15 min暗适应处理。

Fo：固定荧光，初始荧光(minimal fluorescence)，也称基础荧光，是光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心处于完全开放时的荧光产量；Fm：最大荧光产量(maximalfluorescence)，是PSⅡ反应中心处于完全关闭时的荧光产量；Fv=Fm-Fo：为可变荧光(variablefluorescence)，反映了QA的还原情况；Fv/Fm：PSⅡ原初光能转换效率；Fv/Fo：PSⅡ潜在活性。

1.3 数据分析

采用Excel2010和DPS数据处理系统软件对数据进行处理和统计分析。文章重点讨论气温对Fv/Fm和Fv/Fo的影响情况。

2 结果与分析

2.1 气温日变化

图1反映了2014年5月17日和5月18日的气温日变化，从图中可看出2 d的气温变化基本相似。2014年5月17日平均气温29.3 ℃，最高气温35.7 ℃，出现在16:40 时；5月18日平均气温29.9 ℃，最高温35.9 ℃，出现在16:20 时。

2.2 干旱胁迫下气温对叶绿素荧光动力学参数的影响

2014年5月17-18日共计测量18次(每天9次)，对每次测量的Fv/Fm和Fv/Fo平均值和测量时间段内的平均气温进行回归分析(表1)。结果显示，所有品种的Fv/Fm和Fv/Fo值与气温之间呈线性关系显著下降。

测量时间分为9:00-12:00时、13:00-17:00时和19:00-19:40时3个时段经统计分析。平均气温以13:00-17:00时段最高，9:00-12:00时段最低，19:00-19:40时段居中(表2)。

图1 2014年5月17-18日气温变化情况Fig.1 Change of air temperature on 17-18 May, 2014

测量日期Measuringdate品种Variety处理TreatmentFv/FmFv/Fo回归方程RegressionequationR2r回归方程RegressionequationR2r5月17日云蔗1-1413干旱胁迫y=0.932-0.010x0.50-0.71*y=3.624-0.063x0.54-0.73*5月17日新台糖10干旱胁迫y=0.940-0.011x0.52-0.72*y=3.445-0.056x0.42-0.65*5月17日新台糖25干旱胁迫y=0.975-0.009x0.67-0.82**y=5.031-0.089x0.67-0.82**5月18日云蔗03-258干旱胁迫y=0.915-0.010x0.91-0.95**y=3.535-0.060x0.93-0.96**5月18日Q208干旱胁迫y=0.982-0.011x0.93-0.96**y=4.147-0.076x0.94-0.97**5月18日新台糖22干旱胁迫y=1.607-0.032x0.79-0.89**y=6.646-0.162x0.85-0.92**

对3个时段Fv/Fm和Fv/Fo的均值t测验结果，对于9:00-12:00时段，Fv/Fm和Fv/Fo值均显著高于13:00-17:00时段；5月17日19:00-19:40时段Fv/Fm和Fv/Fo值均显著高于13:00-17:00时段，5月18日大部分测量值差异虽然不显著(除云蔗03-258的Fv/Fm值外)，但其他2个时段均高于13:00-17:00时段的测量值(表2)。

表2 不同测量时段气温对Fv/Fm和Fv/Fo的影响

注：*为显著；**为极显著。

Note:* meant significant difference; ** meant highly significant difference.

表3 不同测量时段ΔFv/Fm和ΔFv/Fo的变化情况

表3反映了不同测量时段，ΔFv/Fm(正常供水下Fv/Fm-干旱胁迫处理Fv/Fm)和ΔFv/Fo(正常供水下Fv/Fo-干旱胁迫处理Fv/Fo)的变化情况。ΔFv/Fm和ΔFv/Fo，13:00-17:00时段的变化均大于其它2个时段。反映出：随着气温的升高，不仅导致Fv/Fm和Fv/Fo值下降，且加剧了干旱胁迫处理下Fv/Fm和Fv/Fo值的下降幅度。

3 讨 论

干旱胁迫下，随着气温的升高，不仅降低了Fv/Fm和Fv/Fo值，且加剧了Fv/Fm和Fv/Fo的下降幅度。田间试验是在开放的自然条件下进行的，因此除了试验处理的主效应外，其它非处理因子也可能会影响试验结果，从而干扰试验处理的主效应。许多研究表明，除干旱[11-14]外，水渍[15-16]、气温(高温[17-18]或低温[19-21])和营养亏缺[22-25]等非生物胁迫因子均会对Fv/Fm或Fv/Fo等叶绿素荧光动力学参数产生影响。多种胁迫因子的存在，必然产生交互作用，如不对其它非处理胁迫因子加以控制或消除，势必会加剧或削弱处理效应，进而影响对处理效应的客观评价。

根据研究结果，与本文所述相类似的田间试验，测量叶绿素荧光动力学参数，建议测量工作尽量安排在同一时段内完成；如果试验规模较大，需要跨时段测量时，要详细记录测量过程中的气温变化，并将气温作为协变量进行数据分析。

4 结 论

干旱胁迫下，随着气温的升高，Fv/Fm和Fv/Fo的测量值显著降低。选择适宜的测量时段和制定合理的测量方案，可减少气温变化对测量叶绿素荧光动力学参数的影响，从而准确反映干旱胁迫效应。

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