外源多胺對低溫脅迫下黃瓜幼苗葉綠素熒光參數(shù)的影響

曹玉杰 錢春桃 薄凱亮 程春燕 陳勁楓

摘 要： 應用外源多胺（Polyamines，PAs）腐胺（Putrescine，Put）、亞精胺（Spermidine，Spd）、精胺（Spermine，Spm）處理2葉1心黃瓜幼苗，然后進行8 ℃/8 ℃ 低溫及恢復處理， 研究Put、Spd、Spm對黃瓜幼苗葉綠素熒光參數(shù)的影響。結果表明，在低溫脅迫下黃瓜幼苗葉片葉綠素熒光參數(shù)最大熒光Fm、最大光化學效率Fv/Fm、PSII（光系統(tǒng)II）潛在活性Fv/F0均下降，初始熒光F0上升，表明PSII受到了傷害，使得PSII原初光能轉換效率、PS潛在活性降低；與單純低溫脅迫相比，外源Put、Spd、Spm預處理均可以提高Fm、Fv/Fm、Fv/F0，而使F0降低。這一結果從葉綠素熒光動力學方面說明Put、Spd、Spm對改善黃瓜的耐冷性有一定的作用。

關鍵詞： 黃瓜； 低溫脅迫； 多胺； 葉綠素熒光參數(shù)

黃瓜（Cucumis sativus L.）起源于亞熱帶地區(qū)，屬于喜溫植物；其生長過程對低溫極為敏感，生長溫度低于10 ℃時就會受到抑制。與其他葫蘆科作物相似[1-2]，黃瓜設施栽培過程中亦經常遭受低溫弱光，嚴重影響其生長發(fā)育及其產量和品質[3]。葉綠素熒光動力學技術是以植物體內葉綠素a 分子作為天然探針，研究和探測植物光合生理狀況及各種外界環(huán)境因子對其影響的新型植物活體測定和診斷技術，具有快速便捷、反應靈敏和不具破壞性等優(yōu)點，被看作探測和分析植物光合生理與逆境脅迫關系的理想技術[4]；越來越多的研究表明植物體內的葉綠素熒光蘊藏著豐富的生物信息；在水分脅迫[5]、低溫脅迫等逆境脅迫方面有著廣泛的應用。已有報道對黃瓜的耐冷研究多集中在生理生化指標[6-7]、光合作用[8-9]以及單純低溫弱光對黃瓜葉綠素熒光特性影響[10-12]等方面。而關于外源Put、Spd、Spm對黃瓜耐冷性的影響，前人多是從多胺提高抗氧化酶活性，減緩黃瓜葉片MDA累積，提高可溶性物質含量等方面進行研究[13-15]。本文采用耐冷性不同的2份黃瓜材料，進行外源Put、Spd、Spm 對低溫脅迫下黃瓜幼苗葉片葉綠素熒光參數(shù)影響的研究，初步從葉綠素熒光動力學方面探討外源多胺對黃瓜耐冷性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

材料[16]由南京農業(yè)大學蔬菜重點實驗室黃瓜課題組提供：耐冷材料‘長春密刺，冷敏性材料‘北京截頭。

1.2 幼苗培養(yǎng)

分別將2份材料種子消毒，55 ℃溫湯浸種，放于鋪有2層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，28 ℃黑暗條件下催芽。種子發(fā)芽后，播于裝有草炭∶蛭石=1∶1的塑料營養(yǎng)缽中，于溫室內培養(yǎng)，每2 d澆灌1次1/2倍Hoagland營養(yǎng)液，中間澆清水，幼苗培養(yǎng)至2片真葉完全展平時用作實驗材料進行處理。

1.3 試驗處理

幼苗在低溫處理開始前的12 h，進行如下處理：（1）噴施清水（CK）：MCK（M，‘長春密刺，下同），BCK（B，‘北京截頭，下同）；（2）噴施1 mmol·L-1 Put：MPut，BPut；（3）噴施0.5 mmol·L-1 Spd：MSpd，BSpd；（4）噴施0.5 mmol·L-1 Spm：MSpm，BSpm（多胺處理濃度為實驗室前人實驗結果）。在噴施的溶液中均加入1滴吐溫-20，以提高附著葉片的能力。用微型塑料噴霧器對植株的全部葉片噴灑清水或Put、Spd、Spm，以不下滴為宜（注意不要滴到培養(yǎng)基質）。將幼苗轉移到光照培養(yǎng)箱中進行低溫處理，實驗選用8 ℃/8 ℃ 的溫度作為冷處理溫度（光照度：150 μmol·m-2·s-1；光周期：12 L/12 D；RH：60%～75%），冷處理3 d，第4 天將將幼苗移回常溫狀態(tài)，恢復處理1 d（R1 d）。

1.4 葉綠素熒光參數(shù)的測定

葉綠素熒光參數(shù)的測定[17]，分別于處理后0 d、1 d、2 d、3 d、恢復后1 d選取幼苗第2片真葉進行。采用英國Hansatech公司生產的FMS-2 便攜調制式熒光儀測定。測定前先將葉片利用配套葉夾夾住，暗適應20 min，然后依次測得參數(shù)最小熒光（F0） 、最大熒光（Fm）、并計算PSII原初光能轉換效率（Fv/Fm）、PSII的潛在光化學活性（Fv/F0）。每個處理12 株，3 次重復。對測定數(shù)據(jù)采用SPSS 和Excel 軟件進行顯著性分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 外源Put、Spd和Spm對低溫脅迫下及恢復常溫后黃瓜幼苗初始熒光F0的影響

如圖1-A、B所示，低溫脅迫下‘長春密刺和‘北京截頭幼苗葉片F(xiàn)0 均顯著增加，表明PSII反應中心均被破壞或發(fā)生可逆失活?！L春密刺和‘北京截頭幼苗葉片的初始熒光F0均在低溫脅迫1 d時即開始顯著增加，在3 d時上升到最高值，分別比處理前增加10.81%、19.21%。應用外源Put、Spd 和Spm處理后，均可減緩2份材料F0的上升；在脅迫的2 d時，Spd降低效果最優(yōu)，分別比對照降低10.40%、9.66%；在3 d時，Spm的處理效果最好，分別比對照下降9.45%、14.02%。在恢復期，處理BCK的F0仍高于處理前，其他處理基本恢復到處理前的水平。

2.2 外源Put、Spd、Spm對低溫脅迫下黃瓜幼苗最大熒光Fm的影響

由圖2-A、B可以看出，進行低溫處理后，材料‘長春密刺和‘北京截頭幼苗葉片的最大熒光Fm均呈下降趨勢，并隨脅迫時間的延長下降幅度加大，3 d時分別比處理前降低18.04%、21.49%。Put、Spd和Spm處理均可使低溫脅迫引起的幼苗葉片F(xiàn)m的降低減少。在‘長春密刺中，低溫脅迫在2 d時Spd減緩效果優(yōu)于Spm、Put，分別比對照提高10.04%、8.39%、5.39%，3 d時Spm減緩幅度最大，比對照提高12.32%；‘北京截頭中，Spm處理減少低溫脅迫下Fm降低的效果最好，在1 d、2 d、3 d分別比對照提高8.47%、15.33%、16.68%，Spd次之。在恢復期，各處理Fm均有不同程度的恢復，但仍低于處理前的水平。

2.3 外源Put、Spd、Spm對低溫脅迫下黃瓜幼苗最大光化學效率Fv/Fm的影響

如圖3-A、B所示，進行低溫處理后，材料‘長春密刺和‘北京截頭幼苗葉片的最大光化學效率Fv/Fm呈下降趨勢，低溫脅迫1 d時即顯著降低，分別比處理前降低3.31%、5.71%、8.42%和4.90%、7.38%、10.5%。Put、Spd和Spm可以明顯提高低溫處理下幼苗葉片F(xiàn)v/Fm，與單純低溫脅迫相比，在3 d時幼苗葉片分別增加7.20%、5.53%、2.80%和8.92 %、7.50%、4.01%。在恢復期，各處理的Fv/Fm有所恢復，但仍低于處理前的水平，表明幼苗葉片的光合作用能力未完全恢復。

2.4 外源Put、Spd、Spm對低溫脅迫下黃瓜幼苗PSII潛在活性的影響

由圖4-A、B可以看出，進行低溫處理后，材料‘長春密刺和‘北京截頭幼苗葉片的PSII 潛在活性Fv/F0皆呈下降趨勢，并隨脅迫時間的延長下降幅度加大，處理1、2、3 d時Fv/F0分別比處理前降低16.19%、 26.00%、 31.35% 和22.15%、 31.80%、40.47%；Put、Spd和Spm可以明顯提高低溫處理下幼苗葉片F(xiàn)v/F0，與單純低溫脅迫相比，在3 d時幼苗葉片分別增加6.77%、21.97%、31.37%和16.76%、36.14%、46.72%。在恢復期，處理MSpd、MSpm幼苗Fv/F0恢復到略低于處理前的水平，其他處理仍顯著低于處理前，表明PSII的潛在活性仍未恢復。

3 討 論

葉綠素熒光誘導動力學反映的是光合功能從啟動到逐漸達到最適速度的變化過程。一般情況下，葉綠素吸收的光能主要用于光化學反應、發(fā)出葉綠素熒光和熱耗散3種途徑[18]，相互之間存在著此消彼長關系，光合作用和熱耗散的改變會相應地引起熒光發(fā)射的改變。因此，研究者可以通過對熒光的測定來探究光合作用和熱耗散的相關情況[19]。低溫脅迫對植物產生的逆境傷害是多方面的，對植物的光合作用機構也同樣產生損傷。本實驗中發(fā)現(xiàn)低溫脅迫使初始熒光F0顯著上升，而使黃瓜幼苗葉片的最大熒光Fm、PSII的最大光化學效率Fv/Fm、PSII潛在活性Fv/F0發(fā)生顯著降低，冷敏材料‘北京截頭上升（F0）或下降幅度大于耐冷材料‘長春密刺；這與劉慧英等[20]在研究低溫脅迫下嫁接對西瓜綠素熒光參數(shù)影響、吳雪霞等[21]進行低溫脅迫對茄子幼苗葉片葉綠素熒光特性的影響的研究及張彩虹等[22]在進行硒對低溫脅迫下番茄幼苗葉片光合特性與葉綠素熒光參數(shù)的影響的研究時所得結果是一致的。Fm、Fv/Fm 下降，表明植物葉片發(fā)生了光抑制[23]，而同時F0升高，表明PSII遭受到可逆或者不可逆損害[24]。PAs在植物防御各種環(huán)境脅迫方面能起到重要作用[25-26]。本實驗結果表明，Put、Spd、Spm預處理可以提高低溫脅迫下黃瓜幼苗葉片的Fm、Fv/Fm、Fv/F0，使F0降低；Spm改善效果最優(yōu)，Spd 次之。這一結果從葉綠素熒光特性方面說明外源多胺可以緩解低溫脅迫引起的逆境傷害，改善黃瓜的耐冷性。

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